DE2000497C3 - Einrichtung zur selbsttätigen Drehzahlregelung eines batteriegespeisten Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Drehzahlregelung eines aus einer Batterie über einen elektronischen Schalter gespeisten, mit einem Drehzahlistwertsignale abgebenden Wechselspannungs-Hilfsgenerator gekuppelten Gleichstrommotors, mit einem zwischen dem Hilfsgenerator und dem elektronischen Schalter angeordrieten Multivibrator, dessen eine Ausgangsklemme mit dem Steueranschluß des elektronischen Schalters verbunden ist.

Bekannte Drchzahlregeleinrichtungen dieser Art (FR-PS 1518 520 und 1332 784, CH-PS 434 431) ίο haben den Nachteil, daß die Impulsfrequenz des Motorstromes von der Frequenz eines als Tachogenerator verwendeten, angekuppelten Wcchselstrom-Hilfsgenerators abhängig ist und nur ein Bruchteil dieser Tachogeneratorfrequenz sein kann, die ihrerseits aus konstruktiven Gründen begrenzt ist. Dieser Einwand gilt auch für eine Drehzahlrcgeleiririchttmg nach der DT-AS 1 109 254, von der im Oberbegriff des Anspruches I ausgegangen ist, wo eine Wcchselspannungsquelle als Frequenzgeber dient. Das Schwingverhalten der Wechselspannungsquelle wird dabei durch ein aus einem Soll-Istwertvergleich gewonnenes Signal nicht verändert. Abhängig vom Soil-lstwertvergleich wird ein als Verstärker wirkender Multivibrator angesteuert. Bei einer anderen Einrichtung nach der DT-AS 1021 025 ist zwar ein astabilcr Multivibrator vorgesehen, doch dient dieser als Frequenzgeber und liegt nicht im direkten Wirkungskreis zwischen einem Hilfsgenerator und einem Schalter. Erst das Ausgangssignal des astabilen Mulüvibrators wird abhängig von dem SoIl-Istwertvergleich in einer nachfolgenden Verstärkerstufe verändert.

Es ist auch eine Drchzahlregeleinrichtung aus der US-PS 2 780 763 bekannt, die "einen astabilen Multivibrator mit steuerbarem Tastverhältnis zur Einstellung der Drehzahl eines Gleichstrommotors aufweist. Die US-Patentschrift gibt jedoch keinen Hinweis darauf, eine solche Anordnung zur Drehzahlregelung zu benutzen. Die Einrichtungen werden mit einer Betriebsfrequenz von 1 bis 5 Hertz betrieben, was für Regelzwecke viel zu niedrig wäre.

Drehzahlrcgeleinrichtungen, die zu einer Stromversorgung des Motors mit relativ cnergiercichen Stromimpulsen führen, ergeben keinen gleichmäßigen, stoßfreien Lauf des Motors, wie dies beispielsweise von Antriebsmolorcn für Tonbandgeräte gefordert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne die vorstehend genannten Nachteile ist, bei welcher also die Frequenz der Motorstromimpulse von der Frequenz der Spannung des Tachogenerator unabhängig ist und einen einwandfrei ruckfreien Lauf des Motors gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Multivibrator ein astabiler Multivibrator verwendet ist, dessen Impulsbreite von einer Spannungsvergleichsstufe in Abhängigkeit von der DifTerenzspannung einer Drehzahlsollwertspan-^6c nung und einer vom Wechselspannungs-IIilfsgenerator gelieferten Drehzahl-Istwertspannung gesteuert wird, und daß der astabile Multivibrator für eine Grundfrequenz ausgelegt ist, die um ein Vielfaches größer ist als die Nennfrequenz des Wcchselspannungs-Hilfsgcneratois.

Die Drehzahlregeleinrichtung gemäß der Erfindung liefert energiearme Motorstroinimpulse hoher Frequenz und arbeitet besonders geräuscharm. Durch

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die hohe Grundfrequenz des Multivibrators wird erreicht, daß in den meist sein kleinen und wenig Schwungmasse aufweisenden Motoren infolge der impulsweisen Speisung keine Stoßv/irkung auftritt, weiche die geforderte hohe Gleichmäßigkeit der Ankerumdrehungen beeinflussen könnte. Die Drehzahlregeleinrichtung eignet sich d.-her insbesondere für Gleichstrommotoren, die wahlweise mit verschiedener Drehzahl umlaufen sollen und dabei in jedem Falle eine sehr genaue Einhaltung der jeweiligen m Solldrehzahl bei gleichmäßigem Motorlauf gewährleisten müssen. Solche Forderungen werden beispielsweise an Gleichstromkleinmotorcn für batteriebetriebene Tonbandgeräte gestellt, bei denen ein relativ großer Drehzahlbereich vorhanden ist, in welchem Drchzahlverhältnisse von beispielsweise 1:4 zwischen ein einzelnen Solldrchzahlcn auftreten.

Außerdem kann mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Regeleinrichtung bei Tonbandantriebsmotoren gewährleistet werden, daß von der Regcleinrichtung und vom Motor her keine Störgeräusche in der Tonschaltung auftreten, denn die Grundfrequenz des astabilen Multivibrators läßt sich beliebig wählen und speziellen Anwendungsverhältnissen anpassen.

Eine Einrichtung gemäß der Erfindung erlaubt auch eine gute Ausnutzung der in der Batterie gespeicherten Energie bei kleinem Aufwand an Regelleistungen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt die Ankerwicklung 10 eines konstant erregten Gleichstrommotors, einen in nicht dargestellter Weise mit der Motorwelle gekuppelten Wcchsclspamiungs-Hilfsgenerator II und die Plusklemme 12 sowie die Minusklemme 13 einer nicht dargestellten Batterie. Die Ankerwicklung 10 des Motors ist über einen l.eistungslransistor 14. dem ein Vortransislor 15 in Treiberschaltung zugeordnet ist. an die Klemmen 12 und 13 der Batterie gelegt.

Kernstück der Schalteinrichtung ist ein mit strichpimktierteii Linien umrahmter astabiler Multivibrator 16 üblicher Bauart mit zwei Transistoren 17 und 18. Diesem astabilen Multivibrator 16 ist eine einen Regeltransislor 19 aufweisende Verslärkerstufe vorlyschaltel. die ihrerseits \on einer Spaiinungs¹ eruleielisstufe für den Soll- und istweit gesteuert wird, die mit dem I lilfsgeneralor 11 in Verbindung steht und einen i>leiehzeilig zur Gleichrichtung und /.ur Verstärkung dienenden Transistor 20 enthält. Die Spannungsvergleichsstufe weist außerdem ein an den I lillsgenerator angeschlossenes Potentiometer eine zwischen den verstellbaren Schleifer 211 dieses Potentiometers und die Basis des Transistors 20 geschaltete /.enerdiode 22 sowie einen aus zwei in Reihe /wischen die Klemmen 12 und 13 gelegter ohmschen Widerstünden 23 und 24 bestehenden Spannungsteiler auf, dessen SpaniHingsabgrilTspiinkt 25 über einen Widerstand 26 mit der Basis des Transistors 20 verbunden i:.t.

Die r-'mitter-Kolk-kU.rstiecke des Transistors ist in einer Scrienschaltung /wischen zwei Widerständen 27 und 28 an die Batterie gelegt. Außerdem ist zur Absiebimg der Hilfsgeneratorfrequenz zwischen den Kollektor des Transistors 20 und die Plusklemme 12 der Batterie parallel zum Widerstand 28 ein Kondensator 29 gelegt.

Die Koppelung der den Transistor 20 aulweisenden Spannungsvergleichsstute mit der durch den Regeltransistor 19 gebildeten Verstärkerstufe erfolgt über einen zwischen den Kollektoi des Transistors 20 und die Basis des Regeltransistors 19 gelegten Widerstand 30. Auch die Emitter-Kollektorstrecke des liegeltransistors 19 ist in einer Reihenschaltung zwischen zwei Widerständen 31 und 32 an die Klemmen 12 und 13 gelegt. Wählend der Kollektor des Regel-Iransislors 19 über einen Widerstand 33 mit dem einen Eingang des astabilen Multivibrators 16. nämlich mit der Basis des Transistors 17 verbunden ist. steh; der zweite Eingang des Multivibrators, also die Basis <les Transistors 18. über einen Widerstand 34 mit dem Emitter des Regeltransisiors 19 in Verbindung. Die beiden Ausginge des astabilen Multivibrators 16 stehen mit dem Kollektor von jeweils einem der beiden 'transistoren 17 und 18 in Verbindung und sind über Widerslände 35 und 36 an die I'liisklemnie 12 der Batterie gelegt. Einer der Ausgänge des astabilen Mu^:tivibralors, nämlich der KoI-lekw.i" des Transistors 17. ist über einen Kopplungswiderstand 37 mit der Basis des Vortransisiors 15 für den Leistungstransistor 14 verbunden.

Parallel zur Ankerwicklung 10 des Gleichstrommotors ist in bekannter Weise eine Freilaufdiode 38 geschaltet, welche bei der impulsweiscn Speisung der Ankerwicklung eine abrupte Unterbrechung des Ankerstromes und Maniit das Auftreten von Induk tionsspar.nungsspitzen νerhindert.

Die Wirkungsweise der Schalteinrichtung ist folgende: An der Basis des Transistors 20 der Spannungsveruleiehsstufe wird das an dem verstellbaren Schleifer 211 liegende Potential abzüglich einer durch die Zenerdiode 22 verursachten PoieiUialdiflerenz wirksam, sobald das am Schleifer 211 liegende Potential oder die zwischen dem Schleiler 211 und der Minusklemme 13 der Batterie liegende Spannung

die Zenerspannung der Zenerdiode 22 übersteigt. Vorher ist dagegen an der Basis des Transistors ein von der Batteriespannimg abhängiges P'Ucnlial wirksam, das dem Potential am Schaltungspunkt abzüglich der durch den Basisstrom des Transistors 20 am Widerstand 26 auftretenden PotentialdilTeren/ einspricht. Nach Überschreiten der Zenerspannung ist also an der Basis des Transistors 20 in erster Linie das aiii Schleifer 211 auftretende und vom Wechselspannungs-Hilfsgenerator 11 gelieferte drehzahlabhängige Potential wirksam. In Abhängigkeit von diesem Potential steuert der Transistor 20 den Regeltransistor 19. der den für eine bestimmte Grinulfrequen/ ausgeleeten astabilen Multivibrator 16 in seinem Tastverhältnis steuert. Dabei wird das Tastverhältnis des Multivibrators in Abhängigkeit von der Größe ties vom Transistor 20 gelieferten Regelsignals verändert.

Zur Steuerung des Leistungstransistorsl4 wird nur ein Ausgangssignal des Multivibrators verwendet. Bei der Änderung des Tastverhältnisses des Multivibrators mit Hilfe des Ausgangssignals des Regeltransistors 19 wird bei einer Schaltdauervergrößcrung des einen Transistors 17 die Schaltdauer des zweiten Transistors 18 entsprechend verkürzi und umgekehrt. Über den Widerstand 37 gelangen dalier an die Basis des Vortransistors 15 Spannungsinipulse wechselnder Breite, die die F.inschaltdauer und die Sperrdauer des Leistungstransistors 14 entsprechend variieren und dadurch die Drehzahl des Gleichstrommotors regeln.

Wegen der im Vergleich zur Nennliequcn/ des Hillsgenerators 11 hohen (irundirequen/ des astabilen Multivibrators If» werden Betiiebsspaniiungsstölie hei der iinpulsweisen Speisung des Motors verhindert, die seine Dtchzahlkonstan/ beeinllussen würden. Außerdem sorgt die parallel zur Ankerwicklung geschaltete l'reilauldioile tür einen gleichmäßigere Lauf des Motors, indem auch während der Sperr/e des vorgeschalteten I.eistungstransislors 14 ein al klingender Ankerstrom weiterllicl.len kann, mit wc chem die in der Induktivität der Ankerwicklung gi speichelte 1 nergie abgebaut uiril.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur selbsttätigen Drehzahlregelung eines aus einer Batterie über einen elektronischen Schalter gespeisten, mit einem Drehzahlislwertsignale abgebenden Wechselspannungs-Hilfsgenerator gekuppelten Gleichstrommotors, mit einem zwischen dem Hilfsgenerator und dem elektronischen Schalter angeordneten Multivibrator, dessen eine Ausgangsklemme mit dem Steueranschluß des elektrorischen Schalters verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Multivibrator ein astabiler Multivibrator (16) verwendet ist, dessen Impulsbreite von einer Spannungsvergleichsstufc in Abhängigkeit von der Diftetenzspannung einer Drehzahlsollwertspannung und einer vom Wechselspannungs-Hilfsgenerator (H) gelieferten Drehzahlistwcrtspannung gesteuert wird, und daß der astabile Multivibrator (16) für eine Grundfrequenz ausgelegt ist, die um ein Vielfaches größer ist als die Nennfrequenz ausgelegt ist, die um ein Vielfaches größer ist als die Nennfrequenz des Wecliselspannungs-Hilfsgenerators (11).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spannungsvergleichsstufc und dem astabilen Multivibrator (16) eine Verstärkerstufe mit einem von der Differenzspannung gesteuerten Regeltransistor (19) angeordnet ist, dessen Emiller-Kollektor-Strecke in Reihe mit zwei Widerständen (31, 32) mit der Batterie verbunden ist und dessen Emitter mit dem einen und dessen Kollektor mit den: anderen der beiden Eingänge des astabilen Multivibrators (16) verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Rcgeltransistors (I¹)) mit dem Kollektor eines in der Spannungsvcrgieiehsstufe angeordneten, eine kombinierte Gleichrichlungs- und Verstärkerstufe bildenden Transistors (20) verbunden ist, dessen Basis einerseits über eine Zcncrdiode (22) mit dem Wechselspannungs-Hilfsgenerator (11) und andererseits über einen Widerstand (26) mit einem an die Batterie angeschlossenen Spannungsteiler (23, 24) oder direkt mit der Batterie verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (22) mit dem Schleifer (211) eines Potentiometers (21) verbunden ist, das an die Klemmen des Wechselspannungs-Hilfsgenerators (11) gelegt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Aiisgangsklemme des astabilen Multivibrators (16) mit der Basis eines in Treiberschaltung dem Leistungstransistor (14) vorgeschalteten Vortransistors (15) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerwicklung (10) des Gleichstrommotors eine Freilaufdiode (38) parallel geschaltet ist.