DE1488726C - Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung - Google Patents

Description

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Gleichstrommotoren mit elektronischer Kommutie- ist und bei Überschreiten einer bestimmten voreingerung weisen in der Regel einen Permanentmagnet- stellten Drehzahl den Strom in dieser Verbindungsläufer und einen die Ankerwicklung tragenden Stan- leitung vermindert oder unterbricht. Durch diesen als der auf. Die Ankerwicklung kann aus zwei oder veränderlichen Widerstand dienenden Transistor könmehreren Wicklungssträngen bestehen, wobei bei 5 -nen die Leistungstransistoren unmittelbar angesteuert Motoren mit zwei Wicklungssträngen diese gegenein- werden, wodurch sich ein geringer Aufwand ergibt, ander um 90° el. und bei drei Wicklungssträngen um Vorzugsweise wird der in der Verbindungsleitung 120° el. gegeneinander versetzt sind. Bei Verwen- zwischen den Steuerelektroden liegende zusätzliche dung von zwei um 90° versetzten Wicklungssträngen Transistor von einer Spannung gesteuert, die durch werden diese meist hälftig unterteilt, wobei diese Teile io Vergleich einer konstanten Spannung mit einer der gegeneinander um 180° versetzt sind, wodurch prak- Drehzahl proportionalen Spannung gewonnen wird, tisch vier um 90° gegeneinander versetzte Teilwick- Die drehzahlproportionale Spannung kann hierbei; lungsstränge entstehen. Die einen Enden dieser Wick- mittelbar oder Drehzahlgeber oder unmittelbar über lungsstränge sind miteinander verbunden und liegen eine die EMK der Maschine auswertende Schaltung an dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle, wäh- 15 gewonnen werden.

rend die anderen Enden der Wicklungsstelle mit dem Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anderen Pol der Gleichspannungsquelle über die KoI- ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung lektor-Emitter-Strecke von Transistoren liegen, welche mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsdrehwinkelabhängig angesteuert werden. Es sind ver-. beispiele. Es zeigt . . _; schiedene Einrichtungen zum Ansteuern der Transi- ao Fig. 1 das Schalturigsprinzip einer einfachen Drehstoren bekannt; sie arbeiten sowohl auf induktiver als Zahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor mit auch auf kapazitiver Basis. Es sind aber auch Hall- elektronischer Kommutierungseinrichtung, bei welgeneratoren enthaltende Steuereinrichtungen bekannt, eher.die der Drehzahl proportionale Spannung einer die von einem mit dem Läufer umlaufenden Magnet- zusätzlich aufgebrachten Wicklung entnommen wird, system beeinflußt werden. Alle diese bekannten 35 F i g. 2 eine Schaltungsanordnung zur Verdoppe-Steuereinrichtungen wirken auf die Basis der mit den lung der gemäß F i g. 1 erzeugten drehzahlproportio-Wicklungen bzw. Wicklungssträngen in Reihe liegen- nalen Spannung, den Transistoren. F i g. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2,

Ferner ist es bekannt, die Drehzahl von kollektor- wobei jedoch die der Drehzahl (EMK) proportionale losen Gleichstrommotoren dadurch zu Tegeln, daß ein 30 Spannung stetig einstellbar ist, Vergleich zwischen einer konstanten Sollwertspan- F i g. 4 eine Schaltungsanordnung, bei der die Vernung und einer der Drehzahl proportionalen Istwert- doppelung der der Drehzahl (EMK) proportionalen spannung vorgenommen wird. In diesem Zusammen- Spannung durch zwei Zusatzwicklungen erfolgt, hang ist es bekannt, mit Hilfe von Dioden aus den Fig. 5 eine Gewinnung der Drehzahl proportiona-Wicklungssträngen eine der Drehzahl proportionale 35 len Spannung durch Auskopplung mittels vier Dioden Spannung auszukoppeln. Bei einer bekannten Ein- direkt aus den Ankerwicklungen, richtung dieser Art wird zur Bildung der Sollwert- F i g. 6 eine andere Ausführungsform der Dreh-Istwert-Abweichung eine Zenerdiode verwendet, die Zahlregeleinrichtung, die auf der nach Fig. 5 gewonmit der Basis eines Transistors verbunden ist, welcher nenen drehzahlproportionalen Spannung aufbaut, als veränderlicher Vorwiderstand dient und den ver- 40 In F i g. 1 ist eine Drehzahlregeleinrichtung für • änderlichen Kollektorwiderstand von Vortransistoren einen Gleichstrommotor mit elektronischer Kombildet, welche wiederum die Leistungstransistoren an- mutierungseinrichtung dargestellt, bei dem jede steuern. . Phase I, II der Ständerwicklung durch Mittlung in

Die Erfindung geht aus von einem in einer älteren zwei Teilwicklungen 1, 2 und 3, 4 unterteilt ist. Die Anmeldung vorgeschlagenen Gleichstrommotor mit 45 Mittelpunkte 12 und 13 der Phasenwicklungen 1 elektronischer Kommutierung, bei dem jede der zwei bis 4 sind miteinander verbunden. Mit 5 bis 8 sind Ständerwicklungen durch Mittlung in zwei Teilwick- Transistoren bezeichnet, deren Kollektor-Emitterlungen unterteilt ist, die Mittelpunkte der Phasen- Strecke mit je einer Teilwicklung 1 bis 4 in Reihe wicklungen miteinander verbunden sind und in Reihe liegt. Die Transistoren 7 und 8 sind hierbei pnp- und mit jeder Teilwicklung die Kollektor-Emitter-Strecke 50 die Transistoren 5 und 6 npn-Schalttransistoren. Die eines Transistors liegt. Hierbei sind die Basen der zu Basen der zu je einer Phase gehörigen Transistoje einer Phase gehörigen Transistoren über die Hall- ren 5, 6 bzw. 7, 8 sind über die Hallelektroden eines elektroden eines drehwinkelabhängig von einem Hallgenerators 9 bzw. 10 miteinander verbunden. Steuerfeld beaufschlagten Hallgenerators und die Mit 14 und 15 sind die Anschlüsse für die Steuer-Ste.uerelektroden der Hallgeneratoren, vorzugsweise 55 elektroden der Hallgeneratoren 9 und 10 bezeichnet, über einen Widerstand, derart miteinander verbun- Die Steuerelektroden der Hallgeneratoren 9 und 10 den, daß über sämtliche Transistoren ein Emitter- sind über einen Widerstand 11 derart miteinander Basis-Strom fließen kann, sofern nicht durch eine ent- verbunden, so daß bei angelegter Betriebsgleichspänsprechend gepolte Hallspannung ein oder mehrere nung U über die Emitter der Transistoren 5 bis 8 ein Transistoren gesperrt sind. 60 Basisstrom fließen kann, der sämtliche Schalttransi-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für stören öffnet, sofern keiner der beiden Hallgenerato-

einen Gleichstrommotor mit einer elektronischen ren 9 oder 10 eine Hallspannung abgibt. In diesem

Kommutierung dieser Art eine Drehzahlrcgeleinrich- im Betrieb praktisch aber nicht vorkommenden Fall

tung zu schäften. Diese Aufgabe wird gemäß der Er- führen sämtliche Teilwicklungen 1 bis 4 Strom,

findung dadurch gelöst, daß in die Verbindungs- 65 Die beiden Hallgeneratoren 9 und 10 liegen um

leitung zwischen den Steuerelektroden der Hallgene- 90° el. gegeneinander versetzt beispielsweise im Luft-

ratorcn die Hmitter-Kollektor-Strecke eines Transi- spalt der Gleichstrommaschine. In diesem Fall wer-

stors geschaltet ist, der im Normalbetricb durchlässig den sie von dem permanentmagnetischen Läufer der-

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art durchsetzt, daß die Spannungen an den Hall- sprechend steuert. Das wird gemäß der weiteren Erelektroden daher auch um 90° el. gegeneinander ver- findung dadurch bewirkt, daß auf dem Motorständer setzt sind. Die Hallgeneratoren 9 und 10 können aber eine gesonderte Wicklung 20 aufgebracht ist, der man auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, bei- nach Gleichrichtung mit Hilfe eines Gleichrichters 21 spielsweise in einem Lagerschild, wobei dann ein mit 5 und Glättung (Kondensator 22) eine der Drehzahl der Motorwelle verbundener permanentmagnetischer proportionale Spannung entnimmt. Diese Spannung Steuerkopf umläuft. Die Polung der Ausgangsspan- ist der Drehzahl proportional, weil die Ankerrücknung der Hallgeneratoren ist derart, daß die Transi- wirkung durch den großen Luftspalt und den großen stören eines jeden Systems entsprechend der ge- magnetischen Kreiswiderstand des Motors unwirksam wünschten Drehrichtung des Läufers wechselweise io ist. Die der Drehzahl proportionale Spannung wird über je eine volle Halbwelle der induzierten Gegen- mit der Spannung einer Zenerdiode 23 verglichen, spannung aufgesteuert werden. Die Ansteuerung er- welche an der Basis des Transistors 18 liegt. Überfolgt in einer Weise, daß immer diejenige Teilwick- schreitet die der Drehzahl proportionale Spannung lung Strom führen kann, deren induzierte Spannung die Zenerspannung, dann fließt ein Basis-Emitterder angelegten Betriebsspannung U entgegenge- 15 Strom über den Transistor 18, welcher sodann durchrichtet ist. . lässig wird und das negative Potential an die Basis

Da die Steuerfelder der beiden Hallgeneratoren des Transistors 16 legt. Dadurch wird ein Stromfluß und damit die Spannungen an den Hallgeneratoren über die Transistoren verhindert. In der Praxis wirkt mit Hilfe von Fangblechen und Ferritstegen fast die Regelung nicht wie bei einem Kontaktregler, bei rechteckförmig und gegeneinander um 90° el. versetzt ao dem der Strom entweder durchgelassen oder gesperrt sind, führen praktisch beide Hallgeneratoren eine ent- wird, sondern stetig. Die Transistoren werden mehr sprechende drehwinkelgepolte Spannung, so daß stets oder weniger durchlässig, so daß an ihnen mehr oder eine der beiden Teilwicklungen 1 oder 2 bzw. 3 oder 4 weniger Spannung abfällt. Der Widerstand 19 dient der Phasen I und II Strom führen. Lediglich im Null- zur Mitkopplung des Transistors 18, wodurch die durchgang der Hallspannung sind beide Transisto- 25 Wirkung dieses Transistors verstärkt wird, ren 5, 6 oder 7, 8 leitend, so daß beide Teilwicklun- Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeigen 1, 2 oder 3, 4 gleichzeitig Strom führen. Da die spiel wird durch entsprechende Aufladung zweier Nulldurchgänge der Hallspannungen sehr steil sind, Kondensatoren 22' und 22" über Dioden 21' und 21" tritt dieser Zustand nur sehr kurzzeitig ein. Zur Er- durch die beiden Halbwellen der Wechselspannung zielung einer bestimmten Drehrichtung müssen zur 30 eine Verdoppelung der drehzahlproportionalen Span-Erzielung eines entsprechenden Drehfeldes die einzel- nung erreicht, die, wie bei dem Ausführungsbeispiel nen Teilwicklunoen nach folgendem Schema Strom nach Fig. 1, am Kondensator 22 abgenommen und führen: 1-3, 3-2, 2-4, 4-1 usw. Die Schaltfolge der über eine Zenerdiode dem Transistor zugeführt wird, entsprechenden Transistoren ist dann 5-7, 7-6, 6-8, Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das im we-8-5 u. dgl. 35 sentlichen dem in F i g. 2 dargestellten entspricht, je-

Die Drehzahlregeleinrichtung gemäß der Erfindung doch dahingehend ergänzt wurde, daß an einem der beruht auf der Erkenntnis, daß bei Unterbrechung Wicklung 20 parallelgeschalteten Potentiometer 24 der Verbindungsleitung zwischen den Steuerelektro- die Größe der drehzahlproportionalen Spannung den der Hallgeneratoren 9 und 10 die elektronische stetig abgegriffen werden kann, wodurch die Einstel-Kommutierungseinrichtung unwirksam wird, da der 40 lung der Regeldrehzahl ermöglicht wird, vom Pluspol über die Emitter der Schalttransistoren 7 F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei zu- und 8, Verbindungsleitung zwischen den Steuer- sätzlichen Ständerwicklungen 20' und 20", wobei der elektroden der Hallgeneratoren 9 und 10, Widerstand Wicklung 20' ein Potentiometer 25 parallel geschaltet 11 und Emitter der Schalttransistoren 5 und 6 nach ist, an dem über eine Diode 26 die der Drehzahl dem Minuspol fließende Basisstrom unterbrochen 45 proportionale Spannung abgenommen werden kann, wird, d. h. sämtliche Transistoren 5 bis 8 gesperrt F i g. 5 zeigt im Prinzip ein Ausführungsbeispiel, sind. Gemäß der Erfindung ist in der Verbindungs- bei dem die der Drehzahl proportionale Spannung leitung zwischen den Steuerelektroden der Hallgene- unmittelbar an den Ankerwicklungen 1 bis 4 abs;eratoren 9 und 10 die Kollektor-Emitter-Strecke eines nommen wird. Gleiche Teile sind mit gleichen Beweiteren Transistors 16 angeordnet, welcher zum 50 zugsziffern wie in F i g. 1 versehen. An die Kollek-Zweck der Regelung entsprechend geöffnet und ge- toren der Transistoren 5 bis 8 sind Dioden 27 bis 30 schlossen wird. Die Basis des Transistors 16 ist einer- derart angeschlossen, daß diese immer dann leitend seits über einen Widerstand 17 mit dem Pluspol und sind, wenn die betreffenden Transistoren gerade andererseits über die Kollektor-Emitter-Strecke eines sperren. Auf diese Weise erhält man gegen den durch npn-Transistors 18 mit dem negativen Pol der Span- 55 die Punkte 12,13 gebildeten Nullpunkt der Wicknungsquelle verbunden. Solange also der Transistor Jungen zwei Spannungen mit entgegengesetzter PoIa-18 gesperrt ist, erhält die Basis des Transistors 16 rität, die Glättungskondensatoren 31 und 32 aufpositives Potential, und der Transistor 16 ist somit laden. Die Summe der beiden Spannunsen erhält · durchlässig, d. h., die Kommutierungseinrichtung ar- man zwischen den Punkten 34 und 35. Diese Sumbeitet normal. Sobald aber der Transistor 18 durch- 60 menspannung ist der Geeen-EMK und damit der lässig wird, wird die Basis des Transistors 16 auf Drehzahl des Motors proportional. Minuspotential gelegt, was eine Sperrung des Transi- F i g. 6 zeigt eine Einrichtung zur Drehzahlregestors 16 und somit Abschaltung der Kommutierungs- lung, bei der das in F i g. 5 dargestellte Prinzip vereinrichtung bewirkt. wendet wird, wobei gleiche Teile wieder mit gleichen

Die Drehzahlregelung wird nun in der Weise vor- 65 Bezugszeichen versehen sind. Diese Einrichtung ar-

genommen, daß eine der Drehzahl proportionale beitet mit einer Genauigkeit von etwa ± 2 %o. Die

Spannung mit einer Gleichspannung verglichen wird, Glättungskondensatoren 31 und 32 werden von den

die den Transistor 18 bzw. den Transistor 16 ent- an den Wicklungen abfallenden Spannungen über

einen Einstellwiderstand 33 aufgeladen. Steigt nun die Drehzahl des Motors und damit die Gegen-EMK über einen gewissen Wert an, so wird die Durchbruchsspannung einer Zenerdiode36 überschritten. Dadurch erhält ein Transistor 37 Basisstrom und wird leitend. Der Kollektorstrom des Transistors 37 steuert einen Transistor 39 auf, wodurch dieser leitend wird und damit den Punkt 40 an den Pluspol legt. Dadurch fließt kein Strom mehr über einen Widerstand 41 in die Basis des Transistors 16, son- ίο dem dieser fließt über den Transistor 39 ab. Der Transistor 16 wird hierdurch nichtleitend und unterbricht dadurch den in der Verbindungsleitung zwischen den Steuerelektroden fließenden Basisstrom der Transistoren 5 bis 8. Dadurch werden die Schalttransistoren 5 bis 8 gesperrt. Beim Absinken der Drehzahl unter einen gewissen voreingestellten Wert sinkt auch die der Drehzahl proportionale Spannung unter die Durchbruchsspannung der Zenerdiode36 ab, wodurch der Steuerstrom durch den Transistor 37 verschwindet. Das hat wieder zur Folge, daß der Transistor 39 sperrt und den Strom über Widerstand 41 zur öffnung des Transistors 16 wieder freigibt.

Da die kritische Spannung zwischen den Punkten 34 und 35 konstant ist, kann die Drehzahleinstellung mit dem Widerstand 33 vorgenommen werden, der mit dem Belastungswiderstand 42 als Spannungsteiler arbeitet.

Die nicht besonders erwähnten Kondensatoren und Widerstände dienen zur regeldynamischen Beschaltung. Es hat sich gezeigt, daß sich in der Praxis kein Zweipunktbetrieb, sondern ein stetiger Regelvorgang einstellt.

Claims (10)

Patentansprüche: 35

1. Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung, bei dem jede Phase der Ständerwicklung durch Mittlung in zwei Teilwicklungen unterteilt ist, die Mittelpunkte der Phasenwicklungen miteinander verbunden sind, in Reihe mit jeder Teilwicklung die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors liegt, die Basen der zu je einer Phase gehörigen Transistoren über die Hallelektroden eines drehwinkelabhängig von einem Steuerfeld beaufschlagten Hallgenerators und die Steuerelektroden der Hallgeneratoren, vorzugsweise über einen Widerstand, derart miteinander verbunden sind, daß über sämtliche Transistoren ein Emitter-Basis-Strom fließen kann, sofern nicht durch eine entsprechend gepolte Hallspannung ein oder mehrere Transistoren gesperrt sind, dadurch gekennzeichnet, daß indie Verbindungsleitung zwischen den Steuerelektroden der Hall- generatoren (9,10) die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (16) geschaltet ist, der im Normalbetrieb durchlässig ist und bei Überschreiten einer bestimmten voreingestellten Drehzahl den Strom in dieser Verbindungsleitung vermindert oder unterbricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Verbindungsleitung zwischen den Steuerelektroden liegende Transistor (16) von einer Spannung gesteuert wird, die durch Vergleich einer konstanten Spannung mit einer der Drehzahl proportionalen Spannung gewonnen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlproportionale Spannung gleichgerichtet, geglättet und mit einer Zenerspannung (23,36) verglichen wird, die im Basis-Emitter-Kreis eines Transistors (18,37) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Drehzahl proportionale Spannung nicht mit einer konstanten, sondern mit einer variablen Spannung, z. B. einer Meßspannung, welche eine Änderung der Drehzahl ermöglicht, verglichen wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Drehzahl proportionale Spannung durch eine am Motorständer aufgebrachte zusätzliche Wicklung (20) gewonnen wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Drehzahl proportionale Spannung an den stromführenden Wicklungen (1 bis 4) unmittelbar abgenommen wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Drehzahl proportionale Spannung von den stromführenden Wicklungen (1 bis 4) über Dioden (27 bis 30) dann abgenommen wird, wenn die diesen zugeordneten Transistoren (5 bis 8) gerade sperren.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Kollektor der den Ständerstrom führenden Transistoren (5 bis 8) über die Dioden (27 bis 30) und einen Widerstand (33) Kondensatoren (31, 32) aufgeladen werden und die Ladespannungen der Kondensatoren (31,32) von der Größe des Widerstandes (33)abhängt

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Ladekondensatoren auf die Anzahl der gleichzeitig stromführenden Wicklungen beschränkt und nur ein Ladewiderstand vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladewiderstand veränderbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen