DE2513357B2

DE2513357B2 - Anordnung zur Drehzahlregelung eines Asynchronmotors

Info

Publication number: DE2513357B2
Application number: DE19752513357
Authority: DE
Inventors: Jozsef Demeter; Gyoergy Rothman
Original assignee: ELEKTROAKUSZTIKAI GYAR BUDAPEST
Current assignee: ELEKTROAKUSZTIKAI GYAR BUDAPEST
Priority date: 1974-04-19
Filing date: 1975-03-26
Publication date: 1979-02-15
Also published as: FR2268387B3; RO72325A; HU168505B; IT1032711B; DD117308A5; DE2513357C3; FR2268387A1; PL96863B1; DE2513357A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Plattenspieler über einen Riementrieb konstanter Übersetzung antreibenden Asynchronmotor, auf dessen Welle ein Impulsgeber zur Abfühlung der Drehzahl befestigt ist, dessen Signale einer Steuerschaltung zugeführt sind, deren Ausgangsspannung einem in Reihe mit dem Motor angeordneten Stellglied zur Einstellung der Motorspannung dient.

Eine solche Drehzahlregelung ist durch die DE-OS 2242 869 bekannt. Dabei handelt es sich um eine phasenstarre Regelung der Motordrehzahl, wobei die Netzfrequenz als Referenzgröße bzw. als Sollwert ■> fungiert Für eine Änderung der Drehzahl ist diese Steuerung nicht geeignet Vielmehr wäre es notwendig, das Übersetzungsverhältnis des Riementriebes zu ändern. Dies ist kompliziert aufwendig und daher nicht schnell durchführbar. Auch kommt es durch die

lu vermehrte Anzahl beweglicher Teile zu Vibrationen und Nebengeräuschen, die bei z. B. Plattenspielerantrieben nachteilig sind.

Bei Plattenspielerantrieben ist es daher auch bekannt die Drehzahländerung zwischen 33 1/3, 45 und 78/Min.

π dadurch zustande zu bringen, daß der antreibende Synchronmotor an einen Leistungsverstärker angeschlossen ist und der letztere durch einen Oszillator mit einer Brückenschaltung veränderlicher Frequenz gesteuert wird, so daß man mit einem Riemenantrieb

2(i konstanter Übersetzung auskommt Diese Lösung ist jedoch kompliziert und kostspielig.

Weiterhin ist es bei Plattenspielern mit Riementrieb konstanter Übersetzung bekannt einen Gleichstrommotor zu verwenden, dessen Drehzahl steuerbar ist

-^>r> Dabei ist allerdings die Kommutierung problematisch.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Vorveröffentlichung, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die bekannte Anordnung dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie bei konstanter Riemenüber-

iii Setzung und ohne zusätzliche bewegte Teile eine Drehzahlregelung auf unterschiedliche Sollwerte gestattet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung aus einem in seinem Zeitverhal-

i^r> ten einstellbaren, monostabilen Mulitvibrator besteht, dessen Ausgangssignale eine Impulsstufe ansteuern, deren Ausgang über einen Tiefpaßfilter mit dem Stellglied verbunden ist.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Drehzahl

•t» des Antriebsmotors unabhängig von der Netzfrequenz innerhalb breiter Grenzen auf einen beliebigen Sollwert geregelt werden kann und dieser Sollwert durch Änderung der Referenzzeit des Multivibrators an die gewünschte Drehzahl angepaßt werden kann.

4^r> Zweckmäßige Ausgestaltungen der Steuerschaltung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; dabei zeigt F i g. 1 die schematische Schaltanordnung,

F i g. 2 ein Diagramm über die Abhängigkeit der Steuerspannung von der Motordrehzahl und

F i g. 3 die Schaltanordnung in ausführlicher Darstellung.
Ein Asynchronmotor 1 treibt über eine Scheibe 2 und

Vi einen Riemen 3 eine mit dem Teller des Plattenspielers verbundene Scheibe 4. Die Drehzahl des Asynchronmotors 1 wird durch einen Tachogenerator 5 abgefühlt, etwa indem auf der Welle des Antriebsmotors eine verzahnte Scheibe sitzt und auf der einen Seite dieser

w Scheibe eine Glühbirne, auf der anderen ein lichtempfindliches Element angeordnet ist Bei Rotation der gezahnten Scheibe wird der Lichtstrahl mit einer von der Drehzahl des Motors abhängigen Frequenz unterbrochen. Die Periode der entstehenden Signalrei-

fc¹» he wird mit Tm bezeichnet; sie ist umgekehrt proportional zur Drehzahl des Antriebsmotors 1.

Die vom Tachogenerator 5 erhaltene Signalreihe wird über einen Signalverstärker 6 zum Eingang eines

retriggerbaren, monostabilen Multivibrators 7 geleitet, der die Zeit Tm mit seiner ihm vorgegebenen Referenzzeit Tr, d. h. mit dem Sollwert, vergleicht Als Ergebnis dieses Vergleiches kommt eine aus verhältnismäßig schmalen Impulsen bestehende Impulsreihe ϊ zustande, deren Verhältnis Signal/Pause proportional zu der Differenz zwischen der gemessenen Motordrehzahl und der Referenzdrehzahl Nr ist Die Referenzdrehzahl Nr ist also diejenige Drehzahl, die dem Sollwert entspricht. Diese Impulsreihe wird an den Eingang einer Impulsstufe 10 gelegt, an deren Ausgang eine Steuerspannung Usz erzeugt wird. Dabei spielt der retriggerbare, monostabile Multivibrator 7 ergänzt mit der Impulsstufe 10 die Rolle eines Zehdiskriminators großer Steile und sich sättigenden Charakters. ι ί

Die am Ausgang der Impulsstufe 10 erzeugte Steuerspannung Usz ist eine Gleichspannung, die sich in Abhängigkeit von der Zeit Tm folgendermaßen verändert (vergl. F i g. 2):

Usz = k(T_m- T_r)/Tr Usz= k(N_RIN_M-\)

wobei k ein Parameter ist, der durch die Impulsstufe 10 einstellbar ist und die Steilheitscharakteristik beeinflußt, vergl. F i g. 2. Die Steuerspannung Us/. wird an ein Stellglied 12 gelegt, das eine veränderliche Impedanz aufweist und die Spannung des zu ihm in Reihe geschalteten Antriebsmotors 1 derart steuert, daß dessen Drehzahl den vorgegebenen Sollwert einhält, unabhängig von der Belastung, der Netzspannung, der Frequenz und der Temperatur.

Da der Asynchronmotor gleichmäßig und ohne Geräusch und insbesondere bei einer durch das Stellglied 12 wesentlich verringerten Netzspannung läuft und da außer dem Motor, dem Riementrieb und dem Plattenteller keine beweglichen Teile vorhanden sind, werden die unerwünschten Schwingungen beträchtlich eliminiert.

Durch die beschriebene Einrichtung kann also die Solldrehzahl mittels des retriggerbaren, monostabilen Multivibrators 7 geändert werden, indem dessen Referenzzeit dekadisch durch eine Kondensatorreihe 8 oder kontinuierlich durch ein Potentiometer 9 abgestimmt wird.

Die Schaltanordnung der eingebauten Stromkreise wird anhand der F i g. 3 näher erörtert.

Der Tachogenerator 5 kann, wie gesagt, optischer Ausführung sein. Dabei wird eine Glühbirne /ι über den in Reihe geschalteten Widerstand R, mit relativ geringer Spannung versorgt, um ihre Lebensdauer zu erhöhen. Ihr Lichtstrahl wird durch die mit der Welle des Antriebsmotors 1 verkeilte, gezahnte Scheibe unterbrochen, so daß an einem lichtempfindlichen Element Fi eine Signalreihe erzeugt wird, deren Frequenz proportional zur Motordrehzahl ist. Diese Signalreihe wird durch den Transistor T\ des Verstärkers 6 verstärkt und durch einen Schmitt-Trigger, der aus den ersten zwei Torstromkreisen des gedruckten Stromkreises /C-I aufgebaut ist, zu einer Vierecksignal-Reihe umgewandelt. Aus den abfallenden Flanken der Vierecksignale wird durch die zweiten Torstromkreise des Stromkreises /C-I eine Impulsreihe mit »0«-Polarität erzeugt, deren Periode T_M ist. Die Impulse mit der Periode T_M entladen über eine Diode den Kondensator 8, der über den feineinstellbaren Potentiometer 9 und einen damit in Reihe geschalteten Widerstand gegen die Speisespannung expotentiell aufgeladen wird.

Der entladene Kondensator 8 erreicht nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer Tr eine Schwellenspannung, bei der der Transistor T₂ des monostabilen Multivibrators 7 geöffnet wird und an dessen Kollektorwiderstand das Nullpotential auf »1« erhöht wird. Durch diese Spannungserhöhung wird der aus den ersten zwei Torstromkreisen des integrierten Schaltkreises aufgebaute Schmitt-Trigger umgekippt, und am Ausgang des nachgeschalteten Inverters entsteht ein Sprung von dem bisherigen »1«-Niveau auf »0«. Durch diesen logischen »0«-Pegel wird der Transistor Ti der Impulsstufe 10 geöffnet, wodurch der in seinem Kollektorkreis befindliche Kondensator Q in sehr kurzer Zeit nahezu bis zur Speisespannung aufgeladen wird, so daß die Steuerspannung Usz entsteht.

Wenn Tm> Tr, so wird nach der vorbestimmten Zeitdauer Tr, die dem Entladeimpuls folgt, der Ausgang des Multivibrators von dem »1«-Niveau auf den »0«- Pegel gesenkt und bleibt in diesem Zustand bis zum nächsten Entladeimpuls, also bis zu einer Zeitdauer Tm- Tr. Der nächste Impuls entlädt nämlich den Kondensator 8, schließt den Transistor T₂ und legt dessen Kollektor wieder auf »0«-Niveau bzw. den Ausgang des Multivibrators an »1«-Niveau. Die Impulsstufe 10 wird also während einer Zeitdauer Tm- Tr leitend. Wenn der Antriebsmotor 1 nicht gedreht wird, so ist die Ausgangsfrequenz des Tachogenerators 0, also Tm = °°. Somit ist der Transistor Tz konstant leitend, und die Steuerspannung Usz erreicht annähernd den Wert der Speisespannung. Die Steuerspannung wird über ein /?C-Filter U an das durch die Gleichspannung steuerbare Stellglied 12 veränderlicher Impedanz geleitet. Das Stellglied besteht zweckmäßig aus einem durch einen Leistungstransistor Tt belasteten Transformator. Ist nämlich {/«gleich Null, so belastet der Transistor den Sekundärkreis des Transformators durch Unterbrechungen. Somit fließt aber in der Primärwicklung ein Leerlaufstrom, der jedoch zum Anfahren des zu ihm in Reihe geschalteten Antriebsmotors nicht ausreicht. Wenn die Steuerspannung {/κ?groß genug ist, um den Transistor Ta, zu öffnen, so fließt sowohl in der Primär- wie auch in der Sekundärwicklung des Transformators ein Strom, wodurch der Antriebsmotor 1 angefahren werden kann. Der Transistor 7i kann auch gesättigt werden, wodurch die Sekundärwicklung des Transformators kurzgeschlossen wird und der Antriebsmotor eine Spannung nahe der Netzspannung erhält. Dieser Zustand besteht im Moment der Einschaltung, während der Antriebsmotor in Abhängigkeit des Trägheitsmomentges des gesamten drehenden Systems und seines eigenen Antriebsmomentes seine Drehzahl annähernd linear erhöht. Inzwischen vermindern sich die Zeiten Tm und Tm- Tr, und in der Nähe des Sollwertbereiches (Nm^-Nr) beginnt die Stteuerspannung Usz abzusinken (vergl. F i g. 2).

Infolge der abfallenden Steuerspannung wird der Transistor Ta geringer belastet, wodurch seine zunehmende Primär-Impedanz die an den Motor gelangende Spannung verringert. Somit nimmt das Motordrehmoment ab, und es stellt sich nach und nach ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem die Steuerspannung auf ungefähr 1,5 V abfällt und der Motor nur diejenige Spa.inung erhält, die für den stationären Zustand notwendig ist. Im Gleichgewichtszustand fließt durch den Transistor Tj der Impulsstufe 10 ein Aufladestrom in kleinen Impulsen zu dem Kondensator Q, je nach der Größe der voreeeebenen Parameter. Da Hip Stpnpr-

spannung durch den Transistor Tt durch einen Strom im Milliampcrcbereich kontinuierlich belastet wird, soll der Aufladestrom um eine Größenordnung größer sein. Wird der Strom jedoch weiter erhöht, so vermindert sich die nötige Impulsbreite, d. h. 7*Af-» Tr.

Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß die Drehzahl des Antriebsmotors von der Referenzzeitdauer Tk des Multivibrators 7 abhängt. Die Referenzzeit Tr fungiert also als Sollwert und ist durch den Kondensator 8 und den Widerstand 9 einstellbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen J*lattenspieler über einen Riementrieb konstanter Übersetzung antreibenden Asynchronmotors, auf dessen Welle ein Impulsgeber zur Abfühlung der Drehzahl befestigt ist, dessen Signale einer Steuerschaltung zugeführt sind, deren Ausgangsspannung einem in Reihe mit dem Motor angeordneten Stellglied zur Einstellung der Motorspannung dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung aus einem in seinem Zeitverhalten einstellbaren, monostabilen Multivibrator (7) besteht, dessen Ausgangssignale eine Impulsstufe (10) ansteuern, deren Ausgang fiber einen Tiefpaßfilter (11) mit dem Stellglied (12) verbunden ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Eingangskreis der Steuerschaltung einen Signalverstärker (6) aufweist, dessen Ausgang über eine Diode an den Emitter eines an seiner Basis vorgespannten und kollektorseitig über einen Widerstand geerdeten Transistors (T2) des Multivibrators (7) angeschlossen ist, und wobei der Emitter gleichzeitig an dem Verbindungspunkt einer das Zeitverhalten einstellenden Reihenschaltung eines Kondensators (8) und eines einstellbaren Widerstandes (9) liegt

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors (T2) im Multivibrator (7) an den Eingang einer aus drei UND-NEIN-Stufen aufgebauten Inverterkette angeschlossen ist, der vom Ausgang der zweiten UND-NEIN-Stufe über einen Widerstand zurückgekoppelt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der dritten UND-NEIN-Stufe der Inverterkette über einen Widerstandsverteiler an die Basis eines emitterseitig an Spannung liegenden Transistors (Tz) der Impulsstufe (10) angeschlossen ist wobei der Kollektor dieses Transistors einen einseitig geerdeten Kondensator (Ci) speist, dessen Spannung dem Tiefpaßfilter (11) zugeführt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (12) aus einer in Reihe mit dem Asynchronmotor (1) geschalteten Primärwicklung eines Transformators besteht dessen Sekundärwicklung mit beiden jeweils über Dioden geführten Wicklungsenden an den Emitter eines Transistors (T*) angeschlossen ist, dessen Kollektor an einer Mittelanzapfung der Sekundärwicklung liegt, wobei zwischen Basis und Kollektor die Ausgangsspannung des Tiefpaßfilters anliegt.