DE2509343A1

DE2509343A1 - Drehzahlregelungseinrichtung fuer umlaufende maschinen

Info

Publication number: DE2509343A1
Application number: DE19752509343
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Minakuchi; Tsunemi Mitsui; Yoshio Tetsugu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-03-08
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2509343B2; CA1022228A; FR2263551B1; IT1033454B; GB1498121A; FR2263551A1; JPS50119190A; DE2509343C3; US4015180A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. SlAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 0245 250

Anwaltsakte: 25 827 [ 4. E. 1375

Matsushita Electric Industrial Go₁ Ltd. Osaka / Japan

Drehzahlregelungseinrichtung für umlaufende

Maschinen

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlregelungseinrichtung für umlaufende bzw. rotierende Maschinen u.a.

Bei herkömmlichen Drehzahlregelungseinrichtungen wird der Ausgang eines Tachometers oder Drehzahlmessers, wie beispielsweise eines an die Antriebswelle eines Motors angekuppelten Generators, mittels einer Wellenformerschaltung in Trigger- oder Steuerimpulse umgewandelt, welche ihrerseits mittels einer Wellenform-Wandlerschaltung in Rechteck-

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f (089) 9g 82 72 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623

⁹«3310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808

signale mit einem vorbestimmten Zeitintervall bzw. Impulsabstand Tg und einer Impulsfolgefrequenz umgewandelt werden, welche sich entsprechend der Ausgangsfrequenz des Generators ändert. Die Rechtecksignale am Ausgang werden mittels einer Glättungsschaltung geglättet, und entsprechend dem Aus-gang der Glättungsschaltung steuert eine Antriebsschaltung den Motor, damit er sich mit einer vorbestimmten Drehzahl dreht. Die herkömmlichen Drehzahlregelungseinrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Steuerung bzw. Regelung der Umlaufgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl einer umlaufenden oder rotierenden Maschine u.a. nicht mit einem höheren Genauigkeitsgrad erreicht werden kann, da sich die Ausgangsspannung an der Antriebsschaltung entsprechend der Änderung der Speisespannung ändert.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden und zu beseitigen, ist ein System entwickelt und vorgeschlagen worden, bei welchem ein Spannungskonstanthalter oder -regler mit dem Ausgang der Wellenformerschaltung verbunden ist, so daß an der Wellenform-Wandlerschaltung der nächsten Stufe eine stabile, konstante Spannung angelegt werden kann. Wenn sich jedoch die Speisespannung über einen großen Bereich ändert, dann ändert sich auch der Ausgang der Antriebsschaltung ein wenig und ebenso auch die Ausgangsspannung des .Spannungskonstanthalters bzw. -regler. Infolgedessen ist es schwierig, die Drehzahl von umlaufenden Maschinen u.a. mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu steuern bzw. zu regeln. Bei herkömmlichen Drehzahlregelungseinrichtungen muß daher der Verstärkungsfaktor der

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O κ π Q ^> Λ «

/« W U W V> -,· W

Antriebsschaltung beträchtlich ertönt wenden, wer,n eine Steuerung bzw. Regelung mit einem höheren Genauigkeitsgrad gefordert wird.

Die Erfindung soll daher eixj.-3 Drehzahlregelimgseirricfct-ang schaffen, mit welcher die Umlaufgeschwindigkeit bsw. die Drehzahl einer umlaufenden bzw. rotierenden Maschine u.a. mit einem höheren Genauigkeitsgrad stetig und konstant regelbar ist, und bei welcher darüber hinaus trotz Änderungen in der Speisespannung eine stetige, konstante Regelung der Umlauf geschwindigkeit bzw. der Drehzahl einer umlaufenden Maschine u.a. erhalten v/erden kann. Ferner soll eine Drehzahlregelungseinrichtung geschaffen werden, welche eine Anzahl von Bezugswerten aufweist, so daß eine hohe Rückkopplungsschleifen-Verstärkung des Regelungssystems erhalten werden kann, um die Umlaufgeschwindigkeit bzw» die Drehzahl einer umlaufenden Maschine mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu regeln. Schließlich soll noch eine Drehzahlregelungseinrichtung geschaffen werden, bei welcher die Umlaufgeschwindigkeit oder Drehzahl einer umlaufenden Haschine u.a. in Abhängig keit von einer Anzahl Bezugsgrößen oder -parameter geändert werden kann, so daß die Drehzahl über einem großen Bereich geschaltet oder geändert werden kann.

Gemäß der Erfindung ist eine Drehzahlregelungseinrichtung für umlaufende Maschinen u.a. gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um eine erste physikalische Größe, wie beispielsweise eine Frequenz, eine Periode u.a., deren Einheit

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-.¹JL-

κ η Q 9 £

w vJ \J O T

die Zeit oder welclie reziprok der Zeit ist, von einem 'Tachometer oder !Drehzahlmesser, wie beispielsweise einem an eine umlaufsnde Kaschine u.a. angekuppelten Generator-, EU erhalten, durch eine Einrichtung, um die erste physikalische Größe mit einer ersten Bezugsgröße zusammenzufassen, lim dadurch las Rechtecksignal zu erzeugen, dessen Amplitude

in von

sich\ Abhängigkeit/der Speisespannungsänderung ändert, durch eine Einrichtung zum Glätten und Umwandeln des Rechtecksignals in eine sweite physikalische Größe, durch eine Vergleichereinriciitung zum Vergleich der zweiten physikalischen Große mit einer zweiten Besugsgröße, welche durch Teilung der-Speisespannung erhalten v/ird._} und durch eine Einrichtung zum Steuern der umlaufenden Maschine u.a., damit sie sich entsprechend dem Ausgang der Vergleichereinrichtung mit einer vorbestimmten Drehzahl dreht.

Gemäß der Erfindung wird somit bei einer Drehzahlregelungseinrichtung für umlaufende Maschinen u.a. eine erste physikalische Größe, welche von einem an eine umlaufende Maschine angekuppelten Detektor erhalten wird, mit einer ersten Bezugs größe zusammengefaßt bzw. vereinigt, um ein Rechtecksignal mit einer Amplitude zu schaffen, welche sich entsprechend der Speisespannungsänderung ändert. Das Rechtecksignal-wird, dann in eine zweite physikalische Größe umgewandelt und mit einer zweiten Bezugsgröße verglichen, welche durch Teilung einer Speisespannung erhalten wird, um Steuer- bzw. Kegelungs signale zu erzeugen« damit sich die umlaufende Maschine mit einer vorbestimmten Drehzahl dreht«

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nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Drehzahlrege lungseinrichtung für umlaufende Maschinen u.a.;

Pig. 2 Wellenformen, welche an verschiedenen Punkten in der in Pig. 1 dargestellten Schaltung erhalten werden;

Jig. 3 ein im einzelnen wiedergegebenes Schaltbild einer in Pig. 1 dargestellten Wellenformerschaltung;

Pig. 4 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer in Pig. 1 dargestellten Wellenform-Umwandlungsschaltung;

Fig. 5 ein ins einzelne gehende Schaltbild einer in Pig. 1 dargestellten Glättungsschaltung;

Pig. 6 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer in Pig. 1 dargestellten Antriebsschaltung;

Pig. 7 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Drehzahlregelungseinrichtung gemäß der Erfindung;

Pig. 8 ein ins einzelne gehend^ Schaltbild einer in Pig. 7 dargestellten Vergleicherschaltung;

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.₀. 250334

Fig. 9 ein ins einzelne gehendesSchaltbild einer in Pig. 7 dargestellten Anrriebsschaltung;

Ij¹Ig. 10 Wellenformen, welche an verschiedenen Punkten des in Fig. 7 dargestellten Drehzahlreglers erhalten werden;

!'ig. 11 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.12 Wellenformen, welche an verschiedenen Punkten des in Fig. 11 dargestellten Drehzahlreglers erhalten werden; und und

Fig.13 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen gemäß der Erfindung wird ein herkömmlicher Drehzahlregler für einen elektrischen Motor beschrieben, um die hierbei auftretenden Schwierigkeiten im einzelnen aufzuzeigen. In Fig. 1, in welcher ein Blockschaltbild des herkömmlichen Drehzahlreglers wiedergegeben ist, ist der Ausgang eines Generators 11, welcher mechanisch an einen Motor 10 angekuppelt ist, an die Eingangsanschlüsse einer Wellenformerschaltung (eines Steuerimpuls generators) 12 angelegt, deren Ausgang dann wieder an den Eingangsanschluß eines Wellenformwandler13 angelegt ist, der seinerseits Rechtecksignale mit einem vorbestimmten Zeitintervall Tg und mit einem Impulsabstand erzeugt, welcher von

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- ψ"

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der Folgefrequenz des Eingangssignals s"r^r,si;„ I>er Ausgang des Wellenformwandlers 13 v;ird dann an c,<?n Ei-^a^gsarisehluß einer Glattungsschalcung 14 angelegt, v,ülohö Di~ eissr rdt dem Motor 10 verbundene^ Antriebsschalti.¹"^ -Vi verbunden ist. Die in Fig. 1 dargestellten Schaltungen ->2 M~ Ί5 fcötinen einen herkömmlichen Aufbau aufweisen; zum besseren Verständnis der nachstehend noch zu beschreibenden, bev:>i'?-ugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Schaltungen ,iadocli ini einseinen nachstehend anhand der Fig. 2 bis 5 beschrieben·

Hierbei ist die V/ellenformerschaltun^: 12 im einzelnen in Fig. 5 dargestellt. An ihren Eingangsanscfclüesen A und B wird ein Ausgangssignal der in Fig. 2(a) dargestellten Wellenform angelegt. Ein Transistor 22 sowie Widerstände 23 und 24 bilden eine Verstärker/Begrenzerschaltung, und das an den Eingangsanschluß A angelegte Signal wird über einen Koppelkondensator 21 an die Basis des Transistors 22 angelegt. Der Kollektor des Transistors 22 ist über den Widerstand 24 rcit einer Speisespannung E verbunden. Infolgedessen wird das Rechtecksignal mit derselben Impulsfolgefrequens wie die Frequenz des Eingangssignals (s. Fig. 2(a)) am Kollektor des Transistors 22 erhalten und wird durch eine Differenzierschaltung aus einem Kondensator 25 und einem Widerstand 26 differenziert. Der Ausgang der Differenzierschaltung wird mittels einer Detektorschaltung aus einer Diode 2? und einem Widerstand 28 gefühlt, so daß nur das Ausgangssignal mit positiver Polarität an den Ausgangsanschlussen 0 und D erhalten werden kann, wie in Fig. 2(b) dargestellt ist, Der Aus-

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gang der Wellenformers chaltung 12 wird dann an den Wellenform wandler 13 angelegt»

Dieser Wellenformwandler 13 ist im einzelnen in Pig. 4 dargestellt. Hierbei sind Eingangsanschlüsse 0 und D mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen G und D der Wellenformerschaltung 12 verbunden. Transistoren 29 und JO sowie ein Widerstand 31 bilden einen Umschalter: der Eingangsanschluß G ist mit der Basis des Transistors 29 verbunden, dessen Emitter mit einem Ausgang I verbunden ist, während der Eingangsanschluß D mit dem Emitter des Transistors 29 verbunden ist.

Transistoren 32 und 35» Widerstände 3²^ bis 36 und ein Kondensator 37 bilden einen Taktimpulsgenerator. Hierbei ist der Emitter des Transistors 33 mit der Basis des Transistors 30 und mit dem Kollektor des Transistors 29 verbunden, während sein Kollektor mit der Basis des Transistors 32 und mit der Verbindung zwischen den in Reihe geschalteten Widerständen 3^ und 35 verbunden ist, die ihrerseits mit dem Speisespannungsanschluß E bzw. dem Ausgangsanschluß F verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 32 ist mit der Basis des Transistors 33 und sein Emitter ist übsi¹ den Widerstand 36 mit dem Speisespannungsanschluß E und über den Kondensator 37 mit dem Ausgangs ans chluß F verbunden.

Kachfolgend wird nunmehr- dis Arbeitsweise der- ¥ellenform-Wandlerschaltung 13$ welche den umschalter und den T'aktimpulsgenerator aufweist, beschrieben. Der Umschalter wird

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angeschaltet, wenn ein positiver Trigger- oder Steuerimpuls an die Basis des Transistors 29 angelegt wird, so daß die Spannung an den Zeitimpulsgenerator angelegt ist. Infolgedessen wird der Kondensator 37 über den Widerstand 36 geladen, und wenn die Spannung an dem Kondensator 37 die Summe der Spannung an dem Widerstand 35 und der Basis-Emitter-Durchlaßspannung des Kondensators 32 übersteigt, fließt Basisstrom in den Transistor 32, so daß der Kollektorstrom über die Basis und den Emitter des Transistors 33 sowie den Kollektor und Emitter des Transistors 29 fließt. Dadurch werden dann die Transistoren 32 und 33 unmittelbar angeschaltet.

Das Zeitintervall bzw. der Impulsabstand Tg von dem Zeitpunkt an, an welchem der Umschalter angeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, an welchem die Transistoren 32 und 33 angeschaltet werden kann wie folgt erhalten werden:

^VG ^{= (E}o - V

aus den Gl. (1) und (2) ergibt sich:

^ ) C5)

wobei E_q die Spannung am Anschluß E, R. bis R, die Werte der Widerstände 34· bis 36, G₂, die Kapazität des Kondensators 37, ^VBE ^^{e Bas}i^s~^Emi"^t;'^fce:r~^Du2:'^cnla^^sP^annun6 d-^es Transistors 32, Vp₁ die Sättigungsspannung des Umschalters, und V₀ die Spannung an dem Kondensator 37 ist, wenn Basisstrom in den Transistor

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Wenn die Transistoren 32 und 33 angeschaltet sind, wird der Kondensator 37 über diese Transistoren 32 und 33 und über den Kollektor und Emitter des Transistors 29 entladen, wodurch das Potential an der Basis des Transistors in positiver Richtung ansteigt, während der Basisstrom des Transistors 30 unterbrochen wird. Hierdurch wird dann auch der Basisstrom des Transistors 29 unterbrochen, so daß der Umschalter abgeschaltet wird. Auf diese Weise bleibt das Potential am Ausgangsanschluß F während des durch die Gl. (3) vorgegebenen Zeitintervalls Tg von dem Zeitpunkt an auf null, wenn der Steuerimpuls (Fig. 2(b)) an den Eingangsanschluß G der Wandlerschaltung 13 angelegt wird. Infolgedessen wird ein Ausgangssignal mit der in Fig. 2(c) dargestellten Wellenform an dem Ausgangsanschluß P erhalten und an die Glättungsschaltung 14 angelegt.

Diese Glättungsschaltung 14 ist im einzelnen in Pig. 5 dargestellt. Ihr Eingangsanschluß P ist mit dem Ausgangsanschluß P der Wandler schaltung 13 verbunden. Ein Widerstand 38 und ein Kondensator 39 bilden einen Integrator, so daß entsprechend dem an den Eingangsanschluß P angelegten Eingangssignal (s. Pig. 2(c)) das Ausgangssignal mit der in Pig. 2 (d) dargestellten Wellenform an einem Ausgangsanschluß G erhalten wird und an einen entsprechenden Eingangsanschluß G der Antriebsschaltung 15 angelegt wird, deren Schaltungsaufbau im einzelnen in Pig. 6 dargestellt ist.

Wie aus Pig. 6 zu ersehen, ist der Eingangsanschluß G der Antriebsschaltung 15 mit dem Ausgangsanschluß G der Glättungs-

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Schaltung 14 verbunden, während der Motor 10 zwischen den Speisespannungsanschluß E und den Ausgangsanschluß F geschaltet ist. Der Anschluß D ist ein negativer Azisclilr-ü. L-ex- Bingangsanschluß G ist über einen Widerstand 40 mit -Isl·; opeisesp annungs ans chluß E und iiiv der Basis eines Transistors 41 verbunden. Der Kollektor des Transistors 4-'j ist mit der- Basis eines Transistors 43 und über einen Widerstand 4-4 mit äem negativen Anschluß D verbunden. Der Emitter da,-3 {Transistors 53 ist mit dem Ausgangs ans chluß H verbunden, v/ährend sein Kollektor mit dem negativen Anschluß D und dem Widerstand 44 verbunden ist. 2er Emitter des Transistors 41 ist über einen Widerstand 42 mit dem Speisespannungsansciiluß E verbunden.

Wenn das Potential an dem Eingangsanschluß G ansteigt, nimmt der Kollektorstrom des Transistors 41 ab, so daß Spannung an dem Widerstand 44 abfällt. Hierdurch nimmt dann auch das Basispotential des Transistors 45 ab, so daß die Spannung an dem Motor 10 zunimmt. Infolgedessen erhöht sich die Drehzahl des Motors 10. Wenn andererseits das Potential am Eingangsanschluß abnimmt, wird die Betriebsweise umgekehrt, das heißt die Kotordrehzahl nimmt ab.

Anhand von Fig. 1 wird nunmehr die Arbeitsweise des Drehzahlreglers im Ganzen beschrieben. Wenn Ae Drehzahl des Motors 10 infolge einer Beiastungszunähme u.a. allmählich abnimmt, dann nimmt auch die Frequenz des Ausgangssignals des Generators 11 allmählich ab, wie in Fig, 2(a) gezeigt ist. Folglich nimmt dann der Ausgang der Antriebsschaltung 15 allmählich zu,

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wie in Fig. 2(d) gezeigt ist, so daß die Drehzahl des Motors 10 bis auf einen geforderten Wert zunimmt. Wenn andererseits die Drehzahl des Motors 10 zunimmt, dann wird sie durch den Drehzahlregler auf den geforderten Wert herabgesetzt. Wenn daher die Rückkopplungs-schleifen-Verstärkung des Drehzahlreglers ausreichend hoch ist, dann kann die Drehzahl des Motors 10 auf einem geforderten Wert gehalten werden.

Die Frequenz f des Ausgangssignals des Generators 11 ist proportional der Drehzahl N des Motors 10. Infolgedessen gilt:

f = K. N (4)

wobei K eine Proportionalitätskonstante ist.

Die Ausgangs spannung Ep,, welche durch Umwandeln des Ausgangssignals mit einer Frequenz f in das Rechtecksignal, welches während des Zeitintervalls T_a mit einem Pegel E. erhalten wird, und durch vollständige Glättung des Rechtecksignals durch den Integrator erzeugt wird, läßt sich durch die Gleichung wiedergeben:

E = K*N*E ·Ί? fS^

In der in Fig. 4 dargestellten Wellenform-Wandlerschaltung 13 wird dann:

E₁ = E₀ - V_H (6);

aus den Gl. (3), (5) und (6) ergibt sich dann:

(E₀ - V_fJ) In (l-jj^j- - ^₇- ) (7)

Auf diese Weise wird dann der Motor 10 entsprechend der gemäß

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der Gl. (7) erhaltenen Ausgangsspannung E^ der Antriebsschaltung 15 gesteuert bzw. geregelt. Wenn jedoch, wie ohne weiteres aus Gl. (7) zu ersehen ist, sich die Speisespannung E ändert, dann ändert sich auch die Ausgangsspannung E™ , so daß sich die Drehzahl des Motors 10 entsprechend der Änderung der Speisespannung E ändert. Diese Abhängigkeit von der Speisespannung ist Jedoch ein großer Nachteil, welcher der herkömmlichen Drehzahlregelungseinrichtung anhaftet.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, weist die erste Ausführungsform der Drehzahlregelungseinrichtung gemäß der Erfindung den Motor 10, den Generator 11, die Wellenformerschaltung 12, die Wellenform-Wandlersehaltung13, die Glättungsschaltung 14, (wobei diese Schaltungen im Aufbau und in der Arbeitsweise den anhand der Fig. 1 bis 6 beschriebenen Schaltungen im wesentlichen entsprechen), einen Vergleicher 16 und eine Antriebsschaltung 17 auf.

Der Vergleicher 16 wird im einzelnen anhand von Fig. 8 beschrieben. Transistoren 45 und 46 sowie Widerstände 47 bis 49 bilden hierbei einen Differenzverstärker. Ein Eingangsanschluß G ist mit der Basis des Transistors 45 und mit dem Ausgangsanschluß G der Glättungsschaltung 14 (s. Fig. 3) verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren 45 und 46 sind über den Widerstand 48 mit dem Speisespannungsanschluß E verbunden. Eine Spannungsteiler aus in Seihe geschalteten Widerständen 50 und 51 ist zwischen den Speisespannungsanschluß E und einen Anschluß D geschaltet; die dazwischen liegende Ver

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bindung ist mit der Basis des Transistors 46. verbunden dessen Kollektor mit einem Ausgangsanschluß I verbunden ist.

Als nächstes wird nunmehr die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform beschrieben. Wenn das Potential am Eingangsanschluß G höher als eine Spannung ansteigt, welche durch Teilung der an dem Anschluß E angelegten Spannung mittels des Spannungsteilers 50 und 51 erhalten wird, dann wird der Transistor 45 abgeschaltet, während der Transistor 46 angeschaltet wird, so daß entsprechend des Signals mit der in Fig. 10(d) dargestellten Wellenform, welches an den Eingangsanschluß G angelegt ist, das Aus gangs signal mit der in B'ig. 10(e) wiedergegebenen Wellenform am Ausgangsanschluß I erhalten wird. In dieser Schaltung ist dann die Bezugsspannung E g gegeben durch:

E_s = R₄. E_o/(R₄ + R₅) (8)

wobei R₁, und R₁- die Werte der Widerstände 50 und 51 und E die Speisespannung ist. Der Ausgang des Vergleichers 16 wird an die Antriebsschaltung 17 angelegt.

Die Antriebsschaltung 17 ist im einzelnen in der Fig. 9 dargestellt. Der Ausgangsanschluß I des Vergleichers 16 ist mit einem Eingangs ans chluß I verbunden, v/elcher seinerseits mit der Basis eines Transistors 52 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 52 ist über einen Widerstand 53 mit einem negativen Anschluß D verbunden, während sein Kollektor mit dem Speisespannungsanschluß E und der Basis eines Transistors 55 ver bunden ist. Der Emitter dieses Transistors 55 ist mit dem An-

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Schluß E und sein Kollektor mit einem Ausgangsanschluß J verbunden. Der Motor 10 ist zwischen den Ausgangsanschluß J und den negativen Anschluß D geschaltet.

Als nächstes wird die Arbeitsweise'der Antriebsschaltung 17 mit dem vorstehend angegebenen Aufbau beschrieben. Wenn das Potential am Eingangsanschluß I ansteigt, dann nimmt der Kollektorstrom des Transistors 52 zu, so daß der Basisstrom des Transistors 55 ebenfalls zunimmt. Folglich nimmt dann auch die Spannung an dem Motor 10 au, so daß dessen Drehzahl, ebenfalls höher wird. Wenn andererseits das Potential am Eingangsanschluß I abnimmt, dann nimmt auch die Spannung am Motor 10 ab, wodurch dessen Drehzahl kleiner wird.

Anhand von Pig. 7 wird nunmehr die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform insgesamt beschrieben. Der Ausgang des Generators 11, v/elcher während des Betriebs an den Motor 10 angekuppelt ist, wird an den Eingangsanschluß der Wellenformerschaltung 12 angelegt. Der Generator 11 und die Wellenformerschal tung 12 bilden einen Drehzahldetektor. Das Ausgangssignal mit einer Frequenz oder die erste in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 10 bestimmte, physikalische Größe wird dann an die Wellenform-V/andlerschaltung 13 angelegt, wo sie mit einer zweiten Größe, d.h. einem Zeitintervall T_g zusammengebracht wird, so daß das Rechtecksignal mit einer Amplitude, welche sich entsprechend der Speisespannungsänderung ändert, wie in Pig. 10(c) dargestellt ist, erhalten und mittels der Glattungsschaltung 14 in eine zweite physikalische Größe oder

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die gemäß Gl(7) angegebene Größe Ε~ umgewandelt wird. Die aweite physikalische Größe wird dann in dem Vergleicher 16 mit der zweiten durch Gl. (S) gegebenen Bezugsgröße verglichen. Mit dem in Fig. iO(e) dargestellten Ausgangssignal des Vergleichers 16 steuert bzw. regelt die Antriebsschaltung 17 dann den Motor 10, damit er sich mit einer konstanten Drehzahl dreht.

Insbesondere wenn die Drehzahl des Motors 10 aufgrund einer Belastungszmiahrae abnimmt, dann ändert sich das Ausgangssignal des Generators 11, wie in Fig. 10(a) gezeigt ist, so da£ die in Fig. 10(b) bis Fig. iO(e) dargestellten Ausgangssignale von der Wellenformerschaltung 12, der Wellenform-Wandlerschaltung 13 j der Glättungsschaltung 14 und dem Vergleicher 16 erhalten werden. Die zweite physikalische Größe E^ ist dann großer als die Beaugsspannungsgröße Eg, so daß die Ausgangs spannung an der Antriebsschaltung 17 ansteigt. Folglich nimmt auch die Drehzahl des Motors 10 auf einen geforderten Wert zu. Wenn die Rückkopplungsschleifenverstärkung des Steuersystems in der Drehzahlregelungseinrichtung ausreichend hoch ist, kann auf diese Weise die Drehzahl des Motors im wesentlichen auf einer vorbestimmten Drehzahl gehalten werden.

Die Drehzahl N des Motors 10 kann wie folgt erhalten werden:

E_M=E_S (9)

infolgedessen ergibt sich aus Gl. (5), (6), (8) und (9):

\ ' ^Eo

)(E₀ - V_H) (10)

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wobei das Zeitintervall Tg durch Gl. (3) gegeben ist.

Wenn Gl. (10) mit Gl. (7) verglichen wird, zeigt sich_; daß die Änderung in der Drehzahl N des Motors 10 aufgrund einer Schwankung der Speisespannung E im Vergleich mit einer änderung bei der herkömmlichen, in Fig. 1 dargestellten Drehzahlregelungseinrichtung erheblich kleiner ist. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Schaltung so zu bemessen und auszulegen, daß das Zeitintervall Tg gemäß Gl. (3) sich nicht ändert,selbst wenn sich die Eingangsspannung E ändert. Wenn eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Schaltungselement, wie beispielsweise eine Diode, welche der Sättigungsspannung des Umschalters entsprechende Sättigungskennwerte aufweist, anstelle des Widerstands 51 in Fig. 1 vorgesehen ist, dann kann der Spannungsausdruck im Zähler der Gl. (10) gleich dem Spannungsausdruck im Nenner gemacht werden. Infolgedessen kann die Drehzahländerung des Motors 10 entsprechend einer Änderung in der Speisespannung E null gemacht werden.

Bei dem zweiten, in Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden der an den Motor 10 angekuppelte Generator 11 und die Wellenformerschaltung 12 einen Drehzahldetektor, dessen in Fig. 12(b) dargestelltes Ausgangssignal an einen Sägezahngenerator 18 angelegt wird. Der in Fig. I2(f) dargestellte Ausgang des Sägezahngenerators 18 wird an einen Vergleicher 19 angelegt, wo er mit einer Bezugsspannung E^. verglichen wird, so daß das in Fig. I2(g) dargestellte Ausgangssignal am Vergleicher 19 erhalten wird. Das Ausgangssignal am

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Vergleicher 19 weist Hechteckimpulse auf, welche zwischen sich jeweils ein Zeitintervall bzw. einen Impulsabstand Tg. und eine frequenz auf v/eisen, welche sich in Abhängigkeit von einer Speisespannungsschwankung ändert. Das Ausgangssignal wird dann durch die Glättungsschaltung 14 geglättet, wie in Fig. 12(h) dargestellt ist. Der Ausgang der Glättungsschaltung 14 wird mit einer Bezugsspannung Egp in dem Yergleicher 16 verglichen, so daß das in Fig. 12(i) dargestellte Ausgangssignal erhalten wird. Entsprechend dem Ausgangssignal des Vergleichers 16 steuert bzw. regelt dann die Antriebsschaltung 17 den Motor in der anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen Weise.

In der zweiten Ausführungsform ist die erste physikalische Größe eine Frequenz, welche entsprechend der Drehzahl N des Motors 10 bestimmt wird; die erste Bezugsgröße ist eine Bezugsspannung Eg. oder eine vorbestimmte Zeit Tg.; die zweite physikalische Größe ist der Ausgang der Glättungsschaltung 14, welche durch Glätten des Rechtecksignals erhalten wird, in welchem die Impulse in einem vorbestimmten Zeitintervall bzw. Impulsabstand Tg_x. voneinander auftreten, und dessen Frequenz entsprechend der Speisespannungsanderung geändert wird$ die zweite Bezugsgröße ist eine Bezugsspannung E„p, welche durch Teilen der Speisespannung erhalten wird.

Die dritte in Fig. 15 dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist einen Bezugsfrequenzgenerator 56 auf, welcher das Bezugsfrequenzsignal erzeugt, dessen Phase in einem Phasen-

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vergleicher 58 mit dem Ausgangssignal eines Drehzahldetektors verglichen wird, welcher aus dem an den Motor 10 angekuppelten Generator 11 und einer Wellenformerschaltnng 57 besteht. Das impulsmodulierte Ausgangssignal des Vergleichers 58 wird dann mittels der Glättungsschaltung 14 geglättet, und das Ausgangssignal von derGlattungsschaltung 14 wird mittels des Yergleichers 16 mit der Bezugsspannung Eg verglichen. Entsprechend dem Ausgangs sign al von dem Vergleicher 16 steuert bzw. regelt die Antriebsschaltung 17 den Motor 10 in einer Weise, ΐ/elehe im wesentlichen der in Verbindung idt der ersten und zweiten Ausführungsform beschriebenen Weise entspricht.

In der dritten Ausführungsform ist die erste physikalische Größe eine Frequenz, welche sich entsprechend der Drehzahländerung des Motor 10 ändert; die erste Bezugsgröße ist eine Bezugsfrequenz Fg, während die zweite physikalische Größe der Ausgang der Glättungsschaltung 14 ist, welche durch Glätten des Impulsausgangssignals erhalten wird, dessen Frequenz sich entsprechend der Speisespannungsänderung ändert4 die zweite Bezugsgröße ist eine Bezugsspannung Eg, welche durch Teilen der Speisespannung erhalten wird.

Anhand der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform ist eine Steuerung bzw. Regelung des Kotors beschrieben; selbstverständlich können jedoch die Drehzahlregelungseinrichtungen gemäß der Erfindung auch bei anderen umlaufenden bzw. rotierenden Maschinen, wie beispielsweise einem Federantrieb mit elektromagnetischen Bremsen^angewendet werden.

Patentansprüche -20-509 8 3 7/0278

Claims

Patentansprüche

( 1.1 Drehzahlregelungseinrichtung für -umlaufende Maschinen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11,12), iim von einem an der umlaufenden Maschine (10) angebrachten Drehzahldetektor eine erste physikalische Größe zu erhalten, deren Einheit die Zeit oder welche reziprok der Zeit ist, wie beispielsweise eine Periode,eine !Frequenz u.a., welche von der Drehzahl der umlaufenden Maschine (10) abhängen; durch eine Einrichtung (13)3 um die erste physikalische Größe mit einer ersten Bezugsgröße susamiBenzubringen, um das Rechtecksignal zu erzeugen, dessen Amplitude sich entsprechend der Speisespannungsänderung ändert; durch eine Einrichtung (14) sum Glätten des Sechtecksignals, um eine zweite physikalische Größe zu erhalten; durch eine Einrichtung (16) zum Vergleich der "zweiten physikalischen Große mit einer zweiten Besugsgröße, welche durch '!eilen der Speisespannung erhalten wird; und durch eine Einrichtung (17), um entsprechend dem Ausgangssignal der Vergleichereinrichtung (16) die umlaufende Waschine (10) zu steuern bzw. au regeln, damit sie sich mit einer vorbestimmten Drezahl dreht·
2. Drehzahlregelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, um die erste physikalische Größe zu erhalten, eine Wellenformerschaltung (12;57) ist, welche entsprechend dem Ausgang eines an die umlaufende Maschine (IG) angekuppelten Generators (11) Impulse erzeugt, deren Impulsfolgefrequenz sich ent-

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sprechend der Drehzahländerung der umlaufenden Maschine (10) ändert.
3. Drehzahlregelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste physikalische Größe Impulse darstellt, deren Folgefrequenz sich entsprechend der Drehzahländerung der umlaufenden Maschine (10) ändert, und daß die das Rechtecksignal erzeugende Einrichtung eine V/ellenform-Wandlerschaltung (13) ist, welche das Rechtecksignal erzeugt, dessen Amplitude sich entsprechend der Impulsfolgefrequenz und der Speisespannungsänderung ändert.
4-. Drehzalilregelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite physikalische Größe durch Glätten des Rechtecksignals erhalten wird, und daß die Vergleichseinrichtung eine Vergleicherschaltung (16) auf v/eist, um das geglättete Ausgangs signal mit einer durch Teilen der Speisespannung erhaltenen Bezugsspannung zu vergleichen.
5. Drehzahlregelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste physikalische Größe Impulse darstellt, deren Folgefrequenz sich entsprechend der Drehzahländerung der umlaufenden Maschine (10) ändert, und daß die das Rechtecksignal erzeugende Einrichtung einen ' Sägezahngenerator (18) zum Erzeugen des Sägezahnsignals, dessen Frequenz von der Impulsfolgefrequenz abhängt, und einen Vergleicher (16) aufweist, um das Ausgangssignal des Sägezahn-

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generators (18) mit einer Bezugsspannung zu vergleichen, um daraus das Rechtecksignal mit einem vorbestimmten Zeitintervall und einer Amplitude zu erzeugen, welche sich entsprechend der Frequenz des Ausgangssignals des Sägezahngenerators (18) und der Speisespannungsänderung ändert.
6. Drehzahlregelungseinrichtung für umlaufende Maschinen, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wellenformerschaltung (57)» um entsprechend dem Ausgang eines an die umlaufende Maschine (10) angekuppelten Generators (11) Impulse zu erzeugen, deren Folgefrequenz von der Drehzahl der umlaufenden Maschine (10) abhängt; durch einen Bezugsfrequenzgenerator (56) zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit der Bezugsfrequenz; durch einen Phasenvergleicher um die Phase des Ausgangs der Wellenformerschaltung (57) dem Bezugsausgang des Bezugsfrequenzgenerators (56) au vergleichen, durch eine Glättungsschaltung (14) zumGlätten des Ausgangs des Phasenvergleichers (58), durch eine Vergleicherschaltung (16) zum Vergleichen des Ausgangs der Glättungsschaltung (14) mit einer durch Teilen der Speisespannung erhaltenen Bezugsspannung; und durch eine Antriebsschaltung (17) zum Steuern bzw. Regeln der umlaufenden Maschine (10) damit sie sich entsprechend dem Ausgang des Vergleichers (16) mit einer vorbestimmten Drehzahl dreht.

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