DE1588691B2

DE1588691B2 - Anordnung zur steuerung eines ueber einen eintakt transistor gleichspannungswandler gespeisten gleichstrommotors

Info

Publication number: DE1588691B2
Application number: DE19671588691
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Eilken Heinrich Dipl Ing 8000 München Freystedt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-03-01
Filing date: 1967-03-01
Publication date: 1972-02-10
Also published as: DE1588691A1

Description

Die Motorsteueranordnung nach F i g. 1 liegt eingangsseitig an einer Versorgungsgleichspannung U und ist ausgangsseitig mit den Anschlußklemmen eines Gleichstrommotors M verbunden. Wesentlicher Bestandteil der Steueranordnung ist ein Eintakt-Transistorgleichspannungswandler, bei dem gleichzeitig das Sperrwandler- und Durchflußwandlerprinzip in Verbindung mit einer nach dem Sperrschwingerprinzip erzeugten Steuerspannung für den Schalttransistor Ts zur Anwendung gelangt. Der Schwingtransformator Ü besteht aus vier Wicklungen: einer Primärwicklung n_v zwei Sekundärwicklungen n₂ und /I₃ und einer weiteren Sekundärwicklung als Rückkopplungswicklung /I₄.

An die Sekundärwicklungen /z₂ und n_z sind zwei Dioden GZ₁ und GZ₂ angeschlossen, über die ein Gleichstrommotor M gespeist wird. Parallel zum Motor liegt ein Kondensator C₂. Gemäß dem Sperrwandlerprinzip hat die während der Sperrzeit des Schalttransistors Ts auftretende transformierte Unterbrechungsspannung einen Gleichrichterstrom zur Folge. Dazu ist die während der Flußzeit im Transformator-Magnetfeld aufgespeicherte magnetische Energie verfügbar. Die aufgespeicherte Energie ergibt sich aus der Primärinduktivität des Transformators und aus dem Spitzenwert des Kollektorstroms des Schalttransistors Ts. Dieser Spitzenwert hängt hauptsächlich von dem Widerstand R₁ im Basis-Kollektor-Kreis und vom Verstärkungsfaktor des Schalttransistors Ts, jedoch nicht vom Lastwiderstand ab. Aus diesem Grund führt der Betrieb eines Sperrwandlers bei fehlender Last zu einer hohen Ausgangsspannung, die zur Zerstörung des Schalttransistors Ts, der Dioden Gl₁, Gl₁ oder des Kondensators C₂ führen kann.

Im Gegensatz dazu fließt beim Durchflußwandler der Gleichrichterstrom während der Flußzeit des Transistors. In dieser Zeit ist auf der Primärseite des Schwingtransformators 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 Durchflußwandler verhält sich somit wie eine Spannungsquelle mit niedrigem Innenwiderstand. Während der Sperrzeit erzeugt die in der Wicklung vorhandene elektromagnetische Energie eine unerwünscht hohe Spannungsspitze, wenn nicht durch zusätzliche Maßnahmen für ihre Verminderung gesorgt wird. Bei der vorliegenden Schaltungsanordnung wird diese Energie über eine zusätzliche Sekundärwicklung mit einer zusätzlichen Diode im Gleichstrommotor M umgesetzt. Es sind daher die Vorteile des Sperrwandlers mit denen des Durchflußwandlers vereinigt.

Das Sperrschwingerverhalten in der Schaltung nach F i g. 1 wird durch Anordnung eines ÄC-Gliedes C, R₂ im Rückkopplungskreis und durch den Widerstand R₁, über den sich der Kondensator C in der Sperrphase des Schalttransistors Ts entladen kann, erreicht. Die Sekundärwicklungen/I₂ und /z₃ sind in Reihe geschaltet und bewirken unter Verwendung der Gleichrichter GZ₁ und Gl₂ eine Summierung der Ströme in der Sperr- und Durchlaßphase.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Steueranordnung, das für einen Gleichstrommotor mit gegenüber der Versorgungsgleichspannung (z. B. 24 V) kleiner Motornennspannung (z. B. 2 V) besonders gut geeignet ist, ist in F i g. 2 dargestellt. Diese Ausführung ist z. B. für Kanalumsetzer in Trägerfrequenzsystemen von Bedeutung, in denen eine Schaltwalze im Gruppensperrgerät zur Pilotüberwachung von einem Antriebsmotor, kleiner Leistung und niedriger Motornennspannung zu betätigen ist. Von der Steueranordnung muß dabei ein Lastverhalten gefordert werden, das den Gleichstrommotor auch bei erheblich erhöhtem Reibungsmoment der Schaltwalze ohne Überschreitung eines maximal zulässigen Stroms sicher und schnell hochlaufen läßt. Erschwerend für den Einsatz der Steueranordnung im Gruppensperrgerät ist außerdem die Forderung nach einem verhältnismäßig kleinen Volumen.

Diese Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der nach F i g. 1 im wesentlichen durch den Aufbau des Schwingtransformators Ü', der mit einer Primärwicklung /2/ und zwei Sekundärwicklungen n₂ und H₃' ausgestattet ist. Die beiden Sekundärwicklungen n₂ und η_Ά' bewirken mit den Dioden Gl₁ und Gl₂ in der beschriebenen Weise eine Stromsummierung. Eine besondere Rückkopplungswicklung für den Schalttransistor Ts ist hierbei nicht vorgesehen. Vielmehr ist die Sekundärwicklung /I₂' so angeschlossen und bemessen, daß sie gleichzeitig als Rückkopplungswicklung und als zweite Sekundärwicklung wirkt.

Der Wandler arbeitet bei kleiner Last hauptsächlich als Sperrwandler. Der Kollektorstromimpuls Jq (F i g. 3a, 3 b) steigt dabei fast linear bis auf seinen Endwert an. Bei Belastung verformt sich der Kollektorstromimpuls mehr zu der Form, wie sie für den Flußwandler kennzeichnend ist. Die Eigenschaften der Steueranordnung lassen sich noch durch individuelle Wahl der Windungszahlen der Sekundärwicklungen /j/ und /2/ besonders beeinflussen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 spannung nachteilig auswirken kann, sind beim Patentansprüche: Durchflußwandler die hohen Umschlagspannungen sehr nachteilig.

1. Anordnung zur Steuerung eines über einen Es ist bereits eine Schaltungsanordnung für einen Eintakt-Transistorgleichspannungswandler mit 5 Eintakt-Gleichspannungswandler bekannt, bei der Rückkopplungswicklung aus einer Gleichspan- die beiden ungleichen Sekundärspannungshalbwellen nungsquelle gespeisten Gleichstrommotors, dessen nach Art einer Spannungsverdopplerschaltung, z. B. Nennspannung kleiner als die Spannung der in einer Greinacher-Schaltung, summiert werden Gleichspannungsquelle ist, d a d u r c h g e k e η η - (Telefunken-Laborbuch, Bd. 2, 1. Ausgabe 1961, zeichnet, daß der Gleichstrommotor über je io Seiten292 bis 293). Die Lastabhängigkeit der Auseine Diode (Gl₁, GZ₂) mit zwei Sekundärwicklun- gangsspannung und der Wirkungsgrad sind dabei gen (H₂, >i₃;/I₂', W₃') des zu dem nach dem Sperr- gegenüber dem Sperrwandler etwas verbessert. Aufschwingerprinzip gesteuerten Eintakt-Transistor- wendigere Lösungen sind in vielen Fällen sowohl gleichspannungswandler gehörenden Schwing- aus Kosten- wie aus Raum- oder Gewichtsgründen transformators (Ü; V) verbunden ist und daß die 15 nicht verwendbar.

Dioden (Gl₁, G/.,) derart gepolt sind, daß der aus Es ist auch bekannt, einen Gleichstrommotor über

beiden Sekundärwicklungen (h.„ n₃; n₂', n_s') wäh- eine Transistor-Oszillatorschaltung aus einer Gleich-

rend der beiden Schaltzeiten" abwechselnd be- Spannungsquelle zu speisen. Zur Umkehrung seiner

zogene Ankerstrom in der Ankerwicklung die- Drehrichtung wird der Motor über steuerbare Schalt-

selbe Richtung hat. 20 transistoren jeweils mit Spannungshalbwellen einer

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Polarität gespeist (USA.-Patentschrift 3 032 697).
kennzeichnet, daß das Lastverhalten des Eintakt- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Transistorgleichspannungswandlers durch Wahl eine besondere Ausgestaltung des Eintakt-Transistorder Windungszahlen der Sekundärwicklungen (/Z₂, gleichspannungswandler eine Steueranordnung für 77₃; ;i₂', /z₃') des Schwingtransformators (Ü; V) so 25 den Gleichstrommotor zu schaffen, die auch in ausgelegt ist, daß der Eintakt-Transistorgleich- solchen Fällen einen sicheren Betrieb des Gleichspannungswandler bei kleiner Last hauptsächlich strommotors ermöglicht, wenn die Motornennals Sperrwandler und mit zunehmender Belastung spannung wesentlich kleiner als die Versorgungsim wesentlichen als Durchflußwandler arbeitet. spannung ist und wenn mit großen Drehmoment-

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- 3° Schwankungen gerechnet werden muß.

durch gekennzeichnet, daß eine der Sekundär- Gemäß der Erfindung wird dies bei einer An-

wicklungen (/!./) des Schwingtransformators (V) Ordnung der eingangs genannten Art dadurch ergleichzeitig als Rückkopplungswicklung für den reicht, daß der Gleichstrommotor über je eine Diode Eintakt-Transistorgleichspannungswandlerbenutzt mit zwei Sekundärwicklungen des zu dem nach dem ist (F i g. 2). 35 Sperrschwingerprinzip gesteuerten Eintakt-Transistor-

gleichspannungswandler gehörenden Schwingtransformators verbunden ist und daß die Dioden derart gepolt sind, daß der aus beiden Sekundärwicklungen während der beiden Schaltzeiten abwechselnd be-40 zogene Ankerstrom in der Ankerwicklung dieselbe Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung Richtung hat.

zur Steuerung eines über einen Eintakt-Transistor- Das Lastverhalten des Eintakt-Transistorgleich-

gleichspannungswandler mit Rückkopplungswicklung Spannungswandlers kann den Erfordernissen in voraus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Gleich- teilhafter Weise durch Wahl der Windungszahlen der strommotors, dessen Nennspannung kleiner als die 45 Sekundärwicklungen des Schwingtransformators an-Spannung der Gleichspannungsquelle ist. gepaßt werden, derart, daß der Eintakt-Transistor-

Es bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, gleichspannungswandler bei kleiner Last hauptsächeinen Gleichstrommotor aus einer Gleichspannungs- Hch als Sperrwandler und mit zunehmender Bequelle zu speisen, deren Spannung größer oder lastung im wesentlichen als Durchflußwandler kleiner ist als die Motornennspannung. Bei einer 50 arbeitet. Auf diese Weise läßt sich jeweils das gegenüber der Motornennspannung höheren Ver- günstigste Verhalten der Anordnung ausnutzen,
sorgungsspannung stellt die Verwendung eines Vor- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der

Widerstands eine zwar billige und einfache Lösung Erfindung kann eine der Sekundärwicklungen dar, doch ist diese besonders bei großem Spannungs- des Schwingtransformators gleichzeitig als Rückunterschied mit erheblichen Nachteilen verbunden; 55 kopplungswicklung für den Eintakt-Transistordenn eine ausreichend konstante Drehzahl sowie gleichspannungswandler benutzt werden,
schnelles Hochlaufen und Abbremsen des Motors Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nacherfordern eine möglichst konstante Ankerklemmen- stehend an Hand der Zeichnungen näher bespannung und einen kleinen Quellenwiderstand. schrieben. In

Außer dem Lastverhalten des Motors ist auch der 60 F i g. 1 ist ein Eintakt-Transistorgleichspannungs-Wirkungsgrad in diesem Fall sehr ungünstig. wandler für eine Motorsteueranordnung mit zwei

Ist die Motornennspannung größer als die Ver- selbständigen Sekundärwicklungen des zugehörigen sorgungsspannung, dann bietet sich die Verwendung Schwingtransformators dargestellt;
eines Gleichspannungswandlers an. Die wegen ihres F i g. 2 zeigt eine abgewandelte Schaltungsgeringen Aufwands bevorzugten Eintakt-Sperr- bzw. 65 anordnung; in

Durchflußwandler sind jedoch auch mit verschiede- F i g. 3 a und 3 b sind die Kollektorstromimpulse

ncn Nachteilen behaftet. Während sich beim Sperr- der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 für untcrwandler die starke Lastabhängigkeit der Ausgangs- schiedliche Belastungsfälle dargestellt.