DE2647999C3

DE2647999C3 - Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors mit einer frequenzerzeugenden Einrichtung

Info

Publication number: DE2647999C3
Application number: DE2647999A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Arai; Yoshiaki Igarashi; Nobuya Nara Sano; Masaki Hirakata Suzuki; Toshikazu Hirakata Osaka Yosumi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-10-22
Filing date: 1976-10-21
Publication date: 1980-08-21
Also published as: GB1568384A; FR2329099A1; CA1068776A; NL7611751A; FR2329099B1; DE2647999B2; DE2647999A1; US4105935A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors mit einer frequenzerzeugenden Einrichtung, die mit dem Motor zur Erzeugung eines Frequenzsignals gekoppeil ist, dessen Frequenz der Drehzahl des Motors proportional ist, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines .Stellsignals, die mit der frequenzerzeugenden Finrichtung zur Erzeugung eines Stellsignals zur Regelung des Motordrehmomentes gekoppelt ist, und die eine erste lmpulsgebercinrichtung zur Erzeugung einer ersten Inipulsreihe in Abhängigkeit von dem Frequcn/signal aufweist, wobei die erste Impulsreihe die glcicnc Schwingungsdauer wie das Frequcn/signal hat. und jeder Impuls der ersten Impulsreihe eine Impulsdauer aufweist, die kürzer als die Sehwingungsdauer des Frequen/.signals ist und abnimmt, wenn die Frequenz des Frcqucnzsignals größer wird, und wobei ein Molordrehmoiiient einsprechend der Ausgangsimpulsreihe der Einrichtung zur Erzeugung des Stellsignals erzeugt wird.

Bei einer ähnlichen Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors ((JB-PS 1167 234) ist ein Tachometer als Irequen/er/eiigende Einrichtung vorgesehen, der mit dem Motor zur Erzeugung eines

¹JO |^:rcqiienzsignals gekoppelt ist und dessen Ausgang über einen Verstärker einem moiiosiabilcn Multivibrator zugeführt wird, an dessen Ausgang eine Impulsreihe in Abhängigkeit von dem Frequenzsignal erzeugt wird. Der Ausgangsimpuls des inonostabilen Multivibrators

M weisl eine Dauer von 7Ί = Ti — T< aiii, wobei I) die Sehwingungsdauer des Tachometers und T, eine Konstante sind, d. li. die Impulsdauer I] des nionostabilerv Multivibrator wird durch Subtraktion einer konstanten Zeilgröße von dem Ausgangswerl ties Tachometers

bo erhalten. Dem monosiabilen Multivibrator ist ein Filier in Form einer integrierenden Schaltung nachgeschallcl, die ein Stellsignal erzeugt, tlas über einen Leistungsverstärker dem Molof zugeführt wird.

Diese bekannte Einrichtung /in Ri gelling der

hi 'lieh/all! eines Motors weist insbesondere den Nachteil .il. daß tier Antriebsstrom des Motors im normalen

Zustand bclraehiliehc Oberwellen aufweist. I .ills ein integrierender Kondensator /111 Speicherung der

Spannung im normalen Antriebszustand bei der bekannten Einrichtung verwendet wird, ist es möglich, den Zustand 7Ί = 0 aufrechtzuerhalten. In diesem Fall kann die Oberwellenkomponente des Moioranlriebssiroms unierdrückt werden. Eine solche Betriebsweise weist jedoch folgenden Nachteil auf: Wird angenommen, der Motor drehe sich mit normaler Drehzahl bei normaler Motorlast, so erhöht sich bei einer plötzlichen Abnahme der Motorlast schlagartig die Motordrehzahl. Würde kein integrierender Kondensator verwendet werden, könnte die erhöhte Drehzahl schnell wieder auf die normale Drehzahl zurückgedreht werden. Da jedoch ein integrierender Kondensator Anwendung findet, wird die erhöhte Drehzahl aufrechterhalten.

Bekannt ist weiter eine Schaltungsanordnung zum Vergleich einer Bezugsfrequenz-Impulsfolge mit einer Signalfrequenz-Inipulsfolge, insbesondere zur Regelung vo". Antrieben (DE-AS 12 89 871), die einen Bezugsfrequenzgenerator erfordert und bei der die "ieschleunigung oder VerJangsamung der Motordrehzahl durch Ein- und Abschaltung von Impulsen erfolgt. Ein von einer derarligen Schaltungsanordnung betätigten Mo tor weist infolge der Schaltung zwischen drei Zuständen ein unregelmäßiges Motordrehmoment auf, und zwar handelt es sich hierbei um den Zustand, in dem das Drehmoment gleich Null ist, um den Zustand eines konstanten Beschleunigungsdrehmomentes sowie um den Zustand eines konstant verlangsamten Drehmomentes.

Der Einsatz des Motordrehmomentes wird mittels Impulsen ein- und ausgeschaltet. Wenn der Motor daher belastet wird, wird ein Strom zur Beschleunigung der Molordrehzahl zwecks Überwindung der Belastung intermittierend an den Motor gelegt. Selbst wenn das Auftreten von Drehmomeniobcrwellcn im Fall des JS Zustandes konstanter Motordrehzahl ohne Belastung verhindert werden kann, weil in einem solchen Zustand im wesentlichen kein Strom an den Motor gelegt wird, treten Oberwelle.i des Drehmomentes bei Belastung des Motors auf. was ein Schwingen des Motors zur Folge hat. weil ein Strom intermittierend in einem solchen belasteten Zustand an den Motor gelegt wird.

Bekannt ist weiter eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors (DS-PS J5 79 065). bei dor die Zciicinsicllung sowohl der Voidcrflanke als auch der Rückfliinkc eines Stellsignals von einem Geschwindigkeitsmesser durchzuführen ist. um für eine genaue Regulierung der konstanten Drehzahl des Motors zu sorgen. Wenn z. B. die in der Antricbswicklung des Molors erzeugte Gegen-HMK für den Gesehwindig- W keitsiiiesser verwendet wird, werden die vom Hin- und Ausschalten des Moioranlriebsstroms herrührenden Impulse der Gegen-FMK überlagert. Daher wird sowohl die Vorderflanke als auch die Rückflankc des Impulses leicht ungenau.

Hei einer Hinrichtung, bei der die in der Antriebswicklung des Molors erzeugte FMK an sich für den Geschwindigkeitsmesser verendet wird, ist die Impulsbreite des die Motordreh/.alil darstellenden Impulses nicht genau konstant, selbst dann nicht, wenn die w> Motordreh/ahl konstant ist '■·..; ■.ritt daher bei einer Regulierung der Motordreh/ahl mittels oben genannter Impulse ein unerwünschtes |aulen bei Drehung des Molors aiii.

Uekaniii sind schließlich zwei Regelungsverfahren *", (IHM Technical Disclosure Bulk-tin, Band 17. Nr. 5. Okt. 1974. Seiten 1410 bis 1412) mit denen ein l'lberschwingen des Motors in ilen Griff gebracht werden soll. Nach dem einen Verfahren wird ein digitaler Antrieb des Motors verwendet, so daß das Drehmoment lediglich durch Ein- und Ausschalten von Signalen reguliert wird. Entsprechend der Schaltungsanordnung nach der DE-AS 12 89 871 tritt auch hier ein unerwünschtes Schwingen des Motors auf. Das andere Verfahren stützt sich auf Schaltungsmaßnahmen, wie sie bei der Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors gemäß der eingangs erwähnten Art vorgesehen sind, wobei trotz Erzeugung eines Bremssignals das Auftreten einer Motorschwingung nicht ausgeschaltet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors mit einer frequenzerzeugenden Einrichtung gemäß der eingangs erwähnter, Art zu schaffen, daß bei Drehung des Motors mit konstanter Drehzahl kein Antnebsimpuls zur Regulierung des Motors auftiitt und gleichzeitig mögliche Oberwellenkomponenten in dem Stellsignal des Drehmomentes minimalisiert und in dem Antriebsdrehmoment zwecks Ausschaltung einer möglichen Motorschwingung weitgehend gedämpft werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Stellsignals zusätzlich aufweist eine zweite Impulsgebereinrichtung zur Erzeugung einer zweiten Inipulsreihe in Abhängigkeit von dem Frequenzsignal, wobei eine Flanke jedes Impulses zeitlich bemessen mit der entsprechenden Flanke jedes Imnulses der ersten Impulsreihe zusammenfällt und wobei jeder Impuls der zweiten Impulsreihe eine konstante Impulsbreite aufweist, die annähernd gleich der jedes Impulses der ersten Impulsreihe ist, die durch die Motordrehung bei einer vorbestimmten Drehzahl erhalten wird, und eine Subtraktionseinrichtung, die mit der ersten und der /weiten Impulsgebereinrichtung, zur Erzeugung einer dritten Impulsreihe gekoppelt ist, wobei jeder Impuls eine Impulsbreite aufweist, die der Differenz /wischen der Impulsbreite der ersten !mpulsrcihe und der Impulsbreite jedes Impulses der /weiten Impulsreihe entspricht und wobei die dritte Impulsrcihc ;ils Ausgangsinipulsreihc der Einrichtung zur Erzeugung des Stellsignals dient.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus den Umcransprüchcn.

Die erlind"ngsgemaße Einrichtung erweist sich insbesondere dadurch als vorteilhaft, daß die Oberwellen des Antriebsstromes minimalisiert und Motorschwingungcn damit entschieden gedämpft werden, so daß sich die Hinrichtung insbesondere im Zusammenhang mit einem Antriebsmotor eines Plattenspielers als nützlich erweist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird nunmehr an 1 land der Zeichnungen erläutert. In letzteren zeigt

F i g. I ein scheniaiisches Blockdiagramm einer herkömmlichen Hinrichtung zur Regelung der Motordreh/ahl.

F i g. 2 eine graphische Darstellung, die an verschiedenen Punkten in der herkömmlichen Hinrichtung nach F i g. 1 auftretende Wellcnformen zeigt,

Fig. J ein schematisches Blockdiagramm einer Aiisfülmingsform der crfindungsgcmäßcn Einrichtung zur Regelung der Molordrehzahl,

I i g. 4 eine g.aphisehe Darstellung, die die an versi/iiedenen Punkten der Vorrichtung nach F i g. 3 erscheinenden Wellenformen zeigt,

Fig. ¹J ein .Schaltdiagramm einer anderen Ausführungsform tier erfindungsgeniäßen Einrichtung zur Regelung der Prchzahl des Motors und

F i g. 6 eine graphische Darstellung, die an verschiedenen Punkten der Einrichtung nach F i g. 5 erscheinende Wellenformen zeigt.

In den Fig. 1. 3 und 5 sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugs/eichen versehen.

Anhand der i g. I und 2 wird zunächst die herkömmliche Einrichtung beschrieben.

Wie Fig. 1 zeigt, ist eine frequenzerzeugende Einrichtung 1 mit einem Motor 8 gekoppelt, und das Ausgangssignal der frequenzerzeugenden Einrichtung weist eine Sinuswellenform auf, wie sie aus Fig. 2(i) hervorgeht, und es kann als Frequenzsignal bezeichnet werden. Die Frequenz des Frequenzsignals ist proportional der Drehzahl des Motors 8. Daher verringert sich die Sehwingungsdäuer der Sinusweile nach Fig. 2(i) wenn die Motordrehzahl größer wird. Eine Schmitt-Impulsgeberschaltung 2 ist mit der frequenzerzeugenden Einrichtung zur Erzeugung einer rechteckigen Welle aus dem Frequenzsignal gemäß F i g. 2(ii) gekoppelt. Ein Differentialschaltkreis 3 ist mit dem Schmitt-Impulsgeberschaltkreis zur Erzeugung einer Impulsreihe gemäß der F i g. 2(iii) aus der rechteckigen Welle gekoppelt. Ein monostabiler Multivibrator 4 ist an dem Differentialschaltkreis zur Erzeugung einer einpoligen, rechteckigen Welle gemäß der Fig. 2(iv) aus der Impulsreihe nach der F i g. 2(iii) gekoppelt. Ein Inverter 5 ist mit dem monostabilen Multivibrator 4 zur Erzeugung einer Impulsreihe nach F i g. 2(v) aus der einpoligen, rechtekkigen Welle durch Umkehrung letzterer gekoppelt.

Die Impulsreihe nach F i g. 2(v) entspricht der ersten. in der erfindungsgemäßen Einrichtung erzeugten Impulsreihe, und der in Fig. 1 von der gestrichelten Linie eingefaßte Teil 12 entspricht der ersten Impulsgcbereinriehtung der erfindungsgemäßen Einrichtung, wie später dargelegt wird. Der Teil 12 erzeugt in Abhängigkeit von dem Frequenzsignal eine Impulsreihe mit einer Schwingungsperiode, die der des Frequenzsignals gleich ist. und jeder Impuls der Impulsreihe weist eine Impulsdauer auf. die kürzer als die Schwingungsperiode des Frequenzsignals ist und sich verringert, wenn die Frequenz des Frequenzsignais großer wird.

Der Zeitintervall /_t in F i g. 2(iv) stellt eine konstante. durch den monostabilen Vibrator 4 bestimmte Zeitspanne dar, und der Zeitintervall i₃ ist eine Schwingungsperiode der Impulsreihe nach F i g. 2(v). die mit der Schwingungsperiode des Frequenzsignals nach F i g. 2(i) zusammenfällt. Daher stellt der Zeitintervall I₂ in F i g. 2(iv) eine durch Subtraktion von der Schwingungsdauer des Frequenzsignals erhaltene Zeitspanne dar. und der konstante Zeitintervall r, wird durch den monosiBbilen Multivibrator 4 bestimmt. Dies er^oib^T. sich dadurch, daß die Impulsreihe nach Fig. 2(v) aus Impulsen zusammengesetzt ist. daß die eine gleiche Schwingungsdauer wie das Frequenzsignal aufweisen, und jeder Impuls weist eine Impulsdauer k auf, die durch Subtraktion von der Schwingungsdauer des Frequenzsignals zwecks Erzielung eines konstanten Zeitintervalls ii erhalten wird.

Fig. 1 zeigt einen Niederfrequenzfilter 6 als Glättungskreis, der mit dem Inverter 5 zum Glätten der Impulsreihe nach Fig. 2(v) zwecks Erzeugung eines geglätteten Signals gemäß F i g. 2(vi) gekoppelt ist. Das geglättete Signal wird an einen Motor 8 über einen Spannungszuführungskreis 7 gelegt. Als Spannungszuführungskreis 7 kann ein gewöhnlicher Trennverstärker verwendet werden.

Gemäß der Anordnung zur Regelung der Motordrehzahl ist das erzeugte Drehmoment des Motors der mittleren Spannung der Welle nach F i g. 2(v) oder der mittleren Spannung plus einer Vorspannung proportional.

Durch Einstellen von Ii = Ii in F i g. 2 (d.h. eine Einstellung derart, daß fi gleich oder ein weniger kleiner als h ist) im Fall einer normalen Motordrehzahl (d. h. bei einer gewünschten vorbestimmten Motordrehzahl). kann das an den Spannungszuführkeis 7 gelegte Signal so erzeugt werden, daß es sehr geringe Oberwellenkomponenten des Stroms aufweist, so daß der Motor sehr ruhig bei normaler Drehzahl läuft. Da jedoch bei normaler Drehzahl /2 = 0 ist, wird im Fall eines Überschwingens kein elektrisches Signal an den Motor gelegt, um die Überschwingung zwecks Drehung des Motors mil normaler Drehzahl zurückzubilden. D. h., die Linearität der die Drehzahl regelnden Anordnung geht gleichsam verloren und eine stabile Motordrehzahlregclung ist schwierig zu erreichen.

Obgleich ein Überschwingen praktisch verhinderbar ist, d. h. obgleich die Linearität der Drehzahlregelanordnung erhalten werden kann, wird bei einer solchen Drehzahlregelanordnung die Impulsdauer /₂ derart eingestellt, daß die Impulsdauer Ii lang genug ist, damit sie nicht selbst dann Null wird, wenn die Moiordrehzahl in einem praktisch geeigneten Motordrehzahlbereich sehr hoch wird.

Jedoch existieren in einem solchen Fall Oberwellenkomponenten des Stroms in dem Ausgangssignal des Glättungskreises 6. Der Antriebsstrom für den Motor

JO weist daher ebenso Oberwellenkomponentcn auf. Folglich ist das Antriebsdrehmoment für den Motor nicht konstant und weist Oberwellen auf, die für unerwünschte Motorschwingung sorgen können. Falls die Grenzfrequenz des Niederfrequenzfilters, der als Glättungskreis verwendet wird, zur Verringerung der Oberwellenkomponenten dies Stroms herabgesetzt wird, ist die Drehzahlregelanordnung geeignet, stabil zu werden.

Die Erfindung vermag diese Nachteile der hcrkömmliehen Einrichtung zur Regelung der Motordrehzahl in den Griff zu bekommen, und eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wird nachfolgend an Hand der F i g. 3 und 4 beschrieben.

Wie aus F i g. 3 hervorgehl, sind Elemente 1 bis 8 eine frequenzerzeugende Einrichtung, eine Schmitt-Impulsgeberschaltung, eine Differentialschaltung, ein monostabiler Multivibrator, ein Inverter, eine Glättungsschaltung (niederfrequenzfilter), eine Spannungszuführungsschaltung und ein Motor, welche Elemente den Elementen 1 bis 8 der Fig. 1 ähnlich sind und gleiche Funktionen wie diese ausüben Die ImpnKgebereinrichtung 12 nach Fig.3 erzeugt daher eine Impulsreihe ähnlich der von der Impulseinrichtung 12 in Fig. 1 erzeugten Impulsreihe. Die Impulsgebereinrichtung 12 stellt die erste Impulsgebereinrichtung der erfindungsgemäßen Einrichtung dar und erzeugt in Abhängigkeit von dem Frequenzsignal eine erste Impulsreihe, wie sie in Fig.4(i) gezeigt ist, die eine Schwingungsdauer aufweist, die gleich der des Frequenzsignals ist und wobei jeder Impuls der ersten Impulsreihe eine Impulsdauer *2 aufweist, die kürzer als die Impulsdauer des Frequenzsignals ist und die sich verringert, wenn die Frequenz des Frequenzsignals größer wird.

Ein Differentialschaltkreis 9 ist mit dem Inverter 5 zur Erzeugung einer Impulsreihe nach Fig.4(ii) von der ersten Impulsreihe nach Fig.(i) gekoppelt. Ein monostabiler Multivibrator 10 ist mit der Differentialschaltung 9 zur Erzeugung einer Impulsreihe nach F i g. 4(iii)

von der Impulsreihe nach der Fi g. 4(ii) gekoppelt. Die Impulsreihe nach F i g. 4(iii) bildet die zweite Impulsreihe gemäß der erfindungsgemäßen Einrichtung und die Kombination der Differentialschaltung 9 und des monostabilen Multivibrators IO bildet die zweite Impulsgebereinrichtung 13 gemäß der erfindungsgemäßen Einrichtung. Jeder Impuls der zweiten Impulsreihe weist eine Vorderflanke auf, die in zeitlicher Bemessung mit der Vorderflanke jedes Impulses der ersten Impulsreihe zusammenfällt, und besitzt eine Impulsdauer /₄, die eine konstante Impulsdauer in Abhängigkeit von der Frequenz des Frequenzgenerators 1 darstellt und annähernd gleich der jedes Impulses der ersten, durch die Drehung des Motors bei einer vorbestimmten Drehzahl erhaltenen impulsreihen ist. d. h. wenn der Motor sich mit einer gewünschten oder der normalen Drehzahl dreht. Der Begriff »annähernd gleiche Impulsdauer« schließt auch den Fall gleicher Impulsbreite ein.

Eine Subtraktionseinrichtung 11 ist mit der ersten und der zweiten Impulsgebereinrichtung 12 und 13 zur Erzeugung einer dritten Impulsreihe gemäß Fig. 4(vi) aus der ersten und der ersten Impulsreihe durch Subtraktion zwischen letzteren vorgesehen, wobei jeder Impuls der dritten Impulsreihe folglich eine Impulsreihe aufweist, die der Differenz zwischen der Impulsdauer jedes Impulses der ersten Impulsreihe und der Impulsdauer jedes Impulses der zweiten Impulsreihe entspricht. Das Bezugszeichen 14 erfaßt somit eine Einrichtung zur Steuerung eines Stellsignals. Ein Signal zur Regulierung des Motordrehmomentes entsprechend der dritten Impulsreihe wird dem Motor 8 eingegeben, wodurch eine gewünschte Regelung der Motordrehzahl erreichbar ist. Die dritte Impulsreihe wird dem Niederfrequenzfilter 6 als Glältungsschaltkreis eingegeben, der mit der Subtraktionseinrichtung 11 zur Glättung der dritten Impulsreihe gemäß Fig. 4(vi) gekoppelt ist. um ein geglättetes Signal gemäß Fig. 4(vii) zu erzeugen. Das geglättete Signal wird an den Motor 8 über eine Spannungszuführungsschaltung 7 gelegt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung bringt folgende Vorteile mit sich. Da die Impulsdauer jedes Impulses der dritten Impulsreihe sehr kurz gemacht werden kann, können die Oberwellenkomponenten des Stroms in dem geglätteten Signal, das an die Spannungszuführungsschaltung gelegt wird, minimalisiert werden. Wenn der Motor sich ferner mit einer Drehzahl dreht, die höher als die vorbestimmte Drehzahl ist, wird die Impulsdauer jedes Impulses der ersten Impulsreihe kurzer, wie aus F j σ. 4^iv^ hervorgeht, so daß die Polarität iedes Impulses der dritten Impulsreihe negativ wird, wie Fig.4(v) zeigt, und folglich ein negatives Signal als Bremssignal zur Verringerung der Drehzahl dient, wird die Motordrehzahl derart gestaltet, daß die vorbestimmte Drehzahl wiedereingestellt wird. Folglich wird die Linearität der Anordnung zur Regulierung der MotordrehzahL die für gewöhnlich bei einer herkömmlichen Einrichtung verlorengeht, mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung aufrechterhalten.

Obgleich die erste Impulsreihe zuerst und die zweite Impulsreihe in dem obigen Beispiel der Erfindung an zweiter Stelle erzeugt werden, wie in Bezug auf die F i g. 3 und 4 dargelegt ist, d. h. die erste Impulsgebereinrichtung ist über eine Eingangsklemme mit der frequenzerzeugenden Einrichtung und die zweite Impulsgebereinrichtung ist über eine Eingangsklemme mit der ersten Impulsgebereinrichtung gekoppelt, kann die Reihenfolge der Impulserzeugung umgekehrt werden, so lange sowohl die erste als auch die zweite Impulsreihe erzeugt und der Subtraktionseinrichtung eingegeben werden. Eine Ausführungsform der Einrichtung zur Regulierung der Motordrehzahl, bei der die zweite Impulsreihe zuerst und die erste Impulsreihe an zweiter Stelle erzeugt werden, wird im Zusammenhang mit den Fig.5 und 6 beschrieben, die eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellen.

to Wie aus F i g. 5 hervorgeht, erzeugt eine Einrichtung 14 zur Erzeugung eines Stellsignals eine Impulsreihe, die ähnlich der dritten Impulsreihe ist, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 beschrieben worden ist.

Die Einrichtung 14 zur Erzeugung eines Stellsignals nach Fig. 5 kann durch die Einrichtung 14 zur Erzeugung eines Stellsignals nach der Fig. 3 ersetzt werden. Eine zweite Impulsgebereinrichtung 13 erzeugt aus dem Frequenzsignal eine Impulsreihe, die ähnlich der zweiten Impulsreihe ist, wie im Zusammenhang mit den F i g. 3 und 4 beschrieben.

Eine erste Impulsgebereinrichtung 12 ist mit der zweiten Impulsgebereinrichtung 13 zur Erzeugung einer Impulsreihe gekoppelt, die ähnlich der im Zusammenhang mit den Fig.3 und 4 beschriebenen ersten Impulsreihe ist. Eine Subtraktionseinrichtung 11, die ein Beispiel für die in der Einrichtung nach Fig. 3 verwendete Subtraktionseinrichtung darstellt, schließt zur gleichen Zeit die aus den Transistoren 7"U und T22 gebildete Stromquelle ein und ist sowohl mit der zweiten, als auch mit der ersten Impulsgebereinrichtung 13 und 12 gekoppelt und erzeugt eine Strominipulsreihe, die ähnlich der im Zusammenhang mit den F i g. 3 und 4 beschriebenen dritten Impulsreihe ist. Eine Impedanzschaltkreis 15 ist mit der Stromquelle 7m, /22 verbunden und wird von der Subtraktionseinrichtung 11 zur Modifizierung der dritten Impulsreihe umfaßt, um den Einfluß des Lastdrehmomentes auf die Motordrehzahl im eingeschwungenen Zustand zu dämpfen.

Die verbesserte dritte Impulsreihe ist an den Niederfrequenzfilter 6 als Glättungsschaltung in ähnlicher Weise wie in Fig. 3 gelegt und wird dann dem Motor über eine Spannungszuführungsschaltung in ähnlicher Weise wie nach F i g. 3 eingegeben. (Dies ist in F i g. 5 nicht, jedoch in F i g. 3 gezeigt).

Nachfolgend wird unter Bezug auf Fig. 6 die Einrichtung nach F i g. 5 und ihre Funktion im einzelnen beschrieben. Konstante Gleichstromquellen /1 bis /9 erzeugen konstante Gleichströme /1 bis /9. Konstante Potentiale E] bis £4 werden durch den Strom i\ und Widerstände R< bis Rt bestimmt. Konstante Potentiale Es und Et werden durch den Strom /4 und Widerstände Rn bzw. R_n bestimmt. Dioden D\ bis Dg weisen eine Spannung Vo 1 bis Vp β auf. An Transistoren T2 bis Γ22 liegen Basis-Emitter-Spannungen ν_Β£2 bis V_fl£₂2· Das Ausgangssignal aus der frequenzerzeugenden Einrichtung 1 mit der Vorspannung Eb wird an die Basis des Transistors T₄ als Eingangssignal ei gelegt, das in F i g. 6(i) gezeigte Wellenform aufweist.

Wenn e, > E_B ist, wird der Kondensator Q mit dem konstanten Strom /3 in positiver Richtung durch die Spannungsquelle /3 aufgeladen, und das Kollektorpotential ei des Transistors T₂, mit dem der Kondensator Q verbunden ist, erhöht sich, bis die Stromquelle /3 gesättigt ist und es wird bei Sättigung der Stromquelle /3 stabil. Wenn e, < Eb ist, fließt der Strom k von der Stromquelle h durch den Transistor 73. Durch die Wahl des Stromes h größer als /3 wird der Kondensator Q mit

einem Strom der Differenz h—h in negativer Richtung aufgeladen, so daß das Potential ei sich fortlaufend verringert, bis der Transistor T₂ gesättigt ist und bei Sättigung des Transistors Γ2 stabil wird. Das Potential C] weist daher die in F i g. 6(ii) gezeigte Wellenform auf.

Wenn ferner e, > Fg ist, fließt der Strom /2 durch den Transistor Γ4, und da ei < £2 ist, fließt der Strom h durch den Transistor Γ5. Wenn das Potential ei größer wird und £2 (e\ > E₂) übersteigt, fließt der Strom i₂ durch den Transistor 7t,. In diesem Fall, d. h. wenn ei + Vo 3 < £3, d. g. wenn E₂ < ei < £3 - Vp 3 ist, fließt der Strom h durch den Transistor 77. Daher fließt durch den Transistor T₁ ein in der Fig. 6(iii) gezeigter Impulsstrom. Die Schwingungsdauer des Impulsstioms ist gleich der Schwingungsdauer von C|, d. h. 7₃, wie in F i g. 6(i) gezeigt ist. Das bedeutet, die Schwingungsdauer des Impulsstroms ist die gleiche wie die Schwingungsdauer des Ausgangssignals (Frequenzsignals) der frequenzerzeugenden Einrichtung 1 nach Fig. 3. Da jedoch der Strom h, die Spannung E₂, die Spannungsdifferenz Ej- Vo 3 und die Kapazität des Kondensators Ci konstant sind, ist die Impulsdauer Ta in Fig. 6(iii) konstant. Die Impulsreihe der Fig. 6(iii) entspricht der zweiten, oben definierten Impulsreihe.

Wenn das Potential ei weiter anwächst, fließt der Strom h durch den Transistor Tu, und da ei + Vo 2 + V₀ 3 < E₄, d. h. E₃ - V_D ₃ < ei < E₄ - Vd 2 - Vo 3 ist, fließt der Strom i₂ durch den Transistor T[O- Daher fließt ein Impulsstrom, wie er in Fig.6(iv) dargestellt wird, durch den Transistor Ti₀. Einen kurzen Augenblick, bevor dieser Impulsstrom erzeugt wird, befindet sich der Transistor Ti« in dem Differentialverstärker, der von den Transistoren 7Ϊ« und ΤΉ gebildet wird, im eingeschalteten Zustand, und der Koliektorstrom des Transistors Ti₈, d. h. /7, fließt durch eine Diode Di und einen Widerstand #15. so daß ein Strom dann durch einen Widersland R\t und den Transistor Γ17 Hießt.

Wird die Schaltungsanordnung so ausgelegt, daß der Kollektorstrom des Transistors Γ17 größer als der Strom /f, ist, so wird zu diesem Zeitpunkt ein Strom erzeugt, der auch durch die Diode D₆ fließt. Zu diesem Zeitpunkt heben sich die Spannung an der Diode D₆ und der Basis-Emitter-Spannungsabfall des Transistors Tj? gegeneinander auf, so daß das Kollektorpotential des Transistors Γ17, d. h. das Basispotential des 1 ransistors T|g im wesentlichen gleich dem Potential E_b wird. Wenn in diesem Zustand ein Strom durch den Transistor Tw fließt, fließt ein Strom h durch die Diode D₄ und den Widerstand Ry und ein Strom fließt durch den Widerstand /?q und den Transistor 71 j, so daß kein Strom durch die Diode D, und den Widerstand R₁^ fiicßi.

Folglich fällt das rCollektorpoteniial des Transistors T_u plötzlich von E₆ auf E₅ — Vm: it>. weil der Transistor 7~i6 als Emitterverstärker wirkt. (Die Diode Db wird umgekehrt vorgespannt). Das Basispotential des Transistors T\i wird dann höher als das Basispotential des Transistors F]₈, so daß der Transistor Tm eingeschaltet wird. Der Kondensator C₂ wird folglich in negativer Richtung durch die Stromdifferenz/7 — /₈ aufgeladen, so daß das Kollektorpotential e? des Transistors 7Ί·?, der mit dem Kondensator C₂ verbunden ist, sich zu verringern beginnt.

Wenn das Potential C₂ sich weiter verringert, bis es im wesentlichen gleich E₅ — V_ßinb ist, beginnt ein Strom durch den Transistor Ti₈ zu fließen und eine positive Rückkopplung tritt auf, und zwar infolge des Vorhandenseins der Diode D₇, der Widerstände ß|5 und Ru und des Transistors 7~i;, zur weiteren Vergrößerung des Basispotentials des Transistors 71s. so daß die Transistoren Wi₈ und T^ augenblicklich in ihren leitenden Zustand geschaltet werden, und daß die Transistoren 71« und 7"m ein- bzw. wieder ausgeschaltet werden. Der Kondensator C₂ wird darauf in positiver Richtung durch den Strom /₈ aufgeladen, bis die Spannung des Kondensators C₂ im wesentlichen gleich dem Potential Eb wird.

Zu dem Zeitpunkt, in dem der Transistor 7"i₀ eingeschaltet wird, werden die Transistoren 7I₈ und 7m in den leitenden Zustand geschaltet und aus- bzw. wieder eingeschaltet. Das Kollektorpotential C2 des Transistors T^ weist daher eine Wellenform gemäß F i g. 6(v) auf, deren Schwingungsdauer mit der des Frequenzsignais der frequen ».erzeugenden Einrichtung f nach Fig. 3 übereinstimmt. Das Schalten der Transistoren 7|« und T^ in den leitenden Zustand erfolgt nicht nur, wenn das Potential e2 auf das anhaltende stabile Potential ansteigt, das im wesentlichen gleich dem Potential Eb ist, sondern auch, wenn das Potential C₂ geringer als das anhaltende stabile Potential nach der F i g. 6(v) ist.

Da die Ströme /7 und k, die Potentiale E5 und E_b und die Kapazi'ät C₂ konstant sind, und wenn der Wert des Stroms /7 angemessen größer als der Wert des Stroms ;₈ ist, ist der Zeitintervall 7| nach Fig. 6(v) meistens konstant. Weiterhin befindet sich in dem Differentialverstärker, der sich aus den Transistoren 72o und 72i zusammensetzt, der Transistor 72i nur dann im eingeschalteten Zustand wenn C₂ > E_b — Vm; is ist, und wenn der Transistor 7₂| sich im eingeschalteten Zustand befindet, fließt der von der Stromquelle /9 gelieferte Strom A) durch die Diode Dh und den Widerstand Rw. Da vom Transistor 7|₂ ein Kollcktorstrom aus an den Transistor 72i gelegt wird, wenn der Strom h durch den Transistor Tj0 fließt, fließt ein Impulsstrom nach F i g. 6(vi) durch den Widerstand Rn und den Transistor 722. Diese Impulsreihe nach Fig. 6(vi) enlspricht der ersten, oben definierten Inipulsreihe. Die Riickflanke des Impulses der zweiten Impulsrcihe nach Fig. b(iii) fällt zeitlich bemessen mit der Rückflankc der Impulse der ersten Impulsreihe nach Fig. b(vi) zusammen oder ist mit ihr synchron.

Entsprechend wird der Strom h (wie er in F i g. b dargestellt is¹), der durch den Transistor 77 geflossen ist. an die Reihenschaltung aus dem Widerstand /fm und dem Kondensator Cj durch eine .Stromumkehrschaltung, die von der Diode Di, den Widerständen R*, und /f„, dem Transistor T₁, der Diode D··,. den Widerständen Rm und Rw und dem Transistor 7n gebildet wird, gelegt. In gleicher Weise wird der Kullekiorstroni des Transistors 722 an eine Reihenschaltung des Widerstandes R\_H und des Kondensators Ci gelegt. Durch Auslegen dieser Schaltelemente derart, daß die beiden Ströme hinsichtlich ihrer Amplitude gleich gemacht werden und in entgegengesetzter Richtung fließen, flicßl der in Fig. 6(vi) dargestellte Strom folglich durch den Widerstand 18.

Wenn die Motordrehzahl gering ist und die Schwingungsdauer t_s in Fig. 6 daher lang ist, ist das Verhältnis zwischen /4 und /2 h > '4. so daß der Kondensator Cj zwecks Vergrößerung der an ihm liegenden Spannung aufgeladen wird. Das Potcniia! e» an der Klemme, an der der Kollektor jedes Transistors 7|4 und 722 liegt, wird daher gesteigert. Wenn demgegenüber die Motordrehzahl hoch ist und die Schwingungsdauer /j daher kurz ist, wird das Verhältnis

von J₄ und h zu U > fr. so dall der Kondensator G aufgeladen wird, um die an ihm liegende Spannung zu verringern. Potential co nimmt daher ab. Wird folglich die Spannungszuführungsschallung 7 der Fig. 3 durch das Potential eo betrieben, so konvergiert folglich das Verhältnis zwischen u und h in F i g. 6 nach i₄ = h (d. h. ft = c), so daß der Motor zwecks Drehung mit einer konstanten Drehzahl geregelt wird.

Die konstante Drehzahlregelung wird bei jedem Motorlastzustand infolge der Funktion des Kondensators G erreicht. D. h. die Spannung am Kondensator variieit mit der Veränderung der Last, um den Zustand U = f2 zu erhalten. Das Vorhandensein des Widerstandes /?i8 sorgt für den Stabilitätszustand der Regelanordnung, d. h. durch Wahl einer geeigneten Zeitkonstanten G · /?i8 wird die Regelanordnung stabil. Wenn ferner die Motordrehzahl konstant ist (d. h. bei einer vorbestimmten Drehzahl), fließt kein Strom durch den Widerstand Rm infolge von u = h, so daß keine Oberwellenkomponenten des Stroms in dem Signal an der Klemme eo der Fig. 5 auftreten. Daher dreht sich der Motor ruhig.

Der Motor wird ferner durch die Impulsreihe angetrieben, wobei jeder Impuls eine Impulsdauer aufweist, die der Differenz zwischen der Impulsdauer U nach Fig. b(iii) und der Impulsdauer I₂ nach Fig.6(vi) entspricht. Daher wird die Linearität des Verhältnisses

der Motordrehzahl und der Spannungsdifferenz zwischen der Spannung, die der vorbestimmten Drehzahl entspricht, und die Spannung, die der tatsächlichen Motordrehzahl entspricht, bei der Einrichtung nach F i g. 5 aufrechterhalten, während die Linearität bei der

ίο herkömmlichen Anordnung, der im Fall einer Überregelung kein Bremssignal erzeugt wird, verloren geht. Wenn die Motordrehzahl z. B. so hoch wird, daß die Impulsdauer /₂ nach F i g. 6(vi) kürzer als die Impulsdauer i₄ nach Fig. 6(iii) wird, fließt der Strom durch den Widerstand R\g zum Kondensator G. um die an letzterem liegende Spannung zu verringern, so daß ein Bremssignal, wie in F i g. 6(viii) gezeigt ist, erzeugt wird und sich die Motordrehzahl verringert.

Auf diese Weise kann eine Einrichtung zur Erzeugung der Motordrehzahl geschaffen werden, die einem Motor ermöglicht, mit einer konstanten Drehzahl unabhängig von der Motorlast zu laufen, und zwar auf sehr ruhige Weise.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors mit einer frequenzerzeugenden Einrichtung, die mit dem Motor zur Erzeugung eines Frequenzsignais gekoppelt ist, dessen Frequenz der Drehzahl des Motors proportional ist, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Stellsignals, die mit der frequenzerzeugenden Einrichtung zur Erzeugung eines Stellsignals zur Regelung des Motordrehmomentes gekoppelt ist, und die eine erste Impulsgebereinrichtung zur Erzeugung einer ersten Impulsreihe in Abhängigkeit von dem Frequenzsignal aufweist, wobei die erste Impulsreihe die gleiche Schwingungsdauer wie das Frequenzsignal hat, und jeder Impuls der ersten Impulsreihe eine Impulsdauer aufweist, die kürzer als die Schwingungsdauer des Frequenzsignals ist und abnimmt, wenn die Frequenz des Frequenzsignals größer wird, und wobei ein Motordrehmoment entsprechend der Ausgangsimpulsreihe der Einrichtung zur Erzeugung des Stellsignals erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14) zur Erzeugung des Stellsignals zusätzlich aufweist, eine zweite Impulsgebereinrichtung (13) zur Erzeugung einer zweiten Impulsreihe in Abhängigkeit von dem Frequenzsignal, wobei eine Flanke jedes Impulses zeitlich bemessen mit der entsprechenden Flanke jedes Impulses der ersten Impulsreihe zusammen fällt und wobei jeder Impuls der zweiten Impulsreihe eine konstante Impulsbreite aufweist, die annähernd gleich der jedes Impulses der ersten Inipulsreihe ist, die durch die Motordrehung bei einer vorbestimmten Drehzahl erhalten wird, und eine Subtraktionscinrichtung (11), die mit der ersten und der zweiten lmpulsgebercinrichtung (12 bzw. 13) zur Erzeugung einer dritten Impulsreihe gekoppelt ist, wobei jeder Impuls eine Impulsbreite aufweist, die der Differenz zwischen der Impulsbreite der ersten Impulsreihe und der Impulsbreite jedes Impulses der zweiten Inipulsreihe entspricht und wobei die dritte Impulsreihe als Ausgangsimpukreihe der Einrichtung (14) zur Erzeugung des Steuersignals dient.

2. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flanke jedes Impulses der /weilen Impulsreihe die Vorderflanke ist, und daß die entsprechende Flanke jedes Impulses der ersten Impulsreihe die Vorderflanke ist.

3. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flanke jedes Impulses der /weiten Inipulsreihe die Rückflankc und die entsprechende Flanke jedes Impulses der ersten liiipulsreilie ebenfalls die Rückflankc ist.

4. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste ImpulsgcbereinrichUing (12) mil einer F.ingangskleinmc mit tier ein Frequcn/.signa¹ erzeugenden Einrichtung (I) verbunden ist, uiid daß die zweite Inipulsgebereinrichtung (13) mit einer Klemme mit der ersten lmpulsgebercinrichtung (12) verbunden ist.

^ri. I-.inrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Inipiilsgebereinrichtiing (Π) mil einer IJngangsklemme mil der ein Frequenzsignal erzeugenden Einrichtung (1) verbunden ist. und daß die erste Impulsgebereinrichtung (12) mit einer Eingangsklemme mit der zweiten Impulsgebereinrichtung (13) verbunden ist.

6. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste als auch die zweite Impulsgebereinrichtung (12 bzw. 13) einen monostabilen Multivibrator (10) aufweisen.

7. Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Motors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (14) zur Erzeugung eines Stellsignals einen Impedanzschaltkreis (15) aus einer Serienschaltung eines Kondensators (Ci) und eines Widerstandes (R^) aufweist, und daß die Subtraktior.seinrichtung (11) eine Stromquelle (Ti₄; T22) einschließt, die zu dem 'mpedanzschaltkreis einen positiven und einen negativen Strom zu liefern vermag, wobei die an dem Kondensator (Ci) liegende Spannung bei Veränderung der Motorlast zur Aufrechlerhaltung einer Impulsdauer jedes Impulses der ersten Impulsreihe, die gleich der jedes Impulses der zweiten Impulsreihe ist, variierbar ist.