DE2253881C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines konstant erregten Gleichstrommotors - Google Patents

Description

beugt Pie Regelschaltung llßt sich als Ganzes in dem Instrumentengehiuse unterbringen, so daß störende zusätzliche Verbindungskabel entfallen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Emitter-Koilektor-Strecke des Regeltransistors mit einem veränderbaren Widerstand, dessen Spannungsabfall die Bezugsspannung darstellt, in Reihe geschaltet. Dies ermöglicht eine einfache Einstellung der SoildrehzahL

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgen- den an Hand der Zeichnung näher erläutert

Wie veranschaulicht, ist ein Gleichstrommotor M über einen Transistor TR 1 mit einer Gleichspannungsquelle P verbunden. Der Transistor TR 1 beeinflußt un-. mittelbar die Speisung des Motors M. Ein Transi-15 stör TR 2 ist in Darlingtonschaltung mit der Basis des Transistors 77? I verbunden. Der Basisstroni des Transistors 77? 2 ergibt sich aus dem von der GleichspannungsqueHe P aus über einen Widerstand R 1 fließenden Strom. Ein Teil dieses Stroms wird dem Kollektor eines Transistors 77? 3 zugeführt. Der Transistor TRZ wird durch den Basisstrom gesteuert, der seinerseits von einem Strom abhängt, den die am Motor cnliegende Spannung über einen festen Widerstand R 3 und einen veränderbaren Widerstand VR 1 fließen faßt. Ein über einen voreingestellten Widerstand VR 2 und einen festen Widerstand R 2 fließender Strom wird der Basis eines Transistors TR 4 zugeführt, dessen Kollektorstrom über den veränderbaren Widerstand VR 1 fließt.

Der Transistor TR 1 steuert also die Speisung des Motors; der Transistor TR2 arbeitet als Verstärker; der Transistor TR3 bildet eine Spannungsvergleichsstufe; der Transistor TR 4 arbeitet als Stromverstärker. Der veränderbare Widerstand VR1 liefert eine Bezugsspannung zur Einstellung der Drehzahl des Motors. Der Widerstand /?3 dient der Ermittlung der am Motor anliegenden Spannung; der Widerstand VR 2 ermittelt den dem Motor zugeführten Strom.

Die Funktionsweise der Anordnung ist folgende: Dem Transistor 77? 2 wird über den Widerstand R I ein Basisstrom zugeführt, worauf der Transistor TR 2 stromführend wird. Dies hat zur Folge, daß dem Transistor TR 1 über den Widerstand VR 2 ein Basisstrom zugeführt und der Transistor aufgesteuert wird, worauf die Spannung der Gleichspannungsquelle P am Motor M anliegt. Gleichzeitig fließt über die Widerstände VR 2 und R 2 ein Basisstrom, ler den Transistor TR 4 aufsteuert. Der Kollektorstrom des Transistors 77?4 läuft über den Widerstand VR 1, wodurch an diesem Widerstand eine Bezugsspannung ER 1 aufgebaut wird, deren Größe von dem Widerstandswert des Widerstands abhängt. Die Spannung ER 1 lädt einen Kondensator CX auf.

Nimmt man nun an, daß die Klemmenspannung des Motors M größer geworden ist als die Summe der Bezugsspannung ER I und des Spannungsabfalls in der Durchlaßrichtung der Basis des Transistors TR 3. gelangt ein größerer Teil des über den Widerstand R 1 fließenden Basisstroms des Transistors TR 2 zum Kollektor des Transistors 77? 3. Der Basisstrom des Transistors 77? 2 wird infolgedessen kleiner, so daß der KoI-. lektorslrom des Transistors TR 1 und damit auch die an den Motor M angelegte Spannung sinken.

Ist andererseits die am Motor anliegende Spannung gesunken, nimmt der Kollektorstrom des Transistors TR 3 cb, so daß der Basistrom des Transistors TR 2 ansteigt. Dies führt zu einer Vergrößerung des Kollektorstroms des Transistors 77? 1 und damit zu einem Anstieg der dem Motor M zugeführten Spannung.

Auf diese Weise wird die an den Motor M angelegte Spannung auf einem konstanten Wert gehalten, der durch die mittels des veränderbaren Widerstands VR 1 eingestellte Bezugsspannung ER 1 bestimmt wird, so daß der Motor auch bei Laständerungen mit konstanter Drehzahl betrieben werden kann.

Da die dem laufenden Motor zugefühne Spannung von der Bezugsspannung ER 1 abhängt, läßt sich die Drehzahl des Motors ändern, indem der Widerstandswert des Widerstands VR 1 und damit die Größe der Bezugsspannung ER 1 geändert werden. Mit anderen Worten, die Drehzahl des Motors M kann mit Hilfe des veränderbaren Widerstands VR I eingestellt werden.

Da der im unbelasteten Zustand duic<i den Motor fließende Strom nicht von der Spannung abhängt, sondern im wesentlichen konstant gehalten wird, bleibt auch der Kollektorstrom des Transistors 77? 4 im wesentlichen konstant. Es ist infolgedessen möglich, einen gewünschten Wert der Beztigsspannung ER 1 durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands VR 1 einzustellen. Zwar fließen der Basisstroni des Transistors TR 3 und der Kollektorstrom des Transistors TR4 durch den Widerstand VR 1; da jedoch die Widerstandswerte der Widerstände VR 2, Ri und R 2 sowie die Gleichslromverstärkungsfaktoren der Transistoren TR 3 und 77? 4 so gewählt werden, daß der Basisstrom des Transistors TR 3 wesentlich kleiner als der Kollektorstrom des Transistors 77?4 ist, hängt die Bezugsspannung £7? 1 praktisch nur von dem Kotlektorstrom des Transistors TR 4 ab.

Es sei angenommen, daß bei Einstellung des Widerstands VR 1 auf einen bestimmten Widerstandswert die Drehzahl des Motors M durch Belastung des Motors abgesenkt wird. Der durch den Motor M fließende Strom steigt an, so daß auch der Kollektorstrom der Transistoren TR 1 und TR 2 zunimmt. Dies hat eine Zunahme der Basis- und Kollektorströmc des Transistors TR 4 zur Folge, so daß die Spannring am veränderbaren Widerstand VR 1 größer als die Bezugsspannung ER 1 wird, die im nicht belasteten Zustand anliegt. Infolgedessen steigt die dem Motor M zugeführte Spannung an, so daß die Drehzahl des Motors erhöht wird, um die geforderte konstante Drehzahl aufrechtzuerhalten.

Die vorstehende Schilderung zeigt, daß es mit Hilfe der beschriebenen Schaltungsanordnung möglich ist, die Drehzahl eines Mikromotors ungeachtet von Laständerungen konstant zu halten und die Drehzahl durch einfache Verstellung eines veränderbaren Widerstands zu steuern. Die Drehmomentencharakteristik des Motors ist stark verbessert, so daß der Motor als verläßlicher Antrieb benutzt werden kann, der gewährleistet, daß bei medizinischen Instrumenten das rotierende Werkzeug mit konstanter Drehzahl läuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. samtanordnung in unerwünscht starkem MaQe. Als dem Ankerstrom proportionate Meßgröße wird hierbei der Kollektorstrom des Treibertransistars benutzt

   1, Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung Es ist ferner bekannt (FR-PS 1305124), bei einer eines konstant erregten Gleichstrommotors, dessen S Drehzahlregelschaltung für einen konstant erregten Ankerwicklung aus einer Gleichstromquelle über Gleichstrommotor mit aus einer Gleichstromquelle einen Leistungstransistor gespeist ist, mit dem ein über einen Leistungstransistor gespeister Ankerwick-Treibertransistor in Kaskade geschaltet ist, der lung der Basis eines Treibertransistors, der mit dem mittels eines die Ankerspannung mit einer Bezugs- Leistungstransistor in Kaskade geschaltet ist, eine verspannung vergleichenden Vergleichertransistors io stellbare Vorspannung zuzuführen. Diese Vorspannung gesteuert ist, der seinerseits zusätzlich eine anker- wird einem ebenfalls aus der Gleichstromquelle gestromabhängige Steuerung erfährt, dadurchge- speisten Potentiometer entnommen. Ober die Basisankennzeichnet, daß der Vergleichertransistor Schlüsse von Treiber- und Leistungstransistor ist dabei

   (7723) unter dem Einfluß eines an den Treibertran- zwar eine vom Ankerstrom abhängige Beeinflussung sistor (7722) angeschlossenen Regeltransistors 15 der Transistoren im Sinne einer Konstanthaltung der

   (7724) steht, der in Abhängigkeit von dem dem An^erspannung zu erwarten, weil eine auf Ankerstrom-Ankerstrom proportionalen Kollektorstrom des änderungen zurückzuführende Änderung der Anker-Treibertransistors (7722) gesteuert ist spannung zugleich die Basis-Emitter-Spannung der
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Transistoren verstellt Eine genaue Drehzahlregelung durch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor- 10 ist aber allenfalls innerhalb sehr begrenzter Belastungs-Strecke des Rsgeltransistors (7724) mit einem ver- bereiche möglich. Infolgedessen ist diese Schaltungsänderbaren Widerstand (VR 2), dessen Spannungs- anordnung für Motoren mit im wesentlichen konstanter abfall die Bezugsspannung darstellt in Reihe ge- Belastung bestimmt

   schaltet ist Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

   25 Schaltungsanordnung zu schaffen, die nicht nur für eine hohe, von Laständerungen weitestgehend unabhängige

   Regelgenauigkeit innerhalb eines großen Drehzahlbereiches sorgt sondern dabei auch mit vergleichsweise einfachen, billigen und platzsparenden Mitteln sowohl

   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur 30 für die Drehzahlregelschaltung als solche als auch für Drehzahlregelung eines konstant erregten Gleich- die Gleichstromquelle des Motors auskommt Insbestrommotors, dessen Ankerwicklung aus einer Gleich- sondere soll die Ermittlung der Belastung des Motors stromquelle über einen Leistungstransistor gespeist ist nur eine geringe Verlustleistung erfordern, mit dem ein Triebertransistor in Kaskade geschaltet ist Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst der mittels eines die Ankerspar.nung mit einer Bezugs- 35 daß der Vergleichertransistor unter dem Einfluß eines spannung vergleichenden Vergleiche transistors ge- an den Treibertransistor angeschlossenen Regeltransteuert ist, der seinerseits zusätzlich eine ankerstromab- sistors steht der in Abhängigkeit von dem dem Ankerhängige Steuerung erfährt strom proportionalen Kollektorstrom des Treibertran-

   Es ist bekannt (DE-AS 12 23032), bei einer solchen sistors gesteuert ist

   Schaltungsanordnung in Reihe mit der Ankerwicklung 40 Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung des zu regelnden Gleichstrommotors einen ohmschen bedingt weder einen im Stromkreis der Ankerwicklung Serienwiderstand zu legen und die an diesem Serien- liegenden Serienwiderstand noch einen Drehzahlmeßwiderstand abfallende Spannung zur ankerstromab- generator. Der zusätzliche Regeltransistor erlaubt es, hängigen Steuerung des Vergleichertransistors heran- im Rahmen der Drehzahlregelung die Motorbelastung zuziehen. Da bei belastetem Motor der Ankerstrom 4s mit einer besonders geringen Verlustleistung zu vergleichsweise hohe Werte erreicht verbraucht der erfassen. Der Motorspeisestromkreis kann daher ver-Serienwiderstand eine erhebliche Verlustleistung, die gleichsweise schwächer ausgelegt werden. Im Gegenbei der Auslegung der den Motor speisenden Gleich- satz zu dem im Ankerstromkreis liegenden Serienstromquelle berücksichtigt werden muß. Die Gleich- widerstand kann der Regeltransistor angesichts seiner stromquelle ist daher entsprechend kräftig zu dimen- 50 nur über einen bestimmten Bereich linear verlaufenden sionieren. Dies erfordert zusätzliche Kosten und größe- Kennlinie gleichzeitig vorteilhaft für eine Begrenzung ren Einbauraum. der bei übermäßig großer Motorbelastung fließenden

   Des weiteren ist es bekannt (DE-AS 15 88 073), im Ströme sorgen.

   Falle einer Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet

   eines konstant erregten Gleichstrommotors einen von 55 sich hervorragend für medizinische Instrumente, die dem Motor angetriebenen Drehzahlmeßgenerator vor- zum Schneiden, Schleifen, Formen, Abtragen und Bohzusehen, dessen der Istdrehzahl entsprechende Span- ren von Knochen und Gewebe verwendet werden und nung mit einer Sollwertspannung verglichen wird, um eine füllfederartige Form haben. Ein typisches Beispiel auf Grund dieses Vergleichs eine Transistor-Kaskaden- eines solchen Instruments ist ein zahnärztliches Handschaltung zu steuern, deren letzter Transistor mit der 60 stück mit Mikromotorantrieb. Die vorliegende Schal-Ankerwicklung des Motors in Reihe geschaltet ist Zu- tungsanordnung gestattet es, die Werkzeugdrehzahl sätzlich wird der Sollwertstromkreis in Abhängigkeit des Handstücks den jeweiligen Erfordernissen äiizU-vom Ankerstrom beeinflußt Dadurch kann der Motor passen, den Motor im belasteten Zustand mit konauch bei Laständerungen innerhalb verhältnismäßig stanter Drehzahl laufen zu lassen, um Schneidvorgänge großer Drehzahlbereiche genau geregelt werden. Der 65 und andere Operationen mit hoher Genauigkeit aus-Drehzahlmeßger.erator macht den Antrieb jedoch ver- führen zu können, sowie den unbelastet laufenden hältnismäßig aufwendig und erhöht im Falle von Mikro- Motor schnell anzuhalten. Infolge des geringen Gemoioren neben dem Preis auch das Gewicht der Ge- wichts ist einer raschen Ermüdung des Arztes voirge-