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Schaltungsanordnung zur Drehzahlstellung von Gleichstrommotoren Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drebzahistellung von Gleichstrommotoren,
insbesondere für Antriebe von Werkzeugmaschinen.
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Es ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Gleichstrommotoren
bekannt, die aus einem Regeler, einem Modulator und einem Impulssteller bestehts.
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Zwecks Regelung der Drehzahl und der Drehrichtung gelangen über eine
Brückenschaltung, die in jedem Zweig antiparallel zueinander einen Transistor als
Schalter und eine Diode zur Ableitung von Blindströmen vjährend der Brems- und Reversiervorgänge
enthält, breitenmodulierte Spannungsimpulse zu einem Gleichstrommotor. Die Ansteuerung
dieser Transistoren erfolgt vom Modulator aus über die in Reihe mit den Kollektor-Emitter-Strecken
von weiteren Transistoren geschalteten Primärwicklungen von Impulsübertragern, an
deren Sekundärwicklungen Basis und Emitter von Treibertransistoren potentialfrei
ausgeschlossen sind.
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Mittels dieser Anordnung werden ständig zwei diagonal liegende Transistoren
der Brücke abwechselnd getaktet.
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Der ITJachteil dieser Schaltungsanordnungr besteht darin, daß es beim
Einschalten der Transistoren in den Brückenzweigen zu erhöhten Einschaltverlusten
infolge des Auftretens einer Stromepitze kommt.
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Diese Erscheinung wird durch die, bezogen auf die Einschaltzeit der
Transistoren, zu große Sperrverzögerungszeit der Blindstromdioden verursacht.
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Während des Ausschaltevorganges entstehen Überspannungen, die ebenfalls
zu erhöhten Schaltverlusten und zu einer spannungsmäßigen Gefährdung der Transistoren
in den Brückenzweigen führen.
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Binen weiteren Nachteil der bekannten Schaltung stellt die direkte
Messung des Motorstromistwertes im tiuerzweig der Brückenschaltung zum Erzeugen
eines für den Regler geeigneten Rückkopplungssignales dar.
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Dadurch ist es nicht möglich, für alle Steuersignale ein einheitliches
Bezugs potential zu verwenden, und der Xlorderung der erkzeugmaschinenindustrie
entsprechend, mehrere Schaltungsanordnungen zur Drehzahlstellung mit einem gemeinsamen
Netzteil zu betreiben.
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Weiterhin besitzt der Teil zum Ansteuern der Brückenzweigtransistoren
den Nachteil, daß aufgrund der gegebenen Schaltung die Übertragung der vom Modulator
erzeugten Stenerimpulse nur in einem engen Leistungebereich für relativ kleine Ströme
möglich ist.
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Das führt zu einer aufwendigen Auswahl dieser Bauelemente.
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Außerdem müssen bei der bekannten Anordnung beim Ein@chalten die Versorgungsspannungen
in einer bestimmten Reihenfolge zugeschaltet werden und beim Ausschalten verschwünden
sie wieder zu verschiedenen-Zeiten.
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Da bei diesen Vorgängen die Impulse zur Ansteuerung der Transistoren
in der Brücke nicht unterbrochen -werden können, sind die Schalttransistoren gefährdet.
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Diese vorhandenen Mängel wirken sich nachteilig auf die Funktionstächtigkeit
der Schaltungsanordnung und auf die der diesen Gleichatromantrieb benutzenden iischinen
aus, besonders bei Bearbeitungsprozessen an Werkzeugmaschinen qualitativ auf diehergestellten
Werkstücke.
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Zweck der Erfindung ist es, bei der Durchführung der Regelung der
Drehzahl und Drehrichtung von Gleichstrommotoren, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
mit geringem Aufwand durch Beseitigung der beschriebenen Nachteile in der bekannten
Anordnung so zu erhöhen, daß besonders die Anforderungen an Antriebe für Werkzeugmaschinen
erfüllt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die unter Verringerung des technischen Aufwandes eine funktionsfähige
und verlustarme Drehzahlstellung von Gleichstrommotoren gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe daduroh gelöst, daß in einer Schaltungsanordnung
zur Drebzahlatellung von Gleichstrommotoren mit einer Brückenschaltung, die in jedem
Zweig antiparallel einen Transistor als Schalter und eine Blindatromdiode enthält,
der Kolektor jedes BrückenzxrJeigtransistors über einen ohmschen widerstand und
einen Kondensator mit dem zugehörigen Emitter verbunden ist.
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Weiterhin liegt an jedem Emitter eine Diode, die katödenseitig an
die Anode der Blindstromdiode angeschlossen und ihr äquivalent ist. Damit werden
Verluste beim Ein- und Ausschalten der Transistoren erheblich verringert, wobei
gleichzeitig die spannungsmüßige Gefährdung dieser Bauelemente beim Ausschalten
beseitigt wird. Zur Messung des Motorstromistwertes befindet sich zwischen den beiden
Reihenschaltungen, die von der positiven Potentialleitung ausgehen und aus jeweils
zei Brückenzweigen bestehen, und der Masseleitung ohmsche Widerstände.
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Vom Anschlußpunkt jedes Widerstandes an die Reihenschaltung führt
eine Bettung zu einem gemeinsamen Differenzverstärker, der über seinen Ausgang ein
Rückkopplungssignal für einen Regler abgibt.
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Diese Anordnung ermöglicht eine indirekte richtungs-und betragsgetreue
Abbildung des Motorstromistwertes mit einem für alle Steuersignale einheitliches
Bezugspotential, Je ein Transverter dient zur potentialgetrennten ansteuerung von
den Transistoren in r4eichzeitig stromführenden Brückenzweigen mit von einem Modulator
und Impulsverteiler bereitgestellten Impulsen.
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Auf diese Weise werden die bisherigen Nachteile der Übertragung so
verringert, daß eine Auslese der Transtoren nun entfällt. Zur Ankopplung der beiden
ransverter an die Brückenzweige wird nur ein Impulsübertrager mit zwei Sekundärwicklungen
benötigt, Über eine Wicklung werden jeweils zwei gleichzeitig stromführende Transistoren
angesteuert, womit eine Vergleichmäßigung der Einschaltzeiten erreicht wird.
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An den Modulator und Impulsverteiler ist über einen externen Eingang
eine elektronische Impulssperre angeschlossen, die während der Ein- und Ausschaltvorgänge
in der gesamten Anordnung zur Verminderung der Gefährdung der Brückenzweigtransistoren
die diesen Bauelementen zugeführten Impulse unterbricht.
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Außerdem dient diese Einrichtung zum Sin- und Ausschalten der gesamten
Schaltungsanordnung.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert erden, In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen Figur 1 Blocksciialtbild
der geaamten Schaltungsanordnung Figur 2 BrUckenschaltung mit Gleichstrommotor als
Teil des Impulse tellers Die in Fig.1 dargestellte Schaltungsanordnung besteht aus
einem iegler 1, einem Modulator und Impulaverteiler 2 mit einer Impulssperre 2.1,
einem Impulsateller 3 mit den beiden Transvertern 3.1, 3.2 und der Brückenschaltung
3.3 sowie dem Differenzverstärker 4.
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Fig. 2 zeigt einen Teil des Impulsstellers, die Brückenschaltung 3.3
mit dem Gleichatrommotor II, dessen Drehzahl und Drehrichtung geregelt werden.
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In den Zweigen liegen als Schalter die Transistoren T 1, T 2, T 3,
T 4 und an T 2 und T 4 ist in Reihe mit der Drossel Dr der Gleichstrommotor M angeschlossen.
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Um die Ausschaltverlustleistung möglichst klein zu halten, sind die
Kollektoren und Emitter von T 1, T 2, T 3 und T 4 über Widerstände R 1, R 2, 3,
R 4 und Kondensatoren C 1, C 2, G 3, G 4 miteinander verbunden.
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Parallel dazu befinden sich zur Ableitung der während der Brems- und
Reversiervorgange auftretenden Blindströme die Dioden Gr 12, Gr 22, Gr 32, Gr 42
und in Reihe mit ihnen die Dioden Gr 11, Gr 21, Gr 31, Gr 41. Sie sind den Blindstromdioden
Gr 12, Gr 22, Gr 32, Gr 42 äquivalent, und dienen zur Verlangsamung des Einschaltvoroangea
der Transistoren T 1, T 2, T 3, T 4. Dadurch wird die Einschaltverlustleistung der
Transistoren wesentlich verringert und das Fließen von inversen Strömen durch die
Transistoren verbinder.
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Zwischen den Dioden Gr 11 und Gr 12 sowie Gr 31 und Gr 32 sind die
Sollektiren der Transistoren T 2 bzw. T 4 und zwischen den Dioden Gr 21 und Gr 22
bzw. Gr 41 und Gr 42 die ohmschen Widerstände R 5, R 6 zur Gewinnung einer dem Motoriststrom
in Richtung und Betrag proportionalen Spannung angeschlossen.
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Von diesen beiden Punkten fährt je eine Leitung zum Differenzverstärker
4. Die anderen Anschlüsse der Widerstände R 5, R 6 sind mit dem Massepotential 0
einer Gleichspannungsquelle verbunden, deren positive Potentialklemme +U zu den
Kollektoren der Transistoren T 1 und T 3 geführt ist.
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Die beschriebene Schaltungsanordnung besitzt folgende Wirkungsweise
Im
Regler 1 erzeugte Impulse werden dem Modulator und Impulsverteiler 2 zugeführt und
dort digital mit einer Impulsträgerfrequenz verknüpft. Die modulierten Impulse werden
zum Impulssteller 3 geleitet, wo sie über die beiden Qegentakttransverter in Darlingtons
cbaltung 3.1, 3.2 nach einer Gleichrichtung an die Brückenschaltung 3,3 mit dem
Gleichstrommotor M gelangen. Die Transistoren T 1 und T 4 oder T 2 und T 3 werden
jeweils gleichzeitig ein- bzw. ausgeschaltet. Auf diese Weise wird die am Motor
M anliegende Betriebsspannung verandert und damit die geforderte Drehzahl und Drehrichtung
eingestellt. Mittels der Widerstände R 5, ii 6 wird eine dem Motoriststrom in Richtung
und Betrag proportionale Spannung erzeugt und über den Differenzverstärker 4 am
Regler 1 angelegt. Ebenfalls dorthin wird eine der Istdrehzahl proportionale Spannung
geführt, die durch einen mit dem Gleichstrommotor M starr gekoppelten Tachogenerator
gewonnen wird, was auf den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
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Aufgabe der Impulasperre 2.1 ist es, nur beim orhandenseinaller Versorgungsspannhngen
in der benötigten Höhe eine Zu@uh@ von St@@@@impulsen zu ermöglichen. Damit wird
eine Gefährdung dieser Bauelemente aufgrund fehlerhafter Betriebsspannungen ausgeschlossen.
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Weiterhin riird die Impulssperre 2.1 zum betriebsmäßigen Ein- und
Ausschalten des Regelkreis es nach Fig. 1 benutzt.
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Zwecks Erhöhung der Lei@tung des Impulsstellers 3 ?cann die Brückenschaltung
3.3 so ergänzt werden, daß anstelle eines Transistors m@hrere Transistoren parallel
in den Zweigen angeordnet werden. Dann wird jeder Kollektor getrennt über einen
ohmschen Widerstand und einen Kondensator mit dem zugehörigen Emitter verbunden,
aber in 2eihe mit der Blindstromdiode liegt nur eine Diode an allen Emittern gemeinsam.
Zur Ansteuerung der Brückenzweigtransistoren werden ebenfalls Transverter verwendet.