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Elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl eines Gleichstrommotors
Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl
eines über einen Leistungstransistor als veränderlichen Widerstand gespeisten Gleichstrommotors
mit Hilfsgenerator bei wechselnder Motorbelastung mit Hilfe eines Sellspannungsgebers,
der in Reihenschaltung mit einem Widerstand an die Betriebsgleichspannungsquelle
des Motore gelegt ist, und bei welcher der Hilfsgenerator zwischen den Verbindungspunkt
des Sollspannungsgebers mit dem Widerstand und die Basis des Leistungstransistors
oder eines Vortransistors gelegt ist, nach Patent ....................
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(Patentanmeldung P 15 88 068.9 - 32).
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Beim Stammpatent wird als Sollspannungsgeber eine Zener-Diode verwendet.
Zenerdioden besitzen eine ausgeprägte Durchlaßschwelle, so daß sicht mit ihrer Hilfe
eine Sollwertspannung sehr genau einstellen läßt, sofern keine Temperaturschwankungen
auftreten. Bei der Verwendung von Zener-Dioden in elektrischen Schaltungen zur Konstanthaltung
der Drehzahl eines Gleichstrommotors kann jedoch die Einhaltung einer mindestens
annähernd gleichbleibenden Temperatur nicht gewährleistet werden. Bei den hier auftretenden,
mitunter sehr starken Temperaturänderungen wird aber der Schwellwert einer Zener-Diode
verändert.
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Es ist an sich bekannt, Temperaturschwankungen in elektronischen Schaltungen
durch temperaturabhängige Widerstände in geeigneter Schaltung auszugleichen, beispielsweise
durch sogenannte Heißleiterwiderstände. Der vorliegenden Erfindung lag jedoch die
spezielle Aufgabe zugrunde, in einer Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl
eines Gleichstrommotors die Betriebsspannungsunabhängigkeit und Drehzahlkonstanz
der gesamten Schaltung mit praktisch keinem zusätzlichen Schaltungselement, also
mit dem geringstmöglichen Schaltungsaufwand, auch bei Temperaturschwankungen zu
gewährleisten. Diese spezielle Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
als Sollspannungsgeber an Stelle einer Zener-Diode ein asymmetrischer Varistor vorgesehen
ist, der in Reihenschaltung mit dem Widerstand an die Betriebsgleichspannungsquelle
gelegt ist. Versuche haben gezeigt, daß bei einem Ersatz einer Zener-Diode im spannungsstabilisierenden
Teil der genannten
Einrichtung durch einen asymmetrischen Varistor
gleichzeitig eine Spannungsstabilisierung auch bei stärkeren Temperaturschwankungen
bei einer für die meisten Fälle ausreichenden Genauigkeit der Schaltung hinsichtlich
der erwünschten Sollwertspannung erzielt werden kann. Hierbei spielt das asymmetrische
Verhalten des Varistors, also seine asymmetrische Kennlinie, eine entscheidende
Rolle. Es könnte zwar auch ein symmetrischer Varistor verwendet werden, doch könnte
hierbei keine gleich günstige Stabilisierung der elektrischen Einrichtung gewährleistet
werden. Die Erfindung erlaubt also der Verzicht auf zusätzliche, allein zur Temperaturkompensation
dienende Schaltungsorgane.
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Näheres über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit der Zeichnung.
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Im einzelnen zeigen: Fig, 1 eine der Schaltung nach Figur 9 des Stammpatentes
entsprechende Schaltung mit einem Varistor anstelle einer Zener-Diode; Fig. 2 ein
Schaltungsbeispiel für einen anderen Anwendungsfall des Erfindungsgegenstandes zur
Konstanthaltung der Drehzahl eine.
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Gleichstrommotors
Figur 1 zeigt einen Gleichstrommotor
1, auf dessen mit gestrichelten Linien dargestellter Welle 2 ein Hilfsgenerator
3 angeordnet ist. Dieser Hilfsgenerator 3 kann beispielsweise aus einem mit der
Welle umlaufenden, vorzugsweise mehrpolpaarigen Permanentmagneten und einer stationären
Wicklung bestehen, in welcher eine Wechselspannung erzeugt wird. Solche Hilfsgeneratoren
sind unter der Bezeichnung Tachogeneratoren bekannt. Der Gleichstrommotor 1 wird
von einer nicht dargestellten Betriebsgleichstromquelle, beispielsweise von einer
Batterie 4 gespeist. Sein Betriebsstrom wird über die Kollektor/ Emitter-Strecke
eines Leistungstransistors 6 geleitet, der mit einem als Treiberstufe geschalteten
Vortransistor 7 gekoppelt ist und als veränderlioher Widerstand wirkt, Zur Spannungsstabilisierung
der ganzen Schaltung i8t parallel zur Batterie 4 ein asymmetrischer Variator 8 in
Reihe mit einem Widerstand 9 geschaltet. Der asymmetrische Varistor dient als Ersatz
für eine bisher zu diesem Zweck verwendete Zener-Diode und erlaubt bei stärkeren
Temperaturschwankungen eine bessers Spannungsstabilisierung.
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Damit der Varistor als Referenzelement fiir die Solldrehzahl unabhängig
von der Betriebaspannung wirksam wird, ist es wesentlich, daß in dem vom Hilfsgenerator
3 gespeisten Stromkreis, in welchen ein Potentiometer 11 in Reihe mit einer Gleichrichterdiode
10 gelegt ist, der eine Pol des Hilfsgenerators 3 und die eine Seite des Potentiometers
11
mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 12 des Varistors 8 und des
Widerstandes 9 verbunden sind, während das andere Ende des Potentiometers 11 und
die Diode 10 über einen Kondensator 13 an den Minuspol der Batterie 4 gelegt sind.
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Der Abgriff 110 des Potentiometers 11 ist mit der Basis des Vortransistors
7 verbunden. Der Leistungstransistor 6 und der Vortransistor 7 sind entgegengesetzt
polarisiert und der Kollektor des Vortransistors 7 ist in bekannter Weise mit der
Basis des Leistungstransistors 6 verbunden.
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Die Anwendung eines Varistors zur Spannungsstabilisierung in Schaltungen
zur Konstanthaltung der Drehzahl eines Gleichstrommotors und damit auch zur Stabilisierung
der eingestellten Solldrehzahl ist nicht auf die in Figur 1 dargestellte Schaltung
begrenzt. Asymmetrische Varistoren lassen sich auch in Drehzahl-Konstanthaltungsschaltungen
verwenden, bei denen kein separater Tachogenerator über die Motordrehzahl Auskunft
liefert, sondern bei welcher eine drehzahlabhängige Signalspannung direkt vom Gleichstrommotor
abgenommen wird.
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Die Figur 2 zeigt den Spannungsstabilisierungsteil einer elektronischen
Schaltung zum Ansteuren eines kollektorlosen Gleichstrommotors, dessen Wicklung
in drei getrennte Wicklungsstränge aufgeteilt ist, die über den Umfang des Motors
gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Zum Betrieb des Motors müssen die drei Wicklungsstränge
nacheinander im gewünschten Drehsinne an die Betriebsgleichstromquelle, beispielsweise
eine Batterie, angeschlossen werden.
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In der Schaltung nach Figur 2 ist nur einer der drei Motorwicklungsstränge
14 dargestellt, dem über sinen Leistungstransistor 15, dem in Treiberschaltung ein
Vor transistor 16 zugeordnet ist, Betriebsstrom von einer Batterie 17 zugeführt
wird. Die Schaltung des Vortransistors 16 un damit des Leistungstransistors 15 wird
mittels einer hier nicht näher interessierenden Schalteinrichtung 18 in der gewünschten
Taktfolge und mit der gewünschten Zeitdauer bewirkt. Die nicht dargestellten beiden
anderen Wicklungsabschnitte des Motors sind in gleicher Weise in die Schaltung gelegt
und werden durch zwei andere Schalteinrichtungen 18 gesteuert.
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Als drehzahl abhängiges Signal wird bot dar in Figur 2 dargestellten
Schaltung die bei umlaufenden Motor an den Wicklungssträngen 14 auftretende, drehzahlabhängige
Spannung als Gleichspannungs über Dioden 19 bis 21 entnommen und über einen aus
dem Widerstand 22 und dem Potentiometer 23 gebildeten Spannungsteiler sowie über
ei nen Variator 24 als Referenzelement aur die Basis eines Transistors 25 gegeben.
Dort wirkt sie einer stabilisierten Spannung entgegen, die erfindungsgemäß mit Hilfe
eines asymmetrischen Varistors 26 erzeugt wird, der in Reihe mit einem Widerstand
27 an die Batterie 17 gelegt ist. Der Kondensator 28 wirkt als Ladekondensator,
um Signalspannungsspitzen auszugleichen.
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Sobald die über die Dioden 19 bis 21 abgenommene dreh zahlabhängige
Gleichspannung, abzüglich der Referenzspannung
am Varistor 24,
die entgegengesetzt gerichtete und mittels des Varistors 26 stabilisierte Spannung
an der Basis des Transistors 25 übersteigt, sperrt der Transistor 25, wodurch die
Stromzufuhr zu den Wicklungssträngen 14 unterbrochen wird. Der Transistor 25 kann
aber auch so geschaltet sein, daß er durch eine negative Spannung an der Basis in
seinen hochohmigen Bereich gelangt, also als veränderlicher Widerstand wirkt, wodurch
lediglich die Stärke des zu den Wicklungssträngen fließenden Stromes verringert
und dadurch der gewünschte Drehzahlabfall des Motors erzielt wird. Die gewünschte
Solldrehzahl läßt sich am Potentiometer 23 einstellen.