DE2638523C3

DE2638523C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors

Info

Publication number: DE2638523C3
Application number: DE2638523A
Authority: DE
Inventors: Katsuzi Tokorozawa Saitama Mizumoto (Japan)
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1976-08-26
Publication date: 1980-08-14
Also published as: DE2638523B2; JPS6031428Y2; US4283665A; GB1564041A; JPS5230909U; DE2638523A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art.

Bei einer solchen aus der US-PS 36 51 368 bekannten Schaltungsanordnung wird die Drehzahl eines von der Spcisestciiersehaltung gespeisten Motors durch die gcgenelektromotorischen Kriifie erlaßt, die in den Motorwicklungen induziert und von der Detektorschaltung mit Hilfe von Dioden gleichgerichtet und zusammengefaßt werden, um das der Drehzahl des Motors proportionale Drehzahlsignal zu erzeugen. Dieses wird von dem Tiefpaßfilter gefiltert und mit einer Bezugsspannung, die einer gewünschten Drehzahl des Motors entspricht, in dein Vergleicher verglichen, um damit die Drehzahlregelung des Motors zu bewirken.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Grundfrequenz des welligen Drehzahlsignals, das in den Motorwicklungen induziert wird, extrem niedrig, so daß dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis und die Drehzahlschwankungs- und Schwingungseigenschaften schlechter werden. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wird das Tiefpaßfilter zum Glätten und damit zum Vermindern der nachteiligen Wirkungen des Drehziihlsignals benutzt. Dadurch steigt die Phasenverzögerung in der Regelschleife und wenn die Schleifenverstärkung vergrößert wird, um diese Phasenverzögerung zu kompensieren, werden die I Jbergangseigenschaftcn der Regelung schlecht.

Um diese Schwierigkeiten zumindest teilweise zu beseitigen, kann die Trägheit eines Schwungrades oder eines Plattentellers bei einem Motor zum Antreiben eines Plattenspielers vergrößert werden, wodurch jedoch wiederum die Anlaufeigenschaften nachteilig beeinflußt werden.

Das gleiche gilt für eine aus der DE-OS 21 61 223 bekannte Schaltungsanordnung die prinzipiell gleichen Aufbau und Wirkungsweise wie die genannte Schaltungsanordnung hat, bei der anstelle des Tiefpaßfilters

to ein aus Widerständen und Kondensator gebildeter Vierpol vorgesehen ist, der ebenfalls eine Glättung des der Motordrehzahl proportionalen Drehsignals bewirkt. Aus der US-PS 35 !9 906 ist eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors bekannt, bei der eine der welligen Komponente des Drehzahlsignals ähnliche wellige Signalkomponente erzeugt wird, die jedoch eine Phasenverschiebung von etwa 180° gegenüber der welligen Komponente des Drehzahlsignals hat. Durch Hinzuaddieren der gesondert erzeugten welligen Signalkomponente zu dem Drehzahlsigna) wird dessen unerwünschte wellige Komponente weitgehend kompensiert, so daß der in dem Tießpaßfilter für das Drehzahlsignal benutzte Kondensator auf die Hälfte vermindert werden kann.

Allerdings ist damit eine Kompensation immer nur für eine bestimmte Amplitude der Welligkeit möglich.

Aus der DE-OS 22 18 235 ist bei einer Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors ein Vergleicher in Form eines Differenzverstärkers vorgesehen, der zwei mit ihren Emittern miteinander verbundene erste Transistoren und einen dritten Transistor umfaßt, dessen Kollektor mit den Emittern der beiden ersten Transistoren verbunden ist, wobei der Differenzverstärker so geschaltet ist, daß das der Motordrehzahl proportionale Drehzahlsignal in einer Brückenschaltung ermittelt wird, in deren einem Zweig die Rotorwicklung des Motors und in deren anderem Zweig die Bezugsspannungsquclle angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die wellige Komponente des Drehzahlsignals wirksam beseitigt wird, jedoch trotzdem keine Phasenverzögerung in der Regelschlcifc auftritt.

Bei einer Schaltungsanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen .Schaltungsanordnung wird das Drehzahlsignal sowohl an das Tiefpaßfilter ,ils auch an eine Phasenvoreilungsschaltung gegeben, die der welligen Signalkomponcntc des Drehzahlsignals eine Phasenvoreilung erteilt, die um die Phasenverzögerung des welligen Signals durch das Tiefpaßfilter geringer als 180" ist, so daß die am Ausgang des Tiefpaßfilters erscheinende wellige Signalkomponente eine Phasendifferenz von 180° zu der am Ausgang der Phasenvorcilungsschaltung erscheinenden Signalkomponente hat. Dadurch wird der Schaltungsaufwand für die Phascnvoreilungsschaltung entsprechend vermindert, da die der welligen Signalkomponente zu erteilende Phasenvoreilung kleiner als 180" ist. Die von dem Tiefpaßfilter bewirkte Phasenverzögerung der welligen Signalkomponente wird bei der erfindungsgeniäßen Schaltungsanordnung also zum Erzeugen einer Phasendifferenz von 180' mitbenutzt. Der in besonders rer Weise aufgebaute und von den einzelnen Signalen angesteuerte Vergleiche!- wird gleichzeitig auch zum Addieren der Ausgangssignale der Phasenvoreilungsschaltung und des Tiefpaßfilters benutzt, so daß sich im

Vergleicher die welligen Signalanteile gegenseitig aufheben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.

Die Schaltungsanordnung weist eine ilpeisesteuerschaltung 1 für die Motorwicklungen, eine Detektorschaltung 2, eine Tiefpaßfilter/Phascnverzögerungs-Schaltung 3 aktiver Bauart, die einen Transistor Tr t in Emitterfolgerschaltung benutzt, und eine RC-Phasenvoreilungsschaltung 5 auf.

Die Werte des Widerstandes Λ5 und des Kondensators C3, der Phasenvoreilungsschaliung 5 sind so gewählt, daß die Summe des Absolutwertes der Phasenverzögerung, die von dem Tiefpaßfilter 3 erzeugt wird, und des Absolutwertes der Phasenvoreilung, die von der Phasenvoreilungsschaltung 5 erzeugt wird, 180° beträgt.

Die Schaltung weist außerdem einen Vergleicher 4 mil Transistoren 77? 2 und Tr 3, die einen Differenzverstärker bilden, und einen Transistor 7>4au^f der mit den Emittern der Transistoren 7>2 und 7V3 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters wird an die Basis des Transistors TrI gegeben, während eine ausgewählte Bezugsspannung an die Basis des Transistors Tr3 gegeben wird. Die Zuführung der Bezugsspannung wird durch Betätigung eines Schalters SVV in einem Widerstände Rw, /?u und R\ j aufweisenden Spannungsteiler gesteuert. Im einzelnen nimmt der Schaltarm des Schalters Sw die mit einer durchgezogenen Linie angegebene Stellung für einen Betrieb mit 33 Umdrehungen pro Minute und die mit der gestrichelten Linie angegebene Stellung für einen Betrieb mit einer Drehzahl von45 Umdrehungen pro Minute ein.

Der Transistor TrA, dessen Emitter das Ausgangssignal der Phasenvoreilungsschaltung 5 zugeführt ist. arbeitet als ein Verstärker mit geerdeter Basis in Bezug auf das Phasenvoreilungssignal und als eine Konstantstromquclle für den durch 7>2 und 7r3 gebildeten Differenzverstärker in Bezug auf das Phascnverzögerungssignal von dem Tiefpaßfilter 3.

Ist der Schalter SWin seine durch die durchgezogene Linie dargestellte Stellung geschaltet, um eine Treiberspannung an die Speisesteuerschaltung 1 zu geben, so dreht sich der Motor mit 33 Umdrehungen pro Minute, wie dieses durch die Werte der Widerstände Rw und R12 bestimmt ist. 1st bei dieser Drehzahl die Grundfrequenz des der Gleichstromkomponente überlagerten welligen Signals des Drehzahlsignals 6,6 Hz. so ist die von dem Tiefpaßfilter 3 erzeugte Phasenver/ögerung 160 Grad und ein diese wellige Komponente enthaltendes Signal wird an Tr 2 gegeben. Andererseits beträgt die von der Phasenvoreilungsschaltung 5 erzeugte Phasenverschiebung 5 bis 20 Grad und ihr ebenfalls die wellige Komponente enthaltendes Ausgangssignal wird an den Emitter von 7>4 gegeben. Auf diese Weise ergibt sich eine zusammengefaßte Phasendifferenz von 180 Grad zwischen dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 3 und dem der Phasenvoreilungsschaltung 5.

Anfangs während des Anlaufens nimmt die Emitterspannung von 7r4 ab, während die Basisspannung von Tr 2 ansteigt. Während dieser 7.~itdauer wird eine große Vorspannung an 7>4 gegeben, so daß damit seine Kollektorspaniiung entsprechend verringert wird. Als Folge davon Werden die an die Transistoren Tr2 und Tr 3 gegebenen Vorspannungen ansteigen und ihre Kollektorspannungen verminderi. Cjleichzeitig wird die Kollektorspan'iung von Tr 2 weiter vermindert, da das Signal von de'n Tiefpaßfilter 3 an die Basis von Tr2 gegeben wird und damit infolge der Differenzverstärkerschaltung die Kollektorspannung von Tr 3 durch die gleiche Größe vergrößert wird, wie die Kollektorspannung von Tr2 verminderi wird. Als Felge davon wird der wellige Signalanteil in dem Phasenverzögerungssignal, das von dem Tiefpatifi.ter 3 erzeugt wird, und der wellige Signalanteil in dem Phasenvoreilungssignal, das von der Phasenvoreiiungsschaltung 5 erzeugt wird, durch den Transistor TrZ beseitigt und nur die gewünschte Gleichstromkomponente des Drehzahlsignals bleibt am Kollektor des Tansistors Tr 3.

Da die BaSsspannung von Tr2 weiterhin abnimmt, nimmt die Emitterspannung von 7r4 weiterhin zu, so daß damit die Kollektorspannung von Tr3, die als ein Fehlersignal in Bezug auf die gewünschte Betriebsdrehzahl dient, allmählich verschwindet.

Auf diese Weise wird der wellige Signalanteil von der Detektorschaltung 2 beseitigt und nur die Gleichstromkomponente am Kollektor des Transistors Tr 3 erhalten und als eine Steuerspannung an die Treiberschaltung 1 gegeben. Im einzelnen wird die Gleichstromkomponente des Signals der Detektorschaltung über das Tiefpaßfilter 3 an die Basis des Transistors Tr 2 in den Differenzverstärker 4 gegeben und dort mit der Basisspannung d. h. der Bezugsgleichspannung, von Tr 5 verglichen. Der Pegel der Differenz als Folge des Vergleichs wird verstärkt und in einer Regelschleife als Steuersignal an die Speisesteuerschaltung 1 für die Motorwicklungen zurückgeführt.

Wenn der Schalter SVV auf die mit der gestrichelten Linie angegebene Stellung geschaltet wird, arbeilet die Schaltung in der zuvor beschriebenen Weise, wobei jedoch die konstante Drehzahl des Motors 45 Umdrehungen pro Minute betragt.

Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Signale des Tiefpaßfilters 3 und der Phasenvoreiiungsschaltung 5 getrennt an 7>2 und an TrA in der Vergleichsschaltung 4 gegeben, so daß dadurch die Signale sich niemals gegenseitig beeinflussen können, um nachteilig den Betrieb der Schaltung zu beeinflussen. Würden diese Signale dagegen lediglich durch Zusammenführen addiert, um die wellige Komponente zu beseitigen, so kann eine solche gegenseitige Beeinflussung leicht auftreten. In diesem Fall müssen daher Pufferverstärker an den Eingangs- und Ausgangsseiten sowohl der Phasenverzögerungsschaltung 5 als auch des Tiefpaßfilters 3 vorgesehen werden. In dieser Schaltung vergleicht die Vergleichsschaltung 4 dann nur die Gleichstromkomponenten.

Es ist schwierig, das Tiefpaßfilter 3 und die Phasenvoreiiungsschaltung 5 so auszulegen, daß sie eine absolute Phasendifferenz von genau 180 Grad für alle benutzten Frequenzbänder bewirken. Es ist jedoch möglich, diese Schaltungen so auszulege.i. daß sie eine absolute Phasendifferenz von etwa 180 Grad in Bezug nur auf die Grund- oder erste harmonische Komponente des welligen Signals bewirken. Auf diese Weise können die harmonischen Komponenten höherer Ordnung durch ein einfaches Filter beseitigt werden, das eine kleine Zeitkonstante hat. Außerdem muß nicht immer die absolute Phasendifferenz auf genau 180 Grad beschränkt werden, da selbst, wenn diese Phasendifferenz sich verschiebt oder geringfügig ändert, das dadurch bedingte Fehlersignal eine relativ hohe Frequenz hat und leicht mit Hilfe eines einfachen, zuvor beschriebenen Filters beseitigt werden kann.

Die gezeigte Schaltung wurde praktisch aufgebaut und arbeitet in der zuvor beschriebenen Weise

5 6

zufriedenstellend, wubei die folgenden Bauelemente /?₅ 330 Ω

benutzt wurden: Rt».i 820 Ω

R_]0 560 Ω

77-1.4 2 SC 945 /?,, 8,2 K Ω

TrI. 2 SC 1344 5 /?,j 30 K Ω

Ru, 6.8ΚΩ Ci 33 μΓ

R₂₁₂ 20 K Ω C₂ 3,3 μΓ

R₁ 10 K Ω C₃ 100 μΓ

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors mit einer Speisesteuerschaltung für die Motorwicklungen, einer Detektorschaltung zum Erzeugen eines der Motordrehzahl proportionalen Drehzahlsignals, das eine einer Gleichstromkomponente überlagerte wellige Komponente enthält, einem Tiefpaßfilter zum Glätten des Drehzahlsignals und gleichzeitigen zwangsläufigen Erzeugen einer Phasenverzögerung, einer einer gewünschten Motordrehzahl proportionalen Bezugsspannung und mit emem Vergleicher zum Erzeugen eines der Differenz zwischen der Bezugsspannung und dem gefilterten Drehzahlsignal proportionalen Ausgangssignals, das als ein Steuersignal an die SpeisesteufiTSchaltung zurückgeführt wird, d a durch gekennzeichnet, daß eine Phasenvoreilungsschaltung (5) zum Voreilen der Phasenlage des Drehzahlsignals um eine Größe, die gleich etwa 180 Grad minus der vom Tiefpaßfilter (3) erzeugten Phasenven:ögerung ist, zwischen die Detektorschaltung (2) und den Vergleicher (4) geschaltet ist, wobei der Vergleicher ein Differenzverstärker, ist, der erste und zweite Transistoren (Tr 2, Tr3) mit miteinander verbundenen Emittern und einen dritten Transistor (Tr4) umfaßt, dessen Kollektor mit den miteinander verbundenen Emittern verbunden ist, wobei das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters (3) der Basis des ersten Transistors (Tr2), das Ausgangssignal der Phasenvoreilungsschaltung (5) dem Emitter des dritten Transistors (Tr 4) und die Bezugsspannung der Basis des /weiten Transistors (Tr 3) zugeführt sind.