DE1588556C3 - Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung eines konstant erregten Gleichstromnebenschlußmotors - Google Patents

Description

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Die Ausgangsklemme des Verstärkers 5 ist mit der verbunden. Der andere Anschluß 11 der Gleichstrom-Basis eines Leistungstransistors 8 des pnp-Typs ver- quelle 9 ist mit der anderen Eingangsklemme 52 der bunden. Der Emitter des Leistungstransistors 8 liegt Wheatstonebrücke 5 verbunden,
an dem einen Anschluß 10 einer Gleichstromquelle 9, Die zwischen den Ausgangsklemmen 51 und 53 der und der Kollektor des Leistungstransistors 8 ist mit 5 Wheatstonebrücke 5 auftretende Spannung Eb ist folder einen Eingangsklemme 54 der Wheatstonebrücke 5 gendermaßen zu errechnen:

β _ β -Ri + -R₂ L , -Ki' -Rs _# / -Ra

' 1

Ra +Ri +R₂ +R₃ { (Ri + R₂) (Ra + Ri) \Ri R₂

? /P P \

Ra + Ri + R₂ + R₃ \ Rl R;

wobei Dementsprechend verändert sich das erzeugende Dreh-

Ra = ohmscher Widerstand der Ankerwicklung 4, ^{moment mit d}?^m Ankerstrom des Motors. Eine solche

R₁ = Widerstandswert des ersten ohmschen Wider- Veränderung bewirkt, daß sich seme Drehzahl der

Standes 1 ²⁰ vorbestimmten Solldrehzahl mehr annähert.

R₂ = Widerstandswert des zweiten ohmschen Wi- _u ^W _?nn sich_ die Spannung der Gleichstromquelle 9

derstandes 2 einer Veränderung ihrer inneren Impedanz ändert,

A₃ = Widerstandswert des dritten ohmschen Wi- _T ^{ändert sich in}. Abhängigkeit von der Kennlinie des

derstandes 3 Leistungstransistors 8 auch sein Basisstrom ein wenig.

Ea = Gegen-EMK des Motors, ^{25 Da die} Verstärkung, d. h. das Verhältnis von Eingangs-

I₁ = an der Eingangsklemme 54 zufließender spannung zu Ausgangsstrom, des Verstärkers 7 endlich

Strom ' Abweichung des Basisstromes des Leistungstransistors 8 eine Abweichung der Eingangsspannung

Wenn die Widerstandswerte der Zweige der Wheat- des Verstärkers 7 zur Folge. Die Veränderung der

stonebrücke 5 die Gleichung 30 Eingangsspannung ergibt eine Veränderung der Drehzahl des Motors gegenüber seiner vorbestimmten

Ra R;

L· (2) Solldrehzahl.

R₁ R₂ Die Drehzahlregelung des Motors ist bei einer Ver-

.„„ , ^₁, . . ... ·,,,,., änderung der Betriebsspannung der Gleichstromquelle9

erfüllen, kann Gleichung (1) wie folgt beschrieben _{35 deshalb nicht voU zufriedenstelle}nd. Die Regelung

werden. pin kann durch Verwendung eines zwischen der einen

£_b — Ea (3) Ausgangsklemme 53 und dem einen Anschluß 10 der

Ra + -Ri + -R₂ + -R3 Gleichstromquelle 9 in bekannter Weise angeordneten

Widerstandes 12 (französische Patentschrift 1433 588)

Im allgemeinen sind R_a und .R₁ vernachlässigbar ₄₀ verbessert werden. In diesem Fall steigt oder fällt die

klein im Vergleich zu R₂ und R₃. Unter diesen Be- Eingangsspannung des Verstärkers 7 mit einem An-

dingungen kann die Gleichung (3) geschrieben werden _stj_{eg o}d_er Abfall des durch den Widerstand 12 fließen-

wie folgt: den Stromes. Die an dem zweiten ohmschen Wider-

ß _ β Rs ^s stand 2 auftretende Spannung zeigt ebenfalls einen

R« + R₃ 45 Anstieg oder Abfall infolge des Anstiegs oder Abfalls

der Eingangsspannung des Verstärkers 7, ohne die

Gleichung (4) zeigt, daß die Spannung Eb unabhängig Gegen-EMK und die Drehzahl des Motors zu vervom Strom I₁ und nur proportional der Spannung E_a ändern. Deshalb wird die Drehzahl des Motors geist. Die Spannung Eb wird verglichen mit der Bezugs- nauer geregelt, und zwar unabhängig von der Verändespannung E_r der Bezugsgleichspannungsquelle 6, um 50 rung der Spannung der Gleichstromquelle 9. Die Dreheine Fehlerspannung E_r — Eb zu erzeugen, die vom zahl-Betriebsspannungskennlinie kann in einem vor-Verstärker 7 verstärkt wird. bestimmten Bereich der Spannungsänderung der

Dementsprechend entspricht der aus der Gleich- Gleichstromquelle 9 durch Auswahl des Widerstandsstromquelle 9 in die Wheatstonebrücke 5 fließende wertes des Widerstandes 12 sehr flach gestaltet werden. Strom I₁ dem Kollektorstrom des Leistungstransi- 55 Der Widerstand 12 hat den etwa 10- bis lOOfachen stors 8. Die Wheatstonebrücke 5 ist so aufgebaut, daß Wert des zweiten ohmschen Widerstandes 2. Da der der größte Teil dieses Kollektorstroms durch die Widerstand 12 die Wheatstonebrücke 5 ein wenig aus Ankerwicklung 4 fließt. Dieser durch die Anker- dem Gleichgewicht bringt, sollte der Wert des zweiten wicklung 4 fließende Strom wird durch Veränderung ohmschen Widerstandes 2 oder des dritten ohmschen des Basisstromes des Leistungstransistors 8 gesteuert. 60 Widerstandes 3 gemäß dem Widerstandswert des Wenn der Motor belastet wird und eine Drehzahl hat, Widerstandes 12 geringfügig verändert sein,
welche niedriger als die vorbestimmte Solldrehzahl ist, Die Änderung der Solldrehzahl des Motors ließe

nimmt die Gegen-EMK ab, und die Eingangsspannung sich zwar durch Änderung der Spannung der Bezugsdes Verstärkers 7 steigt an. gleichspannungsquelle 6 bewirken. Bei vielen wirt-

Ein Anstieg der Eingangsspannung des Verstärkers 7 65 schaftlichen und im Handel erhältlichen Bezugsgleichbewirkt einen Anstieg des Stromes, der nacheinander Spannungsquellen, z. B. Zenerdioden, läßt sich jedoch durch die Basis und den Kollektor des Leistungs- die Klemmenspannung nur schwer verändern. Eine transistors 8 und durch die Ankerwicklung 4 fließt. Änderung der Solldrehzahl ließe sich auch erzielen

lurch Veränderung des Widerstandswertes des ersten, beträgt

Jes zweiten oder des dritten ohmschen Widerstandes 1, ₁ R₂ · R₃

2 oder 3, selbst wenn die Bezugsspannung nicht ver- "· fi? +R)R

ändert wird. Dies erforderte jedoch eine Änderung des ^{a 3 4}

Widerstandswertes von mindestens zwei Widerständen 5 Der Widerstand 20 wird zur Einstellung einer ande-

der Wheatstonebrücke 5, . d. h. des ersten Wider- ren Solldrehzahl verwendet.

Standes 1 zusammen mit dem zweiten Widerstand 2 Es ist möglich, eine beliebige Anzahl η Solldrehoder des ersten Widerstandes 1 zusammen mit dem· zahlen zu erhalten, indem man einen Mehrstellendritten Widerstand 3. Außerdem müßte für jede von schalter mit η Mehrstellenklemmen und η oder n — l mehreren Solldrehzahlen das Brückengleichgewicht ein- io Widerständen gemäß der Erfindung einsetzt.¹
gestellt werden. Dies ist mühevoll und aufwendig.) Drehzahl-Drehmoment und Drehzahl-Betriebsspan-Diese Schwierigkeit hat bisher erschwert, die Soll- nungs-Kennlinien, die mit der Anordnung gemäß drehzahl eines konstant erregten Gleichstromneben- F i g. 1 erhalten werden können, zeigen die Kurven 25, schlußmotors auf wirtschaftliche Weise bequem zu 27 und 29 der F i g. 3 und die Kurven 30, 32 und 34 ändern. Eine einfache und zuverlässige Anordnung 15 der F i g. 4 entsprechen den Stellungen des beweglichen zur Drehzahlregelung des Motors auf verschiedene Kontaktstückes 15 des Mehrstellenschalters 13 auf den Sollwerte kann gemäß der Erfindung auf folgende Mehrstellenklemmen 16, 17 bzw. 18.
Weise verwirklicht werden. Wie in den F i g. 3 und 4 gezeigt wird, ist die Ge-F i g. 1 zeigt einen einpoligen Mehrstellenschalter 13, nauigkeit der Drehzahlregelung bei verschiedenen Lastder eine feste Klemme 14, ein damit verbundenes be- 20 drehmomenten und veränderlicher Betriebsspannung wegliches Kontaktstück 15 und drei Mehrstellen- bei höheren Solldrehzahlen nicht voll zufriedenstellend, klemmen 16, 17 und 18 aufweist und zur Wahl ver- Die nicht zufriedenstellende Regelgenauigkeit ist daschiedener Solldrehzahlen des Gleichstrommotors durch begründet, daß die Spannungs-Strom-Verstär- ^- dient. Die feste Klemme 14 ist mit der einen Ausgangs- kung des Verstärkers 7 einen endlichen Wert hat, der \.Ψ klemme 53 der Wheatstonebrücke 5 verbunden. Ein 25 verantwortlich ist für eine Offset-Spannung an seinem ohmscher Widerstand 19 liegt zwischen der anderen Eingang, die einer Veränderung des Basisstromes des Ausgangsklemme 51 und der Mehrstellenklemme 17, Leistungstransistors 8 entspricht,
ein ohmscher Widerstand 20 liegt zwischen der ande- Derartige Kennlinien sind vor allem beispielsweise ren Ausgangsklemme 51 und der Mehrstellenklemme 18. bei einer Verwendung der Anordnung in einem Ton-Wenn das bewegliche Kontaktstück 15 sich auf der 30 frequenz-Wiedergabegerät, wie einem Bandgerät oder Mehrstellenklemme 16 befindet, arbeitet die Anord- einem Schallplattenspieler nicht zufriedenstellend, nung wie oben beschrieben. Die Drehzahl des Motors Eine Verbesserung der Kennlinien kann erreicht werwird dabei im wesentlichen durch seine Kennlinie, den den durch Verwendung von zusätzlichen vier Widerersten Widerstand 1, den zweiten Widerstand 2, den ständen gemäß den weiteren Ausgestaltungen der dritten Widerstand 3 und die an der Bezugsgleich- 35 Erfindung.

Spannungsquelle 6 auftretende Spannung bestimmt. Die in der F i g. 2 gezeigten Bauelemente mit den Wenn das bewegliche Kontaktstück 15 sich auf der gleichen Bezugszeichen der F i g. 1 gleichen auch Mehrstellenklemme 17 befindet, so sind die beiden diesen Bauelementen und sind auf entsprechende Ausgangsklemmen 51 und 53 durch den ohmschen Weise geschaltet. Ein zusätzlicher ohmscher Wider-Widerstand 19 verbunden. Die äquivalente innere Im- 40 stand 21 liegt zwischen der einen Eingangsklemme 52 pedanz der Wheatstonebrücke 5 zwischen den beiden der Wheatstonebrücke 5 und der Mehrstellenklemme 17 Ausgangsklemmen 51 und 53 ist nahezu gleich der des Mehrstellenschalters 13, ein anderer zusätzlicher Impedanz einer Parallelschaltung der Widerstände 2 ohmscher Widerstand 23 zwischen der Emittcrklemme und 3, wenn der Widerstand 19 fehlt. Die zwischen ' des Leistungstransistors 8 und der Mehrstellenklemden beiden Ausgangsklemmen 51 und 53 auftretende 45 me 17, ein dritter zusätzlicher ohmscher Widerstand 22 Cti· Spannung wird durch den Widerstand 19 verringert. zwischen der einen Eingangsklemme 52 und der Mehr-Das Brückengleichgewicht wird durch den Wider- stellenklemme 18 des Mehrstellenschalters 13 und ein stand 19 nicht gestört, soweit das Gleichgewicht beim vierter zusätzlicher ohmscher Widerstand 24 zwischen Fehlen des Widerstandes 19 vorhanden ist. Die zwi- der Emitterklemme des Leistungstransistors 8 und der sehen den beiden Ausgangsklemmen 51 und 53 auf- 50 Mehrstellenklemme 18.

tretende Spannung ist proportional der Gegen-EMK Wenn das bewegliche Kontaktstück 15 des Mehr-

des Motors und wird mittels des Widerstandes 19 um Stellenschalters 13 sich auf der Mehrstellenklemme 17

den Faktor befindet, ist der zweite Widerstand 2 dem Wider-

g stand 21 und der Widerstand 12 dem Widerstand 23

i 55 parallel geschaltet. Die Widerstände 20, 22 und 24

R₂' R₃ werden von Strom durchflossen, haben jedoch prak-

R + R ^^sc^ deinen Einfluß auf die Wheatstonebrücke 5, da

^{2 3} der Wert des ersten Widerstandes 1 vernachlässigbar

klein ist im Vergleich zu den Werten der Widergedämpft, wobei i?₄ der Widerstandswert des Wider- 60 stände 20, 22 und 24. Der Widerstand 21, der ein Standes 19 ist. Da sich die Spannung zwischen den Parallelwiderstand zum zweiten Widerstand 2 ist, beiden Ausgangsklemmen 51 und 53 im Verlauf der bringt die Brücke ein wenig ins Ungleichgewicht.
Drehzahlregelung so einstellt, daß ihr Wert praktisch Der Widerstandswert R₂ in der Gleichung (1) muß gleich der an der Bezugsgleichspannungsquelle 6 auf- dann durch einen Widerstandswert R₂ ersetzt werden, tretenden Spannung ist, steigt die Drehzahl des Gleich- 65 welcher der Widerstandswert der Parallelschaltung des Strommotors in einem Ausmaß entsprechend der zweiten Widerstandes 2 mit dem Widerstand 21 ist. Dämpfung durch den Widerstand 19. Der Multiplika- Der Wert R₂ ist kleiner als R₂. Wenn der Wert R₂ tionsfaktor für die Drehzahl durch den Widerstand 19 durch R₂' in der Gleichung (1) ersetzt wird, erhält der

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letzte Ausdruck in der zweiten Zeile der Gleichung (1) mal so groß wie der des zweiten Widerstandes 2. Der einen negativen Wert und ist mit dem Strom I₁ zu Widerstand 23, der als Parallelwiderstand zum Widermultiplizieren. Die zwischen den beiden Ausgangs- stand 12 wirkt, verringert den Widerstandswert der klemmen 51 und 53 auftretende Spannung Eb nimmt Impedanz, die zwischen der Ausgangsklemme 53 und proportional mit einer Erhöhung des Stromes I₁ ab, 5 dem Emitter des Leistungstransistors 8 liegt und die selbst wenn die Gegen-EMK des Motors einen kon- Drehzahl-Betriebsspannungs-Kennlinien der Anordstanten Wert beibehält. Die Spannung Eb stellt sich nung verbessert. Die Werte der Widerstände 23 und jedoch so ein, daß sie einen Wert hat, welcher praktisch 24 müssen etwa Vs bis ^zum lOfachen des Widerstangleich dem Spannungswert an den Klemmen der Be- des 12 betragen. Wenn das bewegliche Kontaktstück 15 zugsgleichspannungsquelle 6 ist. Wenn deshalb der io des Mehrstellenschalters 13 auf der Mehrstellenklem-Strom I₁ ansteigt, steigt die Gegen-EMK E_a, so daß me 18 liegt, verbessert der Widerstand 22 die Drehsie den gleichen Wert wie Eb erhält. Da die Wheat- zahl-Drehmoment-Kennlinien und der Widerstand 24 stonebrücke 5 so dimensioniert ist, daß der größte die Drehzahl-Betriebsspannungs-Kennlinien.
Teil des Stromes I₁ durch die Ankerwicklung 4 fließt, In den F i g. 3 und 4 sind auch die Kennlinien steigt die Gegen-EMK proportional mit einem An- 15 gezeigt, die bei Verwendung der Widerstände 21, 22, stieg des durch die Ankerwicklung 4 fließenden Stro- 23 und 24 in der Anordnung gemäß F i g. 2 erhalten mes. Da der Ankerstrom proportional dem Lastdreh- werden. Die Kurven 25 und 30 entsprechen einem Fall, moment und die Gegen-EMK proportional der Dreh- in welchem das bewegliche Kontaktstück 15 sich auf zahl des Motors ist, erhöht sich die Motordrehzahl der Mehrstellenklemme 16 befindet. Bei den Kurven 26 proportional dem Lastdrehmoment. Deshalb kann der ao und 33 befindet sich das bewegliche Kontaktstück 15 Widerstand 21 einen Drehzahlabfall infolge einer Er- auf der Mehrstellenklemme 17, und die Kurven 28 höhung des Lastdrehmomentes ausgleichen, wie es in und 33 entsprechen dem Fall, in dem sich das bewegder Kurve 26 der F i g. 3 zu sehen ist. Die Werte der liehe Kontaktstück 15 auf der Mehrstellenklemme 18 Widerstände 21 und 22 sind etwa zweimal bis hundert- befindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 erregten Gleichstromnebenschlußmotor, schnell und Patentansprüche: - einfach umschaltbar, auf verschiedene Solldrehzahlen zu regeln.

1. Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eineines konstant erregten Gleichstromnebenschluß- 5 gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, motors, dessen Ankerwicklung in einem Brücken- daß zwischen den Ausgangsklemmen der Wheatstonezweig einer Wheatstonebrücke angeordnet ist, die brücke mehrere ohmsche Widerstände und ein einüber einen Leistungstransistor mit einer Gleich- poliger Mehrstellenschalter so angeordnet sind, daß

. stromquelle verbunden ist und mit deren Ausgangs- mit diesem jeweils einer dieser Widerstände wahlweise klemme über eine Bezugsgleichspannungsquelle io einschaltbar ist. Mit dieser Anordnung kann die Drehzwei Eingangsklemmen eines Verstärkers verbun- zahl des Motors wahlweise auf verschiedene Drehzahlden sind, dessen Ausgangsklemme an die Basis des stufen leicht konstant gehalten werden.
Leistungstransistors angeschlossen ist, ferner mit Eine erste weitere Ausgestaltung der Erfindung ist einem ohmschen Widerstand, der zwischen dem gekennzeichnet durch zusätzliche ohmsche Wider-. Anschluß der Gleichstromquelle, an den der 15 stände, die jeweils zwischen dem dem Leistungs-Leistungstransistor angeschlossen ist, und der- transistor abgewandten Anschluß der Gleichstromjenigen Eingangsklemme des Verstärkers liegt, die quelle und einer der Mehrstellenklemmen des einpoliunmittelbar an die eine Ausgangsklemme der gen Mehrstellenschalters liegen. Mit diesen zusätz-Wheatstonebrücke angeschlossen ist, dadurch liehen Widerständen läßt sich ein Drehzahlabfall bei gekennzeichnet, daß zwischen den Aus- 20 zunehmendem Lastmoment besser verhindern,
gangsklemmen (51, 53) der Wheatstonebrücke (S) Nach einer zweiten weiteren Ausgestaltung der mehrere ohmsche Widerstände (19, 20) und ein Erfindung liegen zusätzliche ohmsche Widerstände einpoliger Mehrstellenschalter (13) so angeordnet - jeweils zwischen dem dem Leistungstransistor zügesind, daß mit diesem jeweils einer dieser Wider- wandten Anschluß der Gleichstromquelle und einer stände wahlweise einschaltbar ist. 25 der Mehrstellenklemmen des einpoligen Mehrstellen-

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet schalters. Diese zusätzlichen Widerstände bieten den durch zusätzliche ohmsche Widerstände (21, 22), Vorteil, daß sie eine Drehzahlzunahme bei zunehmendie jeweils zwischen dem dem Leistungstransi- der Betriebsspannung ausgleichen.

stör (8) abgewandten Anschluß (11) der Gleich- Wenn die erste und die zweite weitere Ausgestaltung

stromquelle (9) und einer der Mehrstellenklemmen 30 der Erfindung gleichzeitig angewandt werden, so bietet (17, 18) des einpoligen Mehrstellenschalters (13) dies den Vorteil, daß sowohl ein Drehzahlabfall bei liegen (F i g. 2). Zunahme des Lastmoments besser verhindert als auch

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- eine Drehzahlzunahme bei steigender Betriebsspanzeichnet durch zusätzliche ohmsche Widerstände nung ausgeglichen wird.

(23, 24), die jeweils zwischen dem dem Leistungs- 35 In den Zeichnungen zeigt

transistor (8) zugewandten Anschluß (10) der F i g. 1 das Schaltbild einer ersten Ausführungs-

Gleichstromquelle (9) und einer der Mehrstellen- form einer Drehzahlregelanordnung gemäß der Erfin-

klemmen (17, 18) des einpoligen Mehrstellen- dung,

schalters (13) liegen (F i g. 2). F i g. 2 das Schaltbild einer zweiten Ausführungs-

40 form einer Drehzahlregelanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien eines konstant erregten Gleichstromnebenschlußmotors bei einer Drehzahl-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, zur 45 regelanordnung gemäß der Erfindung und
selbsttätigen Drehzahlregelung eines konstant erregten Fig. 4 eine graphische Darstellung der Drehzahl-Gleichstromnebenschlußmotors, dessen Ankerwick- Betriebsspannungs-Kennlinien eines konstant erregten lung in einem Brückenzweig einer Wheatstonebrücke Gleichstromnebenschlußmotors in einer Drehzahlangeordnet ist, die über einen Leistungstransistor mit regelanordnung gemäß der Erfindung,
einer Gleichstromquelle verbunden ist und mit deren 50 In F i g. 1 besitzt eine Wheatstonebrücke 5 in je Ausgangsklemmen über eine Bezugsgleichspannungs- ■ einem Brückenzweig die Ankerwicklung 4 eines konquelle zwei Eingangsklemmen eines Verstärkers ver- stant erregten Gleichstromnebenschlußmotors, einen bunden sind, dessen Ausgangsklemme an die Basis ersten ohmschen Widerstand 1, einen zweiten ohmdes Leistungstransistors angeschlossen ist, ferner mit sehen Widerstand 2 und einen dritten ohmschen einem ohmschen Widerstand, der zwischen den An- 55 Widerstand 3.

Schluß der Gleichstromquelle, an den der Leistungs- Wenn die magnetische Flußdichte des Motors

transistor angeschlossen ist, und derjenigen Eingangs- nahezu konstant ist, ist die in seiner Ankerwicklung

klemme des Verstärkers liegt, die unmittelbar an die induzierte Gegen-EMK bekanntlich ebenfalls nahezu

eine Ausgangsklemme der Wheatstonebrücke ange- proportional der Drehzahl des Motors. Wenn also

schlossen ist. 60 die Gegen-EMK so geregelt wird, daß sie einen kon-

Eine solche, aus der französischen Patentschrift stanten Wert hat, wird die Motordrehzahl ebenfalls

433 588 bekannte, selbsttätige elektrische Drehzahl- auf einen praktisch konstanten Wert geregelt,

regelanordnung ist einer rein mechanischen Drehzahl- · Die eine Ausgangsklemme 51 der Wheatstone-

regelvorrichtung überlegen. Jedoch ist die bekannte brücke 5 ist über eine Bezugsgleichspannungsquelle 6

Drehzahlregelanordnung nur auf eine einzige Soll- 65 mit der einen Eingangsklemme eines Verstärkers?

drehzahl gerichtet. verbunden. Die andere Ausgangsklemme 53 der

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Wheatstonebrücke 5 ist direkt mit der anderen Ein-

Anordnung zu schaffen, die es gestattet, einen konstant gangsklemme des Verstärkers 7 verbunden. ■