DE2020555A1

DE2020555A1 - Schaltungsanordnung zum Feststellen der Drehzahl und Drehrichtung eines Motors durch Messen der vom Motor erzeugten EMK bzw. zum Messen der Gegen-EMK einer stromdurchflossenen Spule

Info

Publication number: DE2020555A1
Application number: DE19702020555
Authority: DE
Inventors: Meyer Franz Josef
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-04-27
Filing date: 1970-04-27
Publication date: 1971-11-11
Also published as: DE2020555B2; NL7105624A; FR2086374A1; BE766358A; LU63049A1; FR2086374B1

Description

SIEMENS AKTIEMESELLSCHAPT München. 2 7. APR. 197 0

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Schaltungeanordnung zum Feststellen der Drehzahl und Drehrichtung eines Motors durch Messen der vom Motor erzeugten EMK₁ bzw« zum Messen der Gegen-EMK einer - stromdurchfloeaenen Spule«

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Messen der von einem stromdurchflossenen Motor erzeugten EMK und insbesondere eine Schaltungsanordnung zum Peststellen der Drehzahl und Drehrichtung eines als Antriebs-, motor für die Antriebswelle eines Magnetbandes dienenden Motors, bzw. zum Messen der Gegen-EMK einer stromdurchflossenen Spule.

Bei Magnetbandgeräten, insbesondere solchen, die mit elektronischen Datenverarbeitungsanlagen zusammenarbeiten, ist es erforderlich, das Magnetband schnell s$u starten und zu stoppen und mit hoher, «ögliehet konstanter Geschwindigkeit an dem Magnetkopf vorbeizuführen.

Um die ^esc^leunigi'Tigskräfte auf ein gewünschtes Maß bringen zu können, sind bereits Magnetbandgeräte entwickelt worden, bei denen das Band sowohl in der einen ala auch in der anderen Richtung mit nur einer einzigen Antriebsrolle bewegt wird. Da*- mit insbesondere bei Richtungswechseln die Antriebsrolle genügend schnell die Sollgesohwindigkeit erreichen kann, muß die Antriebsrolle ein trägheitsarmes Gebilde sein. Durch Umschlingung der Antriebsrolle auf einem großen Teil ihres Umfang s wird dafür gesorgt, daß immer genügend Reibung zwischen dem Band und der Antriebsrolle besteht und ein Schlupf des Magnetbandes weitgehend verhindert wird. Damit der Motor, der zum Zwecke einer gutenUmsteuerbarkeit und ausreichender Beschleunigung und Verzögerung wie die Antriebsrolle geringe Trägheit aufweisen muß, stets seine richtige Geschwindigkeit hat, ist efi bekannt, mit dem Motor bzw. der Antriebswelle einen

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Tachogenerator zu koppeln, der eine der Bandgeschwindigkeit proportionale Spannung erzeugt und mit dieser einen Servoverstärker für den Motor steuert. Mit einer solchen Einrichtung lassen sich die Beschleunigung und Verzögerung des Bandes so einstellen, daß die Längsschwingungen und das Flattern des Bandes, die bei Magnetbandgeräten mit Andruckrollen auftreten, weitgehend vermieden werden. Ein Nachteil dieser Einrichtungen ist jedoch, daß außer dem Motor und der Antriebsrolle noch ein Tachogenerator mit der Antriebswelle gekoppelt sein muß. Abgesehen davon, daß dieser Tachogenerator nicht unerhebliche Kosten verursacht, da nur ein hochpräziser Tachogenerator die geforderte Genauigkeit erreichen läßt, erhöht er die Trägheit des gesamten Systems.

Es ist deshalb auch bereits bekannt geworden, als Steuersignal für den Servoverstärker nicht das Ausgangssignal eines Tachogenerators sondern die EME! des Antriebsmotors selbst zu verwenden, die ja unmittelbar ein Maß für die Drehzahl und Drehrichtung des Motors ist. Dabei wird bei der bekannten Einrichtung beim Starten des Bandes zunächst der Motor auf etwa 80 $ seiner liominalgeschwindigkeit gebracht. Zu diesem Zeitpunkt beginnt eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einem Taktpuls die Motor-EMK zu prüfen. Bei jedem Impuls wird ein Flip-Flop gesetzt, welches den Servoverstärker ausschaltet und ein Gatter öffnet, und die EMK des Motors dann mit Hilfe eines Komperators geprüft. Wenn der Motor seine Sollgeschwindigkeit noch nicht erreicht hat, wird das Flip-Flop zurückgesetzt und dem Motor weiterhin Strom zugeführt. Wenn aber der Motor seine Sollgeschwindigkeit erreicht hat, wird das Flip-Flop nicht sofort zurückgesetzt, sondern der Motor wird, ohne daß er Strom von dem Servoverstärker erhält, laufengelassen, bis seine BMK unter einem bestimmten Wert fällt. Der Motor arbeitet dabei als Generator. Zu diesem Zeitpunkt wird das Flip-Flop zurückgesetzt und der Motor mit HlHe des Servoverstärkers wieder auf seine Sollgeachwindigkeit gedacht. Bei dieser Methode werden dem Motor also nur dann Stromlmpulge zugeführt, wenn seine Geschwindigkeit unter einem

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bestimmten Sollwert abgesunken ist. Abgesehen davon, daß die gesamte Steuerung ziemlich aufwendig ist, ergibt sich eine gewisse Ungleichmäßigkeit in der Geschwindigkeit des Bandes dadurch, daß der Motor in gewissen Abständen ein- und ausgeschaltet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung sum Messen der von einem stromdurchflossenen Motor erzeugten EMK und insbesondere eine Schaltungsanordnung zum* Peststellen der Drehzahl eines als Antriebsmotor für die Antriebswelle eines Magnetbandes dienen-

, zu schaffen
den* Motors/, die erstens weniger aufwendig ist als die bekannte Anordnung und zum anderen dadurch, daß der Motor nicht ständig aus- und eingeschaltet wird, ein starkes Schwanken der Bandgeschwindigkeit vermeidet. Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch die Reihenschaltung des Motors mit einer Spule mit einer der Induktivität des Motors proportionalen Induktivität und einem dem Innenwiderstand des Motors proportionalen ohmschen Widerstand und durch einen an sich bekannten Operationsverstärker mit zwei Eingängen, dessen einem Eingang die an der Reihenschaltung anliegende Gesamtspannung und dessen anderem Eingang die am Motor auftretende Spannung zugeführt und an dessen Ausgang eine der EMK des Motors entsprechende Spannung abgenommen werden kann.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung. Diese besteht aus einem Motor M, einer SpuleL1, einem Widerstand R.1 und einem Operationsverstärker V, An der Reihenschaltung aus Motor M, Spule 11 und Widerstand R1 liegt die Ge samt spannung TJg. Dem einen Eingang, E1, dee Verstärkers V wird die G_esamtspannung Ug und dem zweiten Eingang, E2, die am Motor auftretende Spannung Um zugeführt. Am Ausgang A des Verstärkers V kann eine der Motor-EMK entsprechende Spannung U_EMK abgenommen werden, wenn die beiden Eingänge des Verstärkers so beschältet sind, daß dieser die nachfolgende Gleichung er-

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füllt:

^UEMK = ^(1+k) ^m - k . Ug

Für den gesamten Kreis aus Motor M₉ Spule L1, Wideratand und Gesamtspannung Ug gilt nämlich folgendes:

^L + i R + IR + H '

wobei U_EMK die Motor-EMK, L die Induktivität des Motors

und R der Innenwiderstand des Motors ist. Daraus ergibt sich ^{D + L + iR} ■ ^Dm

wobei U die am Motor auftretende Spannung ist. Oder ^ÜEMK ='^üm-* ⁽Ü -Ι + «)

Wenn man die mit dem Motor M in Reihe liegende Spule L₁ und den Widerstand R₁ gemäß den Bedingungen

L = k · L₁ R = k · R₁

festlegt, ergibt sich weiter;

U— TT β, Xr foL, * ΤΪ- -4* IP₄) JD FlA. Ill O. υ ' I

Da aber i · R₁ + || · I₁ » Ug - Um ^ist» β¹¹* weiter

^ÜEMK = ^üm * ^{k (üg} - ^üffi) = (1 + k) Um - k · Ug woraus sich für k = 1 die Gleichung ^UEMK = 2 Um - Ug ergibt.

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Wenn also die Eingänge des Operationsverstärkers T so beschaltet sind, daß er die am Eingang E2 anliegende Motorspannung Um verdoppelt und davon die am Eingang E1 anliegende Gesamtspannung Ug abzieht, erscheint aii seinem Ausgang A eine der Motor-EMK entsprechende Spannung U_EM~, Da die Motor-EMK andererseits der Drehzahl proportional ist, erhält man somit eine Größe, die unmittelbar zur Regelung des Motors in einem an sich bekannten Kreis mit einem Servoverstärker dienen kann.

Die Erfindung wurde anhand einer Schaltungsanordnung zum dessen der von einem stromdurcbflossenen Motor erzeugten EMK erläutert. Bei geringfügiger Abwandlung kann die Lehre der Erfindung jedoch auch auf die Messung der Gegen-EMK von Spulen angewandt werden. Dazu ist lediglich erforderlich, daß mit der Spule ein dem Spulenwiderstand proportionaler ohmscher Widerstand in Reihe' geschaltet und ein an* sich bekannter Operationsverstärker vorgesehen wird, dessen einem Eingang die an der Reihenschaltung anliegende Gesamtspannung und dessen anderem Eingang die an der Spule auftretende Spannung zugeführt wird. Dann kann an dessen Ausgang eine der Gegen-EMK entsprechende Spannung abgenommen werden.

Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Messen der Gegen-EMK einer Spule. Sie besteht aus der Spule L, dem in Reihe geschalteten Widerstand R₁ und einem Operationsverstärker V, dessen einem Eingang, E1, die Gesamtspannung Ug und dessen anderem Eingang, E2, die an der Spule auftretende Spannung ü_ zugeführt wird. Am Ausgang A des Operationsverstärkers V kann dann eine der Gegen-EMK proportionale Spannung Uq_EM£ abgenommen werden, wenn die Eingänge des Operationsverstärkers so beschaltet sind, daß er die folgende Beziehung erfüllt:

^UGEMK = <^{1 +k) ü}s -■»«-■
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"Ίη übrigen gilt folgendes: Ug = H · L + iR +

wobei R der Widerstand und L die Induktivität der Spule ist, und

⁰GEMK = ft * ^L' ^d"^h"

⁰GEMK = Us - iR Wenn R = k.R^ gemacht wird, gilt weiterhin:

⁰GEM = ^üs - ^k*^ieR1 -

LR₁ = Ug - Us

^ÜGEMK = Ua - ^k (Ü& - Us) = (1 + k) Ua - kUg und wenn k = 1 gewählt wird, ergibt sich schließlich

⁰GEMK = ^2üs -

2 Figuren

4 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1„ Schaltungsanordnung zum Messen der von einem stromdurchflossenen Motor erzeugten EMK, insbesondere zum Feststellen der Drehzahl eines als Antriebsmotor für die Antriebswelle eines Magnetbandgerätes dienenden Motors, gekennzeichnet durch die- Reihenschaltung des Motors (M) mit einer Spule (L₁) mit einer der Induktivität des Motors proportionalen Induktivität und einem dem Innenwiderstand des Motors proportionalen ohmaehen Widerstand (R.. ) und durch einen an sich bekannten Operationsverstärker (V) mit zwei Eingängen (El, E2), dessen einem "Eingang (E1) die an der Reihenschaltung anliegende Ge samt spannung (TJ ) und dessen

anderem Eingang (E2) die am Motor (M) auftretende Spannung (U ^ zugeführt wird und an dessen Ausgang (A) eine der EME' des Motors entsprechende Spannung (^υ _ΕΜΚ) abgenommen werden kann.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor (k) zwischen der Induktivität (L) des Motora (M) und der Induktivität der Spule (L₁) einerseits und dem Innenwiderstand (R) des Motors (M) und dem ohmschen Widerstand (R₁) andererseits gleich 1 ist«

t>. Schaltungsanordnung zum Messen der Gegen-EMK einer stromdurchflossenen Spule, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung der Spule (L) mit einem dem Widerstand (R) der Spule proportionalen Ohmschen Widerstand (R₁) und durch einen an sich bekannten Operationsverstärker (Y) mit zwei Eingängen (E1, E2), dessen einem Eingang (E1) die an der Reihenschaltung anliegende Gesamtspannung .(U ) und dessen

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anderem Eingang (E2) die an der Spule (L) auftretende Spannung (Uc) zugeführt wird und an dessen Ausgang (A) eine der Gegen-EMK der Spule (L) entsprechende Spannung () abgenommen werden kann.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor (k) zwischen dem Widerstand (R) der Spule (L) und dem chmschen Widerstand (R₁) gleich 1 ist.

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