DE2509343B2

DE2509343B2 - Einrichtung zur regelung der drehzahl von umlaufenden maschinen

Info

Publication number: DE2509343B2
Application number: DE19752509343
Authority: DE
Inventors: Yoshio Katano Osaka Mit sui Tsunemi Osaka Minakuchi Hiroshi Kadoma Osaka Tetsugu, (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-03-08
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1977-09-29
Also published as: US4015180A; FR2263551B1; FR2263551A1; DE2509343C3; DE2509343A1; JPS50119190A; CA1022228A; GB1498121A; IT1033454B

Description

gebracht wird. Bei einer solchen !Einrichtung ist die Änderung der Drehzahl bei einer Schwankung der Speisespannung sehr viel geringer als bei den bekannten Einrichtungen. Dabei kann die Schaltungsanordnung sogar so ausgelegt werden, daß sich das Zeitintervall Ts selbst dann nicht ändert, wenn die Speisespannung schwankt. Deshalb kann die Drehzahl sogar dann konstant gehalten werden, wenn die Speisespannung in relativ weiten Bereichen variiert. Und schließlich ist es durch Änderung der Bezugsgrößen möglich, einen relativ großen Regelbereich für die Drehzahl zu erhalten und gegebenenfalls zu ändern.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Drehzahlregelungseinrichtung für umlaufende Maschinen und ähnliches,

Fig. 2 Wellenformen, welche an verschiedenen Punkten in der in Fig. I dargestellten Schaltung erhalten werden,

Fig.3 ein im einzelnen wiedergegebencs Schaltbild einer in F ig. .' dargestellten Wellenformerschaltung,

Fig.4 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer in Fig. 1 dargestellten Wellenform-Umwandlungsschaltung,

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

Fig.6 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer in F i g. 1 dargestellten Antriebsschaltung,

Fig.7 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Drehzahlregelungseinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.8 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer in F i g. 7 dargestellten Vergleicherschaltung,

F i g. 9 ein ins einzelne gehendes Schaltbild einer in F i g. 7 dargestellten Antriebsschaltung,

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

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

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

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform 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 Ein^angsanschlüsse einer Wellenformerschaltung (eines Sttuerimpulsgenerators) 12 angelegt, deren Ausgang dann wieder an den Eingangsanschluß eines Wellenformwandler 13 angelegt ist, der seinerseits Rechtecksignale mit einem vorbestimmten Zeitintervall Ts und mit einem Impulsabstand erzeugt, welcher von der Folgefrequenz des Eingangssignals abhängt. Der Ausgang des Wellenformwandlers 13 wird dann an den Eingangsanschluß einer Glättungsschaltung 14 angelegt, welche mit einer mit dem Motor 10 verbundenen Antriebsschaltung 15 verbunden ist. Die in Fig. 1 dargestellten Schaltungen 12 bis 15 können einen herkömmlichen Aufbau aufweisen; zum besseren Verständnis der nachstehend noch /u beschreibenden, bevorzugten Ausführungsfc-rmen der Erfindung werden die Schaltungen jedoch im einzelnen nachstehend an Hand der F i g. 2 bis 5 beschrieben.

s Hierbei ist die Wellenformerschaltung 12 im einzelnen in F i g. 3 dargestellt. An ihren Eingangsanschlüssen 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/

ίο 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 mit einer Speisespannung E verbunden. Infolgedessen

is wird das Rechtecksignal mit derselben Impulsfolgefrequenz wie die Frequenz des Eingangssignal·^ [s. F i g. 2(a)] am Kollektor des Transistors 22 erhalten und wird durch eine Differenzierschaltung aus einem Kondensator 25 und einem Widersland 26 differenziert.

ίο Der Ausgang der Differenzierschaltung wird mittels einer Detektorschaltung aus einer Diode 27 und einem Widerstand 28 gefühlt, so daß nur das Ausgangssignal mit positiver Polarität an den Ausgangsanschlüssen C und D erhalten werden kann, wie in F i g. 2(b) dargestellt ist. Der Ausgang der Wellenformerschaltung 12 wird dann an den Wellenformwandler 13 angelegt.

Dieser Wellenformwandler 13 ist im einzelnen in Fig.4 dargestellt. Hierbei sind Eingangsanschlüsse C und D mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen C und D der Wellenformerschaltung 12 verbunden. Transistoren 29 und 30 sowie ein Widerstand 31 bilden einen Umschalter; der Eingangsanschluß C ist mit der Basis des Transistors 29 verbunden, dessen Emitter mit einem Ausgang F verbunden ist, während der

3ϊ Eingangsanschluß D mit dem Emitter des Transistors 29 verbunden ist.

Transistoren 32 und 33, Widerstände 34 bis 36 und ein Kondensator 37 bilden einen Taktimpulsgenerator. Hierbei ist der Emitter des Transistors 33 mit der Basis

4c 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 34 und 35 verbunden ist, die ihrerseits mit dem Speisespan-

4: nungsanschluß E bzw. dem Ausgangsanschluß F verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 32 ist mit der Basis des Transistors 33 und sein Emitter ist über den Widerstand 36 mit dem Speisespannungsanschluß £ und über den Kondensator 37 mit dem Ausgangsan-

5c schluß Fverbunden.

Nachfolgend wird nunmehr die Arbeitsweise der Wellenform-Wandlerschaltung 13, welche den Umschalter und den Taktimpulsgenerator aufweist, beschrieben. Der Umschalter wird angeschaltet, wenn ein

5: 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 3€ geladen, und wenn die Spannung an dem Kondensatot 37 die Summe der Spannung an dem Widerstand 35 unc der Basis-Emitter-Durchlaßspannung des Kondensator: 32 übersteigt, fließt Basisstrom in den Transistor 32, se daß der Kollektorstrom über die Basis und den Emittei des Transistors 33 sowie den Kollektor und Emitter de:

f>5 Transistors 29 fließt. Dadurch werden dann di( Transistoren 32 und 33 unmittelbar angeschaltet.

Das Zeitintervall bzw. der Impulsabstand 7$ von den Zeitpunkt an, an welchem der Umschalter angeschalte

wird, bis zu dem Zeitpunkt, an welchem die Transistoren 32 und 33 angeschaltet werden kann wie folgt erhalten werden:

(1)

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

wobei Eo die Spannung am Anschluß E R\ bis /?j die Werte der Widerstände 34 bis 36, G die Kapazität des Kondensators 37, Vbe die Basis-Emitter-Durchlaßspannung des Transistors 32, Vn die Sättigungsspannung des Unischalters, und Vcdie Spannung an dem Kondensator 37 ist, wenn Basisstrom in den Transistor 32 fließt.

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 Ts von dem Zeitpunkt an auf Null, wenn der Steuerimpuls [Fig.2(b)] an den Eingangsanschluß Cder Wandlerschaltung 13 angelegt wird. Infolgedessen wird ein Ausgangssignal mit der in F i g. 2(c) dargestellten Wellenform an den Ausgangsanschluß F erhalten und an die Glättungsschaltung 14 angelegt.

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

Wie aus F i g. 6 zu ersehen, ist der Eingangsanschluß G der Antricbsschaltung 15 mit dem Ausgangsanschluß G der Glättungsschaltung 14 verbunden, während der ss Motor 10 zwischen den Speisespannungsanschluß Eund den Ausgangsanschluß Hgeschaltet ist. Der Anschluß D ist ein negativer Anschluß. Der Eingangsanschluß G ist über einen Widerstand 40 mit dem Spciscspannungsanschluß E und mit der Basis eines Transistors 41 <m verbunden. Der Kollektor des Transistors 41 ist mit der Basis eines Transistors 43 und über einen Widerstand 44 mit dem negativen Anschluß D verbunden. Der Emitter des Transistors 53 ist mit dem Ausgangsanschluß /7 verbunden, während sein Kollektor mit dem negativen <>s Anschluß D und dem Widerstand 44 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 41 ist über einen Widerstand 42 mit dem Spciscspannungsanschluß /:'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 43 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, d. h. die Motordrehzahl nimmt ab.

An Hand von Fig. 1 wird nunmehr die Arbeitsweise des Drehzahlreglers im Ganzen beschrieben. Wenn die Drehzahl des Motors 10 infolge einer Belastungszunahme und ähnliche 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, 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 /des Ausgangssignals des Generators

11 ist proportional der Drehzahl N des Motors 10. Infolgedessen gilt

= K-N

wobei K eine Proportionalitätskonstante ist.

Die Ausgangsspannung Em, welche durch Umwandeln des Ausgangssignals mit einer Frequenz /"in das Rechtecksignal, welches während des Zeitintervalls Ts mit einem Pegel Ei erhalten wird, und durch vollständige Glättung des Rechtecksignals durch den Integrator erzeugt wird, läßt sich durch die Gleichung wiedergeben:

E_M = K ■ N · E₁ · T_x . (5)

In der in F i g. 4 dargestellten Wcllcnform-Wandlerschaltung 13 wird dann:

E₁ = E,- V₁₁, (6)

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

Auf diese Weise wird dann der Motor 10 entsprechend der gemäß der Gl. (7) erhaltenen Ausgangsspannung Hm der Antriebsschaltung 15 gesteuert bzw geregelt. Wenn jedoch, wie ohne weiteres aus Gl. (7) zu ersehen ist, sich die Speisespannung En iindcrt, dann ändert sich auch die Ausgangsspannung Em, so daß sicli die Drehzahl des Motors 10 entsprechend der Änderuni der Speisespannung E₀ ändert. Diese Abhängigkeit vor der Speisespannung ist jedoch ein großer Nachteil welcher der herkömmlichen Dieh/.ahlregelimgscinrich tunganhaflel.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, weist die ersU Ausführungsiorm der Orch/iihlregelungseinrichttini gemäß der Erfindung den Motor 10, den Generator 11

die Wellenformerschallung 12, die Wellenform-Wandlerschaltung 13, die Glättungsschaltung 14, (wobei diese Schaltungen im Aufbau und in der Arbeitsweise den an Hand der Fig. 1 bis 6 beschriebenen Schaltungen im wesentlichen entsprechen), einen Vergleicher 16 und eine Antriebsschaltung 17 auf.

Der Vergleicher 16 wird im einzelnen an Hand von F i g. 8 beschrieben. Transistoren 45 und 46 sowie Widerstände 47 bis 49 bilden hierbei einen Differenzverstärker. Ein Eingangsanschluß G ist mit der Basis des ι ο 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. Ein Spannungsteiler aus in Reihe geschalteten Widerständen 50 und 51 ist zwischen den Speisespannungsanschluß E und einen Anschluß D geschaltet; die dazwischen liegende Verbindung ist mit der Basis des Transistors 46 verbunden, dessen Kollektor mit einem Ausgangsanschluß 1 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 Ausgangssignal mit der in F ig. 10(e) wiedergegebenen Wellenform am Ausgangsanschluß / erhalten wird. In dieser Schaltung ist dann die Bezugsspannung Esgegeben durch:

E_s = R₄

+ R₅),

(8)

.15

wobei Ra und /?5 die Werte der Widerstände 50 und 51 und Eo die Speisespannung ist. Der Ausgang des Vergleichers 16 wird an die Anlriebsschallung 17 angelegt.

Die Antriebsschaltung 17 ist im einzelnen in der F i g. 9 dargestellt. Der Ausgangsanschluß / des Vergleichers 16 ist mit einem Eingangsanschluß / verbunden, welcher 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 Eund der Basis eines Transistors 55 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors 55 ist mit dem Anschluß E und sein Kollektor mit einem Ausgangsanschluß / verbunden. Der Motor 10 ist zwischen den Ausgangsanschluß / und den negativen Anschluß Dgcschaltct.

Als nächstes wird die Arbeitsweise der Antriebsschaltting 17 mit dem vorstehend angegebenen Aufbau ss beschrieben. Wenn das Potential am Hingangsanschluß / ansteigt, dann nimmt der Kollektorslrom des Transistors 52 zu, so daß der Basissti'om des Transistors 55 ebenfalls zunimmt. Folglich nimml dann auch die Spannung an dem Motor 10 zu, so daß dessen Dreh/ah! <«> ebenfalls höher wird. Wenn andererseits das Potential am Bingnngsanschluß / abnimmt, dann nimml auch die Spannung am Motor 10 ab, wodurch dessen Drehzahl kleiner wird.

An Hand von I'ig. 7 wird nunmehr die Arbeitsweise <<s der ersten Aiisfülmingsform insgesamt beschrieben. Der Ausgang ties Generators II, welcher wilhrend ties Betriebs an den Motor IO angekuppelt ist, wird an den Eingangsanschluß der Wellenformerschaltung 12 angelegt. Der Generator 11 und die Wellenformerschaltung

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-Wandlerschaltung

13 angelegt, wo sie mit einer zweiten Größe, d. h. einem Zeitintervall Ts zusammengebracht wird, so daß das Rechtecksignal mit einer Amplitude, welche sich entsprechend der Speisespannungsänderung ändert, wie in Fig. 10(c) dargestellt ist, erhalten und mittels der Glättungsschaltung 14 in eine zweite physikalische Größe oder die gemäß Gl. (7) angegebene Größe Em umgewandelt wird. Die zweite physikalische Größe wird dann in dem Vergleicher 16 mit der zweiten durch Gl. (8) gegebenen Bezugsgröße verglichen. Mit dem in Fig. 10(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 auf Grund einer Belastungszunahme abnimmt, dann ändert sich das Ausgangssignal des Generators 11, wie in Fig. 10(a) gezeigt ist, so daß die in Fig. 10(b) bis Fig. 10(e) dargestellten Ausgangssignale von der Wellenformerschaltung 12, der Wellenform-Wandlerschaltung 13, der Glättungsschaltung 14 und dem Vergleicher 16 erhalten werden. Die zweite physikalische Größe Em ist dann größer als die Bezugsspannungsgröße Es, so daß die Ausgangsspannung 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:

(9)

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

(10)

K T_s ■ (R₄ + R₅)(E₀ -V₁₁)

wobei das Zeitintervall T^s 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 auf Grund einer Schwankung der Speisespannung E₀ im Vergleich mit einer Änderung bei der herkömmlichen, in Fig. 1 dargestellten Drchzahlrcgclungscinrichtung erheblich kleiner ist. Bei dieser Ausfilhrungsform ist es möglich, die Schaltung so zu bemessen und auszulegen daß das Zeitintervall 7* gemäß Gl. (J) sich nicht ändert selbst wenn sich die Eingangsspannung t], ändert. Went eine Reihenschaltung aus einem Widersland und einen Schaltungselement, wie beispielsweise eine Diode welche der Slltligtingsspannunij des Umschalter; entsprechende Siittigungskennweile aufweist, an Stellt des Widerstands 51 in Fig. I vorgesehen ist, dann kam der Spannungsaiisilrtick im Zähler der (!I. (H)) gleicl dem Spamiungsaiisilrui'k im Nenner gemacht werden Infolgedessen kann die Drehzahländerung tics Motor; IO entsprechend einer Änderung in tier Speisespannung En Null gemacht wmleu.

10

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. 12(f) dargestellte Ausgang des Sägezahngenerators 18 wird an einen Vergleicher 19 angelegt, wo er mit einer Bezugsspannung £.si verglichen wird, so daß das in Fig. 12(g) dargestellte Ausgangssignal am Vergleicher 19 erhalten wird. Das Ausgangssignal am Vergleicher 19 weist Rechteckimpulse auf, welche zwischen sich jeweils ein Zeitintervall bzw. einen Impulsabstand Ts ι und eine Frequenz aufweisen, welche sich in Abhängigkeit von einer Speisespannungsschwankung ändert. Das Ausgangssignal wird dann durch die Glättungsschaitung 14 geglättet, wie in Fig. 12(h) dargestellt ist. Der Ausgang der Glättungsschaitung 14 wird mit einer Bezugsspannung Es 2 in dem Vergleicher 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 an Hand des ersten Ausführungsbeispiels beschriebenen Weise.

In der zweiten Ausführungsform ist die erste physikalische Größe eine Frequenz, welche entsprechend der Drehzahl A/des Motors 10 bestimmt wird; die erste Bezugsgröße ist eine Bezugsspannung £51 oder eine vorbestimrnte Zeit Ts 1; die zweite physikalische Größe ist der Ausgang der Glättungsschaitung 14, welche durch Glätten des Rechtecksignals erhalten wird, in welchem die Impulse in einem vorbestimmten Zeitintervall bzw. Impulsabstand Ts \ voneinander auftreten, und dessen Frequenz entsprechend der Speisespannungsänderung geändert wird; die zweite Bezugsgröße ist eine Bezugsspannung Es 2, welche durch Teilen der Speisespannung erhalten wird.

Die dritte in Fig. 13 dargestellte Ausführungsform der Erlindung weist einen Bezugsfrequenzgenerator 56 auf, welcher das Bezugsfrequenzsignal erzeugt, dessen Phase in einem Phasenvergleicher 58 mit dem Ausgangssignal eines Drehzahldetektors verglichen wird, welcher aus dem an den Motor 10 angekuppelten Generator 11 und einer Wellenformerschaltung 57 besteht. Das impulsmodulierte Ausgangssignal des

ίο Vergleichers 58 wird dann mittels der Glättungsschaitung 14 geglättet, und das Ausgangssignal von der Glättungsschaitung 14 wird mittels des Vergleichers 16 mit der Bezugsspannung Es verglichen. Entsprechend dem Ausgangssignal von dem Vergleicher 16 steuert bzw. regelt die Antriebsschaltung 17 den Motor 10 in einer Weise, welche im wesentlichen der in Verbindung mit 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 Motors 10 ändert; die erste Bezugsgröße ist eine Bezugsfrequenz Fi-, während die zweite physikalische Größe der Ausgang der Glättungsschaitung 14 ist, welche durch Glätten des Impulsausgangssignals erhalten wird, dessen Frequenz sich entsprechend der Speisespannungsänderung ändert; die zweite Bezugsgröße ist eine Bezugsspannung E_s. welche durch Teilen der Speisespannung erhalten wird.

An Hand der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform ist eine Steuerung bzw. Regelung des Motors 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.

Hiei/u 7 Blatt Zeichiiuiiücn

Claims

25 Ö9 343

Patentansprüche:

(58) durch die Glätiiings.schaltiing (14) geglättet wird.

I. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von urnlaufenden Maschinen mit einer Anordnung zur Urzeugung eines ersten, von der Drehzahl der Maschine abhängenden und mit der Zeit korrelieren Meßwertes, mit einer durch eine Speisespannung beaufschlagten Anordnung zur Bildung eines Rechtecksignals aus dem Meßwert, mit einer Schaltung zur Glättung des Rechtecksignals, und mit einer Anordnung zur Regelung der Drehzahl in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Glättuugsschal-Hing, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert mit einer ersten Bezugsgröße zur Erzeugung eines Rechtecksignals kombiniert wird, dessen Amplitude sich mit der Speisespannung ändert, wobei das geglättete Rechtecksignal als /weiter Meßwert verwendet wird, und daß in einem Komparator (16) der zweite Meßwert mit einer zweiten, durch Teilen der Speisespannung erhaltenen Bezugsgröße verglichen wird, wobei die Drehzahl in Abhängigkeit von dein Ausgangssignal des !Comparators (16) auf einen vorher festgelegten Wert geregelt wird.
2. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert von einer Wellenformerschaltung (12, 57) erhalten ist, die in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines an die umlaufende Maschine (10) gekoppelten Generators (11) Impulse erzeugt, deren Impulsfolgefrequenz sich mit einer Änderung der Drehzahl der umlaufenden Maschine (10) ändert.
3. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert durch Impulse gebildet wird, deren Inipulsl'olgefrequenz sich in Abhängigkeit von der Änderung der Drehzahl der umlaufenden Maschine (10) ändert, und daß als Anordnung zur Bildung des Rechtecksignals aus dem Meßwert eine Wellenform-Wandlerschaltung (13) vorgesehen ist, wobei sich die Amplitude des Rechtecksignals in Abhängigkeit; von der Impulsfolgefrequenz und der Speisespannungändert.
4. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Bildung des Rechtecksignals einen Sägezahngenerator (18) zur Erzeugung eines Sägezahnsignals, dessen Frequenz von der Impulsfolgefrequenz abhängt, und den Komparator (16) aufweist, der das Ausgangssignal des Sägezahngenerators (18) mit der zweiten Bezugsgröße vergleicht, wobei ein Rechtecksignal mit einem vorgegebenen Zeitintervall und einer Amplitude erzeugt wird, die sich in Abhängigkeit von der Frequenz des Ausgangssignals des Sägezahngenerators (18) und der Änderung der Speisespannung ändert.
5. Einrichiung zur Regelung der Drehzahl nach Anspruch !,gekennzeichnet durch einen Bezugsfrequenzgenerator (56) zur Erzeugung eines als erste Bezugsgröße dienenden Ausgangssignals mit einer bestimmten Bezugsfrequenz, und durch einen Phasenkomparator (58), der die Phase des durch Impulse gebildeten Meßwertes mit dem Ausgangssignal des Bezugsfrequenzgenerators (56) vergleicht, wobei das Ausgangssignal des Phasenkomparators

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von umlaufenden Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist ein Dreh/.ahl-Regelgerät bekannt, bei dem die Regelabweichung in einer Vergleichereinrichtung (Komparator) mit einer Sägezahnspannung verglichen wird (BBC-Nachrichten, 1973, Heft 10, S. 271). Dabei entsteht ein Rechtecksignal mit unterschiedlichem Impuls-Pausen-Verhältnis bei gleichbleibender Frcquenz. Das Rechtecksignal steuert über einen Schaltverstärker die Ankerspannung, und eine Drossel glättet den Ankerstrom.

Weiterhin sind Einrichtungen zur Regelung der Drehzhal von umlaufenden Maschinen der angegebenen Gattung bekannt (DT-OS 23 14 447; DT-OS 2120 459). Dabei wird das Ausgangssignal eines Tachometers oder Drehzahlmessers, wie beispielsweise eines an die Antriebswelle der Maschine gekoppelten Generators, in Trigger- oder Steuerimpulse umgewandelt, die v/iederum in Rechtecksignale umgeformt werden, die sich in Abhängigkeit von der Ausgangsfrequenz des Generators ändern. Die Rechtecksignale werden mittels einer Glättungsschaltung geglättet, so daß die Drehzahl in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Glättungsschaltung auf den gewünschten Wert geregelt werden kann.

Bei einer solchen Einrichtung zur Drehzahlregelung tritt jedoch folgendes Problem auf: Die Ausgangsspannung, die durch Umwandlung des zeitabhängigen Ausgangssignals in ein anschließend geglättetes Rechtecksignal erhalten wird, hängt von der Speisespannung ab. Ändert sich also die Speisespannung, wie es beim Einsatz einer solchen Drehzahleinrichtung immer der Fall sein kann, so ändert sich auch die zur Regelung der Drehzahl dienende Ausgangsspannung und entsprechend die Drehzahl des Motors. Eine solche Drehzahlregelung hat immer einen bestimmten, nicht zu vermeidenden Fehler, da die Genauigkeit der Regelung auf Grund der konstruktiven Gegebenheiten von der Genauigkeit der Speisespannung abhängt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl von umlaufenden Maschinen der angegebenen Gattung zu schaffen, bei welcher der Einfluß der Speisespannung auf die Regelgenauigkeit wesentlich verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf folgender Funktionsweise: Ein elektrisches Signal, dessen Frequenz von der Drehzahl abhängt, wird in einem Wellenformwandler mit einer ersten Bezugsgröße, d. h. einem Zeitintervall Ts, kombiniert, wobei sich ein Rechtecksignal ergibt, dessen Amplitude sich mit der Speisespannung ändert; mittels der Glättungsschaltung wird dieses Flechtecksignai in einen zweiten Meßwert umgewandeilt. Dieser zweite Meßwert wird dann in einem Komparator mit einer zweiten Bezugsgröße verglichen, die einen Bruchteil der Speisespannung darstellt. Wenn der zweite Meßwert größer als die Bezugsspannung ist, liefert der Komparator ein Ausgangssignal, mit dessen Hilfe die Drehzahl durch die Antriebsschaltung auf den gewünschten Wert