DE2617131C2

DE2617131C2 - Anordnung zur Drehzahlüberwachung eines Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2617131C2
Application number: DE2617131A
Authority: DE
Inventors: Benno 7742 St Georgen Doemen
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1975-04-26
Filing date: 1976-04-17
Publication date: 1982-09-30
Also published as: FR2309064A1; FR2309064B3; DE2617131A1; US4097789A; CH588779A5

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlüberwachung eines Gleichstrommotors, bei dem eine der Motordrehzahl proportionale Pulsation des Gleichstroms zur Drehzahlbestimmung verwendet wird, wobei der Gleichstrommotor in Reihe mit einem Impedanzglied zur Erfassung der Pulsation an eine Speisegleichspannung anschließbar ist.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-AS 11 34 142 bekannt. Ähnliche Anordnungen sind bekannt aus der DE-AS 22 24 662 und der GB-PS 11 44 931.

Bei einfacheren Arbeitsmaschinen, vorzugsweise bei Fördergeräten für gasförmige oder flüssige Medien, besteht häufig das Bedürfnis, den Antriebsmotor in seiner Drehzahl zu begrenzen oder das Absinken unter einen bestimmten Drehzahlwert zu überwachen.

Ventilatoren, insbesondere sogenannte Axialläufer, wie häufig zur Belüftung kompakt angeordneter Elektronikelemente in Computern oder dergleichen verwendet, sind in an sich bekannter Weise im. praktischen Einsatz zu überwachen, weil bei ihrem Ausfall teure Anlagenteile Schaden leiden können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine preiswerte, funktionssichere Überwachungsvorrichtung für weniger aufwendige Antriebe ohne konstruktiven Eingriff in eine vorhandene Antriebslösung zu realisieren. Sie wird mit den kennzeichnenden Mitteln des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen Ausgestaltungen der Erfindung.

Als Gleichstrommotoren, deren Stator e:n Wechselfeld erzeugt (Anspruch 6), kommen insbesondere einsträngige kollektorlose Gleichstrommotoren mit einphasig gespeister Statorwicklung in Betracht, bei denen das auf das Wechselfeld zurückführende Moment in bekannter Weise (DE-OS 22 25 442 und DE-AS 23 46 380) mit einem Hilfsmoment, insbesondere Reluktanzmoment, zusammenwirkt. Die an sich bekannte (DE-OS 24 19 432) bzw. den Gegenstand älterer Anmeldungen (DE-OS 24 52 082 und DE-OS 25 55 055) bildende Verkleinerung des Motorstroms auf etwa den Wert Null im Zeitbereich der Kommutierung führt auf funktionssichere Weise zu einer sehr effektiven Pulsation, ohne daß es dazu eines zusätzlichen Aufwandes bedarf.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann z. B. dazu benutzt werden, einen Alarm zu erzeugen, einen Reservelüfter einzuschalten oder ein nicht mehr belüftetes Gerät abzuschalten.

Die Erfindung ist jedoch prinzipiell bei ungeregelten Gleichstrommotoren immer vorteilhaft anwendbar wie auch noch bei Kollektormotoren mit mechanischem Stromwender kleiner Lamellenzahl.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung:

F i g. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung einer Signalgröße, Fig. IA eine Schaltungsvarianteoit Transformator, Fig.2 die Umwandlung der Signalgröße in eine Überwachungsaktion,

Fig.3 eine bevorzugte Variante eines Bauelements der Fig. 1.

Alle Figuren weisen auf die bezüglich des Raumaufwandes besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung bei einem kompakt gebauten Axialventilator hin. Denn eine erfindungsgemäße Anordnung benötigt im Ventilator selbst — im Gegensatz zu allgemein bekannten Lösungen mit Tachogenerator — praktisch keinen zusätzlichen Raum. Das Impedanzglied kann in unmittelbarer Nähe des zentralen Antriebsmotors, z. B. im Flansch eines Außenläufermotors oder irgendwo in der Zuleitung, untergebracht werden, welche Tatsache die unbeschränkte Anwendbarkeit der Erfindung bei vorgegebenen Standard-Antrieben demonstriert.

Die gestrichelte Linie I-I der Fig. 1 deutet die Trennung zwischen Lüfter und Überwachungselektronik an, zu welcher im Normalfall nur die Leitungen O, M führen.

Fig. 1 zeigt links eine Batterie 10, z.B. mit Un = 24 V, an welche über einen Schalter Il der Gleichstrommotor G eines nur schematisch angedeuteten kompakten Axialventilators 12 angeschlossen werden kann. In der Leitung vom Motor C zum negativen Anschluß der Batterie 10 liegt am Knotenpunkt Y ein Impedanzglied Z, z. B. eine Drossel, ein Widerstand oder, wie in Fig. IA dargestellt, die Primärwicklung 13 eines Transformators 14, dessen

Sekundärwicklung mit 15 bezeichnet ist.

Von der Verbindung des Motors G mit dem Impedanzglied Z führt eine Leitung M zu einem Koppelkondensator 16, welcher von der im Betrieb an Z entstehenden Spannung nur die Wechselkomponente zu einem Verstärker V gelangen läßt, der diese Wechselkomponente verstärkt und sie einem Bandpaßfilter F zuführt, das z. B. bei einem zweipoligen Motor G, welcher im Drehzahlbereich von 2400 ... 4800 U/min arbeitet, im wesentlichen nur Frequenzen zwischen 40 und 80 Hz durchläßt und so die Wirkung von Störeinilüssen verringeiL (Bei einer Drehung des Gleichstrommotors G tritt ein exakt mit der Rotordrehung synchroner Wechselanteil im Speisestrom / auf, und damit entsteht ein solcher Wechselanteil auch in der Teilspannung an dem Impeda.izglied Z, und die Frequenz dieses Wechselanteils ist ein direktes Maß für die augenblickliche Drehzahl des Motors.)

An den Bandpaß Fist ein monostabiler Multivibrator K angeschlossen, dessen Impulsdauer auf die zu überwachende Drehzahl fest abgestimmt äst.

Das Ausgangssignal von K wird einem als .YC-Glied ausgebildeten Integrator T mit einem Widerstand 17 und einem Kondensator 18 zugeführt, welcher Integrator eine mittelwertbildende und glättende Wirkung ausübt, so daß an seinem Ausgang an den Klemmen OA ein drehzahlproportionales Gleichspannungssignal Uao zur Verfügung steht.

(Die Impulsdauer des Multivibrators /ikann ?uch auf die Periodendauer der zu überwachenden Frequenz abgestimmt sein.)

Durch Wahl oder Einstellung der R- und C-Elemente des Multivibrators /fund des Integrators T kann man sowohl den Ausgangswert des Integrators T, d. h. die Höhe des Mittelwertes U_Ao als auch die Impulsgröße am Ausgang des Multivibrators K wahlweise einstellen.

Die Schaltelemente der F i g. I haben beispielsweise folgende Werte: Un = 24 V; Gleichstromwiderstand des Lüflermotors G = 27 Ohm; Z als ohmscher Widerstand ct. 03 Ohm; Strom / = 0,2... 0,5 A.

Im Ausführungsbeispiel wird eine Hilfsspannung Uh benutzt, die aus vorhandenen Netzteilen entnommen werden kann. Statt dessen kann diese Hilfsspannung auch, wie in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnet, über einen Widerstand 21 und eine Zenerdiode 22 aus der Batterie 10 entnommen werden. Da bei den meisten Anwendungsfällen die elektronischen Geräte, in die solche Lüfter eingebaut werden, über Hilfsspannungen verfügen, wird man diese regelmäßig den Geräten entnehmen können.

Zur völligen Trennung von Motor G und Überwachungsschaltung dient gemäß Fig. IA der Transformator 14, dessen Sekundärwicklung 15 von der Wicklung 13 isoliert und direkt mit dem Verstärker V verbunden ist, da der Transformator 14 nur die Wechselanteile der an seiner Primärwicklung entstehenden Spannung überträgt. Der Rest der Schaltung ist mit Fig. 1 identisch. Die Netzgleichspannung und die Schaltung sind potentialmäßig getrennt.

Fig.2 zeigt wie der drehzahlproportionaie Mittelwert bzw. mittlere Konstantwert am Ausgang des Integrators T verwendet wird, um eine bestimmte Maßnahme zu bewirken. Dabei wird die Ausgangsspannung Uao einer Steuerschaltung W zugeführt, in der vorzugsweise mittels einer als Schmitt-Trigger S ausgebildeten Kippstufe bei Unterschreiten des kritischen Drehzahl-Mindestwertes des Lüfters 12 über ein

ίο Relais 23 an der erforderlichen Stelle das zu schützende Anlageteil 24 abgeschaltet wird. Die Einzelheiten der Schaltung des Schmitt-Triggers 5 ergeben sich aus F ig. 2.

Selbstverständlich kann das Wechselsignal auch auf

is andere Weise ausgewertet werden, z. B. indem man die Lade- und Entladekurve eines Kondensators direkt, z. B. bei Überschreiten eines Spannungswestes, benutzt.

Fig.3 stellt eine in Verbindung mit der Erfindung einfach aufgebaute und trotzdem hochverstärkende vorteilhafte Variante V des Verstä'¹ .;rs nach F i g. 1 dar, deren erster Transistor TR-, unmitti!b°.r am Emitter mit dem Knotenpunkt Y zwischen Motor G und Impedanzglied Z verbunden ist. Dadurch steht dem ersten Transistor TR\ das volle Signal zur Verfügung.

Durch hohe Verstärkung erhält man auch bei kleinen Werten des Impedanzgliedes Zam Ausgang eindeutige, z. B. rechteckförmige Signale. Zur Temperaturstabilisierung dient eine Rückführung mittels eines Filtergliedes 25, das zwei Kondensatoren 26 und 27 und einen Reihenwiderstand 28 enthält Über dieses Filterglied 25 wird an die Basis des ersten Transistors TR\ überwiegend die Gleichspannungskomponente des Signals am zweiten Transistor 77?2 zurückgeführt. Die Basis vom zweiten Transistor 77?2 ist direkt an den Kollektor des ersten Transistors TR, angeschlossen. Die Verstärkung kann mit Hilfe des Filterglieds 25 frequenzabhängig gemacht werden, so daß diese Variante V mindestens einen Teil der Aufgabe;¹, des Bandpaßfilters F übernehmen kann. Durch geeignete Wahl der Kondensatoren 26 und 27 kann man dabei diesfr Filtercharakteristik des Verstärkers in der gewünschten Weise beeinflussen und verändern.

Dadurch, daß der Emitter des ersten Traniistors TR] direkt mit dem Knotenpunkt Y verbunden wird, ergibt sich eine sehr hohe Verstärkung, so daß das Impedanzglied ZaIs ohmscher Widerstand von z. B. nur 04 Ohm ausgebildet werden kann und man bei einem Motorstrom von 0,2 A dort nur einen Spannungsabfall von 0,1 V erhält. Dies ist deshalb wichtig, weil bei Geräten, die aus Batterien betrieben werden, die elektrische Energie meist weitaus teurer ist als bei netzbetriebenen Geräten und man daher bestrebt ist, die Verluste so niedrig wie nur irgend möglich zu halten. Außerdem erlaubt die Schaltung nach F i g. 3 eine recht gute potentialmäßig? Trennung zwischen dein Kreis der Hilfsspannung t///unddem Kreis der Batterie 10.

Aus den Merkmalen der Ansprüche 6 und 7 begehrt die Anmelderin für sich allein genommen keinen Schutz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Drehzahlüberwachung eines Gleichstrommotors, bei dem eine der Motordrehzahl proportionale Pulsation des Gleichstroms zur Drehzahlbestimmung verwendet wird, wobei der Gleichstrommotor in Reihe mit einem Impedanzglied zur Erfassung der Pulsation an eine Speisegleichspannung anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die im Betrieb an dem Impedanzglied (Z) auftretende Pulsation über einen Verstärker (V) einem auf die Frequenz dieser Pulsation für die überwachte Motordrehzahl abgestimmten Bandpaß (F) zugeführt ist, dessen Ausgang mit einem Kippglied (K) verbunden ist, der ein nachgeschaltetes Melde- oder Ausschaltglied beaufschlagt

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzglied (Z) als niederoiimiger Widersi&ad ausgebildet ist

3. Anordnung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (V) mindestens zweistufig ausgebildet ist, wobei der Emitter seines ersten Verstärkertransistors (TR\) direkt mit einem Abgriff (Y) des Impedanzgliedes (Z) und der Kollektor dieses ersten Transistors (TRi) direkt mit der Basis des zweiten Transistors (TR2) verbunden ist (F ig. 3).

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des zweiten Transistors (TR₂) und dem Eingang des ersten Transistors (TRi) eine frequenzabhängige Rückführung (25) vorgesehen isl.

5. Anordnung nach einem, der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ar, die Kippstufe (K) ein Integrierglied f 7} angeschlossen ist.

6. Anordnung zur Drehzahlüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Gleichstrommotor mit kleiner Lamellenzahl, oder bei einem solchen, dessen Stator ein Wechselfeld erzeugt, wobei der Strom des Motors im Zeitbereich seiner Kommutierung etwa auf den Wert Null verkleinert ist.

7. Anordnung zur Drehzahlüberwachung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Gleichstrommotor zum Antrieb eines Kompaktlüfters.