DE2032227C3 - Anordnung zur Drehzahlregelung eines über steuerbare Halbleiter gespeisten Gleichstrommotors - Google Patents

Description

bewirkende Aufladung des Rückkopplungskon- 35 Bei der erfirdungsgemäßen Anordnung ist der densators (85) vermieden wird. Operationsverstärker in der Nähe seines Sättigungs-

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- werts leitfähig, wenn eine niedrige Solldrehzahl vorkennzeichnet, daß der Operationsverstärker (80) liegt. Eine Erhöhung des Drehzahlsollwerts führt zu eine dritte Eingangs.klemme (14) aufweist und einer Erniedrigung der Leitfähigkeit des Operationsdaß eine weitere einstellbare Widerstandsanord- 30 Verstärkers. Daher verursacht eine Verringerung des nung (122, 124) an der Gleichspannungsquelle Drehzahisollwerts keine überschüssige Ladung am (121, 123) liegt, die eine solche Vorspannung an Rückkopplungskondensator, so daß ein Überschwindic dritte Eingangsklemme (U \ liefert, daß an gen vollkommen vermieden wird.

der Ausgangsklemme (7) des Operationsverstär- Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeich-

kers (80) die Ausgangsspannung Null erscheint, 35 nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erwenn, an der ersten und zweiten Eingangsklcmme läutert. In den Zeichnungen ist
(10, 12)ein Eingangssignal Null anliegt. Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

3. Anordnung nach Anspruch! oder 2, da- Anordnung zur Drehzahlregelung und

durch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemme F i g. 2 ein schematisches Schaltbild eines Rcgel-

(7) des Operationsverstärkers (80) über ein steu- 40 Verstärkers in der Anordnung nach F i g. 1.
erbarcs Halbleiterelement (111) mit den Zünd- Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Drchzahlrege-

schaltungen (28, 29, 30) für die steuerbaren lung eines Gleichstromreihenschlußmotors, wobei Halbleiter (25, 26, 27) verbunden ist und daß das der Ankerwicklung 20 des Motors elektrische Enersteuerbare Halbleiterelement (111) derart von gie über einen Hauptstromkreis 21 zugeführt wird, einer Strombegrenzungsanordnung (55) steuerbar 45 dem seinerseits dreiphasige Wechselstromenergie ist, daß sie dieses sperrt, wenn der Motorstrom über drei Speiseleitungen 22, 23 bzw. 24 zugeführt einen vorgegebenen Wert überschreitet. wird. Die dem Motor zugeführte Energie wird durch

die Öffnungszeiten von gesteuerten Halbleitern 25,

26 und 27 bestimmt, die durch Steuersignale von

50 Zündschaltungen 28, 29 und 30 gesteuert werden. Die Zündschaltungen werden von einem Regelver-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung stärker 32 durch Ausgangssignale über eine Verbinlur Drehzahlregelung eines über steuerbare Halblci- dung 31 gesteuert. Die Steuerung des Regelverstärter aus einer Wechselstrom- oder Drehstromquelle kers 32 hängt von verschiedenen Eingangssignalen gespeisten Gleichstrommotors mit einem Drehzahlre- 55 ab.

gel verstärker, enthaltend einen Operationsverstärker. Die Ankerwicklung 20 wird gespeist, wenn Glcich-

icsscn erste Eingangsklemme mit dem Drchzahlsoll- strom dem zwischen den beiden Leitungen 33 und 34 wertgeber und dessen zweite Eingangsklemme so- angeordneten Anker 20 durch den Hauptstromkreis wohl mit dem Drehzahlistwertgeber als auch, über 21 zugeführt wird. Wenn die Schalter 35 und 36 geeinen Rückkopplungskondensator, mit seiner Aus- So schlossen sind, durchfließt der Strom den Anker 20 gangsklcmme verbunden ist. in der einen Richtung und bewirkt eine Motordre-

Derartigc Schaltungsanordnungen sind bekannt hung in einem vorgegebenen Drehsinn. Wenn die (Elin-Zcitschrift 17, 1965, Seite 13 bis 14 und Schalter 35, 36 geöffnet und die Schalter 37, 38 ge-Elin-Zeitschrift 19. 1967. Seite 134 bis 138). Sie sind schlossen sind, durchfließt der Strom den Anker 20 normalerweise so ausgebildet, daß eine Vergrößc- 65 in der anderen Richtung und bewirkt eine Motordrcrung des Drehzahlsollwerts eine Zunahme der Leitfä- hung im entgegengesetzten Drehsinn,
higkcit des Operationsverstärkers zur Folge hat. Ent- Die Erregerwicklung 40 des Motors ist zwischen

sprechend bewirkt eine Verkleinerung des Drehzahl- den Leitungen 22 und 33 angeordnet. Mit den steu-

eibaren Halbleitern 25, 26 und 27 ist jeweils eine Die Leitung 60, über welche das der Ankerspnn-

Diode 4i, 42 und 43 in Reihe geschaltet. Die Speine- iiung proportionale Signal zugeführt wird, ist über

leitungen 22 bis 24 sind jeweils mit den gemeinsamen einen Widerstand 81 .mit der ersten Eingangsklemme

Verbindungspunkten zwischen einer Diode und dem IO des Operationsverstärkers 80 verbunden. Eine aus zugehörigen steuerbaren Haltleiter verbunden. Dem 5 einem Widerstand 82 und einem Kondensator 83 be

steuerbaren Halbleiter 25 werden Steuersignale über stehende Reihenschaltung ist parallel zum Wider-

zwei Leitungen 44, 45 von der Zündschaltung 23. stand 81 geschaltet. Ein weiterer Widerstand 84 liegt

dem Halbleiter 26 werden Steuersignale über zwei zwischen der erstes; Eingangsklemme 10 und Masse.

Leitungen 46 und 47 von der Zündschaltung 29 und Ein Rückkopplungskondensator 85 ist zwischen der

dem HaUleiter 27 werden Steuersignale über zwei io ersten Eingangsklemme 10 und der gemeinsamen

Leitungen 48, 49 von der Zündschaltung 30 züge- Verbindung zwischen zwei in Reihe geschalteten

führt. Widersländen 86 und 87 angeordnet, welche zwischen

Zwischen der Leitung 33 und der Leitung 34 ist der Ausgangsklemme 7 des Operationsverstärkers 80

über einen Widerstand 51 eine Freilaufdiode 50 an- und einer Ausgangslcitung 110 angeordnet sind. Zur

geordnet. Infolge der induktiven Reaktanz der An- 15 Stabilisierung des Operationsverstärkers dienen ein

kerwicklung 20 fließt in bekannter Weise auch bei Kondensator 88, der zwischen die Ausgangsklemme

Ausschaltung der gesteuerten Halbleiter noch weiter 7 und die Klemme 5 geschaltet ist, und eine Reihen-

S(rom durch den Anker, weil die Freilaufdiode 50 schaltung aus einem weiteren Kondensator 90 und

einen Strompfad für diesen Strom aufrechterhält. einem Widerstand 91, welche die Anschlüsse 1 und

Die Leitung zwischen der Leerlauldiode 50 und dem 20 14 miteinander verbindet.

Widerstand 51 ist mit Masse verbunden. Parallel zum Zur Bildung des Ankei;.iromisrwerts werden Si-Widerstand 51 ist ein Potentiometer J2 angeordnet. gnale über Leitungen 54 und 73 und Widerstände 92 Der bewegliche Angriff dieses Potentiometers 52 ist und 94 einem gemeinsamen Verbindungspunkt 93 über einen Widerstand 53 mit einer Leitung 54 ver- zugeführt. Zwischen den Verbindungspunkt 93 und bunden, die ihrerseits lnit dem Regelverstärker 32 »5 Masse ist ein Potentiometer 95 geschaltet. Eine aus und mit einer Strombegrenzungsanordnung 55 ver- einem Widerstand 98 und einem Kondensator 99 bebundcn ist. Der aus Leitung 54, Widerstand 53 und stehende Reihenschaltung ist parallel zum Widereinem Teil des Potentiometers 52 bestehende Scrom- stand 97 zwischen einen gemeinsamen Verbindungskreis führt dem Regelverstärker 32 ein dem Anker- punkt 100 und den beweglichen Abgriff des Potenstrom des Motors proportionales Signal zu. 30 tiometers 95 geschaltet, während ein Kondensator

Zwischen der Leitung 33 und Misse sind zwei 101 zwischen dem Verbindungspunkt 100 und Masse Widerstände 57, 58 in Reihe geschaltet, und eine und ein Widerstand 102 zwischen der Leitung 61 Leitung 60 verbindet den Verbindungspunkt dieser und dem Verbindungspunkt 100 liegt. Das Potentiobeiden Widerstände 57, 58 mit einer Eingangs- meter 63 (Fig. 1) dient zur Bildung eines Drchzahlklcrnme des Regelverslärkers 32. Die aus der Leitung 35 sollwertsignals, das über die Stufe für lineare Be-60 und den Widerstanden 57 und 58 bestehende An- schleunigung 62 der Leitung 61 zugeführt wird. Die Ordnung führt der einen Eingangsklemme des Rege·!- Widerstände 102 und 97 iienen dazu, das am Vcrvcrstär'..ers ->2 ein proportional zur Ankerspannung bindungspunkt 93 erhaltene Summensignal mit dem des Motors stehendes Signal zu. Einer anderen Ein- über die Leitung 61 zugeführten Drehzahlsollwertsiggangsklemme des Regelverstärkers 32 wird ein Dreh- 40 nal zu kombinieren und an dem gemeinsamen Vcrzahl-Sollwertsignal über eine Leitung 61 von einer bindungspunkt 100 ein zusammengesetztes Summen-Stufe für lineare Beschleunigung 62 zugeführt, die ih- signal zu erzeugen. Zur Erklärung der Wirkungsrerseits ein Eingangssignal von dem beweglichen Ab- weise ist es lediglich erforderlich, das Drehzahlsollgreifer eines Potentiometers 63 erhält. Die Stufe für wcrtsignal zu betrachten.

lineare Beschleunigung 62 dient dazu, eine stufen- 45 Das in der Ausgangsleitung 110 vorhandene Steu-

weisc Veränderung der Einstellung des Potentiome- ersignal steht in Beziehung zu dem Leitfähigkeitswert

tcrs 63 in einen allmählichen, glatten Übergang eines des Operationsverstärkers 80 und wird dem Emitter

Drehzahl-Sollwertaignals umzusetzen, das über die eines npn-Transistors 111 zugeführt. Der Kollektor

Leitung 61 dem Regelverstärker 32 zugeführt wird. dieses Transistors 111 ist mit der einen Seite eines

Zwischen der Leitung 54 und Masse sind drei Dio- 50 Widerstandes 112 verbunden, der zwischen Leitun-

den 64, 65 und 66 in Reihe geschaltet und dienen gen 31 a, 31 b geschaltet ist, welche dazu dienen, al-

zum Schutz gegen ein übermäßig hohes Signal, das len Zündschaltungen 28 bis 30 ein Signal zuzufüh-

über die Leitung 54 dem Regelverstärker 32 züge- ren. Dieses Signal, das die Zündverzögerung der

führt werden könnte, wenn der Widerstand 51 unter- steuerbaren Halbleiter 25 bis 27 bestimmt, kann im

brachen ist oder aus einem anderen Grunde ein sehr 55 wesentlichen gleichgesetzt werden dem Steuersignal

großer Strom durch den Widerstand 53 fließt. Zwi- in der A"sgangsleitung 110, es sei denn, daß über die

sehen Masse und einer mit den Kathoden aller Halb- Leitung 59 von der Strombegrenzungsanordnung 55

leitergleichrichter 25, 26 und 27 verbundenen ge- ein Signal erhallen wird, wenn ein Überlastungszu-

meinsamen Leitung 68 ist ein Widerstand 67 geschal- stand des Motors vorliegt. Bei Vorhandensein einer,

tct. Eine Leitung 70 verbindet die gemeinsame Lei- 60 solchen Signals kann das Steuersignal der Ausgangs-

tung 68 mit dem Regelverstärker 32. leitung 110 keinen der steuerbar· ?» Halbleiter 25 bis

Einzelheiten des Regelverstärkers 32 sind in 27 ansteuern. Zwischen der Lcir-u·. ^Γ·9 und einer ge-

F i g. 2 dargestellt. Sein wesentlichstes Bauelement ist meinsamen Masseleitung 115 sind ein Widerstand

ein Operationsverstärker 80. Verschiedene An- 113 und ein Kondensator 114 parallel zueinander

schlußklemmen des Operationsverstärkers in F i g. 2 65 angeordnet. Zwischen dem Emitter des Transistors

sind innerhalb <'cr schematischen Darstellung mit 111 und der Leitung 115 sind zv/ei Dioden 116. 117

Zahlen bezeichnet, mit Ausnahme der Anschluß- in Reihe geschaltet,

klemme 7. die auf der Außenseite angegeben ist. Bei der dargestellten Schaltungsanordnung ist eine

Vorrichtung zum Anlegen eines Vorspannungspotcn- vermeiden. Die Dynamik des Regclverstärkers win tials an die Ausgangslcitung 110 vorgesehen, um zu durch die RC-Netzwerke mit den Bauelementen 81 gewährleisten, daß der Operationsverstärker 80 auf bis 85 und 97 bis 99 bestimmt und eingestellt,
einem im wesentlichen seinem Sättigungswert ent- Es ist außerdem wünschenswert, daß der operasprechenden Wert leitfähig ist, wenn das über die 5 tionsvcrstärkcr 80 die Ausgangsspannung Null ab Leitung 61 erhaltene, den Drehzahlsollwert anzei- gibt, wenn an seinen beiden Eingangsklcmmcn cir gende Signal eine sehr niedrige Drehzahl und damit Eingangssignal Null anliegt. In der Praxis wird da« auch eine sehr kurze Öffnungszeit der Halbleiter 25 jedoch nicht verwirklicht, und es besteht bereits vor bis 27 vorgibt. Mittels dieser Vorspannungsanord- Anfang an eine kleine Verschiebung aus dem Null nung verringert ein über die Leitung 61 und den io punkt. Das heißt, daß die zwischen den Eingangs-Widerstand 102 an die zweite Eingangsklemme 12 klemmen 10 und 12 des Operationsverstärkers angc des Operationsverstärkers 80 angelegtes größer wer- legten Signale ursprünglich bereits um einen kleiner dendes Drehzahlsollwertsignal den Leitfähigkeitswert Betrag verschoben sein müssen, damit ein Ausgangsdes Operationsverstärkers 80 allmählich gegen Null. signal Null erscheint, Zur Vermeidung dieser Abwci-Dies erfolgt dadurch, daß ein Stellwiderstand 118 15 chung ist ein Potentiometer 122 zwischen den Klcm- und ein fester Widerstand 120 in Reihe zwischen die men 123 und 121 der Gleichspannungsquelle sowie Ausgangsleitung 110 und die negative Klemme 121 ein Widerstand 124 zwischen dem beweglichen Abeiner Gleichspannungsquelle geschaltet sind. Der griff des Potentiometers 122 und der Eingangs-Wert des Stellwiderstands 118 wird so eingestellt, klemme 14 des Operationsverstärkers 80 angeordnet, daß der Operationsverstärker 80 nahezu an seinem ao Die Klemme 123 ist positiv, und der bewegliche AbSättigungspunkt leitfähig ist, wenn ein minimales griff des Potentiometers 122 wird so eingestellt, daß Drehzahlsollwertsignal vorliegt, bei dem die Halblei- sich am Ausgang 7 des Operationsverstärkers 80 ein ter 25 bis 27 nur einen kleinen öffnungswinkel ha- Signal Null ergibt, wenn an seinen beiden Eingangsben. Das Anlegen eines veränderten Drehzahlsoll- klemmen 10, 12 ein Signal Null anliegt. Das Potenwertsignals zur Verringerung der Drehzahl übe «Jen 35 tiome'ür 122 stellt somit eine Vorrichtung dar, die Widerstand 102 an die Klemme 12 des Operations- eine Vorspannung an die Eingangsklcmme 14 des Verstärkers 80 führt dann nicht zu einer überschüssi- Operationsverstärkers 80 legt, damit an dessen Ausgen Ladung des Rückkopplungskondensators 85, so gang 7 das gewünschte Ausgangssignal Null erhalten daß ein iJberschwingen der Drehzahl, bevor die An- wird, ohne daß die Signale an den Eingangsklcmmen Ordnung auf die neue niedrigere Motordrehzahl 30 10, 12 eine Abweichung aufweisen müssen. In der übergeht, nicht stattfindet. Praxis wird das Potentiometer 122 so eingestellt, daß Die dynamischen Eigenschaften des Regelverstär- es gerade die Drehzahl Null ergibt, wenn sich das kers 32 müssen mit denen des Motors übereinstim- Ausgangssignal des Potentiometers 63 auf Null bemen, um Eigenschwingungen des ganzen Systems zu findet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

i 2 soliwerts eine Verringerung der Leitfähigkeit des Patentansprüche: Operationsverstärkers. Für diesen Fail hat sich se- doch geneigt, daß infolge der in dem RückJcopplungs-

1. Anordnung zur Drehzahlregelung eines über kondensator gespeicherten Ladung emc Verrtngesteuerbare Halbleiter aus einer Wechselstrom- 5 rung des Diehzahlsollwcjts ear. übersch fingen der oder Drehstromqueile gespeisten Gleichstrommo- Motoristdrehzahl nach sich zieht,

tors mit einen; Drehzahlregelverstärker, enthal- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine derartige

tend einen Operationsverstärker, dessen erste Drehzahl regelanordnung für einen Gleichstrommotor Emgangsklemme mit dein Drehzahlsollwertgeber so auszubilden, daß durch einfache M=HeI ein über- und dessen zweite Eingangsklemme sowohl mit \o schwingen der Motordrehzahl bei einer Verringerung ■ dem Drehzahlistwertgeber als auch, über einen des DrclualiisoHwertes vermieden wird.

Rückkopplungskondensator, mit seiner Aus- Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art

gangsklemme verbunden ist, dadurch ge- wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine einstellkennzeichnet, daß eine einsteilbare Wider- bare Widerstandsanordnung zwischen der Ausgangsstaiidsanordnung (118, 120) zwischen der Aus- 15 klemme des Operationsverstärkers und einer GHchgangsklcmme (7) des Operationsverstärkers (80) spannungsqueüe liegt, die eine solche Vorspannung und einer Gleichspannungsquelle (121, 123) liegt, liefert, daß der Leiifähigfceilswert des Operationsverdie eine solche Vorspannung liefert, daß der Leit- stärkers bei niedrigem Drehzahlsollwert nahezu seifähigkeitswert des Operationsverstärkers (80) bei ner vollen Sättigung entspricht und bei Vergrößerung niedrigem Drehzahlsollwert nahezu seiner vollen ao des Drehzahlsollwerts gegen Null verringert wird und Sättigung entspricht und bei Vergrößerung des daß bei Verkleinerung des Drehzahlsollwerts eine Drehzahlsollwerts gegen Null verringert wird und überschüssige, ein Überschwingen der Isidrehzahl daß bei Verkleinerung des Drehzahlsollwerls eine bewirkende Aufladung des Rückkopplungskondensaüberschüssige, ein Überschwingen der Istdrehzahl tors vermieden wird.