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Elektrische Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl
eines Elektromotors, insbesondere eines Elektromotors in Leonardschaltung, mit einem
Istwertgeber, einem Sollwertgeber, einem Istwert-Sollwert-Vergleicher und einem
einem Stellglied zugeordneten Stellantrieb. Dabei kann, insbesondere dann, wenn
es sich um einen Gleichstrommotor handelt, das Stellglied ein z. B. im Feldkreis
des Elektromotors liegender Stellwiderstand sein. Den folgenden Ausführungen liegt
eine
solche Ausführungsform der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung
zugrunde, - ohne daß dadurch deren Anwendungsbereich in irgendeine Richtung eingeschränkt
wird.
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Bei den bekannten elektrischen Schaltungsanordnungen der eingangs
beschriebenen Art wird mit Hilfe von Istwertgeber und Sollwertgeber der Istwert
und der Sollwert analog dargestellt, z. B. in Form einer der tatsächlichen bzw.
der gewünschten Drehzahl proportionalen Spannung, ist der Istwert-Sollwert-Vergleicher
als Brückenschaltung aufgebaut - wobei in einem Brückenzweig der Istwertgeber, in
einem anderen Brückenzweig der Sollwertgeber vorgesehen sind - und ist an die Brückendiagonale
als Stellantrieb - zumeist über einen Verstärker - ein Servomotor angeschlossen.
Mit anderen Worten arbeiten die bekannten elektrischen Schaltungsanordnungen der
eingangs beschriebenen Art gleichsam durchgehend analog. Das führt in vielen Fällen
zu einer nur begrenzten Genauigkeit, insbesondere laufen die bekannten elektrischen
Schaltungsanordnungen der in Rede stehenden Art einerseits mit der Temperatur, andererseits
aber auch mit der Zeit, einfach weg.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltungsanordnung
der eingangs beschriebenen Art so aus zugestalten, daß sie bei einfachem Aufbau
relativ genau, insbesondere temperatur- und zeitstabil ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst,
daß der Istwertgeber als Impulsgeber mit nachgeschalteter Zählkette mit vorwählbarer
Zählzeit, der Sollwertgeber als ein eine dem Sollwert entsprechende Impulszahl darstellendes
Gerät, der
Istwert-Sollwert-Vergleicher als ein bei einer einstellbaren
Abweichung zwischen der vom Istwergeber festgestellten Impulszahl und der.vom Sollwertgeber
dargestellten Impulszahl eine einstellbare Anzahl von Stellimpulsen abgebendes Gerät
und der Stellantrieb als die vom Istwert-Sollwert-Vergleicher gegebenen Stellimpulse
direkt in eine rotative oder lineare Bewegung umsetzender Stellmotor ausgeführt
sind. Während also die bekannten elektrischen Schaltungsanordnungen, von denen die
Erfindung ausgeht, durchgehend analog arbeitend aufgebaut sind, arbeitet die erfindungsgemäße
elektrische Schaltungsanordnung durchgehend digital, - ohne daß an irgendeiner Stelle
eine Analog/Digital-Umsetzung bzw. eine Digital/Analog-Umsetzung angewendet würde.
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Die der digitalen Technik imanenten Vorteile, wie Temperatur-und Zeitstabilität
sowie Unabhängigkeit der Auflösung vom Meßbereich insgesamt, werden also konsequent
ausgenutzt.
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Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
elektrische Schaltungsanordnung auszugestalten und weiterzubilden.
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Grundsätzlich kann der Sollwertgeber in gleicher Weise wie der Istwertgeber
ausgeführt sein, d. h. als Impulsgeber mit nachgeschalteter Zählkette mit vorwählbarer
Zählzeit. Dabei kann einerseits über die Impulsfrequenz, andererseits über die Zählzeit
eine bestimmte Impulszahl und damit ein bestimmter Sollwert vorgegeben werden -
wobei praktisch jeder beliebige Sollwert dargestellt werden kann. Häufig wird die
erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung aber auch dort eingesetzt, wo nur
eine bestimmte Anzahl diskreter Sollwerte vorkommt. Dann empfiehlt es sich, den
Sollwertgeber als Speicher mit einer Anzahl von einspeicherbaren, einer Anzahl von
Sollwerten entsprechenden, abrufbare Impulzahlen
auszuführen.
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Um die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung bei gleichem
Aufbau in Verbindung mit Stellgliedern unterschiedlichen Auflösungsvermögens einsetzen
zu können, muß der Stellantrieb natürlich so ausgelegt sein, daß das maximal in
Betracht kommende Auflösevermögen durch einen Stellimpuls realisiert werden kann.
Sind dann im Einzelfall Stellglieder vorgesehen, die ein geringeres Auflösungsvermögen
haben, so werden mehrere Stellimpulse je wirksamen Stellschritt benötigt. Hier empfiehlt
eine weitere Lehre der Erfindung, den Istwert-Sollwert-Vergleicher mit einer die
Stellimpulse zählenden Zählkette mit vorwählbarer Zählzeit auszurüsten. Über die
vorwählbare Zählzeit dieser Zählkette kann dann die erfindungsgemäße elektrische
Schaltungsanordnung an das Auflösungsvermögen des jeweilig verwendeten Stellgliedes
angepaßt werden.
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Im übrigen empfiehlt es sich, die jeweils verwendeten Zählketten hinsichtlich
der Zählzeit netzgesteuert auszuführen und/oder dem Istwertgeber und dem Sollwertgeber
und/oder dem Istwert-Sollwert-Vergleicher gemeinsam eine umsteuerbare Zählkette
zuzuordnen.
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Schließlich wird als Stellmotor, der erfindungsgemäß die vom Istwert-Sollwert-Vergleicher
abgegebenen Stellimpulse direkt in eine rotative oder lineare Bewegung umsetzt,
zweckmäßigerweise ein Schrittmotor verwendet, und zwar unabhängig davon, ob eine
rotative oder eine lineare Bewegung gewünscht wird. Für eine lineare Bewegung kann
natürlich auch ein Linearmotor eingesetzt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung
zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors und Fig. 2 eine andere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung.
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Die in den Fig. dargestellte elektrische Schaltungsanordnung ist zum
Regeln der Drehzahl eines Elektromotors 1 bestimmt und besteht in ihrem grundsätzlichen
Aufbau aus einem Istwertgeber 2, einem Sollwertgeber 3, einem Istwert-Sollwert-Vergleicher
4 und einem Stellantrieb 5, der einem Stellglied 6 zugeordnet ist.
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Erfindungsgemäß sind der Istwertgeber 2 als Impulsgeber 7 mit nachgeschalteter
Zählkette 8 bzw. 12, der Sollwertgeber 3 als ein eine dem Sollwert entsprechende
Impuls zahl darstellendes Gerät, der Istwert-Sollwert-Vergleicher 4 als ein bei
einer einstellbaren Abweichung zwischen der vom Istwertgeber 2 festgestellten Impuls
zahl und der vom Sollwertgeber 5dargestellten Im-Impulszahl eine einstellbare Anzahl
von Stellimpulsen abgebendes Gerät und der Stellantrieb 5 als die vom Istwert-Sollwert-Vergleicher
4 abgegebenen Stellimpulse direkt in eine rotative Bewegung umsetzender Stellmotor
ausgeführt. Im einzelnen ist das in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bzw.
2 wie folgt realisiert:
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht
einerseits der Istwertgeber 2 aus dem Impulsgeber 7 und der nachgeschalteten Zählkette
8, ist andererseits der Sollwertgeber 3 in gleicher Weise wie der Istwertgeber 2
ausgeführt, nämlich ebenfalls mit einem Impulsgeber 9 mit nachgeschalteter Zählkette
10 mit vorwählbarer Zählzeit, und weist der Istwert-Sollwert-Vergleicher 4 eine
die Stellimpulse zählende Zählkette 11 mit vorwählbarer Zählzeit auf.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dagegen ist der Sollwertgeber 7
als Speicher mit einer Anzahl von eingespeicherten, einer Anzahl von Sollwerten
entsprechenden, abrufbaren Impulszahlen ausgeführt und ist für den Istwertgeber
2 und den Istwert-Sollwert-Vergleicher 4 gemeinsam eine umsteuerbare Zählkette 12
vorgesehen. Im übrigen sind in beiden Ausführungsbeispielen die Zählketten 8, 10,
11 und 12 netzgesteuert ausgeführt. Die Funktionsweise der dargestellten elektrischen
Schaltungsanordnung ist folgende: Zunächst wird der Sollwert eingestellt. Das kann
- was im einzelnen nicht dargestellt ist - zweckmäßigerweise gleichsam in einem
"Durchgriff durch die für das Regeln der Drehzahl erforderliche Funktion der Schaltungsanordnung
geschehen. Ausgehend von der Nullstellung wird dabei an den Stellantrieb 5 unmittelbar
nacheinander eine Anzahl von Stellimpulsen gegeben, die dazu führt, daß der Stellantrieb
5 über das Stellglied 6 die Drehzahl des Elektromotors 1 entsprechend der gewünschten
Drehzahl beeinflußt.
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Während des stationären Betriebes, in der Zeit also, in der die erfindungsgemäße
elektrische Schaltungsanordnung die Drehzahl des Elektromotors 1 regeln soll, wird
nun die vom Istwertgeber 2
festgestellte Impulszahl - Anzahl der
vom Impulsgeber 7 während einer vorgegebenen Zählzeit abgegebenen und von der Zählkette
8 bzw. 12 gezählten Impulse - als Istwert mit der vom Sollwertgeber 3 dargestellten
Impuls zahl als Sollwert verglichen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird dabei
vom Sollwertgeber 3 die als Sollwert darzustellende Impulszahl in gleicher Weise
gewonnen wie die vom Istwertgeber 2 als Istwert festzustellende Impulszahl, es wurden
nämlich die vom Impulsgeber 9 während einer vorgegebenen Zählzeit abgegebenen Impulse
von der Zählkette 10 gezählt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dagegen ist im
Sollwertgeber 3 eine Anzahl von bestimmten Sollwerten entsprechenden Impulszahlen
gespeichert, von denen jeweils eine abgerufen wird. Stellt nun der Istwert-Sollwert-Vergleicher
eine vorgegebene, einstellbare Abweichung zwischen der vom Istwertgeber 2 festgestellten
Impuls zahl und der vom Sollwertgeber 3 dargestellten Impuls zahl fest, so gibt
er eine dem Auflösungsvermögen des Stellgliedes angepaßte Anzahl von Stellimpulsen
ab, die von der Zählkette 11 bzw. 12 gezählt werden. Über die abgegebenen Stellimpulse
wird der z. B. als Schrittmotor ausgeführte Stellantrieb 5 betätigt und damit das
Stellglied 6 in dem Sinne beeinflußt,'daB die Abweichung zwischen dem Istwert und
dem Sollwert geringer wird.
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Das zuvor geschilderte Regeln mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
wiederholt sich natürlich ständig.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die erläuterte elektrische
Schaltungsanordnung zwar als zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors beschrieben
worden ist, sie kann jedoch ohne weiteres überall dort eingesetzt werden, wo einerseits
der Istwert als Impuls zahl dargestellt werden kann und andererseits
ein
von einem Stellantrieb zu betätigendes Stellglied eingesetzt werden kann.