DE2064401C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einem Differenzverstärker, an dessen einem Eingang eine der Drehzahl des Motors proportionale Spannung und an dessen anderem Eingang eine entsprechend der gewünschten Drehzahl an einem Spannungsteiler mit mindestens einem Potentiometer einstellbare Spannung anliegt, und mit einem durch den Differenzverstärker beeinflußbaren Steuerglied, das mit dem Gleichstrommotor in Reihe geschaltet ist

Eine solche aus der FR-PS 15 60 885 bekannte Schaltungsanordnung weist außerdem einen im Ausgangskreis des Differenzverstärkers befindlichen Oszillator sowie einen weiteren Verstärker auf, in dessen Eingangssteuerkreis sich eine Wechselspannungsquelle befindet Das Potentiometer wird von einem Strom durchflossen, der von einer getrennten Gleichspannungsquelle herrührt Eine solche Schaltungsanordnung ist aufwendig und hat infolgedessen einen erhöhten Stromverbrauch. Des weiteren ist es nachteilig, daß neben einer Gleichspannungsquelle eine Wechselspannungsquelle benötigt wird.

ι s Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mit möglichst wenigen Schaltungselementen auskommt und welche einen geringen Stromverbrauch hat Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll außerdem sicher arbeiten und preisgünstig herstellbar sein. Erreicht wird dies durch die folgenden Merkmale:

a) Der Anker des Gleichstrommotors ist im Zweig einer Brückenschaltung angeordnet, in deren weiteren Zweigen Widerstände vorgesehen sind, deren Werte so bemessen sind, daß sich der Ankerwiderstand zum Widerstandswert in einen benachbarten Brückenzweig verhält wie der Widerstandswert im anderen benachbarten Brükkenzweig zum Widerstand im verbleibenden Brückenzweig.

b) Die Diagonalpunkte der einen Brückendiagonalen sind mit dem einen Eingang des Differenzverstärkers verbunden und die beiden Diagonalpunkte der anderen Brückendiagonalen liegen in Reihe zum Steuerglied und der Spannungsquelle.

c) Dem Potentiometer ist eine Zenerdiode parallel geschaltet.

d) Der Differenzverstärker und der Spannungsteiler sind parallel zur Reihenschaltung aus Gleichstrommotor und Steuerglied geschaltet.

In vorteilhafter Weise wird die zwischen den Diagonalpunkten der Brückenschaltung anliegende Brückenspannung direkt dem einen Eingang des Differenzverstärkers zugeführt Die Referenzspannung, die zur Festlegung der gewünschten Drehzahl eingestellt wird, wird einem Spannungsteiler entnommen, welcher mittels einer Zenerdiode stabilisiert wird. Hierdurch ergibt sich als Vorteil eine von Spannungsso Schwankungen unabhängige Referenzspannung. Durch die Parallelschaltung des Differenzverstärkers und des stabilisierten Spannungsteilers zur Reihenschaltung aus Gleichstrommotor und Steuerglied wird erreicht, daß die drehzahlabhängige Steuerspannung und die Refess renzspannung bei einfacher Ausbildung der Schaltungsanordnung sauber getrennt werden können. Zwar befindet sich der dem Gleichstrommotor benachbarte Brückenwiderstand in Reihe zum Differenzverstärker, so daß die Versorgungsspannung des Differenzverstärkers je nach der Stärke des durch diesen Widerstand fließenden Stromes Spannungsschwankungen unterliegt Diese Spannungsschwankungen wirken sich jedoch nicht störend auf die Drehzahlregelung aus, da diese Spannungsschwankungen sowohl auf den Differenzverstärker und auf das spannungsstabilisierte Potentiometer als auch auf das Steuermittel wirken.

Eine Schaltungsanordnung gemäß dem Merkmal a) ist zwar aus der FR-PS 15 30 223 bekannt Jedoch weist

diese Schaltungsanordnung den Nachteil auf, daß keine Entkopplung zwischen Brückenspannung und Referenzspannung erfolgt Auch weist die bekannte Vorrichtung den Nachteil auf, daß die Referenzspannung für den Differenzverstärker nicht einem getrennten and stabilisierten Spannungsverteiler entnommen wird. Bei der bekannten Vorrichtung ergibt sich eine komplizierte Formel für die Eingangsspannung des Differenzverstärker^ welche erst nach einigen Näherungen eine relativ einfache Gleichung ergibt Eine solche einfache Eingangsspannungsbeziehung für den Differenzverstärker ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die von der bekannten Vorrichtung abweichende Verbindung der Brückenschaltung mit dem Differenzverstärker.

Gemäß weiterer Ausbildung ist der Differenzverstärker so dimensioniert daß sein Eingangswiderstand hoch ist gegenüber den Brückenwiderständen. In vorteilhafterweise steht die Basis des mit der Brückenschaltung verbundenen Transistors mit einem Glättungskondensator in Verbindung.

Gemäß weiterer Ausbildung ist dem Widerstand, der in einem den Brückenzweig mit dem Gleichstrommotor gegenüberliegenden Brückenzweig angeordnet ist, ein temperaturabhängiger Widerstand parallel geschaltet

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Gemäß der Figur ist in einem Brückenzweig BC der Ankerkreis eines Gleichstrommotors 1 angeordnet. Im benachbarten Brückenzweig AB ist ein Widerstand 2 vorgesehen. Im weiteren benachbarten Brückenzweig CD befindet sich ein Widerstand 3 sowie ein Teil eines veränderbaren Widerstandes 4, dessen anderer Teil Bestandteil des verbleibenden Brückenzweiges AD ist. In diesem letztgenannten Brückenzweig ist weiterhin ein Widerstand 4a vorgesehen, dem ein temperaturabhängiger Widerstand 46 parallel geschaltet ist. Die Widerstände 2,3,4 und 4a sind nun so gewählt, daß das Verhältnis des Ankerwiderstandes des Gleichstrommotors 1 zum benachbarten Widerstand 2 gleich ist dem Verhältnis aus dem Widerstand 3 zuzüglich des im selben Brückenzweig liegenden Teilwiderstandes des Widerstandes 4 zum gemeinsamen Widerstand der Parallelschaltung der Widerstände 4a und 4b zuzüglich des in diesem Brückenzweig liegenden Teilwiderstandes des Widerstandes 4.

Der Diagonalpunkt D der Brückenschaltung ist mit der Basis eines Transistors 5 des Differenzverstärkers verbunden. Ein weiterer Transistor des Differenzverstärkers ist mit 6 bezeichnet. Die Emitter beider Transistoren 5 und 6 sind zusammengeführt und mit einem Emitterwiderstand 7 verbunden. Die Basis des Transistors 5 ist weiterhin mit einem Glättungskondensator 8 verbunden.

Von dem Diagonalpunkt D der Brückenschaltung führt eine Verbindung zum Differenzverstärker.

Die Basis des Transistors 6 ist mit einem Potentiometer 9 verbunden, dem ein Widerstand 10 in Reihe geschaltet ist Parallel zu den beiden Widerständen 9 und 10 ist eine Zenerdiode 11 angeordnet In Reihe zur Zenerdiode 11 liegt ein Widerstand 12. Über einen Schalter 13 ist der Widerstand 12 mit dem Minuspol einer Spannungsquelle 14 verbindbar. Der Pluspol der Spannungsquelle 14 ist mit den Diagonalpunkt A der Brückenschaltung verbunden.

Im Kollektorkreis des Transistors 5 befindet sich ein Widerstand 15, der über den Schalter 13 ebenfalls mit dem Minuspol der Spannungsquelle 14 verbindbar ist.

Im Kollektorkreis des Transistors G befindet sich ein Widerstand 16, dessen dem Kollektor des Transistors 6 abgewandtes Ende mit der Basis des als Steuerglied dienenden Steuertransistors 17 verbunden ist Der Kollektor dieses Steuertransistors 17 ist mit dem Diagonalpunkt Cder Brückenschaltung verbunden. Der Emitter des Steuertransistors 17 ist über den Schalter 13 mit dem Minuspol der Spannungsquelle 14 verbindbar. Parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 17 ist ein Widerstand 18 angeordnet

Mit 19 ist ein Widerstand bezeichnet der zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 17 vorgesehen ist

Der Diagonalpunkt B ist mit dem den Emittern der Transistoren S₁6 abgewandten Ende des Emitterwiderstandes 7 verbunden.

Die Funktionsweise ist nun folgende:

Es wird angenommen, daß der Potentiometer 9 für eine entsprechende Drehzahl eingestellt ist Nach Schließen des Schalters 13 liegt an der Basis des Transistors 6 ein gegenüber seinem Emitter negatives Potential. Demzufolge ist der Transistor 6 aufgesteuert An der Basis des Steuertransistors 17 liegt demzufolge ein gegenüber seinem Emitter positives Potential an. Der Steuertransistor 17 ist demzufolge ebenfalls durchgesteuert Es fließt nun eir Strom über:

Pluspol der Spannungsquelle 14, Diagonalpunkt A, Widerstand 2, Diagonalpunkt B, Ankerkreis des Gleichstrommotors 1, Diagonalpunkt C, Kollektoremitterstrecke des Steuertransistors 17, Schalter 13, Minuspunkt der Spannungsquelle 14.

Ausgehend vom Diagonalpunkt A fließt ein weiterer Strom über die Widerstände 4a, 4 und 3 zum Diagonalpunkt C

Zwischen den beiden Diagonalpunkten D und B liegt demzufolge eine Spannung an, die gleich ist der Differenz der Spannung zwischen den beiden Diagonalpunkten D und C und der Spannung zwischen den beiden Diagonalpunkten C und B. Diese letztgenannte Spannung setzt sich zusammen aus der Summe aus der induzierten Spannung des Gleichstrommotors 1, welche drehzahlabhängig ist und dem Produkt aus dem Ankerstrom und dem Ankerwiderstand. Mit wachsender Drehzahl des Gleichstrommotors 1 wächst demzufolge auch die zwischen den Diagonalpunkten D und B befindliche Spannung. Mit dem Anwachsen dieser Eingangsspannung für den Transistor 5 nimmt auch die Spannung am Emitterwiderstand 7 zu. Die Spannung am Emitterwiderstand 7 ist gleich der Eingangsspannung zwischen den Diagonalpunkten D und B vermindert um die Basisemitterspannung des Transistors 5. Mit zunehmender Spannung am Emitterwiderstand 7, was gleichbedeutend ist einer potentialmäßigen Anhebung der Emitter der Transistoren 5 und 6, wird der Transistor 6 in zunehmendem Maße zugesteuert, was zur Folge hat, daß der Sfeuertransistor 17 ebenfalls in zunehmendem Maße zugesteuert wird

Hat nun der Gleichstrommotor 1 seine durch die Voreinstellung des Potentiometers 9 gegebene Nenndrehzahl erreicht, so ist das Potential an der Basis des Transistors 5 gleich dem Potential an der Basis des Transistors 6. In diesem Zustand sind die Transistoren 6 und 17 gerade so weit zugesteuert daß die zwischen den Diagonalpunkten B und C auftretende Spannung sowie der ic diesem Brückenzweig fließende Ankerstrom für die betreffende Nenndrehzahl entsprechende Werte aufweisen.

Wird z. B. der Gleichstrommotor 1 stärker belastet, so

daß der Anker des Gleichstrommotors 1 sich langsamer zu drehen versucht, so nimmt die Spannung zwischen den Diagonalpunkten Dund Bin entsprechendem Maße ab. Demzufolge sinkt die Spannnung am Widerstand 7, was zur Folge hat, daß der Transistor 6 um ein entsprechendes Maß aufgesteuert wird. Demzufolge wird auch der Steuertransistor 17 etwas aufgesteuert, so daß ein größerer Ankerstrom fließen kann. Dies bedeutet, daß das Ankerdrehmoment vergrößert wird. Der Ausgleichsvorgang ist dann beendet, wenn die durch den Gleichstrommotor induzierte Spannung und demzufolge auch die Drehzahl wieder ihren ursprünglichen Nennwert einnimmt

Wird nun im umgekehrten Fall die Belastung des Gleichstrommotors verringert, so versucht sich der Gleichstrommotor schneller zu drehen. Dies hat zur Folge, daß auch die induzierte Spannung vergrößert wird. Demzufolge tritt zwischen den Diagonalpunkten D und B eine erhöhte Spannung auf, so daß auch die Spannung am Widerstand 7 sich erhöht Demzufolge wird der Transistor 6 um ein entsprechendes Maß zugesteuert, was auch für den Steuertransistor 17 gilt. Durch den Ankerkreis des Gleichstrommotors 1 fließt daher ein geringerer Ankerstrom. Des weiteren ist dadurch die Spannung zwischen den Diagonalpunkten B und C um ein entsprechendes Maß verringert. Dieser Ausgleichsvorgang ist dann beendet, wenn die durch den Gleichstrommotor induzierte Spannung und demzufolge auch die Drehzahl ihren ursprünglichen Nennwert wieder erreicht hat.

ίο Um keine zu großen Verluste in der Brückenschaltung zu erhalten, ist es zweckmäßig, den Widerstandswert des Widerstandes 2 kleiner als den Ankerwiderstand zu wählen.
Ändert sich nun z. B. bei Temperaturschwankungen der Ankerwiderstand des Gleichstrommotors 1, so ändert sich ebenfalls in entsprechendem Maß der Widerstand Ab und hebt somit die Änderung des Ankerwiderstandes auf.

Bei Änderung des Potentiometers 9 ergibt sich eine

ίο andere Drehzahl.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

b) Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einem Differenzverstärker, an dessen einem Eingang eine der Drehzahl des Motors proportionale Spannung und an dessen anderem Eingang eine entsprechend der gewünschten Drehzahl an einem Spannungsteiler mit mindestens einem Potentiometer einstellbare Spannung anliegt, und mit einem durch den Differenzverstärker beeinflußbaren Steuerglied, das mit dem Gleichstrommotor in Reihe geschaltet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Der Anker des Gleichstrommotors (1) ist im Zweig einer Brückenhaltung angeordnet, in deren weiteren Zweigen Widerstände (2, 3, 4, 4a) vorgesehen sind, deren Werte so bemessen sind, daß sich der Ankerwiderstand zum Widerstandswert (2) im einen benachbarten Brückenzweig (AB) verhält wie der Widerstandswert (3, 4) im anderen benachbarten Brückenzweig (CD) zum Widerstand (4, 4a) im verbleibenden Brückenzweig (AD) Die Diagonalpunkte (D, B) der einen Brückendiagonalen sind mit dem einen Eingang des Differenzverstärkers (5, 6) verbunden und die beiden Diagonalpunkte (A, C) der anderen Brückendiagonalen liegen in Reihe zum Steuerglied (17) und der Spannungsquelle (14).

c) Dem Potentiometer (9) ist eine Zenerdiode (11) parallel geschaltet

d) Der Differenzverstärker (5, 6) und der Spannungsteiler (9, 10, 11, 12) sind parallel zur Reihenschaltung aus Gleichstrommotor (1) und Steuerglied (17) geschaltet

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker so dimensioniert ist, daß sein Eingangswiderstand hoch ist gegenüber den Brückenwiderständen (2,3,4,4a).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des mit der Brückenschaltung verbundenen Transistors (5) mit einem Glättungskondensator (8) in Verbindung steht

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstand (4a), der in einem dem Brückenzweig (BC) mit dem Gleichstrommotor (1) gegenüberliegenden Brückenzweig (AD) angeordnet ist, ein temperaturabhängiger Widerstand (4Z>) parallel geschaltet ist