DE2463110C2 - Schaltungsanordnung zum Konstanthalten der Drehzahl eines Gleichstrommotors - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Konstanthalten der Drehzahl eines Gleichstrommotors, nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist durch die DE-PS 83 543 bekannt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Drehzahl eines Elektromotors vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet, sowie durch Unempfindlichkeit gegenüber sich ändernden Spannungsverhältnissen und der Temperatur.

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art gelingt dies gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale.

Die Mittel zur Konstanthaltung der Drehzahl werden somit am empfindlichsten Teil der Motorregelung eingesetzt, d, h, in der Brückenmitte, wodurch sich einfache und übersichtliche Schaltungsverhältnisse ergeben, insbesondere dadurch, daß die Soll-Wert-Eingabe auch in diesem Bereich erfolgt. Der Motor wird dadurch exakt in seiner Drehzahl konstant gehalten, und zwa.r mit geringem schaltungstechnischen Aufwand.

Die Widerstandswerte innerhalb dieser Schaltung sindl so ausgelegt, daß über beide Dioden der gleiche Strom fließt. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige, symmetrische Belastung der Widerstände, wobei gleichzeitig auch Temperaturschwankungen auskompensiert werden können.

Andere Sollwert-Spannungen entsprechend anderen Arbeitsbedingungen des Motors werden über ein analoges Netz von Zenerdioden, Dioden und der Drehzahl des Motors entsprechenden Vorwiderständen an den positiven Eingang des Operationsverstärkers OPl geschaltet. Für audere Arbeitsbedingungen des Motors, ζ. B. schnellen Vorwärtslauf oder normalen Rückwärtslauf und schnellen Rückwärtslauf, werden in Form der Zenerdiode und der Dioden entweder die gleichen Halbleiterelemente mit anderen Widerständen benutzt, oder aber eine zweite Zenerdiode und ein Netz von Dioden, die entsprechend dem Soll-Wert am Eingang des Operationsverstärkers entgegengerichtet verschaltet sind. In einer Arbeitsbedingung des Motors, z. B. in Vorwärtsrichtung, werden dafür eine Zeuerdiode sowie zwei paarweise gegeneinander geschaltete Diodensätze verwendet und der Unterschied zwischen Normal- und Schnellauf des Motors nur in der Verwendung anderer Widerstände liegt, die entsprechend einer Sollwert-Spannung eine mehr oder weniger große Spannung aus der Speisespannung abzweigen.

Beim Rückwärtsbetrieb des Motors, sowohl bei normaler als auch schneller Drehzahl, wird eine zweite Zenerdiode verwendet, mit einem zweiten Satz von gegeneinander geschalteten Dioden, die jedoch in analoger Schaltung wie in Vorwärtsrichtung in Verbindung mit der Zenerdiode für eine konstante Spannung am Eingang des Operationsverstärkers einer konstanten Drehzahl entsprechend sorgen.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei in der nun folgenden Beschreibung auf weitere Merkmale der Erfindung eingegangen wird. Es zeigt die einzige Figur eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Aus der Figur ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, deren Prinzip darauf beruht, da£ die EMK eines Elektromotors M als Ist-Wert auf einen vorgeschriebenen Soll-Wert gebracht wird. Ein Merkmal dieses Prinzips besteht darin, daß gleitende Endpunkte A und B der Eingangsdiagonalen einer Wheatstone'schen Brücke (umrahmter Teil der Abbildung) vorgesehen sind, die eine schwebende Brückenschaltung nachbilden. Durch die Einführung einer Symmetrielinie etwa in der Mitte der einzigen Speisespannung des Motors kann eine künstliche Null-Linie geschaffen werden, von der aus der Motor nach beiden Seiten geregelt werden kann. Bei einem Ausgang von dieser Symmetrielinie als neue künstliche Null-Linie kann die Speisespannung den. Motor in fast der vollen Größe zugeführt werden. Dadurch ergibt sich ein sehr rascher Anlauf von Null zur gewünschten Drehzahl oder umgekehrt. Bei einem Bremsvorgang des Motors wird die Soll-Vorgabe gleich Null gesetzt, wobei der Motor das Bestreben hat, dieser Vorgabe sehr schnell zu folgen.

Der Operationsverstärker OP1 ist für die Drehzahl bzw. Motorregelung nach der EMK zuständig und der Operationsverstärker OP2 stellt die Symmetrie der schwebenden Brücke bezüglich der Speisespannung her. Die Motorspannung besteht aus einer dieser Spannung entgegengesetzten EMK und aus einem weiteren Spannungsanteil, welcher sich aus dem Motorstrom und dem Wicklungswiderstand des Motors zusammensetzt. Das Prinzip der Regelung besteht darin, die EMK konstant zu halten. Um über den vollen Spannungsanteil der EMK verfügen zu können, wird der ohmsche Anteil

an der Motorspannung kompensiert, was durch eine Wheatstone'sche Brücke geschieht, in welcher der eine Zweig die Motorwicklung und ein Kompensationswiderstand gebildet ist und der andere Zweig durch im Verhältnis gleiche Widerstände nachgebildet wird. Die Brückenmitten werden auf die Eingänge des Operationsverstärkers OPX geführt, dessen Ausgangsspannung sich so einstellt, daß seine Eingangsspannungsdifferenz zu Null wird. Der Sol¹-Wert selber wird über einen Widerstand bzw. über einen positiven Eingang des Operationsverstärkers eingegeben. Die Operationsverstärker OPX und OP2 haben keine eigenen direkten Rückführungen. Die Rückführungen bilden sich vielmehr selber über die Transistoren, den Motor und die Widerstände der Brückenschaltung. Dadurch spielt z. B. die Basisemitter-Spannung eines Transistors keine Rolle, sondern wird durch die Verstärkung der Operationsverstärker ausgeregelt. Es brauchen deshalb für die Treiberendstufe keine speziellen ausgesuchten Transistoren verwendet werden.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird aufgrund von gleitenden Brückenpunkten sowohl die Drehzahl als auch die Spannungssymmetrie geregelt Durch zusätzliche Regelung der Soll-Wert-Eingaben wird eine sehr genaue Drehzahlkonstanz erreicht Die Soll-Wert-Eingabe geschieht über eine Serie von Zener- und Halbleiterdioden sowie über Widerstände, wobei die digitalen Steuerimpulse der Soll-Wert-Eingabe für langsamen Vorwärtslauf am Punkt C erscheinen, für schnellen Vorwärtslauf am Punkt D, für langsamen Rückwärtslauf E und für schnellen Rückwärtslauf am Punkt F. Die Soll-Wert-Eingabe, die für den langsamen Vorwärtslauf aus der Schaltung hervorgehoben ist, wird auf den positiven Eingang des Operationsverstärkers OPI geschaltet. Zwischen diesem Eingang und der Brückenmitte bezüglich des Zweiges, bestehend aus Motorwicklung und Kompensationswiderstand RX, ist ein Widerstand R geschaltet. Die Spannung an diesem Widerstand wird von einer Zenerdiode ZX, die über eine Diode DX und einen Widerstand Λ 6 an der Speisespannung liegt, konstant gehalten. An der Anode der Diode DX ist gegensinnig eine weitere Diode D 2 geschaltet, die über einen Widerstand /?4 und einen Potentiometer R 5 mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers in Verbindung steht. Wird nun ⁴^ ein Soll-Wert eingegeben, welcher eine Drehung des Motors hervorrufen soll, so ist der Aisgang des mit C bezeichneten Gatters (offener Kollektor) offen, und es fließt eine Spannung von 24 Volt über R 6 und die Diode D X auf die Zenerdiode, während über D 2 ein gleicher Strom über den Widersiand RA und Λ 5 an den positiven Eingang des Operationsverstärkers gelangt. Die Widerstände sind so zugelegt, daß über beide Dioden DX und D 2 der gleiche Strom fließt, wobei an dem Widerstand R₁ welcher die Verbindung zwischen positivem Eingang des OP X und dem Reihenwiderstand des Motors darstellt, die gleiche Spannung abfällt. Dadurch wird ein konstantes Temperaturverhalten und eine konstante Diodenspannung an der Zenerdiode ZX erhalten. Bei einer Soll-Wert-Eingabe liegt an der Kathode von beiden Dioden DX und D 2 der gleiche SpännüngSwert. Die Schaltung ist so ausgelegt, daß bei einem erhöhten Strom, z. B. durch höhere Belastung des Motors oder bei Schwankungen innerhalb der Soll-Wert-Eingabe keine Soll-Wert-Änderungen auftreten. Die Schaltung ist ferner so ausgelegt, daß die Spannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers OPX bei Belastung um den gleichen Betrag ansteigt wie die Spannung am Kompensationswiderstand R1 des Motors. Der Strom bei der Soll-Wert-Eingabe über R 6 ist so gewählt, daß er sich gleichmäßig aufteilt sowohl über die Zenerdiode Z1 als auch über das Widerstandsnetzwerk R 4 und R 5, so daß gleiche Diodenspannungen DX und D 2 und gleiche Ternperaturverhalten dieser Dioden erhalten wird. Die Dioden D 3 und D 4, die analog zu den Dioden DX und D 2 bezüglich der Zenerdiode Z X geschaltet sind, bilden bei einem Impuls am Ausgang D der Gatteranordnung in Verbindung mit den beiden 8, 2 kohm-Widerständen den schnellen Vorlauf des Motors. An der Zenerdiode ZX wird ebenfalls eine konstante Spannung gebildet, da jedoch niederohmige Widerstände auf den positiven Eingang des Operationsverstärkers OfI geschaltet sind, wird eine höhere Spannung bzw. Sollwert gebildet, was dem Schnellauf des Motors entspricht

Die Zenerdiode Z2 mit den Dioden D5.D6.D7.DS bildet in analoger Schaltung zu der Zenerdiode Zl mit den Dioden DX, D2, D3, D4 den Rückwärtslauf des Motors. Es werden hier »negative« Soll-Werte für den Rückwärtslauf gebildet, wobei entsprechend der Soll-Wert- Eingabe über die Widerstände 18kohm und 8,2 kohm an den Ausgängen E und F Impulse erzeugt werden, die dem normalen bzw. schnellen Rückwärtslauf des Motors entsprechen. Im Rücksvärtslauf werden die offenen Kollektoren an den Ausgängen rund Fder Gatter nach Masse heruntergezogen, was den umgekehrten Verhältnissen entspricht, die im positiven Zweig beim Vorwärtslauf des Motors verwendet werden. Die übrigen Schaltungslogik mit dem Flipflop, die über Gatter von Transistoren angesteuert werden, dient lediglich zur BOT/EOT-Erkennung (Bandende und Bandanfang), deren Impulse eine Verriegelung einer etwa bestehenden Soll-Wert-Eingabe erzeugen, wenn die Schaltung, was vorzugsweise vorgesehen ist, für eine Kassettensteuerung verwendet wird. Bei einer solchen Steuerung ist ein geregelter Schnell- und Langsamlauf sowohl vorwärts als auch rückwärts vorgesehen. Bei einem Stopbefehl wird der Soll-Wert weggenommen, d.h. die Regelung erkennt den Soll-Wert Null. Im Ist-Wert-Zweig wird dann die noch vorhandene EMK so weit ausgeregelt, bis diese zu Null wird. Der Motor läuft auch bei Belastungsschwankungen mit konstanter Drehzahl, da über die Brücke auch bei erhöhtem Strom der Spannungsbefehl am Motorwiderstand (Wicklungswiderstand) über den Kompensationswiderstand R i auskompensiert wird. Die beiden gleitenden Brückenpunkte A und B sind für verschiedene Regelungen zuständig. Der Brückenpunkt A nimmt allein die Ausregelung gemäß der EMK vor. Der Brückenpunkt B ist für die Ausregelung der Spannung bzw. zur Bildung einer Symmetrielinie innerhalb einer einseitig gerichteten Speisespannung zuständig. Wird dieser Brückenpunkt B auf eine feste, bezüglich der Speisespannung symmetrische Spannung gelegt, so kann die Schaltung auch ohne die Spannungsregelung durch den Operationsverstärker OPl und der zuständigen Treiberstufe arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Konstanthalten der Drehzahl eines Gleichstrommotors, der in einem Zweig einer Wheatstone'schen Brücke liegt, die mit einem ersten Anschluß der Eingangsdiagonale, an der auch eine Klemme des Motors anliegt, über einen Leistungstransistor an einem ersten Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und dessen Ausgangsdiagonale mit den beiden Eingängen eines Operationsverstärkers verbunden ist, dem außerdem eine Bezugsspannung zugeführt ist und dessen Ausgang mit der Basis des ersten Leistungstransistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem positiven Eingang des Operationsverstärkers (OPi) und demjenigen Punkt der Ausgangsdiagonale, an der die andere Klemme des Motors anliegt, ein ohmscher Widerstand (R) vorgesehen ist, zu welchem parallel eine ReihenschMBing aus einer Zenerdiode (Zi), gegeneinander geschalteten Dioden (Di und D 2) und Widerständen (R 4 und RS) angeordnet ist und in der Mitte der gegeneinander geschalteten Dioden (D 1 und D 2) die Speisespannung über einen Vorwiderstand (R 6) und eine Sollwertspannung als Bezugsspannung bezüglich einer Arbeitsbedingung des Motors geschaltet ist, wobei die Werte der Widerstände (R,R4,R5,R 6) so ausgelegt sind, daß über beide Dioden (Di, D2) der gleiche Strom fließt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß andere Soll-Wert-Spannungen entsprechend anderen Arbeitsbedingungen des Motors über ein analoges Netz von Zenerdioden ifZ2), Dioden (D5, D6, DT, DSj und der Drehzahl des Motors entsprechenden Vorwiderständen an den positiven Eingang des Operationsverstärkers {OP I) geschaltet sind.