DE1763588C3 - Einrichtung zur Regelung der Phasenlage des Läufers eines Elektromotors - Google Patents

Description

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Ausgang einerseits an eine Schaltungsanordnung zur eingespeist, deren Verzögerung in Abhängigkeit von Steuerung der Motordrehzahl und andererseits an eine einer an sie angelegten Steuerspannung veränderlich Tiefpaßschaltung gelegt ist, deren Ausgang als Steuer- ist. Der Ausgang der Verzögerungsschaltung 7 ist signal in Gegenkopplung an die Verzögerungsschal- gemeinsam mit dem Ausgang des Detektors 6 zum tung gelegt ist 5 Erfassen der Phasenlage des Läufers des Gleichstrom-

Hierbei wird also ein dem Phasenfehler entsprechen- motors 1 an eine Phasenvergleichsschaltung 9 gelegt, des Signal an eine Verzögerungsschaltung über einen deren Ausgang einerseits an eine Schaltungsanordnung Tiefpaß angelegt und so nach Wunsch der Verzöge- zur Steuerung der Motordrehzahl und andererseits rungsbetrag der Verzögerungsschaltung eingestellt an eine Tiefpaßschaltung 8 gelegt ist, deren Ausgang und damit die Ansprechkennlinie des Servosystems io als Steuersignal in Gegenkopplung an die Verzögegesteuert, wodurch eine Dämpfungskompensation rungsschaltung 7 gelegt ist

für den Betrieb eines Gleichstrommotors erzielt wird. Die Schaltungsanordnung zur Steuerung der Motor-

Der kompliziert aufgebaute Drehzahldetektor ist drehzahl weist einen Transistor 14 auf, dessen Basis dafür nicht erforderlich. Ebensowenig ein das Aus- mit dem Ausgang der Phasenvergleichsschaltung 9 gangssignal dieses Drehzahldetektors mit einem wei- 15 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 14 ist teren Regelsignal addierender Addierkreis. Der ver- mit der Fühlklemme d der Brückenschaltung verbunwendete Gleichstrommotor wird vielmehr ausschließ- den, während sein Kollektor über einen Regelwiderlich mit dem Ausgang der Phasenvergleichsschaltung stand 16 mit der Fühlklemme c der Brückenschaltung betrieben, die mit der steuerbaren Verzögerungsschal- verbunden ist. Weiter liegt der Minuspol 18 der Enertung und dem Detektor für die Phasenlage des Läufers ao giequelie über dem Widerstand 2 an der Fühlklemme d verbunden ist. Bei diesem Kompensationssystem werden und über dem Widerstand 4 an der Fühlklemme c. also Tiefpaßfilter und Verzögerungsschaltung grund- Bezeichnet man den Innenwiderstand des Läufers

sätzlich anders als bisher verwendet. Gerade durch 12 des Gleichstrommotors 1 mit R_a und die Widerdiese Verwendung ergibt sich auf einfache Weise und standswerte der Widerstände 2, 3 und 4 mit A₂, R₃ mit geringem schaltungstechnischem Aufwand eine 25 bzw. A₄, so gilt für diese Widerstandswerte die Brückenwirkungsvolle Kompensation. Die Einrichtung ist abgleichsbeziehung
raumsparend und erzeugt auf Grund der Art des

verwendeten Motors keine großen, abzuführenden Ra _ Ra

Wärmemengen. Sie ist deshalb beispielsweise für den R₂ R_t

Antrieb des Drehkopfes in Videobandaufzeichnungs- 30
geräten gut geeignet. An den Fühlklemmen c und d der Brückenschaltung

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise kann dann eine Spannung abgenommen werden, die veranschaulicht, und zwar zeigt der im Läufer 12 des Gleichstrommotors 1 erzeugten

F i g. 1 schematisch und teilweise als Blockschal- gegenelektromotorischen Kraft proportional ist. Da tung eine Ausführungsform der Einrichtung zur 35 die Stärke des magnetischen Flusses auf Grund der Regelung der Phasenlage des Läufers eines Elektro- Tatsache, daß die Feldpole 10 durch einen Dauermotors, magneten gebildet werden, konstant bleibt, ist die im

F i g. 2 bis 5 Blockschaltungen zur Erläuterung der Läufer 12 erzeugte gegenelektromotorische Kraft im Funktion der in F i g. 1 dargestellten Ausführungs- wesentlichen ausschließlich der Drehzahl des Läufers form, 40 12 proportional, und daher ist die zwischen den

F i g. 6 eine Ausführungsform der Schaltung von Fühlklemmen c und d der Brückenschaltungauftretende Verzögerungsschaltung und Tiefpaßschaltung gemäß Spannung ebenfalls im wesentlichen ausschließlich F i g. 1, der Drehzahl des Läufers 12 proportional. Der

F i g. 7 eine grafische Darstellung zur Erläuterung Siliziumtransistor 11 dient zusätzlich als Bezugsder Betriebskennlinie der in F i g. 6 gezeigten Ver- 45 Spannungsquelle, da sein Kollektorstrom abrupt anzögerungsschaltung, steigt, wenn die Basis-Emitter-Spannung einen Span-

F i g. 8 und 9 Blockschaltungen weiterer Ausfüh- nungsbetrag von 0,65 Volt überschreitet. Steigt die rungsformen einer Einrichtung zur Regelung der an den Fühlklemmen c und d der Brückenschaltung Phasenlage des Läufers eines Gleichstrommotors und ertastete Spannung über einen Betrag von 0,65 Volt

F i g. 10 eine grafische Darstellung zur Tiefpaß- 50 an, so nimmt der Kollektorstrom des Siliziumtranschaltung der Ausführungsform nach F i g. 9. sistors 11 abrupt zu, so daß sich der Spannungsabfall

F i g. 1 zeigt einen Gleichstrommotor 1, dessen am Widerstand 15 stark erhöht. Als Folge hiervon Feldpole 10 durch einen Dauermagneten gebildet erhöht sich die Impedanz zwischen dem Kollektor und werden und dessen Läuferwicklungen zusammen mit dem Emitter des Leistungsregeltransisiors 13, und die drei Widerständen 2, 3 und 4 eine Brückenschaltung 55 Eingangsspannung der Brückenschaltung verringert bilden. Ein Siliziumtransistor 11 ist zwischen zwei sich entsprechend. Somit verringert sich der durch den Fühlklemmen r und β der Brückenschaltung ange- Läufer 15 fließende Strom und damit auch die Drehzahl schlossen, wie in der Figur gezeigt. Der Kollektor des des Läufers 12 und die in diesem erzeugte gegen-Siliziumtransistors 11 ist mit der Basis eines Leistungs- elektromotorische Kraft. Die an den Fühlklemmen c regeltransistors 13 und weiter über einen Widerstand 60 und d der Brückenschaltung abgenommene Spannung 15 mit dem einen Pol 19 einer Energiequelle verbunden. sinkt, und in dieser Weise wird der Abgleichzustand

Die Phasenlage des Läufers des Gleichstrommo- herbeigeführt. Falls die ertastete Spannung geringer tors 1 wird durch einen Detektor 6 erfaßt, der auf ist als 0,65 Volt, so laufen die Vorgänge in einem entdie in der Figur angedeutete Weise mit der Welle gegengesetzten Sinne ab und führen ebenfalls zum des Gleichstrommotors 1 verbunden ist. Weiter ist 65 Abgleichzustand. Der Gleichstrommotor I, die Widereine Bezugssignalquelle 5 vorgesehen, die in der Figur stände 2, 3 und 4, die Transistoren 11 und 13 und der als Anschlußklemme angedeutet ist. Das an dieser Widerstand 15 stellen also eine Anordnung zur Drehliegende Signal wird einer Verzögerungsschaltung 7 zahlregelung dar.

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Gleichzeitig ertastet der Detektor 6 die Phasenlage Schwingungsphase des Bezugssynchronsignals von der des Läufers 12 und liefert ein Signal, das für die Pha- Bezugssignalquelle 5.

senlage des Läufers 12 repräsentativ ist. Dieses Signal Im Rahmen dieser Regelung ist die Drehzahl des

wird der Phasenvergleichsschaltung 9 zugeführt, in Gleichstrommotors 1 in einem Bereich variabel, der der es mit dem Ausgangssignal der Verzögerungs- 5 dem Frequenzbereich des durch eine Bezugssignalschaltung? verglichen wird, in welcher die Verzöge- quelle erzeugten Ausgangssignals entspricht, so daß rung der Phase des von der Bezugssignalquelle ge- die erwünschte Regelung in wirksamer Weise vorgelieferten Bezugssynchronsignals in Abhängigkeit von nommen werden kann. Die Impedanz zwischen KoI-der durch die Tiefpaßschaltung 8 angelegten Steuer- lektor und Emitter des Transistors 14 ist zwischen spannung variabel ist. Ein dem Phasenunterschied io einem Wert von einigen hundert Kiloohm und einigen beider Signale entsprechender Strom wird so der Basis zehn Ohm veränderlich, da bei dem Transistor 14 des Transistors 14 zugeführt. Die Impedanz zwischen zwischen dem Sperrzustand und dem maximalen DurchKollektor und Emitter des Transistors 14 ruft hierbei laßzustand ein breiter Bereich der Impedanzänderungen im Verein mit dem Regelwiderstand 16 die Wirkung gegeben ist. Wegen des Vorhandenseins des Regeleines Dämpfungsgliedes für die an den Fühlklemmen <· 15 Widerstandes 16 ergibt sich allerdings ein Mindestwert und d der Brückenschaltung abzunehmende Spannung der Impedanz für die Fühlklemmen c und d der hervor. Brückenschaltung, und demgemäß ist der Höchstwert

Die zwischen den Fühlklemmen c und t/der Brücken- der Drehzahl durch den Regelwiderstand 16 bestimmschaltung auftretende Spannung wird so gesteuert, bar. Wenngleich andererseits der Mindestwert der daß sie einen festen Wert besitzt (oder genauer gesagt, »o Drehzahl vom Aufbau der Brückenschaltung besie wird so gesteuert, daß die Basis-Emitter-Spannung stimmend beeinflußt wird, so kann dieser im übrigen des Siliziumtransistors 11 einen Wert in der Größen- eine zusätzliche Festlegung dadurch erfahren, daß Ordnung von 0,65 Volt hat). Wird also das aus der ein Einstellwiderstand 17 in der in F i g. 1 gezeigten Impedanz, d. h. aus dein Transistor 14 und dem Regel- Weise vorgesehen wird.

widerstand 16 bestehende Dämpfungsglied zur wei- »5 Wie der Schaltung nach F i g. 1 zu entnehmen, wird teren Dämpfung der durch die Brücke ertasteten das von der Phasenvergleichsschaltung 9 gelieferte Spannung parallel zu den Fuhlklemmen c und d der Ausgangssignal in der Tiefpaßschaltung 8 geglättet Brückenschaltung geschaltet, so wird die zwischen den und hierauf in Gegenkopplung der Verzögerungsschal-Fühlklemmen c und d erscheinende gegenelektro- tung7 zugeführt, bei welcher der Verzögerungsgrad motorische Kraft verringert. Zum Erzeugen der gegen- 30 in Abhängigkeit von einer angelegten Steuerspannung elektromotorischen Kraft, die zur Angleichung an die variabel ist, so daß dieses Ausgangssignal als Regel-Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des signal zur Steuerung des Verzögerungsgrades der Ver-Transislors 11 erforderlich ist, nämlich an den Span- zögerungsschaltung 7 dient. Diese Schaltungen bilden nungsbetrag von 0,65 Volt wird die Drehzahl des eine Dämpfungskompensationseinheit. Gleichstrommotors 1 erhöht Der Gleichgewichts- 35 Auf diesen Umstand, daß die beiden Schaltungen zustand wird folglich bei einer höheren Drehzahl zusammen die Dämpfungskompensationseinheit bilerreicht. den, soll noch etwas näher eingegangen werden. Die

Bei einer solchen, mit einer Brückenschaltung arbei- Übertragungsfunktion des Gleichstrommotors 1 läßt tenden Drehzahlregelung ist der Brückenabgleich ein sich näherungsweise mit hinreichender Genauigkeit wichtiger Faktor, der für die Drehmoment-Drehzahl- 40 durch

Kennlinie des Motors bestimmend ist. Das Neben- K(a) Km

schließen eines Widerstandes zu den Fühlklemmen _/( . ⁼ _{1 m} 0)

der Brückenschaltung ist geeignet den Abgleichzustand der Brücke jederzeit zu gewährleisten, wobei jedoch darstellen, worin

die Drehzahl des Motors verändert werden kanit ohne 45 _{V{a) die} Laplacetransformierte der Leistungsausd,e Drehmoment-Drehzahl-Kennhnie des Motors _gangsdrehzahl des Gleichstrommotors 1 ist,

nachteilig zu beeinflussen. r/ * j· 1 1 » * - , —

Falls das Ausgangssignal des Detektors 6 eine Ver- ^l <^ö> *^e Laplacetransformierte des Eingangsstroms

zögerung gegenüber dem Ausgangssignal der Ver- des Gleichstrommotors 1,

zögerungsschaltung 7 aufweist liefert die Phasen- 50 **" ^dlc Verstärkangskonstaote des Gkschstroinvergleichsschaltung 9 einen stärkeren Ausgangsstrom, motors I,

so daß der Basisstrom des Transistors 14 ansteigt Tm die Zeitkonstante des Gleichstrommotors 1

was zur Folge hat, daß sich die Impedanz zwischen und

dem Kollektor nnd dem Emitter des Transistors 14 5 eine Laplacesche Operation,

verringert nnd daß die Drehzahl des Gleichstrom- 55

motors 1 erhöht wird. Kommt es im umgekehrten Die erläuterte DrehzaM-Regelungsschaltnng, zn der

FaU zn einem Voreflen des Aasgangssignals des die Widerstände 2, 3, 4 die Transistoren 11, 13 nnd Detektors 6 gegenüber dem Ausgangssignal der Ver- der Widerstand 15 gehören, ist zn emem Ai&reiben zögerungsschaltung 7, so liefert die Phasenvergleichs- des Gleichstrommotors 1 in emem Drehzanlberetch schaltsing 9 einen schwächeren Ausgangsstrom, so 60 geeignet das eng zn derjenigen Drehzahl benachbart daß der Basisstrom des Transistors 14 abnimmt was ist, die der Frequenz des Bezngssynoals von nun bedeotet daß sich die Impedanz zwischen dem der Bezagssignalqaelle 5 satspridht, so daß gewäar-Koflektor and dem Emitter des Transistors 14 erhöht leistet ist daß der Motor trotz möglicner Scnwankennnd daß sich die Drehzahl des Gkächsfrommotors 1 gen in seiner Beüiebscuaiakteristik nnd m der Beverringert In dieser Weise kann die Phasenlage des 65 ttiebsspaimuag oder ähnlicher Einflösse im Gfeicniaaf Gleichstrommotors 1 exakt synchron mit der Phase mit der Signalphase nmlänft Was daher die Oberdes von der Verzögerungsschaitung 7 abgegebenen tragungsfunktion hinsichtüch der Phase anbogt, so Ausgjrogssignals gebracht werden, d. h. also mit der kann der Aufbau, der die anf der Wirkweise einer

MULM'.

•1 hii-η. Πι< lal.V

BrückenschaltLing beruhende Drehzahlregelungsschaltung, den Transistor 14 und den Regclwidcrsland 16 einbegreift, als ein Gleichstromverstärker mit einem Verstärkungsfaktor Ka betrachtet werden.

Es ist weiter angenommen, daß die Phasenvergleichsschaltung 9 in ihrer Ausgangsspannung bzw. ihrem Ausgangsstrom in bezug auf den Phasenunterschied einen Verstärkungsgrad Kc aufweist. Der Grad der Vcrzögeriingsänderung in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Tiefpaßschaltung8, also der Verstärkungsgrad, sei mit Kd bezeichnet. Weiterhin läßt sich die Phase </₀, nämlich die durch den üetektoro ertastete Phasenlage des Gleichstrommotors 1, durch Integrieren der Drehzahl des Gleichstrommotors 1 ableiten und durch die Beziehung

Kh s

ausdrücken, wobei AV; der Transformationskoeffizient ist. Die Tiefpaßschaltung 9 kann als die Steuerverzögerungsanordnung des Systems erster Ordnung betrachtet werden, dessen Übertragungsfunktion zu

-r-^-c angenommen sei, worin K die Verstärkungs-1 + T/S
konstante und T die Zeitkonstante bezeichnen.

F i g. 2 zeigt das Regelsystem der F i g. 1 in Form einer Blockschaltung. Die Blockschaltung nach F i g. 2 kann noch weiter vereinfacht werden, so daß man zu einer Blockschaltung gemäß F'ß-3 gelangt, wobei K₁ = K_cK_aK_mK_h und K₂ = K_cK_fK_d. Die Schükung nach F i g. 3 läßt sich in eine Ersatzschaltung umwandeln, wie sie in F i g. 4 gezeigt ist. An Hand der F i g. 4 wird klar, daß dem System das Glied

K₂ 5(1 + T_nS)

1 + TfS K₁

hinzuzufügen ist, und zwar wegen der Tatsache, daß das beim Phasenvergleich erhaltene Fehlersignal in die Eingangsseite des Systems zurückgespeist wird. Nimmt man für das Schema der F ι g. 4 an, dall

Tf = T_m
so ließe sich das obige Glied durch

1 + TfS

S(I + T_mS) ₌ K₁ K₁ K₁

ausdrücken, so daß lediglich ein Differentialausdruck übrigbleibt Die entsprechende Blockschaltung ist in h i g. 5 gezeigt, und es ergibt sich, daß das System eine Dämpfungskompensationswirkung besitzt, wie sie aas der Regelungstheorie bekannt ist.

Es ist somit War, daß die die erwünschte Dampfnngskompensation vennittehide Anordnung m einfacher Weise dadurch ausgebildet werden kann^daü die Möglichkeit geschaffen wird, das PhasenfeWersignal über die TiefpaSschaltung 8 zur Emgangsserte zurSckzuspeisen, von der auch das Bezugssynchronsignal zugeführt wird. Im Endergebnis tritt auch dam keine merkliche Abweichung ein, wenn die ΔεΑ-konstante der Tiefpaßschaltung 8 nicht exakt der m der Gleichung 3 formulierten Bedingung gehorcht sondern nur annähernd dem durch die Gleichuiig3 bestimmten Wert entspricht. Die erwünschte Betneoscharakteristik kann somit durch die geeignete Festlegung der Zeitkonstante der Tiefpaßschaltung 8 erhalten werden.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform des Schaltungsaufbaus der Verzögerungsschallung, in welcher der Verzögerungsgrad in Abhängigkeit von einer angelegten Steuerspannung variabel ist. Sie zeigt gleichzeitig die Tiefpaßschaltung als Bestandteil der vorbeschriebenen Kompensationsanordnung. Das von der als Anschluß angedeuteten Bezugssignalquelle 5

ίο eingegebene äußere Bezugssynchronsignal stellt die Eingangsgröße für die Verzögerungsschaltung 7 dar, die durch einen monostabilen Multivibrator gebildet wird, zu dem Transistoren 21, 22, Widerstände 23, 24, 25, 26, 27, 28 und Kondensatoren 29, 30 gehören.

Das an einer Klemme 31 erscheinende Phasenfehlersignal wird dagegen der Tiefpaßschaltung 8 entweder über einen Kondensator 32 von geeigneter Kapazität oder direkt zugeführt. Die Tiefpaßschaltung 8 ist mit ihrer Ausgangsklemme 33 an die Basis des einen der den monostabilen Multivibrator bildenden Transistoren (22) gelegt. Die Verzögerungszeit des monostabilen Multivibrators schwankt demnach in Abhängigkeit von der Größe der an der Ausgangsklemme 33 der Tiefpaßschaltung 8 erscheinenden Spannung und der Verzögerungsgrad des an einer Klemme 34 abgenommenen, dem äußeren Bezugssynchronsignal äquivalenten, verzögerten Signals kann dann ohne weiteres entsprechend variiert werden.

F i g. 7 gibt die Beziehung zwischen dem Verzögerungsgrad oder der Verzögerungszeit und der an die Klemme 31 angelegten Gleichspannung, wenn diese Gleichspannung ohne Zwischenschaltung des Kondensators 32 unmittelbar an die Tiefpaßschaltung 8 angelegt wird. Die Kurven C₁ und C₂ stellen die Kennlinien dar für den FaIi, daß die Kapazität des Kondensators 29 von einem Extremwert zum anderen verändert werde.

Die Tiefpaßschaltung 8 ist ah Tiefpaßfilter dargestellt, das aus Widerständen 38,39 und einem Kondensator 40 besteht, und die Verzögerungsschaltung 7 ist mit der Bezugssignalquelle 5 über einen Widerstand 35, einen Kondensator 36 und über eine Diode 37 verbunden. Das äußere Bezugssynchronsignal, bei dem es sich hier um einen Rechteckimpuls handeln kann, wird durch die Kombination des Kondensators 36 und des Widerstandes 35 differenziert und hierauf über die Diode 37 dem monostabilen Multivibrator (der Verzögerungsschaltung 7) zugeführt. Der Widerstand 35 ist nicht erforderlich, wenn es sich bei dem äußeren Bezugssynchronsignal um eine Impulsreihe handelt In der vorbeschriebenen Verzögerungsschaltung 7 kann der als Bestandteil des monostabilen Multivibrators vorgesehene Widerstand 24 durch einen Regelwiderstand ersetzt werden, der dann auch zur Einstellung der Phasenbeziehnag zwischen der Phase des äußeren Bezugssynchronsignals und der Phasenlage des Gleichstrommotors 1 dienen kann.
Auch wenn keine Dämpfungskompensationsan-Ordnung vorgesehen ist, kann die erwünschte Phasenregelung vorgenommen werden, indem das äußere Bezugssynchronsignal auf direktem Wege der Phasenvergteichsschaltung zugeführt wird. Doch ist die Dämpfungskompensationswirkung Kr eine Verbesserung der Stabilität des Regelsystem und zur Verringerung des unerwünschten Penddns des Moton insofern von Bedeutung, als auf diesem Wege d« Gleichlaufhaltebereich erweitert, dem Pendeln wäh-

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rend des Intrittfallens entgegenwirkt, die für das rend die Impedanz zwischen dem Kollektor und dem Intriltfalien des Motors erforderliche Zeitspanne Emitter des Transistors 47 wiederum in Abhängigkeit verkürzt und der Intrittfallbereich erweitert werden von dem Basisstrom des Transistors 47 ist also in kann, so daß der Vorgang des Intrittfallens stabilisiert Abhängigkeit von dem Steuersignaleingang des Abwird. 5 schwächers 48, nämlich dem Signalausgang der Pha-

Die vorbeschriebene Ausführungsform ist besonders ^envergleichsvorrichtung 49 variabel, und demzufolge für den Fall zu bevorzugen, daß ein kleiner Gleich- ist die durch das vorbeschriebene Drehzahlregelungsstrommotor 1 wie etwa ein Motor mit gedruckter system vermittelte Geschwindigkeitseinstellung in Ab-Schaltung, Verwendung finden soll, da hierbei das hängigkeit von dem Steuersignaleingang des AbZubehör einschließlich eines Regelgenerators und der io schwächers 48 veränderlich.

zugehörigen Schaltmittel entfallen kann und da Gleichzeitig erfaßt der Detektor 6 dit Phasenlage demzufolge die Besonderheit eines Motors dieser des Gleichstrommotors 1 und erzeugt einen Ausgang, Art, die in seinen geringen Abmessungen liegt, im der für die Phasenlage des Läufers des Motors reSinne einer Verringerung der Gesamtabmessungen des präsentativ ist. Dieses Ausgangssignal wird zusammen Geräts in vollem Umfang ausgenutzt werden kann. 15 mit dem Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung7

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der Phasenvergleichsschaltung9 zugeführt, in der die der der Gleichstrommotor 1 über einen Differential- Phasen dieser beiden Ausgänge miteinander verglichen gleichstromverstärker 42 angetrieben ist, wobei die werden. Die Verzögerungsschaltung 7 und die Tiefdie Drehleistung abgebende Welle des Gleichstrom- paßschaltung 8 haben somit eine Wirkweise, wie sie motors 1 direkt oder indirekt mit einem Gleichstrom- 20 bereits weiter oben erläutert wurde. Die Verzöge-Regelgenerator 43 und dem Detektor 6 zum Er- rungsschaltung 7 und die Tief paßschaltung 8 können mitteln der Phasenlage 44 verbunden ist. Das Aus- den in F i g. 6 gezeigten Aufbau haben,
gangssignal des Gleichstromgenerators 43 wird einem Es sei nun der Fall angenommen, daß die durch den Abschwächer 48 zugeführt, der aus Widerständen 45 Detektor 6 erfaßte Phasenlage gegenüber der Phase und 46 sowie einem Transistor 47 besteht. Der Dämp- 25 des von der Verzögerungsschaltung 7 abgegebenen iungstaktor des Abschwächers 48 unterliegt der Steue- Ausgangssignals, das durch ein Verzögern des Bezugsrung durch ein von einer Phasenvergleichsschaltung 9 Synchronsignals erhalten wird, nacheilt. In diesem herrührendes Ausgangssignal. Der Ausgang des Ab- Fall liefert die Phasenvergleichsschaltung 9 einen schwächers i*3 wird zusammen mit einer von einer stärkeren Ausgang, so daß dem Abschwächer 48 Bezugsspannungsquelle 51 herrührenden Ausgangs- 30 ein stärkerer Steuersignaleingang zugeführt wird, Spannung an den Differentialgleichstromverstärker 42 wodurch sich der Dämpfungsfaktor erhöht, um so die angelegt. Ein Signal von einer als Anschluß ange- Drehzahl geringfügig zu steigern und die Phasendeuteten Bezugssignalquelle 5 wird der Verzögerungs- nacheilung zu korrigieren. Wird der Dämpfungsfaktor schaltung 7 zugeführt, deren Verzögernngsgrad in in dieser Weise erhöht, so wird der Gleichstrom-Abhängigkeit von einer angelegten Steuerspannung 35 motor 1 beschleunigt, so daßeinGleichgewichtszustand variabel ist. Das von der Verzögerungsschaltung 7 bei einer höheren erzeugten Spannung erreicht werden abgegebene Ausgangssignal wird zusammen mit dem kann. Die Phasen verzögerung wird daher ausgeglichen. Ausgang des Detektors 6 einer Phasenvergleichs- und es wird ein neuer Gleichgewichtszustand"herbeischaltung9 zugeführt, deren Ausgang an die Basis gefühlt. Eilt umgekehrt die vom Detektor 6 erfaßte des den Dämpfungsfaktor steuernden Transistors 47 40 Phasenlage gegenüber der Phase des Ausgangssignals angelegt und gleichzeitig auch der Tiefpaßschalt ung 8 der Verzögerungsschaltung 7 vor, so erfolgt eine Bezugeführt wird. Das Ausgangssignal der Tiefpaß- tätigung in einem umgekehrten Sinn bei der die schaltung 8 wird der Verzögerungsschaltung 7 zu- Drehzahl des Gleichstrommotors 1 verringert und geführt und dient in dieser Schaltung zur Steuerung somit die Phasenvoreilung korrigiert wird,
des Verzögerungsgrades. 45 Bei der Anordnung nach Fig 8 ist die maximale

Der Gleichstrommotor 1, der Gleichstrom-Regel- Drehzahl des Gleichstrommotors 1 durch den Dämp-

generator43, der Abschwächer 48, der Differential- fungsfaktor des Abschwächers 48 bestimmt wenn

gleichstromverstärker 42 und die Bezugsspannungs- der Transistor 47 im maximalen Durchlaßzustand

quelle 51 bilden in der vorbesch· iebenen Anordnung betrieben wird (wobei der Dämpfungsfaktor sich an-

zusammen ein Drehzahlregelungssystem. Genauer 50 -. . S,

gesagt, die durch den Gleichstrom-Regelgenerator 43 nanerod zu ^p^ ergibt, falls man mit R₅ and A₆ erzeugte Spannung wird durch den Abschwächer 48 die Widerstandswerte der Widerstände 45 bzw 46 herabgesetzt und die so erhaltene abgeschwächte bezeichnet), sowie ferner durch die Spannung der Spannung wird von dem Abschwächer 48 zusammen Bezugsspannungsquelle 51, während die Mräimal·- mit dem Ausgang der Bezogsspannungsquelle 51 55 drehzahl des Gtefchstronanotors 1 durch die Impedanz dem Differratialglachstromverstärker42 zugeführt. zwischen dem Koöektor und dem Emitter des Tranin dem Differentialgleichstromverstärker 42 wird der sistors 47 im Sperrzusfcmd des Transistors, dorch die Spanmmgsueterschied zwischen diesen beiden Span- Widerstandswerte 45 and 46 and durch die Spannung nuogen verstärkt, so daß ein Ausgaag erhalten wird. der Bezugsspanaangsqtielie 51 bestimmt ist
der geeignet ist, den Gleichstrommotor 1 schneSer 60 Das DrehzahlregehHigssystem hat dea Zweck, einen oder langsamer anzutreiben. Die Drehzahl des Gleich- Gleichstrommotor gänzSch aaabbängig von solchen Strommotors 1 wird so geregelt, daß der Wert der von Faktoren wie seiner jeweiligen Betriebscharakteristik, dem Abschwächer 48 abgegebenen Ausgangsspan- den in dem für den Antrieb des Gleichstrommotors nung sehr nahe aa den Wert der Ansgangsspannung vorgesehenen Stromversorgangssystems auftretenden der BezugsspanBongsq«e8e51 heranrückt. Nun ist S₅ Spannungsschwaokengen innerhalb des Betriebssnaaaber der Dämpfungsfaktor des Abschwächers 48 in nungsbereiches and den etwaigen Teraoeraturechwaa-Abhängigkeit von der Impedanz zwischen dem KoBek- kungen stets mit einer Umlaufgeschwindigkeit nahe tor und dem Emitter des Transistors 47 variabel, wah- derjenigen Drehzahl anzutreiben die der

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des Bezugssynchronsignals entspricht (welche durch system dar. Genauer gesagt, das durch den Fredie Häufigkeit der Erfassungsvorgänge der Phasen- quenzgenerator 63 erzeugte, der Drehzahl des Gleichlage des Gleichstrommotors je Umdrehung bestimmt strommotors 1 entsprechende Wechselstromsignal wird ist), so daß eine stabile Phasenregelung gewährleistet der Tiefpaßschaltung 74 zugeleitet, die eine Betriebsist. Dies gilt auch für die mit einer Brückenanordnung 5 charakteristik besitzt, wie sie in Fig. 10 dargestellt arbeitende Drehzahlregelungsschaltung der F i g. 1. ist, so daß das von der Tiefpaßschaltung 74 abgegebene Die Maximal- und die Minimaldrehzahl, mit welcher Wechselstromsignal eine Frequenz hat, die in der der Gleichstrommotor betrieben werden kann, werden Nähe der Frequenz/₀ liegt, die durch den Frequenzin geeigneter Weise durch Faktoren wie den Verstär- generator 63 in Proportionalität zur Drehzahl des kungsgrad des Phasenlagerregelsystems, die Betriebs- io Gleichstrommotors 1 erzeugt wird, wenn der Motor charakteristik des Gleichstrommotors, die mit dem im Gleichlauf mit der Phase des Bezugssynchron-Motor verbundene träge Masse, das Lastdrehmoment signals angetrieben wird. Hierbei ist ersichtlich, daO und die Betriebscharakteristik des Regelsystems fest- das Wechselstromsignal eine Amplitude hat, die in gelegt. Abhängigkeit von seiner Frequenz variabel ist. Das

F i g. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der der 15 von der Tiefpaßschaltung 74 abgegebene Wechsel-Gleichstrommotor 1 über einen vorgeschalteten Regel- Stromausgangssignal wird der Gleichrichterschaltung transistor 76 angetrieben wird. Die die Drehleistung 75 zugeführt, in der es in eine der Drehzahl des Gleichabgebende Welle des Gleichstrommotors 1 ist direkt strommotors 1 entsprechende Gleichspannung umge- oder indirekt mit einem Frequenzgenerator 63 und wandelt wird. Diese Gleichspannung wird in dem Abeinem Detektor 6 zum Erfassen der Phasenlage ver- »o schwächer 68 gedämpft underscheintalseineSpannung, bunden. Der Ausgang des Frequenzgenerators 63 die durch die Wirkweise des Gleichstromverstärkers wird einer Tiefpaßschaltung 74 zugeführt, deren Sperr- 63 und des Regeltransistors 76 kontinuierlich auf die punkt bei einer etwas geringeren Frequenz als der Drehzahl des Gleichstrommotors 1 abgestimmt ist, durch den Frequenzgenerator 63 bei der Phasenlage- so daß dieser mit einer festen Drehzahl umläuft, regelung des Gleichstrommotors 1 erzeugten Fre- »5 Es sei bemerkt, daß der Dämpfungsfaktor des quenz liegt. Das Ausgangssignal der Tiefpaßschaltung Abschwächers 68 in Abhängigkeit von der Impedanz 74 wird über eine Glcichrichterschaltung 75 einem zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Tran-Abschwächer 68 zugeleitet, der aus Widerständen 65, sistors 67 variabel ist und daß die Impedanz zwischen 66 und einem Transistor 67 besteht. Der Dämpfungs- dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 61 faktor des Abschwächers 68 unterliegt der Steuerung 30 wiederum in Abhängigkeit vom Basisstrom des Trandurch ein von der Phasenvergleichsschaltung 9 zu- sisiors 67 veränderlich ist. Der Dämpfungsfaktoi geleitetes Ausgangssignal. Der Ausgang des Ab- des Abschwächers 68 ist also in Abhängigkeit vom schwächers 68 wird einem Gleichstromverstärker 62 Steuersignaleingang des Abschwächers 68 und mithin zugeführt und von diesem zur Regelung des Gleich- vom Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung 9 strommotors 1 dem Regeltransistor 76. Gleichzeitig 35 variabel, und die durch das vorbeschriebene Drehwird ein an einem Anschluß erscheinendes Bezugs- zahlregelungssystem vermittelte Geschwindigkeitsein Synchronsignal von einer Bezugssignalquelle 5 in stellung erfolgt demnach ebenfalls in Abhängigkeil eine Verzögerungsschaltung 7 eingespeist, in welcher vom Steuersignaleingang des Abschwächers 68, d. h der Verzögerungsgrad wie bei den voraufgegangenen in Abhängigkeit von dem Ausgansssignal der Phasen Ausführungsformen in Abhängigkeit von einer ange- 40 vergleichsschaltung 9.

legten Steuerspannung variabel ist. Das von der Es sei nun auf den Fall eingegangen, daß die von:

Verzögerungsschaltung 7 abgegebene Ausgangssignal Detektor 6 erfaßte Phasenlage gegenüber der Phase

wird zusammen mit dem Ausgang des Detektors 6 des von der Verzögerungsschaltung 7 abgegebener

der Phasenvergleichsschaltung 9 zugeführt. Ausgangssignals, das durch Verzögerung des Bezugs·

Das Ausgangssignal der Phasenvergleichsschaltung 9 45 Synchronsignals erhalten wird, nacheilt. In diesen

wird an die Basis des Transistors 67 angelegt, der den Fall liefert die Phasenvergleichsvorrichtung 9 einer

Dämpfungsfaktor des Abschwächers 68 steuert, und stärkeren Ausgang, so daß dem Abschwächer 68 eil

wird gleichzeitig auch der Tiefpaßschaltung 8 züge- stärkerer Steuersignaleingang zugeführt und hierdurcl

führt Das Ausgangssignal der Tiefpaßschaltung 8 dessen Dämpfungsfaktor erhöht wird, um so die Dreh

wird in Gegenkopplung in die Verzögerungsschaltung7 50 zahl geringfügig zu erhöhen und die Phasenverzöge

zurückgespeist, um in dieser zur Steuerung des Ver- rung zu korrigieren. Wird der Dämpfungsfaktor ii

zögerungsgrades zu dienen. Die Verzögeningsschai- dieser Weise erhöht, so wird der Gleichstrommotor 1

tung 7 und die Tiefpaßschaltung 8 bilden gemeinsam beschleunigt, was auf die Tatsache zurückzuführei

eine Dämpfungskompensationsanordnung, wie sie ist, daß hierbei der Eingang des Gleichstromverstär

weiter oben eingehend beschrieben wurde und ent- 55 kers 62 verringert wird, so daß sich die von dem Gleich

sprechend dieser auch in ihrer Wirkweise. Natürlich stromverstärker 62 abgegebene Aasgangsspannung er

können die Verzögerungsschaitung 7 und die Tief- höht und durch den Regeltransistor 76 sowie durd

paßschaltung 8 auch den gleichen Aufbau haben wie den Gleichstrommotor 1 ein stärkerer Strom fließt

die in F i g. 6 gezeigte Anordnung. Eine Gleich- Die Phasenverzögerung wird somit ausgeglichen

spannung zum Antrieb des Gleichstrommotors 1 wird 60 und es wird ein Gleichgewichtszustand hergestellt

über einen Anschluß 77 angelegt. Em Anschluß 71 Eilt umgekehrt die durch den Detektor 6 erfaßt«

ist an eine geeignete Spannungsquelle oder an Erde Phasenlage gegenüber der Phase des Aasgangssignal

gelegt. der Verzögerungsschaltung 7 vor, so erfolgt ein

Der Gleichstrommotor 1, der Frequenzgenerator Bestätigung in einem umgekehrten Sinne wie die obei

€3, die Tiefpaßschaltang 74, die Gleichrichterschal- 65 beschriebene, und die Umlaufgeschwindigkeit de

tong 75, der Abschwächer 68, der Gleichstromver- Gleichstrommotors 1 wird vrrge und die Phasen

stärker 62 und der Regeltransistor 76 stellen in der voreilung hierdurch korrigiert,

vorbeschriebenen Anordnung ein Drehzahlregelungs- Das Drehzahlregelungssystem der oben beschrie

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benen Ausführungsform dient dem Zweck, den Gleich- mit Hilfe einer Kombination einer Tiefpaßschaltung stromraotor stets mit einer Umlaufgeschwindigkeit und einer Verzögerungsschaltung, in welcher der nahe derjenigen Drehzahl anzutreiben, die der Schwin- Verzögerungsgrad in Abhängigkeit von einer angegungsfrequenz des Bezugssynchronsignals entspricht, legten Spannung variabel isi. Im obigen wird bei- und einen stabilen Antrieb unter Umlaufphasenrege- 5 spielsartig auf ein System Bezug genommen, bei dem lung zu gewährleisten. Die Drehzahl eines Gleich- der Verzögerungsschaltung ein Bezugssynchronsignal stromraotors neigt in Abhängigkeit v^n Faktoren wie zugeführt wird. Es liegt jedoch auf der Hand, daß der Betriebsdauer (Lebensdauer), der Netzspannung, ähnliche Resultate auch erzielt werden können, wenn dem Laitdrehmoment und der Temperatur zu Schwan- man der Verzögerungsschaltung ein Signal zuführt, kungen innerhalb eines breiten Bereichs, und infolge io das für die Phasenlage des Gleichstrommotors redieser leicht in Erscheinung tretenden Tendenz zum präservativ ist, um hierauf ein Phasenfehlersignal zu Abweichen von einem Bereich, in dem der Motor erhalten, das den Unterschied zwischen dem Ausnoch in Phasensynchronismus betrieben werden kann, gangssignal der Verzögerungsschaltung und dem Bekommt es für gewöhnlich zu einer äußerst instabilen zugssynchronsignal wiedergibt, das Fehlersignal durch Phasenlageregelung. Die erwünschte stetige Regelung 15 die Tiefpaßschaltung zu glätten und das geglättete läßt sich nun mit Hilfe des vorstehend erläuterten Signal zur Änderung des Verzögerungsgrades in Drehzahlregelungssystems durchführen, und zwar auf Gegenkopplung in die Verzögerungsschaltung zurück-Grund der Tatsache, daß das Drehzahlregelungs- Zuspeisen.

system zur Steuerung der Drehzahl in der Weise Aus dem Zusammenhang der obigen Darlegungen geeignet ist, daß diese unabhängig von den etwa 20 geht hervor, daß die beschriebene Vorrichtung besonauftretenden Änderungen in der Betriebscharakteristik ders für den Einbau in tragbare Geräte geeignet ist, des Motors, im Lastdrehmoment, in der Temperatur da in diesem Rahmen ein Gleichstrommotor mit und in der Spannung stets in einem vorbestimmten geringen Abmessungen, jedoch mit hohem Anzugs-Bereich liegt (nämlich zwischen der vorgesehenen moment verwendet werden kann, und da dieser Gleich-Maximal- und der Minimaldrehzahl). »5 strommotor eine hohe Leistung abgibt, mit hohem Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß eine Nutzgrad arbeitet, wenig Wärme erzeugt und die Dämpfungskompensation herbeigeführt werden kann dazugehörigen Bauteile somit geschont werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

bei denen also nicht nur die Drehzahl, sondern auch Patentansprüche: die Phasenlage steuerbar ist, werden in der Praxis häufig benötigt Als typische Beispiele hierfüx lassen

1. Einrichtung zur Regelung der Phasenlage sich der Antrieb für den Drehkopf eines Gerätes für des Läufers eines Elektromotors mit einem die 5 die Bandaufzeichnung von Fernsehsignalen oder der Phasenlage des Läufers erfassenden Detektor, Antrieb für die den Kopierbogen tragende Drehdessen Ausgangssignal die Phasenlage des Läufers trommel eines Faksimileübtrtragungsgerätes anführen. angibt und mit einer Bezugssignalquelle, d a- Eine durch die deutsche Patentschrift 1162 402 durch gekennzeichnet, daß zur Rege- bekannte Einrichtung dieser Art soll eine konstante lung der Phasenlage des Läufers eines Gleich- io Drehzahl des Elektromotors sicherstellen und Phasenstrommotors das Ausgangssignal des Detektors (6) verschiebungen kompensieren, die bei Frequenzoder der Bezugssignalquelle (5) an eine Verzöge- Schwankungen der Frequenz des von der Bezugsrungsschaltung (7) gelegt ist, die eine in Abhän- signalquelle gelieferten Signals die Phasenabweichung gigkeit von einer an sie angelegten Steuerspannung von diesem Bezugssignal angeben. Der Elektromotor veränderliche Verzögerungswirkung hat und deren 15 ist dabei ein Zweiphasen-Synchronmotor. Die Phasen-Ausgangssignal zusammen mit dem Ausgangs- lage des Läufers des Zweiphasen-Synchronmotors signal des nicht an die Verzögerungsschaltung wird über einen Detektor erfaßt und gemeinsam mit gelegten Ausgangs des Detektors (6) oder der dem Ausgangssignal eines Bezugssignalgenerators an Bezugssignalquelle (5) an eine Phasenverglcichs- einen Phasendetektor gegeben, dessen Ausgang über schaltung (9) gelegt ist. deren Ausgang einerseits su> einen Tiefpaß an einen monostabilen Kreis eines an eine Schaltungsanordnung (2 bis 4, 11, 13 bis Drehzahldetektors gelegt ist.

19; 42, 48, 51; 62, 68, 74 bis 77) zur Steuerung Um nun die Phasendifferenz zwischen der Phasender Motordrehzahl und andererseits an eine lage des Läufers des Motors und der Phase des Be-Tiefpaßschaltung (8) gelegt ist, deren Ausgang als zugssignals, wie sie auf Grund von Frequenz-Steuersignal in Gegenkopplung an die Verzöge- 25 auswanderungen in der Bezugssignalquelle auftreten, rungsschaltung (7) gelegt ist. zu kompensieren, arbeiten der Tiefpaß und der mono·

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- stabile Multivibrator so, daß der durch den monokennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (2, stabilen Multivibrator des Drehzahldetektors er-3, 4, 11 bis 13, 15), Elemente aufweist, durch die brachte Betrag der Verzögerung verändert wird. Da die Drehzahl des Gleichstrommotors (1) von der 30 im allgemeinen die Frequenzänderungen des Bezugs in ihm entwickelten gegenelcktromotorischen Kraft signals sehr klein sind, wird ein Tiefpaß mit solcher steuerbar ist (F i g. 1). Kennwerten gewählt, daß er Frequenzänderunger

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- unter 1 Hz durchläßt. Für höhere Frequenzen isl kennzeichnet, daß die Drehzahl über eine zusatz- der Filter undurchlässig, so daß für diese die Kompen· liehe Einrichtung (43, 63) feststellbar und über 35 sationswirkung nicht eintritt. Zweck des monostabiler die Schaltungsanordnung (42, 48, 51; 62, 68, Multivibrators, dessen Verzögerungswert veränderlich 74 bis 77) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal ist, ist es, die Phasenbeziehung des Servosystem in be der zusätzlichen Einrichtung (43, 63) steuerbar ist zug zu den Frequenzänderungen im Bezugssigna (F i g. 8, 9). einstellbar zu machen. Die Kennlinie des auf Ver

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- 40 änderungen der Phasenlage ansprechenden Servo kennzeichnet, daß der Gleichstrommotor in einem systems wird kompensiert, und zwar durch eine ent Arm einer Brückenschaltung (2 bis 4) angeordnet sprechende Steuerung des Drehzahldetektors.

ist, die zum Vergleich der der Drehzahl des Gleich- Eine derartige Einrichtung ist insbesondere weger

strommotors proportionalen gegenelektromoto- ihrer Größe und im übrigen daiin nachteilig, da( Tischen Kraft mi' einer Bezugsspannung dient, 45 auf Grund des geringen Betriebswirkungsgrades de: und in der die Differenzspannung zwischen den Motors große Wärmemengen erzeugt werden unc beiden zu vergleichenden Spannungen den Strom- abzuführen sind. Überdies ist zum Verkürzen de: nuß von einer Energiequelle (18, 19) durch die Anlaufzeit die Verwendung eines überdimensioniertet Brückenschaltung über ein Steuerglied (13) be- Motors erforderlich, da Mehrphasenmotoren, wi< stimmt, und daß weiter an die Fühlklemmen (c, d) 50 der verwendete Zweiphasen-Synchronmotor nur eit der Brückenschaltung Schaltelemente (11,14) ver- kleines Anlaufdrehmoment aufweisen, änderlicher Impedanz gelegt sind, die zum Ver- Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, für Gleich

ändern der zur Drehzahl des Gleichstrommotors strommotoren eine Regelung der eingangs genanntei (1) proportionalen Spannung an die Phasenver- Art mit einem einfach aufgebauten Schaltkreis zi gleichsschaltung(9) angeschlossen sind (Fig. 1). 55 schaffen, durch die das Auftreten von Regelschwin

gungen vermieden und der Nachregelbereich erweiter wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurcl

gelöst, daß zur Regelung der Phasenlage des Läufer 60 eines Gleichstrommotors das Ausgangssignal de

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung Detektors oder der Bezugssignalquelle an eine Ver zur Regelung der Phasenlage des Läufers eines Elek- zögerungsschaltung gelegt ist, die eine in Abhängig tromotors mit einem die Phasenlage des Läufers keit von einer an sie angelegten Steuerspannun. erfassenden Detektor, dessen Ausgangssignal die veränderliche Verzögerungswirkung hat und derei Phasenlage des Läufers angibt und mit einer Bezugs- 65 Ausgangssignal zusammen mit dem Ausgangssigna signalquelle. des nicht an die Verzögerungsschaltung gelegten Aus

Einrichtungen zur Regelung der Phasenlage, also gangs des Detektors oder der Bezugssignalquell der Winkelstellung des Läufers eines Elektromotors, an eine Phasenvergleichsschaltung gelegt ist, derei