DE2745368C2 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Kollektormotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum

Ausregeln des Einflusses von Störgrößen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei Motoren werden je nach dem angestrebten Verwendungszweck häufig von der Belastung unabhängige konstante Drehzahlen verlangt Diese Forderung ist bei vielen Motortypen, insbesondere bei Kollektormotoren, im Hinblick auf die Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik derselben nur mit Hilfe spezieller Regelschaltungen — jedenfalls näherungsweise — erfüllbar, die dem Mo tor beispielsweise bei zunehmender Belastung eine ent sprechend erhöhte Speisespannung zuführen.

Die bekannten Regelschaltungen besitzen üblicherweise Stellglieder in Form von Thyristoren, Triacs oder Transistoren, deren Stromflußwinkel bzw. Schaltver-

is hältnis in Abhängigkeit von Belastungsschwankungen oder Speisespannungsschwankungen bzw. ganz allgemein in Abhängigkeit von relevanten Störgrößen verändert wird. Bei Einsatz einer solchen Regelschaltung läuft der zugehörige Motor dann beispielsweise bei einem Stromfluß winkel von 180° bzw. einem Schaltverhältnis von 1 mit einer maximal möglichen Leerlaufdrehzahl πα Andere Leerlaufdrehzahlen bzw. Soll-Drehzahlen π lassen sich in einem Steuerkreis durch entsprechende Vorwahl von SCromflußwinkel bzw. Schaltverhältnisse ein- stellen. Bei einer Belastung des Motors erhöht dann die Regelschaltung, ausgehend von diesem eingestellten Wert den Stromflußwinkel bzw. das Schaltverhältnis und hebt somit den zeitlichen Mittelwert der dem Motor zugeführten elektrischen Leistung, so daß dieser trotz der Belastung mit der zuvor eingestellten Soll-Drehzahl läuft

Es hat sich nun gezeigt, daß die relative Änderung des Stromflußwinkels bzw. des Schaltverhältnisses, die die Regelschaltung zum Konstanthalten der Drehzahl er zeugen muß, von der bekannten Regelschaltung in den einzelnen Teilbereichen des Drehzahl-Stellbereichs nicht mit der gleichen Vollkommenheit herbeigeführt wird.

Aus der DE-OS 23 62 961 ist es bekannt in Abhängig-

keit vom eingestellten Sollwert die Regelung zu beeinflussen, so daß dieses Regelverhalten verbessert wird. Dadurch wird eine Anpassung des Regelverhaltens an die Regelst; ecke in den verschiedensten Betriebspunkten möglich. Die in dieser Offenlegungsschrift aufge- zeigte Lösung arbeitet auf vollständig elektronischem Wege, so daß dadurch ein hoher schaltungstechnischer Aufwand vonnöten ist Die dort gezeigte Schaltungsanordnung ist daher nur bei relativ komplexen und damit kostspieligen Regeleinrichtungen einsetzbar.

Die US-PS 34 91 777 zeigt ein Regelsystem für einen Gleichstrommotor, bei dem die Verstärkung des Regelsystems erhöht wird, wenn die Motordrehzahl über die Basisgeschwindigkeit ansteigt Durch diese Maßnahme soll erreicht werden, daß der Regelkreis über den ge samten Geschwindigkeitsbereich stabil arbeitet Auch diese Schaltungsanordnung erfordert einen hohen technischen Aufwand und ist lediglich zur Stabilisierung gedacht, d. h. das Regelsystem erhöht seine Kreisverstärkung nur dann, wenn starke Abweichungen zwischen

Soll- und Istwert gegeben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit deren Hilfe es möglich ist, auf einfache Art und Weise den Einfluß von Störgrößen auf die eingestellte Drehzahl eines Kollek tormotors in einem breiten Bereich von Soll-Drehzah len mit zumindest im wesentlichen gleichbleibender Qualität auszuregeln. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekenn-

zeichneten Merkmale gelöst Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daB der relative VersteugröBenzuwachs bei den üblichen Kollektormotoren bei gegenüber der maximalen Leerlaufdrehzahl nur schwach reduzierten Soll-Drehzahl wesentlich größer sein muß als bei stark reduzierten Soll-Drehzahlen, wobei die zum Ausgleich des Einflusses der Störgrößen erforderliche Regelverstärkung der Regelschaltung je nach Drehzahl bzw. Arbeitsbereich durchaus um eine ganze GröBsnordnung schwanken kann. Wesentlich ist die Erkenntnis, daB die RegelverstS?kung vorteilhafterweise direkt proportional zur Steuergröße zu verändern ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeich nungen noch näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig.2, 3 und 6 Prinzipschaltbilder der wesentlichen Teile von abgewandelten Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung, und

Fig.4 und 5 schematische Darstellungen von Tandempotentiometern für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

Im einzelnen zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit einem Steuerkreis 10, der, wie angedeutet, beispielsweise einen Zündkondensator und ein Schwellwertglied in Form eines Diacs enthalten kann und zu dem ein Potentiometer 12 gehört, an dem eine bestimmte Solldrehzahl π eingestellt werden kann, wobei die am Abgriff dee Potentiometers 12 wirksame Spannung beim Beispiel die Zeit bestimmt, innerhalb welcher sich der Zündkondensator auf die Zündspannung des Schwellwertgliedes auflädt, und damit den Stromflußwinkel eines Triacs 14 in Serie zu einem Motor 16. Der Stromflußwinkel des Triacs 14 bestimmt seinerseits die Drehzahl des Motors 16, wobei diese Drehzahl bzw. ein damit verknüpfter elektrischer Parameter mit Hilfe eines Meßelementes 18 am Motor 16 erfaßt wird. Das Meßelement 18 liefert also ein von der Regelgröße bzw. der Ist-Drehzahl abhängiges Signal an einen Regelkreis 20, dessen Regelverstärkung mit Hilfe eines Potentiometers 22 veränderbar ist Der Regelkreis 20 beeinflußt in an sich bekannter, hier nicht näher zu beschreibender Weise den Aufbau der Zündspannung im Steuerkreis 10, so daß der Stromflußwinkel des Triacs 14 nicht mehr allein von der Stellung des Abgriffs des Potentiometers 12, d. h. von der eingestellten Drehzahl, abhängig ist, sondern außerdem von einem der Regelabweichung entsprechenden Regelsignal. Erfindungsgemäß ist nun das Potentiometer 12 des Steuerkreises 10 mechanisch mit dem Potentiometer 22 des Regelkreises 20 gekoppelt, so daß die Regelverstärkung in der gewünschten Weise von der eingestellten Soll-Drehzahl abhängig ist Die mechanische Kopplung der Potentiometer 12 und 22 erfolgt vorzugsweise durch die Verwendung einer gemeinsamen Drehachse für beide Potentiometer bzw. durch den Einsatz eines sogenannten Tandempotentiometers. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, Potentiometer mit getrennten Achsen und Zahnradkopplung od. dgl. einzusetzen oder auch sogenannte Tandem-Flachbahnpotentiometer. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 sind die sechs Anschlüsse 1 —6 der beiden Potentiometer 12 und 22 derart mit dem Steuerkreis 10 und dem Regelkreis 20 verbunden, daß sich der gewünschte Zusammenhang zwischen der eingestellten Soll-Drehzahl π und der Regelverstärkung vergibt

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß F i g. 1 dadurch, daB die beiden Potentiometer 12 und 22 nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch gekoppelt sind, wodurch sich der Vorteil ergibt daß die Zahl der Anschlüsse für die beiden Potentiometer 12,22 auf insgesamt drei verringert werden kann. Bei der betrachteten Schaltungsvariante wird ein dem Steuerkreis 10 zuzuführender Strom,

ίο beispielsweise der Ladestrom für den Zündkondensator, ausgehend von einem Anschluß 1 des dem Regelkreis 20 zugeordneten Potentiometers 22 über die Widerstandsbahn dieses Potentiometers 22 sowie über die Widerstandsbahn des zum Steuerkreis 10 gehörigen Potentio- meters 12 einem Anschluß 3 desselben zugeführt und in seiner Größe dadurch beeinflußt daß dem Abgriff des Potentiometers 22 von einem Ausgangsanschluß 2 des Regelkreises 20 ein der Regelabweichung entsprechender Strom zugeführt wird, um die gewünschte, von der Soll-Drehzahl abhängige Regelwirkung zu erreichen. Unter der Voraussetzung, daß der innenwiderstand einer mit dem Anschluß 1 verbundenen Speisespannungsquelle klein ist gegenüber dem Widerstandswert der Widerstandsbahn des dem Regelkreis 20 zugeordneten Potentiometers 22, ist nämlich die Wirkung des der Regelabweichung entsprechenden Stroms zum Abgriff des Potentiometers 22 dann am kleinsten, wenn der Abgriff des Potentiometers 22 an dem mit dem Anschluß 1 verbundenen Ende der Widerstandsbahn des Potentiometers 22 liegt, und am größten, wenn der Abgriff am entgegengesetzten Ende dieser Widerstandsbahn liegt, was der Forderung entspricht, daß die Regelverstärkung um so größer sein muß, je weniger die eingestellte Soll-Drehzahl von der maximal zulässigen Leerlaufdrehzahl abweicht.

F i g. 3 der Zeichnung zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, welche der Ausführungsform gemäß F i g. 2 elektrisch weitgehend entspricht. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 sind die gekoppelten Potentiometer 12, 22 durch ein Tandem-Flachbahnpotentiometer mit vier Leiterbahnen a—d realisiert vcn denen die Leiterbahnen b und d Widerstandsbannen oder reine Kontaktbahnen sein können. Für den Fall, daß die Leiterbahn b eine Widerstandsbahn ist, kann bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 die der Regelabweichung entsprechende Größe am Anschluß 2 anstelle eines Stroms auch eine Spannung sein; der Anschluß 2 kann also ein Anschlußpunkt mit einem niederohmigen Quellwiderstand sein.

F i g. 4 der Zeichnung zeigt eine besonders raumsparende unf fertigungstechnisch einfache Ausführungsform eines Tandem-Flachbahnpotentiometers mit sechs Anschlüssen 1—6, wie es beispielsweise in Verbindung mit der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 verwendet werden kann. Wie Fig.4 zeigt besitzt das Tandem-Flachbahnpotentiometer vier Leiterbahnen a—d, die sich auf der Vorder- und Rückseite eines nicht gezeichneten Isolierkörpers befinden können, wobei die Leiterbahnen a und c als Widerstandsbahnen ausgebildet sind, während die Leiterbahnen b und d reine Kontaktbahnen darstellen. In dem Isolierkörper ist ein dem Schiebeweg h entsprechender Schlitz vorgesehen, in dem ein Verbindungsstück VB läuft über das die zwei Schleifer «ι und 52 des Tandem-Flachbahnpotentiometers verbunden, geführt und federnd an die Leiterbahnen a—d angelegt sind. Ein solches Tandem-Flachbahnpotentiometer besteht im Prinzip nur aus vier Einzelteilen, nämlich

dem Isolierkörper mit den Leiterbahnen a—d, den beiden Schleifern S\ und ώ sowie dem Verbindungsstück VB. Die gekoppelten Potentiometer 12 und 22, welche für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung benötigt werden, lassen sich also in Form eines einzigen, einfachen und billigen Bauelements verwirklichen.

F i g. 5 der Zeichnung zeigt wieder ein Tandem-Flachbahnpotentiometer der in F i g. 4 gezeigten Art, wobei jedoch entsprechend den Schaltungsanordnungen gemäß F i g. 2 und 3 nur drei äußere Anschlüsse 1 —3 vor- gesehen sind. Bei dem angestrebten Verwendungszweck kann gemäß Fig.5 eine leitende Verbindung zwischen den Leiterbahnen a und c durch das Material des Isolierkörpers hindurch, beispielsweise durch Einschlagen eines Hohlniets, hergestellt werden. Außerdem können alle vier Leiterbahnen a—d aus dem gleichen Widerstandsmaterial bestehen und in einem Arbeitsgang auf denlsoHerkörper aufgebracht werden, so daß das betrachtete Potentiometer besonders einfach hergestellt werden kann. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, daß das Potentiometer nur drei Anschlüsse aufweist, die mit den übrigen Teilen der Schaltungsanordnung verbunden werden müssen, was nicht nur eine entsprechende Verkürzung der Montagezeit mit sich bringt, sondern gleichzeitig die Gefahr für das Auftreten von fehlerhaften Verbindungsstellen verringert.

Während bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 zwei mechanisch gekoppelte Potentiometer 12,22 vorgesehen sind und bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 zwei mechanisch und elektrisch gekoppelte Potentiometer 12,22, besteht erfindungsgemäß grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Steuerkreis rein elektrisch mit dem Regelkreis zu koppeln, und zwar mit Hilfe eines einzigen Potentiometers 24, wie dies in F i g. 6 der Zeichnung dargestellt ist Bei dieser Ausführungsform ist die Widerstandsbahn des Potentiometers 24TOit-Anschtössen 2 und 4 des Steuerkreises 10 verbunden, während der Abgriff des Potentiometers 24 — ggf. über gestrichelt angedeuteteWiderstände — mit einem Ansctrtuß-Tdes Regelkreises und einem Anschluß 3 des Steuerkreises verbunden ist Ober die Anschlüsse 1 und 3 des Regelkreises 20 bzw. des Steuerkreises 10 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 eine Widerstands-Strom- oder Spannungssteuerung zur Veränderung der Regelverstärkung bzw. des Stromflußwinkels. Die betrachtete Schaltungsvariante ist besonders dort vorteilhaft, wo Steuer- und Regelkreis aus aktiven Bauelementen, insbesondere integrierten Schaltungen, aufgebaut sind Bei einem derartigen Aufbau bietet insbesondere der Steuerkreis 10 häufig die Möglichkeit für die Erzeugung einer Speise-Gleichspannung bzw. eines Speisegleichstroms, die bzw. der dann dem Potentiometer 24 an den Anschlüssen 2 und 4 zugeführt werden kann. Bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 6 sind die gestrichelt angedeuteten Widerstände, an deren Stelle ggf. auch Dioden verwendet werden können, zur Entkopplung des Steuerkreises 10 und des Regelkreises 20 bestimmt, was wegen der gemeinsamen Verbindung beider Kreise mit dem Abgriff des Potentiometers 22 erforderlich sein kann. Es versteht sich, daß die beiden Kreise 10 und 20 durch die am Abgriff des Potentiometers 24 abgegriffene elektrische Größe so beeinflußbar sein müssen, daß sich der gewünschte Zusammenhang zwischen der Regelverstärkung und dem Stromflußwinkel ergibt

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß es erfindungsgemäß gelingt, bei einfachen Reglern mit geringem Kostenaufwand ein verbessertes Betriebsverhalten zu erreichen, nämlich eine gute Regelwirkung im Bereich niederer Soll-Drehzahlen, ohne daß bei höheren Soll-Drehzahlen die Regelsteifigkeit nachläßt, bzw. eine gute Regelwirkung im Bereich höherer Soll-Drehzahlen, ohne daß bei niedrigerer Soll-Drehzahlen aufgrund einer zu hohen Regelverstärkung Regelschwingungen auftreten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Schaltungsanordnung zum Ausregeln des Einflusses von Störgrößen auf die eingestellte Drehzahl eines Kollektormotors, insbesondere eines Universalmotors, mit einem Steuerkreis zum Einstellen einer Solldrehzahl und einem Regelkreis zur Erzeugung eines von der Abweichung der Ist-Drehzahl von der Solldrehzahl abhängigen Regelsignals, wobei sich eine zusätzliche Abhängigkeit des Regelsignals von der eingestellten Solldrehzahl ergibt, d a -durch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (10) ein Potentiometer (12) zur Einstellung der Solldrehzahl, der Regelkreis (20) ein Potentiometer (22) zur Einstellung der Kreisverstärkung aufweist und daß die verstellbaren Abgriffe beider Potentiometer mechanisch miteinander gekoppelt sind. (F i g.! — 5)

   2 Schaltungsanordnung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet, durch ein Potentiometer (24), dessen Abgriff über jeweils einen Widerstand mit dem Steuerkreis (10) und dem Regelkreis (20) zur Veränderung der Solldrehzahl und der Regelverstärkung verbunden ist (F i g. 6).

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Potentiometer Flachbahnpotentiometer vorgesehen sind.

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachbahnpotentiometer einen Isolierkörper mit jeweils zwei Leiterbahnen (a, b; c d) auf seiner Ober- und Unterseite aufweist und daß zwischen der Ober- und Unterseite des Isolierkörpers ein Schlitz vorgesehen ist, in welchem ein Verbindungsstück (VB) verschiebbar ist, weiches einen Schleifer (s 1) auf der Oberseite des Isolierkörpers zum Zusammenwirken mit den dort befindlichen Leiterbahnen (a, b) mit einem Schleifer (s 2) auf der Unterseite des Isolierkörpers mit den dort befindlichen Leiterbahnen (r, </J verbindet

   5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zur Reduzierung der Anschlußleitungen der Abgriff des Potentiometers (12) des Steuerkreises (10) mit dem einen Anschluß des Potentiometers (22) des Regelkreises (20) verbunden ist daß der weitere Anschluß des Potentiometers (22) zum Regelkreis und ein Anschluß des Potentiometers (12) zum Steuerkreis geführt sind und daß der Mittenabgriff des Potentiometers (22) zum Regelkreis (20)"geführt ist (F ig. 2)

   6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Potentiometer (12, 22) als Tandempotentiometer mit je zwei Leiterbahnen ausgeführt sind, wobei die Mittenabgriffe eines jeden Potentiometer untereinander verbunden sind, daß jeweils ein Anschluß einer Leiterbahn (b, d) mit dem Steuerkreis (10) bzw. dem Regelkreis (20) verbunden ist, daß ein Anschluß der zweiten Leiterbahn (c) des Potentiometers (12) des Steuerkreises (10) mit einem weiteren Anschluß der zweiten Leiterbahn (a) des Potentiometers (22) verbunden ist, und daß der weitere Anschluß des Potentiometers (22) zum Regelkreis geführt ist (F i g. 3)