DE1588073C3 - Einrichtung zur Drehzahlregelung eines konstant erregten Gleichstrommotors - Google Patents

Description

des Treibertransistors liegen und die Zenerdiode und

60 der ohmsche Vorwiderstand über den ersten ohmschen Widerstand mit der Gleichspannungsquelle ver-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung bunden sein. Es kann aber auch der Verbindungszur selbsttätigen Drehzahlregelung eines über einen punkt zwischen dem ersten ohmschen Widerstand Leistungstransistor als veränderbaren Widerstand aus und dem Treibertransistor über einen oder mehrere einer Gleichspannungsquelle gespeisten, konstant er- 65 dritte ohmsche Widerstände mit der Basis des Regelregten Gleichstrommotors, der mit einem mit dem transistors verbunden sein.

Leistungstransistor über einen Regeltransistor und Bei einer Einrichtung gemäß der Erfindung werden

eine Diode verbundenen Wechselspannungs-Hilfs- die durch die Belastung des Motors verursachten

Stromschwankungen direkt als zusätzliche Regelgröße in die Regeleinrichtung eingegeben und nicht erst über den Umweg einer durch die Belastungsschwankungen verursachten Drehzahländerung berücksichtigt. Dadurch wird die gewünschte Versteifung der Istdrehzahl gegenüber den Belastungsschwankungen des Motors erreicht Die Mitkopplungswirkung bei langsamen Drehmomentschwankungen wird daher über die ohmschen Widerstände erreicht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann bei Kurzzeitänderungen der vom Wechselspannungs-Hilfsgenerator abgegebenen Tachospannung, insbesondere verursacht durch deren Restwelligkeit nach Gleichrichtung und Glättung, ein verringerter Verstärkungsgrad durch eine Gegenkopplungswirkung dadurch erreicht werden, daß zwischen einem Abgriff des oder der dritten ohmschen Widerstände und der Basis des Leistungstransistors oder der Basis des Treibertransistors ein Kondensator angeordnet ist. Auch zwischen einem Abgriff des oder der dritten ohmschen Widerstände und einem Pol der Gleichspannungsquelle kann ein Kondensator angeordnet sein. Es kann auch der erste ohmsche Widerstand zusätzlich mit dem Emitteranschluß des Regeltransistors unmittelbar verbunden sein.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein erstes Schaltungsbeispiel der Drehzahlregeleinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Drehzahlregeleinrichtung, bei welchem eine belastungsabhängige Spannung am Kollektorwiderstand des Treibertransistors abgenommen wird,

Fig.3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Drehzahlregeleinrichtung mit einem Gegenkopplungskondensator,

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel als Abwandlung der Schalteinrichtung nach F i g. 3.

In den Fig. 1 bis 4 sind übereinstimmende Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen. Einander entsprechende Schaltungselemente sind durch zusätzliche Indexstriche zu den gleiche Bezugszeichen voneinander unterschieden. Die Einrichtungen zeigen alle den Anker 1 eines konstant erregten Gleichstrommotors, der in Reihe mit der Emitter-Kollektorstrecke eines Leistungstransistors 2 an eine nicht dargestellte Gleichspannungsquelle, beispielsweise an eine Batterie mit der Minusklemme 4 und der Plusklemme 3, gelegt ist. Der Anker 1 ist über eine mit gestrichelten Linien dargestellte gemeinsame Welle 5 mit einem Wechselspannungs-Hilfsgenerator 6 gekuppelt, der beispielsweise aus einem auf der Welle 5 befestigten mehrpoligen Permanentmagneten und einer feststehenden Statorwicklung besteht, die eine von der Istdrehzahl der Welle 5 und damit des Ankers 1 abhängige induzierte Wechselspannung liefert. Der Wechselspannungs-Hilfsgenerator arbeitet auf einen Hilfsgeneratorkreis, der aus der Reihenschaltung eines Potentiometers 7 mit einer Diode 8 besteht. Die eine Klemme des Wechselspannungs-Hilfsgenerators 6 und das eine Ende des Potentiometers 7 sind mit dem Verbindungspunkt 9 einer Zenerdiode 10 und eines ohmschen Widerstandes 11 verbunden. Die Zenerdiode dient mit ihrer Durchbruchsspannung in an sich bekannter Weise als Bezugspannungsgeber. Die Basis des Leistungstransistors 2 ist mit dem Emitter eines als an sich bekannte Treiberstufe vorgeschalteten Treibertransistors 12 verbunden. Dem Treibertransistor 12 ist ein Regeltransistor 13 vorgeschaltet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein erster ohmscher Widerstand 14 in Reihe mit einem zweiten ohmschen Widerstand 15 und der Emitter-Kollektor-Strecke des Treibertransistors 12 angeordnet, dessen Emitter in bekannter Weise mit der Basis des im Stromkreis des Ankers 1 liegenden Leistungstransistors 2 verbunden ist. Am ersten ^ohmschen

ίο Widerstand 14 kann — bei Vernachlässigung des kleinen, durch die Zenerdiode 10 fließenden Stromanteils — eine dem Emitter-Kollektor-Strom, des Treibertransistors 12 proportionale Spannung abgegriffen werden. Da der Basisstrom des Leistungstransistor 2 proportional dem über dem Emitter und Kollektor dieses Leistungstransistors fließenden Ankerstrom ist, ist die am ersten ohmschen Widerstand 14 abgegriffene Spannung somit auch proportional dem Ankerstrom und dadurch der Motor-

ao belastung, und zwar bekanntermaßen proportional im Sinne des Verstärkungsverhältnisses des Leistungstransistors 2.

Der Verbindungspunkt 16' zwischen den beiden ohmschen Widerständen 14 und 15 ist mit der Zenerdiode 10 verbunden, so daß eine Addition der am ersten ohmschen Widerstand 14 abgegriffenen belastungsabbängigen Spannung mit der Zenerspannung der Zenerdiode 10 erfolgt und am Verbindungspunkt 9 ein entsprechendes Potential anliegt, das über den Potentiometerabgriff 17 auch an der Basis des Regeltransistors 13 wirksam wird und damit auch den Leistungstransistor 2 beeinflußt

Sobald eine Erhöhung des Ankerstromes bei zunehmender Belastung des Gleichstrommotors auftritt, wird das Bezugspotential am Verbindungspunkt 9 der Regelschaltung durch den an dem als Zusatzspannungsgeber wirkenden ersten ohmschen Widerstand 14 auftretenden Spannungsabfall erhöht, wodurch über den Regeltransistor 13 eine weitere öffnung des Leistungstransistors 2 erreicht wird. Die Regelsteilheit wird durch die direkte Berücksichtigung der Motorbelastung gegenüber einer rein drehzahlabhängigen Regelung, die mittels des Wechselspannungs-Hilfsgenerators 6 erfolgt, erhöht.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei-. spiel ist der in Reihe mit der Emitter-Kollektor-' Strecke des Treibertransistors 12 angeordnete erste ohmsche Widerstand 14' über den Verbindungspunkt 16 und einen dritten ohmschen Widerstand 23 mit der Basis des Regeltransistors 13 verbunden, und dadurch ist eine Mitkopplungsverbindung mit dem Emitter-Basis-Kreis des Regeltransistors 13 geschaffen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig.3 und 4 ist die Basis des Regeltransistors 13 mit dem Verbindungspunkt 16 jeweils über erne Kette von dritten Widerständen 18 und 19 verbunden, und zwischen dem Verbindungspunkt 21 der beiden dritten Widerstände 18 und 19 und der Basis des Treibertransistors 12 ist ein Kondensator 20 zur Erzielung einer Gegenkopplungswirkung bei raschen Signaländerungen angeordnet. Dieser Kondensator 20 könnte auch zwischen dem Verbindungspunkt 21 und der Basis des Leistungstransistors 2 oder einem Pol der Gleichspannungsquelle angeordnet sein. Der Kollektor des Regeltransistors 13 ist nicht mehr direkt, sondern über einen ohmschen Widerstand 24 mit der Basis des Treibertransistors 12 verbunden. Bei der

Schalteinrichtung nach Fig.4 ist der erste ohmsche Widerstand 14" — im Gegensatz zu den ersten ohmschen Widerständen 14 und 14' in den Schalteinrichtungen nach den Fig. 1 bis 3 — nicht nur über einen ohmschen Widerstand mit dem Pluspol 3 der Gleichspannungsquelle, sondern zusätzlich auch mit dem Emitteranschluß 29 des Regeltransistors 13 verbunden. Durch die sich daraus ergebende Gleichstromgegenkopplung wird eine weitere Verbesserung der Regelcharakteristik erzielt.

Wird beispielsweise bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.3 und 4 durch eine langsam ansteigende stärkere Belastung die Stromaufnahme des Motors erhöht, wird die an dem ersten ohmschen und als Zusatzspannungsgeber wirkenden Widerstand 14' oder 14" abfallende Spannung vergrößert und dadurch die Basisspannung des Regeltransistors 13 in' negativer Richtung angehoben. Damit wird auch der Strom durch den Regeltransistor 13 und zwangläufig der Strom durch den Treibertransistor 2 erhöht. Es tritt ein Mitkopplungseffekt auf (wegen der zweimaligen Phasenumkehr in den beiden Transistoren), und der Motor wird in Richtung einer Erhöhung seiner Drehzahl beeinflußt..

Tritt dagegen eine z. B. durch eine Welligkeit der Tachospannung verursachte unerwünschte Wechselspannung am ersten ohmschen Widerstand 14' oder 14" auf, wird diese am Kondensator 20 wirksam und beeinflußt die Basis des Treibertransistors 12 direkt. In diesem Falle tritt nur eine einmalige Phasenumkehr auf, und diese Kurzzeitänderungen verursachen daher einen Gegenkopplungseffekt, nämlich eine Schwächung des durch den Leistungstransistor 2 fließenden Ankerstromes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 generator gekuppelt ist, mit Hilfe einer in Reihen-Patentansprüche: schaltung mit einem ohmschen Vorwiderstand mit der Gleichspannungsquelle und mit dem Wechsel-

1. Einrichtung zur selbsttätigen Drehzahlrege- spannungs-Hilfsgenerator verbundenen Zenerdiode lung eines über einen Leistungstransistor als ver- 5 als Bezugsspannungsgeber.

änderbaren Widerstand aus einer Gleichspan- Es ist bereits bekannt, einen Gleichstromkleinnungsquelle gespeisten, konstant erregten Gleich- motor zur Drehzahlregelung mit einem Hilfsgenerator strommotors, der mit einem mit dem Leistungs- zu kuppeln, der auf die Reihenschaltung einer Zenertransistor über einen Regeltransistor und eine diode als Bezugsspannungsgeber mit einem WiderDiode verbundenen Wechselspannungs-Hilfs- io stand arbeitet (deutsche Patentschrift 11 66 904). Bei generator gekuppelt ist, mit Hilfe einer in Reihen- dieser Anordnung können starke Drehzahleinbrüche schaltung mit einem ohmschen Vorwiderstand infolge Belastungsschwankungen auftreten, da die mit der Gleichspannungsquelle und mit dem Belastungen erst über den Abfall oder dem Anstieg Wechselspannungs-Hilfsgenerator verbundenen der Drehzahl in der Regelschaltung verarbeitet wer-Zenerdiode als Bezugspannungsgeber, dadurch 15 den können.

gekennzeichnet, daß zwischen dem Regel- Es ist bei einer ähnlichen Einrichtung bekannt, transistor (13) und der Basis des Leistungs- den Einfluß von Spannungsschwankungen der Battransistors (2) ein Treibertransistor (12) ange- terie auf den Regelteil durch die Verwendung einer ordnet ist und daß eine Mitkopplung bei konti- zweiten Zenerdiode zur Stabilisierung einer von der nuierlicher Stromversorgung des Gleichstrom- 20 Betriebsstromquelle abgenommenen Teilspannung motors zwischen einem im Kollektor-Emitter- als Bezugsspannung weitgehend zu beseitigen (radio Kreis des Treibertransistors (12) liegenden ersten mentor electronic, 1967, Heft 8, S. 585). Zenerohmschen Widerstand (14, 14', 14") und dem dioden sind jedoch relativ teuer, so daß eine Stabili-Emitter-Basis-Kreis des Regeltransistors (13) vor- sierung einer zur Regelung herangezogenen Teilgesehen ist. 25 spannung mittels einer zusätzlichen Zenerdiode einen

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- nicht vernachlässigbaren zusätzlichen Aufwand bekennzeichnet, daß der erste ohmsche Widerstand deutet. Außerdem hat sich gezeigt, daß in bestimm-(14) in Reihe mit einem zweiten ohmschen Wi- ten Anwendungsfällen für solche Motoren, bei denen derstand (15) im Kollektor-Emitter-Kreis des stark wechselnde Belastungen auftreten und sehr Treibertransistors (12) liegt und daß die Zener- 30 hohe Anforderungen an den Gleichlauf des Motors

■ diode (10) und der ohmsche Vorwiderstand (11) gestellt werden, wie dies beispielsweise bei Antrieben

über den ersten ohmschen Widerstand (14) mit für Informationsspeichergeräte der Fall ist, auch

der Gleichspannungsquelle verbunden ist (Fig. 1). diese Einrichtung trotz der Verwendung einer zweiten

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Zenerdiode nicht genügt.

kennzeichnet, daß der Verbindungspunkt (16) 35 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

zwischen dem ersten ohmschen Widerstand (14', . Einrichtung zur Drehzahlregelung eines konstant.

14") und dem Treibertransistor (12) über einen erregten Gleichstrommotors der eingangs genannten

oder mehrere dritte ohmsche Widerstände (18, Art zu schaffen, deren Ansprechempfindlichkeit in

19; 23) mit der Basis des Regeltransistors (13) Abhängigkeit von den Belastungsschwankungen des

verbunden ist (Fig. 2 bis 4). 40 Motors größer ist als bei bisher bekannten Einrich-

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- tungen, so daß eine Versteifung der Istdrehzahl erkennzeichnet, daß zwischen einem Abgriff des reicht wird. Dabei soll die Einrichtung in Anpassung oder der dritten ohmschen Widerstände (18,19; an die besonderen Verhältnisse bei der Verwendung 23) und der Basis des Leistungstransistors (2) solcher Motoren für batteriebetriebene Tonbandoder der Basis des Treibertransistors (12) ein 45 gerate bei Langzeitänderungen des Drehmoments Kondensator (20) angeordnet ist (Fi g. 3,4). , .„■ über eine Mitkopplungswirkung einen erhöhten Ver-

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da- Stärkungsgrad erbringen.

durch gekennzeichnet, daß zwischen einem Ab- Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dagriff des oder der dritten ohmschen Widerstände durch gelöst, daß zwischen dem Regeltransistor und (18,19; 23) und einem Pol der Gleichspannungs- 50 der Basis des Leistungstransistors ein Treibertranquelle ein Kondensator angeordnet ist. sistor angeordnet ist und daß eine Mitkopplung bei

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 kontinuierlicher Stromversorgung des Gleichstrombis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste motors zwischen einem im Kollektor-Emitter-Kreis ohmsche Widerstand (14") zusätzlich mit dem des Treibertransistors liegenden ersten ohmschen Emitteranschluß (29) des Regeltransistors (13) 55 Widerstand und dem Emitter-Basis-Kreis des Regelunmittelbar verbunden ist (F ig. 4). transistors vorgesehen ist. Dabei können der erste

ohmsche Widerstand in Reihe mit einem zweiten ohmschen Widerstand im Kollektor-Emitter-Kreis