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Motorsteuerschaltung unter Verwendung eines Transistor-Qleichspannungswandlers
Es bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, Steuermotore aus einer Spannungsquelle
zu betreiben, deren Spannung größer oder kleiner ist als die Motorspannung.
Bei einer gegenüber der Motorspannung höheren Versorgungsspannung stellt
die Verwendung eines Vorwiderstands eine zwar billige und einfache Lösung dar. Diese
ist jedoch besonders bei großem Spannungsunterschied mit erheblichen Nachteilen
verbunden, da eine ausreichend konstante Drehzahl sowie schnelles Hochlaufen
und Abbremsen des Motors eine möglichst konstante Motorspannung und einen
kleinen Quellenwiderstand erfordern. Außer dem Lastverhalten des Motors ist
auch der Wirkungsgrad in diesem Fall sehr ungünstig. ' Eine verbesserte Lösung,
die diese Nachteile teilweise vermeidet, besteht in der Verwendung.eines
Vorwiderstands in Verbindung mit einer einfachen elektronischen Regelung.
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Ist in anderen Fällen die Motorspannung größer als die Versorgungsspannung,
dann bietet sich die Verwendung eines
Gleichspannungswandlers an. Die
wogen ihres geringen Aufwands bevorzugten Eintakt-Sperr- b$w. Durohflußwandler
sind
jedoch auch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Während
sich
beim Sperrwandler die starke Lastabhängigkeit der
Ausgangsspannung nachteilig
auswirken kann, sind beim Durchflußwandler die hohen Umschlagspannungen sehr nachteilig.
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Es ist auch eine Schaltung für Eintakt-Gleichspannungswandler bekannt,
bei der die beiden ungleichen Sekundä.rspannungshalbwellen nach Art einer Spannungsverdopplerschaltung,
z.B. in einer Greinacher-Schaltung, summiert werden. Die Lastabhängigkeit der Ausgangsspannung
und der Wirkungsgrad sind hier gegenüber dem Sperrwandler etwas verbessert. Aufwendigere
Lösungen sind in vielen Fällen sowohl aus Kosten- wie aus Raum- oder Gewichtsgründen
nicht verwendbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine besondere Ausgestaltung
der Eintakt-Gleichspannungswandler eine Steuerschaltung für Gleichstrommotors zu
schaffen, die auch in solchen Fällen einen sicheren Betrieb von-Steuermotoren ermöglicht,
wenn die Motorspannung wesentlich kleiner als die Versorgungsspannung ist und wenn
mit großen Drebmomentschwankungen gerechnet werden muß.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der-an den Ausgang
des Gleichspannungswandlers geschaltete Steuermotor aus zwei selbständigen
Sekundärwicklungen des Schwingtransformators eines nach dem Spexrschwingerprinzip
gesteuerten Gleichspannungswandlers gespeist ist, von denen je eine für die Spannungswandlung
in der Stromflußphase und in der Sperrphase des Schalttransistors dimensioniert
ist, und daß die Sekundärwicklungen derart mittels Dioden aufeinen gemeinsamen Ausgang
geschaltet sind, daß sich"die Ströme der beiden Schaltphasen addieren.
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Das-Lastverhalten der Motorsteuerschaltung kann den Erfordernissen
in
vorteilhafter Weise durch Wahl des Windungszahlverhältnisses der-Sekundärwicklungen
des Spannungswandlers angepaßt werden, 'derart, daß der Spannungswandler z.B. bei
kleiner Last hauptsächlich als Sperrwandler und mit zunehmender Belastung im wesentlichen
als Durchflußwandler arbeitet. Auf diese Weise läßt eich jeweils das günstigste
Verhalten der Steuerschaltung ausnutzen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung kann bei einer im Vergleich zur Versorgungsspannung wesentlich kleineren
Motorspannung der Schwingübertrager des Gleichspannungswandlers als Spartransformator
ausgebildet sein, wobei die Rückkopplungewicklung gleichzeitig als Sekundärwicklung
benutzt wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis
3 näher beschrieben.
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In Fig.1 ist ein Gleichspannungswandler für eine Motorsteuerung mit
zwei selbständigen Sekundärwicklungen des Schwingübertragers dargestellt.
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Fig.2 zeigt eine abgewandelte Schaltung mit einem Sparübertrager..
- -In den Figuren_.3aund 3b eind- die- Kollektorstromimpulse der Schaltung-nach
Fig.2 für unterschiedliche Belastungsfälle dargestellt..
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Die:Motorsteuerschaltung nach Fig.1 liegt eingangsseitig an einer
Versorgungsspannung U und ist ausgangsseitig mit den Anschlußklemmen des Motors-M
verbunden. Der wesentliehe Bestandteil der Steuerschaltung ist ein-Eintakt-Gleich-@
spannungswandler, bei dem gleichzeitig das Sperrwandler-und Durchflußwandlerprinzip
in Verbindung mit einer nach
dem Sperrschwingerprinzip erzeugten
Steuerspannung für . den Sehalttransietor To zur. Anwendung gelangt. Der Schwingübertrager
Ü besteht aus vier Wicklungen; der Primärwicklung n1, den Sekundärwicklungen n2
und n3 und der Rückkopplungswicklung n4. Gemäß dem Sperrwandlerprinzip hat die während
der@Spürrzeit des Transistors To auftretende transformierte Unterbrechungsspannung
den Gleichrichterstrom zur Folge. Dazu ist die während der F1ußzeit im Traneformator-Magnetfeld
aufgespeicherte Arbeit verfügbar. Die aufgespeicherte Arbeit ergibt sich aus der
Primärindnktivität des Transformators und aus dem Spitzenwert des Kollektorst.roms.
Dieser hängt hauptsächlich von dem Widerstand R1 im Basiskreis und vom Verstärkungsfaktor
des Transistors, jedoch nicht vom Lastwiderstand ab. Aus diesem Grund führt der
Betrieb eines Sperrwandlers bei fehlender Last zu hoher Ausgangsspannung, die zur
Zerstörung des Transistors, des Gleichrichters oder des Speicherkondensators führen
kann.
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Im Gegensatz dazu fließt beim Durchflußwandler der Gleichrichterstrom
während der Flußzeit des Transistors. In dieser Zeit ist auf der Primärseite des
Transformators eine Spannung wirksam, die ungefähr gleich der Eingangsspannung ist.
Die -Sekundärspannung ergibt sich dann aus dieser Spannung multipliziert mit dem
Windungszahlverhältnis von Primär- zu Sekundärwicklung. Der Flußwandler verhält
sich somit wie eine Spannungsquelle mit niedrigem In-nenwiderstand.
Während der Sperrzeit erzeugt der in der Wicklung vorhandene Arbeitsinhalt
eine unerwünscht hohe Spannungsspitze, wenn nicht durch zusätzliche Maßnahmen
für seine Verminderung gesorgt wird. Bei der vorliegenden Schaltung
wird diese Energie durch eine zusätzliche Sekundärwicklung mit einer zusätzlichen
Diode als Nutzlast im Arbeitswiderstand (Steuermotor M) umgesetzt. Es sind da-her
die-Vorteile des Sperrwandlers mit denen des Durchflußwandlers
vereinigt.
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Das Sperrsehwingerverhalten in der Schaltung nach Fig.1 wird durch
Einschaltezl des RC-Gliedes C, R2 in den Rückkopplungskreis und durch den Widerstand
R.1, über den sich der Kondensator 0 in der Sperrphase des Transistors entladen
kann, erreicht. Die Sekundärwicklungen n2 und n3 sind in Reihe geschaltet und bewirken
unter Verwendung der Gleichrichter G11 und G12 eine Summierung der Ströme in der
Sperr- und Durchlaßphase.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung, das.
für Motore mit gegenüber der Versorgungsspannung (z.D. 2$ V) kleiner Motorspannung
(z.8. 2@V) besonders gut geeignet ist,. ist in Fig.2 dargestellt. Diese Ausführung
ist z.D. für Kamalumsetzer in Trägerfrequenzsystemen von.' Bedeutung, in denen eine
Schaltwalze im Gruppensperrgerät zur Pilotüberwachung von einem Antriebsmotor kleiner
Leistung und niedriger Motorspannung zu betätigen ist. Von der Steuerschaltung muß
hier ein Lastverhalten gefordert werden, das den Motor auch bei erheblich erhöhten
last-Reibungsmoment der Schaltwalze ohne Überschreitung eines maximal zulässigen
Stromes sicher und schnell. hochlaufen läßt. Erschwerend für den Einsatz der Steuerschaltung
im Gruppenaperrgerät ist außerdem die Forderung nach einem , verhältnismäßig kleinen
Volumen.
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Die Schaltung unterscheidet sich von der nach Fig.l im wesentlichen
durch den Schwingübertrager,. der hier als Spartransformator Ü' mit drei Wicklungen
ausgebildet ist. Die Primärwicklung ist mit. n1' bezeichnet. Die beiden Sekundärwicklungen
n2' und n3` bewirken mit den Gleichrichtern G11' und G12' in der beschriebenen leise
eine Stromsummierung. Eine besondere.Rückkopplungewicklung zur Erzeugung der Steuerspannung:
für den Schalttrannistor 2s' -ist hier
nicht vorgesehen. Die Wicklung
n2' ist so ausgebildet, daB sie gleichzeitig als Rückkopplungswicklung und als zweite
Sekundärwicklung wirkt.
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Im vorliegenden Fall arbeitet der Wandler bei kleiner Last hauptsächlich
als Sperrwandler. Der Kollektoratromimpuls steigt dabei fast linear bis auf seinen
Endwert an. Bei Belastung verformt sich der Kollektorstromimpuls mehr zu der Form,
wie sie für den FluBwandler kennzeichnend ist. Die Kurvenformen der Kollektorstromimpulse
für die beiden betrachteten Fälle sind in den Figuren 3a und 3b dargestellt. Die
Eigenschaften der Steuerschaltung lassen sich noch durch individuelle Wahl des Übersetzungsverhältnisses
der Wicklungen n2' zu n3' besonders beeinflussen.