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Einrichtung zum Rakeln der Drehzahl von Gleichstrommotoren,
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inshesondere kol lektorlosen Gleichstrommotoren.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Drehzahl von
Gleichstrannotoren, insbesondere kollektorlosen Gleichstrommotoren, unter Verwendung
eines Tachogenerators und mit Beeinflussung des Stranflußes durch die Antriebswicklung(en)
des Gleichstrommotors in AbhAngigkeit von den durch den Tachogenerator erzeugten
periodischen Signalen mittels eines Transistors, durch den der gesamte Motorstrom
fließt.
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Bei bekannten Einrichtungen dieser Art wird durch einen Digital-Analog-Wandler
eine der Tachogeneratorfrequenz streng proportionale Gleichspannung erzeugt die
in einer Komparatorschaltung mit einer elektronisch erzeugten konstanten Gleichspannung
verglichen wird, wobei Strom durch die Motorwicklung(en) fließt, wenn die durch
den Tachogenerator erzeugte Spannung kleiner ist als die Vergleichsspannung.
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Eine solche Komparatorschaltung weist einen vergleichsweise karpliziertem
Aufbau aus einer Vielzahl von Bauelementen auf, deren Toleranzen und Temperaturabhängigkeiten
eine erhebliche Rolle spielen. Deshalb nuß eine solche Komparatorschaltung
bereits
herstellerseitig an verschiedensten Stellen justiert werden.
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Die Erfindung erstrebt die Ausbildung einer solchen Einrichtung derart,
daß sich ein einfacherer Aufbau, d. h. mit weniqer Bauelementen oder mit weniger
toleranz- und tenperaturempfindlichen Bauelementen ergibt, wodurch auch die Anzahl
der Justiervorgänge verringert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die van Tachogenerator
erzeugten periodischen Signale in Rechtecksignale umgewandelt werden, daß die Rechtecksignale
das Rücksetz-Signal für ein RS-Flip-Flcp, das den den Motorstrom steuernden Transistor
steuert und das Trigger-Signal für ein Zeitglied liefern, das seinerseits das Set-Signal
für das RS-Flip-Flop abgibt, wobei die Anordnung so gewählt ist, daß bei Erreichen
der Solldrehzahl das Set-Signal ausbleibt.
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Dadurch, daß mit sprunghaften Spannungsänderungen gearbeitet wird,
ist an den die Spannungen liefernden Elementen keine Justierung erforderlich, da
nur die Flanke der Spannungen von Bedeutung ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Rechtecksignale das RücksetaSiqnal und
das Trioqer-Signal mit der gleichen Flanke liefern, weil dann Bauelemente der gleichen
Wesensart eingesetzt werden konnen.
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Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, die sich insbesondere durch
den Einsatz wesentlich weniger Bauelemente auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Zeitglied ein monostabiler Multivlbrator ist, dessen Ausgangssignal zu dem
Rechtecksignal über eine Addierschaltung addiert wird, deren Ausgangssignal das
Set-Signal für das RS-Flip-Flop liefert, wobei die Laufzeit des monostabilen Multivibrators
so eingestellt ist, daß bei Erreichen der Solldrehzahl die Addierschaltung kein
Set-Signal abgibt.
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Die Schaltung läßt sich besonders billig ausbilden, wenn die Addierschaltung
aus drei NAND-Gliedern besteht, wobei das Rechtecksignal und das Ausgangssignal
des Mhltivibrators auf den Eingang je eines NAND-Gliedes gegeben werden, deren Ausgänge
an die zwei Eingänge des dritten NPND-Gliedes geschaltet sind, dessen Ausgang das
Set-Signal liefert.
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Man kann auf jegliche Justiervorrichtung verzichten, wenn in weiterer
Ausbildung der Erfindung das Zeitglied aus einem Quarzoszillator und ihm nachgeschalteten
Teilerstufen besteht, die vom Quarzoszillator durch ein durch ein RS-FlipFlop zu
sperrendes oder freizugebendes Organ getrennt sind, wobei das RS-FlipFlop durch
die van Tachogenerator stammenden Rechtecksignale gesetzt und van Ausgangssignal
der Teilerstufen zurückgesetzt wird.
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Hierbei ist die einzige,äußeren Einflüssen ausgesetzte und durch sie
veränderliche Schaltungsgröße der Quarzoszillator, dessen Temperaturabhängigkeit
für die in der Praxis auftretenden Werte jedoch vollkommen unberücksichtigt bleiben
kann. Da die Einzelbauteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bei dieser AusfUhrungsform
aus Elementen bestehen, die nach bekannten Techniken leicht integrierbar sind, kann
diese Einrichtung insgesamt in einem einzigen integrierten Baustein erstellt werden.
Sie wird somit wesentlich billiger als jede denkbare andere Lösung des eingangs
aufgezeigten Problems.
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Im einfachsten Fall ist das sperrende und freigebende Organ ein NAND-Glied,
auf dessen einen Eingang der Ausgang des Quarzoszillators und auf dessen anderen
Eingans der Ausgang des RS-Flip-Flop geschaltet ist, während sein Ausgang am Eingang
der Teilerstufen liegt.
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Weist in weiterer Ausbildunq der Erfindung das PS-FlipFlop einen Takteingang
auf, an dem der Ausgang der leilerstufen belegt ist, dann ist qeaShrleistet, daß
das Set-Signal nur dann wirksam werden kann, wenn der Takteingang auf "0" liegt.
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Bei Verwendung an Motoren mit verschiedenen Drehzahlen wird in weiterer
Ausbildung der Erfindung die Quarzfrequenz so gewählt, daß allein durch Umschalten
der Teilverhäitnisse der Teilerstufen auf die verschiedenen Drehzahlen umschaltbar
ist.
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Wbnn das Taktsignal am RS-Flip-Flop von der abfallenden Flanke der
Teilerstufe gebildet wird, dann ist es erftrderlich, daß in Weiterbildung der Erfindung
das Set-Signal für den den Motorstrom steuernden RS-Flip-Flop durch Invertieren
des Ausgangssignals der Teilerstufen geliefert wird.
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Zum Erleichtern des Anlaufes ist in weiterer Ausbildung der Erfindung
vorgesehen, daß am Ausgang des den Motorstrom steuernden RS-Flip-Flop eine Serienschaltung
aus
einer Diode und zwei NAND-Gliedern vorgesehen ist, von denen der Eingang des letzten
NAMD-Gliedes über eine PC-Schaltung an Masse liegt.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 die schematische Darstellung einer
ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung, unter der die Spannungskurven
an verschiedenen in dem Schaltbild angegebenen Punkten aufgetragen sind; Fig. 2
ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,
unter dem ebenfalls wieder die Spannungskurven an verschiedenen Punkten der Schaltung
angegeben sind.
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Mit 1 ist die Spule eines sonst nicht gezeichneten Tachogenerators
bezeichnet, die an den beiden Eingängen eines Operationsverstärkers 2 gelegt ist,
dessen Stromversorgung mit 3, 4 bezeichnet ist. Der Widerstand 5 erzeugt die Vorspannung
für den Operationsverstärker 2, dessen Ausgang über einen Widerstand 6 an die Basis
eines Transistors 7 gelegt ist. Ein zweiter Transistor 8 liegt mit seiner Basis
an einem Spannungsteiler, der im Ausführungsbeispiel aus den beiden Widerständen
9 und 10 besteht und im Kollektorkreis des Transistors 7 liegt. Mit 11 ist der Kollektorwiderstand
des Transistors 8 bezeichnet an dessen mit n;bezeichnetem Punkt die Rechtecksignale
entstehen, die unterhalb des Schaltbildes im einzelnen mit TG angedeutet sind. Mit
12 ist ein monostabiler Multivibrator bezeichnet, der vam Kollektor über ein Differenzierglied,
bestehend aus einem Kondensator 13 und einem Widerstand 14,getriggert wird. Die
Laufzeit des monostabilen Multivibrators 12 ist bestimmt durch das RC-Glied, bestehend
aus dem Kondensator 15 und dem regelbaren Widerstand 16. Mit 17 ist ein RS-Flip-Flop
bezeichnet, dessen Rückset-Eingang R am Kollektor des Transistors 8 liegt, während
der Set-Eingang S an den Ausgang des NAND-Gliedes 20 der aus den NAND-Gliedern 18,
19 und 20 bestehenden Addierschaltung geschaltet ist. Während der Eingang des NWND-Gliedes
19 am Kollektor des Transistors 8 liegt, ist der Eingang des NAMW;liedes 18 an den
Ausgang des mcnostabilen Multivibrators 12 geschaltet. Der Ausgang Q des RS-Flip-Flop
17 liegt über eine Reihenschaltung aus den zwei Widerständen 21 und 22 an der Basis
des Transistors 23, der den Transistor 24 steuert, durch welchen der Strom des Motors
M fließt.
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Die beiden Kondensatoren 25 und 26 glätten die impulsförmigen Ausgangssignale
des RS-Flip-Flop 17. Der Widerstand 27 dient zur Entladung der Kondensatoren 25
und 26. Der Widerstand 28 ist lediglich ein Schutzwiderstand.
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Um den Anlauf zu verbessern,sind zwei NAND-Glieder 29 und 30 Uber
eine Diode 31 an die serienschaltung der Widerstände 21, 22 gelegt, wobei der Eingang
des NAND-Gliedes 30 Uber einen Widerstand 32 an tasse und bier einen Kondensator
33 an Plus gelegt ist.
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Bei Einschalten der Stromversorgung für die gesamte Einrichtung liegt
der Eingang des NAND-Gliedes 30 auf "1", dementsprechend der Ausgang auf "0", dementsprechend
der Eingang des NAND-Gliedes 29 auf "0" und dessen Ausgang auf 1". Dadurch fließt
Stran Uber die Diode 31 in die Basis des Transistors 23 und der Motor M läuft an.
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Uber den Widerstand 32 wird nunmehr der Kondensator 33 entladen, so
daß der Eingang des ?wfrGliedes 30 auf "0" gesetzt wird und dementsprechend auch
der Ausgang des NAND-Gliedes 29. Die Diode 31 dient dazu, daß kein Strom van Ausgang
Q des RS-Flip-Flop in die NAND-Glieder fließen kann.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt: Am Punkt TG stehen Rechtecksignale
entsprechend der Zeichnung nach Fig. 1 mit unterschiedlicher lnuulsbreite und Periodendauer
an. Die abfallende Flanke dieser Impulse bei TG triggert den monostabilen Multivibrator
12, so daß an seinem Ausgang Q die Spannung entsprechend der Zeichnung Q (MMV) ansteigt.
Die Impulsbreite ist dabei ausschließlich abhängig vom RC-Glied 16, 15. Die Impulspause
ist dagegen abhängig von der Periode der Tachogeneratorfrequenz. Am Set-Eingang
S des RS-Flip-Flop 17 ergibt sich dann ein Spannungsbild nach der Kurvendarstellung
S. Da durch zweimalige tnvertierung durch die NDND-Glieder 18, 19, 20 die Phasenlage
am Ausgang gleich derjenigen am Eingang ist, wird der Ausgang des NAND-Gliedes 20
"1w, wenn entweder am Punkt TG oder am Punkt Q des monostabilen Multivibrators 12
"1" anliegt. Sanit wird, so lange die Inpulspause größer ist als die Laufzeit des
Multivibrators 12 beim Rh26etzen des monostabilen Multivibrators 12 auch das NAND-Glied
20 zurückgesetzt und damit ein Set-Signal für den RS-Flip-Flop 17 gegeben. Wird
bei steigender Drehzahl des
Motors M die Impulspause des Tachogenerators
kürzer, dann wird entsprechend die Rückset-Zeit des NAND-Gliedes 20 immer kürzer.
Ist die Impulspause gleich der Laufzeit des monostabilen Multivibrators 12, dann
wird das NAND-Glied 20 nicht mehr auf "0" geschaltet, so daß kein Set-Signal entsteht.
Es fällt dadurch ein Antriebsiitpuls für den motor M aus. Ein weiterer Set-Inpuls
kann frühestens beim nächsten Rücksetzen des monostabilen Multivibrators 12 entstehen.
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Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen zweiten Variante der erfindungsgemäßen
Einrichtung bezeichnet 41 einen Quarz und der Kondensator 42 einen möglicherweise
zu verwendenden Ziehkondensator. Mit dem Kästchen 43 ist symbolisch die Oszillatorschaltung
angedeutet. Der Ausgang der Oszillatorschaltung 43 liegt am Eingang des NAND-Gliedes
44, dessen Ausgang am Teiler 45 und möglichen weiteren Teilern 46, 47,48 angeschaltet
ist, wobei darauf zu achten ist, daß beim Teiler 48 bei Verwendung dekadischer Zähler,
die, wie allgemein bekannt, aus zwei Zählern bestehen, von denen der eine durch
5 und der andere durch 2 teilbar ist, zuerst durch 5 und dann durch 2 geteilt wird,
so daß am Ausgang symnetrische Pulse entstehen. Die einzelnen entsprechenden Teiler
für "5" und "2" sind mit 48a bzw. 48b angedeutet. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel
geht der Ausgang des Teilers 48 als letzter Teiler der Teilerkette auf den Takteingang
T eines RS-FlipFlop 49 und nach Invertierung titer das NAND-Glied 50 und Differenzierung
Uber den Kondensator 51 auf den Set-Eingang des RS-Flip-Flop 52,der dem RS-Flip-Flop
17 bei der Schaltung nach Fig. 1 entspricht und von dem der Motor M gesteuert wird.
Am Set-Eingang S des RS-Flip-Flop 49 liegen ueber das Differenzierglied 53 die Rechtecksignale
des Tachogenerators, hier einfach mit TG angedeutet, die gleichzeitig über das Differenzierglied
54 auf den RUckset-Eingang R des RS-Flip-Flop 52 geschaltet sind. Der Ausgang Q
des RS-Flip-Flop 49 ist an den Eingang des NAND-Gliedes 44 geschaltet. Soll die
Drehzahl umschaltbar sein, so können durch einen Umschalter 55 der oder die RUcksetz-Eingänge
einer oder mehrerer Teiler, im Beispiel 46 und 47, auf entsprechende Ausgänge der
Teiler geschaltet werden, um das entsprechende Teilverhältnis zu erzielen. Die Kurvendarstellungen
unterhalb des Schaltbildes zeigen bei tag die Rechtecksignale, die von Tachogenerator
abgeleitet werden. Der Ausgang Q des RS-Flip-Flop 49 wird dann auf "1" geschaltet,
wenn am Set-Eingang das Tachogeneratorsignal von "1" auf "0" schaltet.
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Es wird auf "0" geschaltet, wenn der Takteingang T von dem RS-Flip-Flop
49 "1" auf "0" geht. So lange der Ausgang Q von dem RS-Flip-Flop 49 auf "0" liegt,
ist das NANDGlied 44 gesperrt und der Ausgang liegt auf "1". Wird jetzt durch
den
Tachogenerator ueber den Set-Eingang S der Ausgang Q des RS-FlipFlop 49 auf "1"
geschaltet, dann wird das NAND-Glied 44 freigegeben, so daß die Schhingungen des
Quarzoszillators 43, die ja ständig von "1" auf "0" hin- und herpendeln, über die
Teilerkette 45 bis 48 geleitet und entsprechend der Teilverhältnisse unterteilt
werden und damit die Impulslänge des Ausgangssignales van Teiler 48 bestimnt wird.
Gelangt die abfallende Flanke des Ausgangs des Tcilers 48 bei Q auf den Takteingang
T des RS-Flip-Flcp 49, dann wird das PS-FlipFlop 49 zurückgesetzt. Da ein Impuls
am Ausgang Q des Teilers 48 zu gleichen Teilen aus "0" und "1" besteht, wird nach
neuerlichem Setzen durch Es bei S am RS-Flip-Flop 49 der Ausgang Q des Teilers 48
während der H§lfte der Zeit, bis die Rücksetz -Flanke erscheint, auf "0" liegen
bleiben. Durch das NAND-Glied 50 und nach Differenzierung bei 51 wird durch die
aufsteigende Flanke des Ausgangssignales bei Q des Teilers 48 der RS-Flip-Flop 52
gesetzt, so daß Strom durch den motor M fließen kann.
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Ist die Solldrehzahl erreicht, gelangt das Set-Signal von TG an den
Set-Eingang S des RS-Flip-Flop 49, bevor der Takteingang auf "0" liegt, so daß der
RS-Flip-Flop 49 durch den Takteingang T zurückgesetzt wird und erst der nächste
Set-Inpuis durch TG den RS-Flip-Flcp 49 widersetzen kann. Damit fällt der Set-Impuls
am RS-Flip-Flop 52 aus. Es fließt während dieser Zeit kein Stran zum Motor M.