DE1613438B2 - Schaltungsanordnung zur drehzahlregelung eines kollektor losen gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines kollektorlosen Gleichstrommotors, welcher einen diametral magnetisierten Permanentmagnetläufer und zwei räumlich um 90° elektrisch gegeneinander versetzte, aus je zwei Teilwicklungen bestehende Statorwicklungen aufweist, die mit ihrem einen Ende an dem zweiten Pol einer Gleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende über die Kollektor-Emitter-Strecke von Leistungstransistoren an dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle liegen, von denen jeweils zwei Leistungstransistoren jeder Statorwicklung zugeordnet sind, welche Leistungstransistoren über zwei erste Vortransistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit Hilfe eines diesen zugeordneten Hallgenerator steuerbar sind.

Eine solche Schaltungsanordnung ist in der älteren Patentanmeldung 16 38 538.9-32 vorgeschlagen worden. Bei dieser Schaltungsanordnung kann ebenso wie bei einer aus der »Siemens Zeitschrift« vom September 1966, S. 692, Bild 6 bekannten Schaltung zur Drehzahlregelung eines kollektorlosen Gleichstrommotors die Drehzahl nur in einer Richtung geregelt werden, d. h. die Drehzahl wird nur beim Unterschreiten des Istwertes unter den Sollwert auf den Sollwert hochgeregelt, wogegen ein Herunterregeln eines höheren Istwertes auf einen niedrigeren Sollwert nicht möglich ist. Mit dieser Art der Regelung läßt sich nur eine begrenzte und zudem noch lastabhängige Regelgeschwindigkeit erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung für kollektorlose Gleichstrommotoren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der die Drehzahl beim Über- oder Unterschreiten ihres Sollwertes sowohl hoch- als auch heruntergeregelt werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch, daß jedem der beiden Paare der ersten Vortransistoren jeweils ein basisseitig mit diesem ersten ein parallelgeschaltetes Paar von zweiten Vortransistoren des gleichen Leitfähigkeitstyps zugeordnet ist, deren Kollektoren jeweils kreuzweise zu den Kollektoren der ersten Vortransistoren vertauscht an die Basen der jeweiligen Leistungstransistoren geschaltet sind, und daß die Kollektoren der ersten und zweiten Vortransistoren, die jeweils an der Basis eines Leistungstransistors liegen, über je einen zweiten Widerstand an den ersten Pol der Gleichspannungsquelle gelegt sind, während die Emitteranschlüsse aller ersten und aller zweiten Vortransistoren je für sich zusammengefaßt über jeweils eine Leitung und in Abhängigkeit von einer Drehzahlregeleinrichtung betätigbare Schalter wahlweise an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle schaltbar sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als Schalter dritte bis fünfte Transistoren vorgesehen, die von einer Brückenschaltung gesteuert werden. Eine besonders einfache Brückenschaltung zur Drehzahlregelung ergibt sich dadurch, daß den einen Zweig der Brücke eine Zenerdiode und ein dritter Widerstand und den anderen Zweig ein sechster Transistor, dessen Basis der Drehzahlistwert zugeführt ist, und ein vierter Widerstand bilden.

Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist es möglich, einen kollektorlosen Gleichstrommotor auch beim Überschreiten der Nenndrehzahl herunterzuregeln, indem der Permanentmagnetläufer bei zu hoher Drehzahl durch ein Gegenmoment abgebremst wird. Auf diese Weise wird eine hohe und von der jeweiligen Belastung praktisch unabhängige Regelgeschwindigkeit erreicht.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

ίο Mit Wl und Wl sind die beiden Teilwicklungen der einen Statorwicklung und mit W 3 und W 4 die Teilwicklungen der anderen Statorwicklung bezeichnet. Die beiden Statorwicklungen sind gegeneinander um 90° elektrisch versetzt. Die einen Enden der Teilwicklungen Wl bis W 4 sind mit dem als zweiten Pol bezeichneten negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden, während die anderen Enden über Leistungstransistoren Π bis T 4 mit dem als ersten Pol bezeichneten positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind. Die Leistungstransistoren Tl bis T 4 werden von ersten Vortransistoren T 5 bis Γ 8 angesteuert. Die Basen der Vortransistoren T 5 und Γ 6 sind mit den Hallspannungsanschlüssen 2 und 4 eines Hallgenerators H1 verbunden. In gleicher Weise sind die Basen der Vortransistoren Tl und Γ8 mit den Hallspannungsanschlüssen 8 und 6 eines Hallgenerators Hl verbunden. Die beiden Hallgeneratoren Hl und Hl werden von der Gleichspannungsquelle über erste Widerstände R mit Steuerstrom ver- sorgt. Die Kollektoren der ersten Vortransistoren TS bis T8 sind über zweite Widerstände R1 bis R4 mit dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Die Emitter der ersten Vortransistoren T 5 bis Γ 8 sind miteinander über eine Leitung α verbunden.

Wird die Leitung α mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden, so wird der Motor in Betrieb gesetzt und nimmt eine bestimmte Drehrichtung an, die durch die Aussteuerung der beiden Hallgeneratoren Hl und Hl durch den umlaufenden Permanentmagnetläufer bestimmt ist. Die ersten Vortransistoren T 5 bis T 8 werden hierbei in einem bestimmten Zyklus angesteuert und damit auch die Leistungstransistoren Tl bis TA, welche die Teilwicklungen Wl bis W 4 an Spannung legen. Eine solche Schaltungsanordnung ist in der älteren Patentanmeldung P 16 38 538.9-32 angegeben.

Um die Teilwicklungen Wl bis WA auch in entgegengesetzter Reihenfolge ansteuern zu können, sind neben den ersten Vortransistoren Γ 5 bis T 8 noch zweite Vortransistoren T 9 bis Γ12 vorgesehen. Die Zuordnung der zweiten Vortransistoren Γ 9 bis T12 zu den Leistungstransistoren Tl bis T 4 ist so getroffen, daß jeweils der gegenüber dem ersten Vortransistor an dem anderen Hallspannungsanschluß des gleichen Hallgenerators angeschlossene zweite Vortransistor mit dem gleichen Leistungstransistor verbunden ist. So ist z. B. der an den Hallspannungsanschluß 2 des Hallgenerators Hl angeschlossene erste Vortransistor T 5 und der an den anderen HaIl-Spannungsanschluß 4 angeschlossene zweite Vortransistor T9 mit dem Leistungstransistor Tl verbunden. In entsprechender Weise sind die übrigen ersten und zweiten Vortransistoren mit den übrigen Leistungstransistoren verbunden. Die Emitter der zweiten Vor- transistoren T 9 bis T12 sind über eine Leitung b miteinander verbunden. Wird diese Leitung b an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle gelegt, so wird den Leistungstransistoren Tl bis T 4 ein um

180° versetzter Steuertakt zugeführt, so daß auf den Permanentmagnetläufer ein Gegenmoment wirkt. Auf diese Weise kann durch entsprechendes Anspannunglegen der Leitungen α und b eine Umkehr der Drehrichtung des Motors erreicht werden.

Zur Drehzahlregelung des Motors ist eine Brükkenanordnung vorgesehen, die aus einer Zenerdiode Z und einem dritten Widerstand Rz sowie einem sechsten Transistor T16 und einem vierten Widerstand Rt besteht. Im Nullzweig A-B der Brücke liegt ein fünfter Widerstand R 5, zu dem die Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecke eines dritten Transistors T13 mit einem sechsten Widerstand R13 und weiterhin die Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecke eines vierten Transistors Γ14 mit einem siebten Widerstand R14 parallel geschaltet sind. Durch diese Art der Schaltung wird eine Hysterese vermieden. Vorzugsweise ist der siebte Widerstand R14 größer als der sechste Widerstand R13 gewählt. An Stelle der dritten und vierten Transistoren T13 und Γ14 können auch Feldeffekttransistoren verwendet werden, wobei dann die sechsten und siebten Widerstände R13 und .R14 entfallen. Je nach dem Stromfluß in dem fünften Widerstand R 5 wird entweder der dritte Transistor Γ13 oder der vierte Transistor T14 auf gesteuert und damit entweder den ersten Vortranistoren T 5 bis Γ 8 über die Leitung α oder den zweiten Vortransistoren T 9 bis Γ12 über die Leitung b Strom zugeführt. Da die Stromrichtung in den Leitungen α und b die gleiche ist, muß mittels eines fünften Transistors Γ15 die Stromrichtung des vierten Transistors Γ14 invertiert werden.

Bei der Drehzahlregelung wird am Punkt C, der mit der Basis eines sechsten Transistors Γ16 verbunden ist, ein der Drehzahlabweichung proportionaler Strom eingespeist. Dadurch ändert sich der Widerstand des sechsten Transistors T16 entsprechend. Liegen die Brückenpunkte A und B auf gleichem Potential, so fließt über den fünften Widerstand RS kein Strom, so daß weder der dritte noch der vierte Transistor Γ13 und Γ14 ausgesteuert werden. Demzufolge sind auch die Teilwicklungen Wl bis W 4 stromlos. Bei festgelegter Drehrichtung hat der Brükkenpunkt B positives Potential gegenüber dem Brükkenpunkt/1, so daß der dritte Transistor Γ13 und damit auch die ersten Vortransistoren T 5 bis Γ 8 Strom führen. Die Teilwicklungen Wl bis W 4 führen demnach in einem gewissen Zyklus Strom. Wird nun die Drehzahl zu hoch, so wechselt die Polarität der Brückenpunkte A und B. Dadurch werden der vierte Transistor Γ14 und der fünfte Transistor TlS nach dem Sperren der ersten Vortransistoren Γ 5 bis T 8 durchgesteuert, und damit führen die zweiten Vortransistoren T 9 bis T12 Strom. Dementsprechend werden nunmehr die Teilwicklungen Wl bis W 4 um 180° versetzt angesteuert, so daß auf den Permanentmagnetläufer ein Gegenmoment wirkt, durch welches die Drehzahl auf den Sollwert abgebremst wird.

Wird die Schaltungsanordnung zur Nachlaufsteuerung verwendet, so erhält der Punkt C bzw. der Brückenpunkt B das Fehlersignal. Der Motor dreht sich dann je nach Polarität des Fehlers in der einen oder in der anderen Drehrichtung. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann somit nicht nur zur Drehzahlregelung sondern auch in vorteilhafter Weise zur Drehrichtungsumkehr eines kollektorlosen Gleichstrommotors verwendet werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines kollektorlosen Gleichstrommotors, welcher einen diametral magnetisierten Permanentmagnetläufer und zwei räumlich um 90° elektrisch gegeneinander versetzte, aus je zwei Teilwicklungen bestehende Statorwicklungen aufweist, die mit ihrem einen Ende an dem zweiten Pol einer Gleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende über die Kollektor-Emitter-Strecke von Leistungstransistoren an dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle liegen, von denen jeweils zwei Leistungstransistoren jeder Statorwicklung zugeordnet sind, welche Leistungstransistoren über zwei erste Vortransistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit Hilfe eines diesen zugeordneten Hallgenerators steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Paare der ersten Vortransistoren (T 5 bis Γ 8) jeweils ein basisseitig mit diesem ersten ein parallelgeschaltetes Paar von zweiten Vortransistoren (T 9 bis T12) des gleichen Leitfähigkeitstyps zugeordnet ist, deren Kollektoren jeweils kreuzweise zu den Kollektoren der ersten Vortransistoren (Γ5 bis Γ8) vertauscht an die Basen der jeweiligen Leistungstransistoren (Tl bis Γ 4) geschaltet sind, und daß die Kollektoren der ersten und zweiten Vortransistoren, die jeweils an der Basis eines Leistungstransistors liegen, über je einen zweiten Widerstand (R 1 bis R 4) an den ersten Pol der Gleichspannungsquelle gelegt sind, während die Emitteranschlüsse aller ersten (T 5 bis TS) und aller zweiten Vortransistoren (T 9 bis T12) je für sich zusammengefaßt über jeweils eine Leitung (a, b) und in Abhängigkeit von einer Drehzahleinrichtung betätigbare Schalter wahlweise an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle schaltbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter dritte bis fünfte Transistoren (T 13, T14 und T15) sind, die von einer Brückenschaltung steuerbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den einen Zweig der Brücke eine Zenerdiode (Z) und ein dritter Widerstand (Rz) und den anderen Zweig ein sechster Transistor (T 16), dessen Basis der Drehzahlistwert zugeführt ist, und ein vierter Widerstand (Rt) bilden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Nullzweig (A-B) der Brücke ein fünfter Widerstand (R 5) liegt, dem die Basis-Emitter-Strecken der dritten und vierten Transistoren (T 13, T14) parallel geschaltet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des dritten Transistors (T 13) unmittelbar mit den Emittern der ersten Vortransistoren (T 5 bis T 8) verbunden ist, während der Kollektor des vierten Transistors (T 14) über den fünften Transistor (T 15) mit den Emittern der zweiten Vortransistoren (T9 bis T12) verbunden ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Emittern der dritten und vierten Transistoren (T 13, T14) sechste und siebte Widerstände (R 13, i?14) vorgeschaltet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ge-

kennzeichnet, daß der siebte Widerstand (R 14) größer als der sechste Widerstand (£13) ist.

8. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als dritte und vierte Transistoren (T 13, T14) Feldeffekttransistoren verwendet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen