DE1588068C

DE1588068C - Device for speed control of a constantly excited DC motor

Info

Publication number: DE1588068C
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl Ing 7100 Heilbronn Mieslinger Winfried 8500 Nürnberg Rudolph
Original assignee: Gebr Buhler Nachfolger GmbH, 8500 Nürnberg
Publication date: 1972-01-20

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Drehzahlregelung eines über einen Leistungstransistor als veränderbaren Widerstand aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten, konstant erregten Gleichstrommotors, der mit einem mit dem Leistungstransistor über eine Diode verbundenen Wechselspannungs-Hilfsgenerator gekuppelt ist, mit Hilfe einer in Reihenschaltung mit einem ohmschen Widerstand mit der Gleichspannungsquelle und" mit dem Wechselspannungs-Hilfsgenerator verbundenen Zener- ίο diode. ■■- ■ " The invention relates to a device for regulating the speed of a constant-excited direct current motor, which is fed via a power transistor as a variable resistor from a direct voltage source and which is coupled to an alternating voltage auxiliary generator connected to the power transistor via a diode, with the aid of a series circuit with an ohmic resistor with the DC voltage source and "Zener ίο diode connected to the AC auxiliary generator. ■■ - ■"

Es ist bereits bekannt, einen Gleichstrom-Kleinmotor mit einem Hilfsgenerator zu kuppeln und den Hilfsgenerator auf eineßReihenschaltung eines Widerstandes mit einer Zenerdiode arbeiten zu lassen, deren Durchbruchsspannung eier bei der Solldrehzahl des Gleichstrommotors erzeugten Hilfsgeneratorspannung entspricht, und die Teilspannung am Widerstand auf einen Transistorverstärker zur Steuerung des Motorankerstroms zu geben (deutsche Patentschrift 1166 904). Bei einer solchen Schalteinrichtung wird mit Hilfe der Zenerdiode zwar eine bestimmte und auf die Solldrehzahl abgestimmte Bezugsspannung erzielt. Die Schalteinrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die Spannungsschwankungen der Batterie, die als Betriebsstromquelle für den Gleichstrommotor verwendet wird, auch den Regelteil der Schalteinrichtung beeinflussen.It is already known to couple a small DC motor with an auxiliary generator and the To let auxiliary generator work on a series connection of a resistor with a Zener diode, whose Breakdown voltage eier auxiliary generator voltage generated at the target speed of the DC motor and the partial voltage across the resistor to a transistor amplifier to control the To give motor armature current (German patent specification 1166 904). With such a switching device with the help of the Zener diode, a specific reference voltage that is matched to the target speed achieved. However, the switching device has the disadvantage that the voltage fluctuations of the battery, as the operating power source for the DC motor is used, also affect the control part of the switching device.

Es ist bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt, durch die Verwendung einer zweiten Zenerdiode die Stabilisierung einer von der Betriebsstromquelle abgenommenen Teilspannung zu erreichen (radio mentor electronic, 1967, Heft 8, S. 585). Zenerdioden sind jedoch relativ teuer, so daß eine Stabilisierung einer zur Regelung herangezogenen Teilspannung mittels einer zusätzlichen Zenerdiode einen nicht vernachlässigbaren zusätzlichen Aufwand bedeutet.It is known in a device of the type mentioned through the use of a second Zener diode to stabilize a partial voltage taken from the operating current source (radio mentor electronic, 1967, issue 8, p. 585). However, Zener diodes are relatively expensive, so that a Stabilization of a partial voltage used for regulation by means of an additional Zener diode means a not negligible additional effort.

Bei einer weiteren bekannten Schalteinrichtung zur Drehzahlregelung eines über einen steuerbaren Gleichrichter aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten Gleichstrommotors (französische Patentschrift 1298 120 [Fig. 4]), bei welcher ebenfalls eine Reihenschaltung einer Zenerdiode mit einem ohmschen Widerstand vorgesehen ist, wird der Emitter-Kollektor-Strom eines Transistors über diesen Widerstand geleitet. Diese Schalteinrichtung hat -"den ' Nachteil, daß durch diesen Strom, der relativ große Werte annehmen kann,, wegen des nicht vernachlässigbaren inneren Widerstandes der mit dem ohmschen Widerstand in Reihe liegenden Zenerdiode auch die an einem Potentiometer abgegriffene Bezugsspannung beeinflußt wird.In a further known switching device for speed control of a controllable via a Rectifier from a direct current motor fed by an alternating voltage source (French patent specification 1298 120 [Fig. 4]), in which a Zener diode is also connected in series with an ohmic one Resistance is provided, the emitter-collector current of a transistor is across this resistor directed. This switching device has the disadvantage that, due to this current, the relatively large Can assume values, because of the non-negligible internal resistance of the ohmic Resistance in series Zener diode also the reference voltage tapped on a potentiometer being affected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Drehzahlregelung eines konstant erregten Gleichstrommotors der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden werden und ohne großen Aufwand an Schalrungselementen und mit einer einzigen Zenerdiode eine spannungsstabile Drehzahlregelung erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wechsel spannungs-Hilfsgenerator in Reihe mit der Diode zwischen der Basis des Leistungstransistors oder der Basis eines Vortransistors und dem Verbindungspunkt der Zenerdiode und des ohmschen Widerstandes angeordnet ist. Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß sie insgesamt mit einem geringen Aufwand an Schaltungselementen auskommt und daß mit einre einzigen Zenerdiode eine Unabhängigkeit von Batteriespannungsänderungen praktisch für die gesamte Schalteinrichtung erreicht wird, so daß die gewünschte Solldrehzahl des Motors auch tatsächlich festliegt und Batteriespannungsschwankungen auch den Regelteil der Schalteinrichtung nicht beeinflussen.The invention is based on the object of providing a device for regulating the speed of a constant To create excited DC motor of the type mentioned, in which the disadvantages of the known Facilities are avoided and with little effort on formwork elements and with A voltage-stable speed control is achieved with a single Zener diode. This task will According to the invention achieved in that the alternating voltage auxiliary generator in series with the diode between the base of the power transistor or the base of a pre-transistor and the connection point the Zener diode and the ohmic resistor is arranged. This facility has the The advantage that it manages overall with a low cost of circuit elements and that with a single zener diode provides independence from battery voltage changes for practically the whole Switching device is achieved, so that the desired target speed of the motor actually fixed and battery voltage fluctuations do not affect the control part of the switching device.

An den Wechselspannungs-Hilfsgenerator ist zweckmäßigerweise ein Potentiometer gelegt, das mit der Basis des Leistungstransistors oder der Basis des Vortransistors und dem Verbindungspunkt der Zenerdiode und des ohmschen Widerstandes verbunden ist. Die zwischen dem Wechselspannungs-Hilfsgenerator und dem Leistungstransistor vorgesehene Diode kann zwischen dem Wechselspannungs-Hilfsgenerator und dem Potentiometer oder aber auch zwischen dem Potentiometer und der Basis des Leistungstransistors oder der Basis des Vortransistors angeordnet sein.A potentiometer with the base of the power transistor or the base of the pre-transistor and the connection point of the Zener diode and the ohmic resistance is connected. The one between the AC auxiliary generator and the power transistor provided diode can between the AC auxiliary generator and the potentiometer or between the potentiometer and the base of the power transistor or the base of the pre-transistor.

Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung läßt sich die Reihenschaltung aus dem ohmschen Widerstand und der Zenerdiode ohne Rücksicht auf die im eigentlichen Verstärkerteil der Schalteinrichtung fließenden Ströme so auslegen, daß über diesen Querzweig nur ein minimaler Querstrom fließt, der die Spannungsverhältnisse im Regelteil nicht beeinflussen kann. Außerdem hat die Einrichtung den weiteren Vorteil, daß in ihr auch der innere Widerstand der Zenerdiode dadurch kompensiert werden kann, daß die Zenerdiode mit dem in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand als ein Zweig einer Widerstandsbrücke an die Gleichstromquelle gelegt ist ^:und die Emitter-Basis-Spannung des Leistungsoder eines Vortransistors im Querzweig dieser Widerstandsbrücke abgegriffen wird.In a device designed according to the invention, the series connection of the ohmic resistor and the Zener diode can be designed, regardless of the currents flowing in the actual amplifier part of the switching device, so that only a minimal cross-current flows through this shunt arm, which cannot influence the voltage conditions in the control part. In addition, the device has the further advantage that the internal resistance of the Zener diode can be compensated in that the Zener diode with the ohmic resistor connected in series is connected to the direct current ^{source as a branch of a resistance bridge:} and the emitter-base voltage of the power transistor or a pre-transistor in the shunt arm of this resistor bridge is tapped.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ergibt bei einem geringstmöglichen Aufwand an Schaltungsteilen eine einwandfreie Drehzahlkonstanz eines konstant erregten Gleichstrommotors über einen sehr breiten Toleranzbereich der Versorgungsgleichspannung und eignet sich daher insbesondere zur Verwendung in batteriebetriebenen Tonbandgeräten, bei denen auch noch bei stark geleerter Batterie eine konstante Bandgeschwindigkeit gefordert wird.The device according to the invention results in the least possible expenditure on circuit parts a flawless speed constancy of a constantly excited DC motor over a very wide tolerance range of the DC supply voltage and is therefore particularly suitable for use in battery-operated tape recorders, in which a constant belt speed is required.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in elektrischen Schaltbildern dargestellt. Im einzelnen zeigtIn the drawings, two exemplary embodiments of the invention are shown in electrical circuit diagrams. In detail shows

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Diode im Hilfsgeneratorkreis vor dem Potentiometer,Fig. 1 shows a first embodiment with a Diode in the auxiliary generator circuit in front of the potentiometer,

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Diode zwischen dem Potentiometerabgriff und dem Transistorverstärker.2 shows a second embodiment with a Diode between the potentiometer tap and the transistor amplifier.

Die beiden Figuren zeigen den Anker 1 eines konstant erregten Gleichstrommotors, auf dessen mit gestrichelten Linien dargestellter Welle 2 ein Wechselspannungs-Hilfsgenerator 3 angeordnet ist. Dieser Hilfsgenerator 3 kann beispielsweise aus einem mit der Welle umlaufenden, vorzugsweise mehrpolpaarigen Permanentmagneten und einer stationären Wicklung bestehen, in welcher eine Wechselspannung erzeugt wird. Der Anker 1 des Gleichstrommotors wird von einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle gespeist, beispielsweise von einer Batterie mit der Minusklemme 5 und der Plusklemme 4. Dabei wird sein Ankerstrom über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors 6 geleitet, der mit einem als Treiberstufe geschalteten Vortransistor 7 gekoppelt ist und als veränderbarer Widerstand wirkt.The two figures show the armature 1 of a constantly excited DC motor, on which with Shaft 2 shown in dashed lines, an alternating voltage auxiliary generator 3 is arranged. This Auxiliary generator 3 can, for example, consist of a preferably multi-pole pair rotating with the shaft Permanent magnets and a stationary winding exist in which an alternating voltage is generated will. The armature 1 of the direct current motor is supplied by a direct voltage source, not shown fed, for example from a battery with the negative terminal 5 and the positive terminal 4. It is his armature current passed through the collector-emitter path of a power transistor 6, which is with a Driver stage switched pre-transistor 7 is coupled and acts as a variable resistor.

Zwischen die Klemmen 4, 5 der Gleichspannungs-Between terminals 4, 5 of the DC voltage

quelle ist eine Zenerdiode 8 in Reihe mit einem ohmschen Widerstand 9 geschaltet. Der Wechselspannungs-Hilfsgenerator 3 speist einen Stromkreis, in welchen ein Potentiometer 11 in Reihe mit einer Diode 10 gelegt ist. Dabei sind die eine Klemme des Wechselspannungs-Hilfsgenerators 3 und die eine Seite des Potentiometers 11 mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt 12 der Zenerdiode 8 und des ohmschen Widerstandes 9 verbunden, während das andere Ende des Potentiometres 11 und die Diode 10 über einen Kondensator 13 an die Plusklemme 4 der Gleichspannungsquelle gelegt sind. Der Abgriff 110 des Potentiometers 11 ist mit der Basis des Vortransistors 7 verbunden. Der Leistungstransistor 6 und der Vortransistor 7 sind entgegengesetzt gepolt, und der Kollektor des Vortransistors 7 ist in bekannter Weise mit der Basis des Leistungstransistors 6 verbunden.source, a Zener diode 8 is connected in series with an ohmic resistor 9. The alternating voltage auxiliary generator 3 feeds a circuit in which a potentiometer 11 is placed in series with a diode 10. This is one of the terminals of the AC auxiliary generator 3 and one side of the potentiometer 11 with a common Connection point 12 of the Zener diode 8 and the ohmic resistor 9 connected, while the other End of the potentiometer 11 and the diode 10 via a capacitor 13 to the positive terminal 4 of the DC voltage source are placed. The tap 110 of the potentiometer 11 is connected to the base of the pre-transistor 7 connected. The power transistor 6 and the pre-transistor 7 are polarized opposite, and the The collector of the pre-transistor 7 is connected to the base of the power transistor 6 in a known manner.

Von der Zenerdiode 8 wird über den Verbindungspunkt 12 eine stabilisierte Teilspannung abgenommen. Dieser Teilspannung überlagert sich am Potentiometer 11 die gleichgerichtete, istdrehzahlabhängige Spannung des Wechselspannungs-Hilfsgenerators 3. Am Potentiometerabgriff 110 läßt sich somit' eine genau definierte, stabilisierte Spannung zur Steuerung der Basis des Vortransistors 7 und damit zur Beeinflussung des über die Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 6 fließenden Ankerstroms für den konstant erregten Gleichstrommotor einstellen. Die Zenerdiode 8 bewirkt also die Stabilisierung einer von der Gleichspannungsquelle abgeleiteten Teilspannung und gleichzeitig auch die Unabhängigkeit einer durch die Differenzbildung mit dieser stabilisierten Teilspannung gebildeten Regelspannung für den Leistungstransistor des Motors von der Istspannung der Gleichspannungsquelle.A stabilized partial voltage is taken from the Zener diode 8 via the connection point 12. This partial voltage is superimposed on the potentiometer 11, which is rectified and is speed-dependent Voltage of the alternating voltage auxiliary generator 3. At the potentiometer tap 110 can thus' a precisely defined, stabilized voltage for controlling the base of the pre-transistor 7 and thus for influencing it of the armature current flowing through the emitter-collector path of the power transistor 6 for the Set constant excited DC motor. The Zener diode 8 thus stabilizes one of the partial voltage derived from the DC voltage source and at the same time also the independence of a through the difference formation with this stabilized partial voltage generated control voltage for the power transistor of the motor from the actual voltage of the DC voltage source.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 durch eine andere Anordnung der Diode, die hier als Diode 100 zwischen den Potentiometerabgriff 110 und die Basis des Vortransistors 7 gelegt ist. Der Verbindungspunkt 14 zwischen der Diode 100 und dem Vortransistor 7 ist über einen Kondensator 15 mit dem Pluspol 4 der Gleichspannungsquelle und über einen Widerstand 16 mit dem stabilisierten Verbindungspunkt 12 zwischen der Zenerdiode 8 und dem ohmschen Widerstand 9 verbunden. Mit Hufe des Potentiometers 11 läßt sich auch bei dieser Ausführungsform die gewünschte Solldrehzahl sehr genau einstellen.The embodiment according to FIG. 2 differs differs from that of FIG. 1 by a different arrangement of the diode, here as diode 100 between the potentiometer tap 110 and the base of the pre-transistor 7 is placed. The connection point 14 between the diode 100 and the pre-transistor 7 is connected to the positive pole 4 via a capacitor 15 DC voltage source and via a resistor 16 to the stabilized connection point 12 between the Zener diode 8 and the ohmic resistor 9 are connected. With the hooves of the potentiometer 11 can Set the desired target speed very precisely in this embodiment as well.

Claims

Patent claims:

1. Device for speed control of a variable resistor via a power transistor Constantly excited DC motor fed from a DC voltage source, which is connected to an alternating voltage auxiliary generator connected to the power transistor via a diode is coupled with the help of a series circuit with an ohmic resistor the DC voltage source and the Zener diode connected to the AC auxiliary generator, characterized in that the alternating voltage auxiliary generator (3) in series with the diode (10; 100) between the base of the power transistor (6) or the base of a pre-transistor (7) and the connection point (12) of the Zener diode (8) and the ohmic resistor (9) is arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the alternating voltage auxiliary generator (3) a potentiometer (11) is connected to the base of the power transistor (6) or the Base of the pre-transistor (7) and the connection point (12) of the Zener diode (8) and the ohmic Resistance (9) is connected.

3. Device according to claim 2, - characterized in that that the diode (10) between the AC auxiliary generator (3) and the Potentiometer (11) is arranged (Fig. 1).

4. Device according to claim 2, characterized in that the diode (100) between the Potentiometer (11) and the base of the power transistor (6) or the base of the pre-transistor (7) is arranged (Fig. 2).

1 sheet of drawings