DE2747036A1 - Drehzahlgeregelter kollektorloser gleichstrommotor - Google Patents

Drehzahlgeregelter kollektorloser gleichstrommotor

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/24Arrangements for stopping

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

  • Drehzahlgeregelter kol lektorloser Gleichstrommotor
  • Zusatz zu P 26 16 o44.1 Die Erfindung betrifft einen drehzahlgeregelten, kollektorlosen Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Rotor, insbesondere nach Patentanmeldung P 26 16 o44.1.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem solchen Motor die elektronische Schaltung zur Drehzahlregelung in möglichst einfacher Weise so zu ergänzen, daß eine von dem Vergleich zwischen Sollwert und Istwert gesteuerte Bremsung des Motors einsetzt, sobald der Sollwert der Drehzahl um einen geringen Betrag über schritten wird.
  • Denn in vielen Anwendungsfällen drehzahlgeregelter Motoren wird verlangt, daß der Motor bei Oberschreitung der Solldrehzahl gebremst wird. Diese Forderung kann z.B. auch schon dann auftreten, wenn der Motor bei mehreren verschiedenen Drehzahlen arbeiten soll und beim Umschalten von einer höheren zu einer niedrigeren Drehzahl die neue Solldrehzahl möglichst rasch erreichen soll.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, daß die erfindungsgemäße Bremsschaltung insbesondere auch an solchen Motoren anwendbar ist, die keinen besonderen Tachogenerator aufweisen, sondern bei denen ein der Drehzahl proportionales Signal aus den in den Motorwicklungen induzierten Spannungen erzeugt werden muß. Dabei ist wichtig, daß während des Bremsvorgangs dieses der Drehzahl proportionale Signal nicht gestört wird, damit die Bremsung bei Erreichung der Solldrehzahl beendet werden kann.
  • Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel.
  • Es zeigt Figur 1 ein Obersichtsschaltbild eines erfindungsgemäßen Motors, teilweise als Blockschaltbild dargestellt, Figur 2 ein ausführliches Schaltbild der Regelschaltung gemäß Figur 1.
  • Figur 1 zeigt den elektrischen Aufbau eines Motors, wie er in der eingangs genannten Anmeldung oder auch in der DAS 2 346 380 näher dargestellt und beschrieben ist.
  • Der Motor lo hat einen symbolisch angedeuteten Permanentmagneten 11 und zwei Statorwicklungen 12 und 13, welche im Betrieb ein elektromagnetisches Wechselfeld, also kein Drehfeld, erzeugen.
  • Beide Wicklungen sind über eine Leitung F und über einen Widerstand 14 mit einer Plusleitung E verbunden. Ihre anderen Anschlüsse 15 und 16 sind jeweils mit dem Kollektor eines npn-Transistors 17 bzw. 18, der Kathode einer Diode f9 bzw. 20 und dem einen Anschluß eines Widerstands 23 bzw. 24 verbunden, welch letztere miteinander und über eine Leitung B mit dem einen Eingang eines Verstärkers 25 verbunden sind. Ebenso sind die Anoden der Dioden 19 und 20 miteinander und über eine Leitung H mit dem einen Anschluß eines Potentiometers 26 verbunden, dessen anderer Anschluß an E liegt und dessen Abgriff über eine Leitung A mit dem anderen Eingang von 25 verbunden ist. Der Verstärker 25 liegt an einer durch eine Zenerdiode 27 stabilisierten Spannung; die Z-Diode 27 liegt zwischen den Leitungen D und E und zwischen der Leitung D und dem Anschluß des Motors liegt ein Vorwiderstand 28 der Z-Diode 27.
  • Die Basen der Transistoren 17 und 18 sind jeweils mit dem Ausgang eines Hal lgenerators 31 verbunden, während ihre Emitter miteinander und über einen Widerstand 32 mit dem Anschluß 0 verbunden sind, an den auch über einen Widerstand 33 der eine Stromanschluß des Hallgenerators 31 angeschlossen ist, dessen anderer Stromanschluß mit dem Emitter eines Regel transistors 34 (npn) verbunden ist, dessen Kollektor über einen Widerstand 35 mit der Leitung F verbunden ist.
  • Der gesamte Regler ist an die geregelte Spannung zwischen den Leitungen D und E angeschlossen. Dargestellt ist dies in Figur 1 nur für den Verstärker 25. Das Ausgangssignal des Verstärkers 25 wird einem Anpassungsnetzwerk 38 zugeführt, dessen Ausgangssignal zur Triggerung eines monostabilen Multivibrators 39 dient, an dessen Ausgang eine Integrator-und Phasenschieberschaltung 40 angeschlossen ist, an deren Ausgang ein Drehzahl-Istwertsignal in Form einer Gleichspannung auftritt, der eine Welligkeit gewünschter Phasenlage und Amplitude überlagert ist, und dieses kombinierte Signal wird einem Vergleicher 42 zugeführt, dessen anderem Eingang 43 eine Führungsgröße ( Drehzahl-Sollwert, überlagert mit motorstromabhängiger Gegenkopplung) zugeführt wird. Zur Erzeugung der Führungsgröße dient ein Spannungsteiler mit einem ersten Widerstand 44 zwischen der Leitung D und 43, einem zweiten Widerstand 45 zwischen 43 und F und dem Widerstand 14 zwischen F und E. Wenn kein Motorstrom fließt, bestimmt sich die Höhe der Führungsgröße an 43 einfach durch das Verhältnis (R14 + R45) : (R14 + R45 + R44), und da dieser Spannungsteiler an der durch die Z-Diode 27 stabilisierten Spannung liegt, ist bei stromlosem Motor auch die Führungsgröße an 43 festgelegt. Fließt dagegen ein Strom im Motor lo und damit durch den Widerstand 14, so entsteht an diesem ein Spannungsabfall und das Potential der Leitung F sinkt, so daß auch das Potential an 43 sinkt. Mit zunehmendem Motorstrom wird also die Führungsgröße kleiner, und dies bewirkt eine Gegenkopplung, welche die Kreisverstärkung des Regelkreises verringert und dadurch den Regler stabilisiert. Diese Gegenkopplung ist in sehr einfacher Weise durch Wahl des Widerstandes 14 einstellbar. Obwohl also der Motor lo an der ungeregelten Spannung zwischen E und 0 liegt, liegt der Spannungsteiler R14 - R45 - R44 an der geregelten Spannung zwischen E und D, und an diesem Spannungsteiler wirkt eine motorstromabhängige Teilspannung, welche die Gegenkopplung bewirkt. Es wird dies in erfindungsgemäßer Weise dadurch ermöglicht, daß der Vorwiderstand 28 der Z-Diode 27 in der Minusleitung, der Widerstand 14 für die Gegenkopplung dagegen an der Plusleitung E liegt. Hierdurch wird ein direktes Einführen der Gegenkopplungsspannung in den Regelkreis ermöglicht.
  • Das Ausgangssignal des Vergleichers 42 wird über eine Leitung C der Basis des Transistors 34 zugeführt-. Wird die Motordrehzahl zu hoch, so wird auch das Ausgangssignal des Integrators 40 groß, der Vergleicher 42 gibt ein großes Signal ab und dieses sperrt den Transistor 34 fast durchgehend, so daß der Hall generator 31 nur wenig oder gar keinen Strom erhält und der Motor weitgehend stromlos wird.
  • Zur Umschaltung der geregelten Motordrehzahl, z.B. von 300 auf 600 U/min., dient eine elektronische Drehzahlumschaltung 41, welche kontaktlos sowohl den Monoflop 39 wie den Integrator und Phasenschieber 40 umschaltet.
  • In Figur 2 ist der Motor lo nicht nochmals dargestellt, sondern es sind nur die zu ihm fuhrenden Leitungen B, C, D, E, F, H, I gezeigt, die mit den gleich bezeichneten Leitungen der Figur 1 übereinstimmen. Ebenso wie in Fi.gur 1 ist auch in Figur 2 das Anpassungsnetzwerk mit 38, der Monoflop mit 39, der Integrator und Phasenschieber mit 40, die elektronische Drehzahlumschaltung mit 41 und der Vergleicher mit 42 bezeichnet. Ferner sind auch die Widerstände 44 und 45 sowie ihr Abgriff 43 für die Erzeugung der Führungsgröße dargestellt.
  • Der Monoflop 39 enthält zwei npn-Transistoren 66 und 67, deren Emitter jeweils mit D verbunden sind. 65 ist mit der Basis von 66 verbunden; der Kollektor von 66 ist über einen Widerstand 68 mit E, über einen Widerstand 69 mit D und über einen Kondensator 72 mit der Basis von 67 verbunden, dessen Kollektor mit dem Ausgang 73 des Monoflops1 über einen Widerstand 74 mit 65 und über einen Widerstand 70 mit E verbunden ist. Ferner ist die Basis von 67 über ein Potentiometer 75 und einen Widerstand 76 mit E verbunden. Die Basis von 67 ist über ein Potentiometer 77 und einen Widerstand 78 mit dem Kollektor eines pnp-Transistors 79 verbunden, dessen Emitter an E liegt. Ist 79 gesperrt, so sind 75 und 76 die Ladewiderstände für den Kondensator 72, und es ergibt sich eine relativ lange Ladezeit und dadurch eine lange Impulsdauer des Monoflops 39, wie sie bei niederen Drehzahlen erforderlich ist.
  • Ist 79 leitend, so wird der Ladewiderstand für 72 kleiner, und die Impulsdauer wird kürzer, wie das bei einer höheren Drehzahl erforderlich ist.
  • 73 ist mit dem Eingang des Phasenschiebers und Integrators 40 verbunden, und zwar führt von 73 ein Widerstand 82 zu einem Knotenpunkt 83, der seinerseits über einen Kondensator 84 mit dem Abgriff 43 und über einen Widerstand 85 mit der Basis eines pnp-Vergleichertransistors 86 verbunden ist. Zwischen dieser Basis und 43 liegt ein Kondensator 87,und ein Kondensator 88 liegt zwischen dieser Basis und dem Kollektor eines npn-Schalttransistors 89, dessen Emitter ebenso wie der von 86 mit 43 verbunden ist. Die Basis von 89 ist über einen Widerstand 92 mit D und über einen Widerstand 93 mit dem Kollektor eines pnp-Schalttransistors 94 verbunden, der seinerseits über einen Widerstand 95 mit der Basis von 79 verbunden ist, während sein Emitter an E liegt und seine Basis über einen Widerstand 96 mit einem Steuereingang 97 verbunden ist.
  • Die Transistoren 79, 89 und 94 gehören zur elektronischen Drehzahlumschaltung 41. Wenn 94 an seinem Eingang ein negatives Potential erhält, wird er leitend und sperrt dadurch 79, so daß, wie bereits erläutert, der Monoflop 39 auf eine lange Impulsdauer umgeschaltet wird. Ferner wird dann 89 leitend und schaltet dadurch den Kondensator 88 (groß) parallel zum Kondensator 87 (klein) und paßt dadurch den Phasenschieber 40 an die niedroge Frequenz der vom Monoflop 39 abgegebenen Impulse und deren verlängerte Zeitdauer an. Umgekehrt werden bei positivem Potential am Steuereingang 97 die Transistoren 94 und 89 gesperrt, während der Transistor 79 leitend wird und dadurch die Impulsdauer des Monoflops 39 verkürzt.
  • Die erfindungsgemäße Bremsschalting ist so aufgebaut, daß ein Vergleichstransistor lol mit seiner Basis am Ausgang des Filters 40, welches eine wellige, der Ist-Drehzahl proportionale Spannung liefert und mit seinem Emitter an einem Spannungsteiler 44, 45, 102, welcher eine der Soll-Drehzahl proportionale Spannung liefert, verbunden ist und dessen Kollektor mit der Basis eines weiteren Transistors loo, Figur 1, verbunden ist, dessen Emitter mit der positiven Leitung E der Versorgungsspannung und dessen Kollektor über zwei Dioden 19, 20, welche für den Kollektorstrom des Transistors loo in Flußrichtung geschaltet sind, mit den Anschlüssen der Motorwicklunq 15 und 16 verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäße Bremsschaltung arbeitet wie folgt: Tritt eine 9berschreitung der Ist-Drehz3hl tiber die Soll-Drehzahl ein, so wird, wie bei jedem proportional wirkenden Drehzahl regler, zunächst der tiotorstrom unterbrochen. Dies geschieht dadurch, daß die Basis des pnp-Transistors 86 positiver wird als dessen Emitter wodurch über den verstärkenden Transistor 34 der Steuerstrom des Hal lgenerators 31 und damit der Motorstrom in den Endstufentransistoren 17 und 18 unterbrochen wird.
  • Wird die Ist-Drehzahl weiter erhöht, so daß die der Ist-Drehzahl entsprechnnde Spannung um ca. o,6 Volt positiver wird als die der Soll-Drehzalll entsprechende Spannung am Punkt 104 des Spannungs -teilers 44, 45, 102, so wird der Vergleichstransistor lol leitend, dessen Kollektorstrom seinerseits den Transistor loo leitend macht. Dadurch werden huber die Dioden 19 bzw. 20 diejenigen in den Motorwicklungen 12 und 13 induzierten Spannungshalbwel len annähernd kurzgeschlossen, die die gleiche Polarität wie die an der Schaltung anliegende Betriebsspannung aufweisen.
  • Die dadurch in den Motorwicklungen 12 und 13 fließenden Ströme bewirken ein bremsendes Drehmoment.
  • Eine wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Bremsschaltung ist, daß die in den Motorwicklungen 12 und 13 fließenden Ströme von den Widerständen 23 und 24 gemessen werden und, da sie den in den Wicklungen induzierten Spannungen proportional sind, als Ersatz für die fehlenden, im Normalbetrieb von den Dioden 19 und 20 ausgekoppelten Spannungshalbwellen dienen können, d.h. die Triggeruna der flonoflo-SchelelJng übernehmen kennen. Damit ist gewährleistet, daß auch im gebremsten Zustand des rotors dem Regler ein der Ist-Drehzahl proportionales Signal zur Verfügung steht.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung bzw. Kombinationen mit Merkmalen der Stammanmeldung sind in Zusammenhang mit dieser zu sehen, weshalb zur Vervollständigung der Beschreibung ausdrücklich auf diese (P 26 16 o44.1) hingewiesen wird.

Claims (8)

  1. Patent - Ansprüche 1. Drehzahl geregelter, kol lektorloser Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Rotor, insbesondere nach Patentanmeldung P 26 16 o44.1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Oberschreitung der Soll-Drehzahl um einen geringen Betrag eine elektrisch wirkende Bremseinrichtung den Motor bremst.
  2. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsung durch teilweises Kurzschließen der Motorwicklungen (12 und 13) erfolgt.
  3. 3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennze~ichnet, daß die teilweise Kurzschließung der Motorwicklungen durch Halbleiter (19, 20) erfolgt.
  4. 4. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise Kurzschließung der Motorwicklungen jeweils nur während einer Spannungshalbwelle der in den Motorwicklungen (12 und 13) rotatorisch induzierten Spannungen erfolgt.
  5. 5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschließung während derjenigen Spannungshalbwellen erfolgt, die die gleiche Polarität wie die an der Reglerschaltung anliegende Betriebsspannung haben.
  6. 6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurtschließung durch zwei Dioden (19, 20), deren Kathoden an den Anschlüssen (15,16) der Motorwicklungen (12, 13) und deren Anoden gemeinsam an den Kollektor eines Transistors (loo) angeschlossen sind, dessen Emitter mit der Betriebsspannungszuleitung E verbunden ist, durch Einscha'ten des Transistors (loo) erfolgt.
  7. 7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung eines drehzahl-proportionalen Spannungs-lstwertes notwendige Auskopplung eines Teils der rotatorisch in den Motorwicklungen induzierten Spannungen durch die Bremsschaltung nicht gestört wird.
  8. 8. Motor nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (19, 20) zur Kurzschließung der in den Motorwicklungen (12, 13) induzierten Spannungen gleichzeitig zur Ankopplung eines Teils dieser Spannungen zur Erzeugung eines drehzahl-proportionalen Spannungs-Istwertes dienen.
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