DE2828916C2 - Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors

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Description

dadurch gekennzeichnet, daß
f) eine Synchronisierschaltung (14) die Rückkopplungsimpulse selektiv verzögert, mit je einem Taktimpuls synchronisiert und dem Rücksetzanschluß (A/des Zählers (29) zuführt
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchron' ierschaltung (14) einen Zähler (20) aufweist, dessen Rücksetzanschluß (R) die Rückkopplungsimpulse und dessen Eingang (C)die Taktimpulse zugeführt werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Frequenzgenerator (8) und dem Rücksetzeingang (R) des Zählers (20) eine Wellenformerschaltung (25) angeordnet ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Taktimpulsgenerator (1) und dem Eingang (C) des Zählers (20) ein Frequenzteiler (18) und ein NOR-Glied (19) angeordnet sind, das als Eingangssignale das Ausgangssignal des Frequenzteilers (18) und ein Ausgangssignal des Zählers (20) empfängt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang (O1) des Zählers (20) direkt mit einem UND-Glied (22) und der andere Ausgang (O2) des Zählers (20) über einen Inverter (21) mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes (22) verbunden sind
Uie Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der angegebenen Gattung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors.
Um kleine Gleichstrom-Elektromotoren, wie sie beispielsweise in Plattenspielern und Tonbandgeräten eingesetzt werden, auf eine genau definierte Drehzahl zu regeln, wird im allgemeinen ein Quarz-Taktirnpulsgenerator für die Erzeugung von Taktimpulsen mit fester Frequenz verwendet; diese Taktimpulse werden mit Impulsen verglichen, die der Drehzahl des von dem Elektromotor angetriebenen Teils, beispielsweise eines Plattentellers, proportional sind; es wird dann die Phasendifferenz zwischen diesen beiden Impulsfolgen festgestellt, wodurch die Drehung mit den Taktimpuisen synchronisiert werden kann.
Nach diesem Prinzip arbeitende Schaltingsanordnungen sind aus der DE-AS 14 63 084 bzw. der DE-OS 22 05 176 bekannt.
Eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors der angegebenen Gattung geht aus der DE-AS 23 52 684 hervor und weist eine Antriebseinrichtung zum Liefern eines Treibersignals für die tieschleunigung bzw. Abbremsung des Motors, einen mit dem Motor gekoppelten Frequenzgenerator zur Erzeugung von Rückkopplungsimpulsen, deren Frequenz der Drehzahl des Motors entsprichf. einen Taktimpulsgenerator für die Erzeugung von Taktimpulsen einer festen Frequenz, die wesentlich größer als die Frequenz des Rückkopplungsimpulses ist einen mit dem Taktimpulsgenerator gekoppelten, umschaltbaren Frequenzteiler zum Erzeugen von Bezugsimpulsen sowie einen mehrstufigen Zähler mit einem Zähleingang für die Bezugsimpulse, einem Rücksetzeingang für die Rückkopplungsimpulse und einem mit der Antriebseinrichtung verbundenen Ausgang auf.
Diese programmierbare, digitale Drehzahlregelung kann auf einem großen, verfügbaren Drehzahlbereich angewendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digital arbeitende Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der eine Drehzahlregelung mit höherem Genauigkeitsgrad erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.
Zweckmäßige Ausführungsformen.; bri in den Unteransprüchen zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß eine zusätzliche, als Verzögerungsschaltung wirkende Synchronisierschaltung vorgesehen ist, die die einzelnen Rückkopplungsimpulse mit je einem Taktimpuls synchronisiert und dem Rücksetzanschluß des Zählers zuführt, so daß eine sehr exakte Synchronisierung dieser Impulse und damit eine sehr genaue Einstellung der Drehzahl möglich wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors,
F i g. 2 den Schaltungsaufbau eines Signalgenerators für die Feststellung und Anzeige der Drehzahl und
Fig. 3—7 Wellenformen zur Erläuterung der Funktionsweise des Signalgenerators nach F i g. 2.
Die in F i g. 1 in Form eines Blockschaltbildes gezeigte Scha'tungsanordnung zum Regeln der Dreh-
°o zahl eines Elektromotors weist einen Bezugsfrequenzoszillator 1 für die Erzeugung von Taktimpulsen einer festen Frequenz, einen Signalgenerator 2 für das Abfühlen und Anzeige der Drehzahl, einen Signalgenerator 3 für die Drehzahlregelung, einen Verstärker 4 für
b5 der. Vergleich eines Eingangssignals mit einer Bezugss:i;mniing und für die Verstärkung des Eingangssignals. ■ Hi'.· rrr;berschaltung 5 zum Liefern eines Treibersign;ds. eine Winkelstellungs-Fühlschaltung 6 für die
Feststellung der Lage der Abtriebswelle des Elektromotors bzw. des von ihm angetriebenen, drehbaren Teils, den als Gleichstrommotor ausgebildete Elektromotor 7, einen mit dem Elektromotor 7 gekoppelten Frequenzgenerator 8 zur Erzeugung von Rückkopplungsimpulsen, deren Frequenz der Drehzahl des Elektromotors entspricht, eine Drehzahlanzeige 9, einen Start/Stop-Schalter 10, eine Schaltung 11 zum Fühlen der Drehrichtung und eine Verknüpfungsschaltung 12 auf.
Wenn der ^.tart/Stop-Schalter 10 geschlossen ist, gibt der Signalgenerator 3 für die Drehzahlregelung eine maximale Spannung ab, die mit einer Bezugsspannung verglichen, von dem Verstärker 4 verstärkt und an die Treiberschaltung 5 angelegt wird. Die Treiberschaltung 5 läßt den Strom nur über jeweils eine Wicklung mehrerer Wicklungen des Elektromotors 7 durch, wobei die jeweilige Wicklung durch die Winkelstellungsfühlschaltung 6 ausgewählt wird, um auf diese Weise das Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Bei der Drehung des Elektromotors 7 gibt der Frequenzgenerator 8 Impulse ab, die proportional zur Drehzahl des Elektromotors 7 sind; diese Rückkopplungsimpuise werden an den Signalgenerator 3 für die Drehzahlregel', ng angelegt. Der Signalgenerator 3 wandelt diese Rückkopplungsimpulse in eine Gleichspannung oder ein entsprechendes Potential um, dessen Pegel proportional zur Drehzahl des Elektromotors 7 ist Die Ausgangsgleichspannung wird an den Verstärker 4 angelegt, der dieses Gleichspannungs-Eingangssignal mi: einer vorgegebenen Gleichspannung vergleicht und eine Fehlerspannung erzeugt, die an die Treiberschaltung 5 angelegt wird.
Die Drehzahl des Elektromotors 7 wird so lanj,e erhöht, bis die Spannung, die durch eine geschlossene Schleife aus dem Signalgenerator 3 für die Drehzahlregelung, dem Verstärker 4, der Treiberschaltung 5. dem Gleichstrommotor 7 und dem Frequenzgenerator 8 eingestellt wird, mit einer Gleichspannung übereinstimmt, die in Abhängigkeit von den Rückkopplungsimpulsen erzeugt wird. Sobald diese beiden Gleichspannungen iusammenfallen, wird die Drehzahl des Elektromotors 7 konstant gehalten.
Anhand der Eingangsimpulse von dem Taktimpulsgenerator 1 und dem Frequenzgenerator 8 ermittelt der Signalgenerator 3 für die Feststellung und Anzeige der Drehzahl, ob die Drehzahl des Elektromotors mit der vorgegebenen Drehzahl übereinstimmt oder nicht. Bei Übereinstimmung führt der Signalgenerator 2 der Drehzahlanzeige 9 ein entsprechendes Anzeigesignal zu; übersteigt jedoch die Drehzahl des Elektromotors 7 den vorgegebenen V»ert, so wird ein entsprechendes, eine zu hohe Drehzahl anzeigendes Signal an den Signalgenerator 3, die Treiberschaltung 5 und die Verknüpfungsschaltung 12 angelegt. Entsprechend diesem Signal von dem Signalgenerator 2 schaltet die Treiberschaltung 5 auf ein Signal für die Feststellung der Lage der Abtriebswelle bzw. des sich drehenden Teils, damit der Elektromotor 7 abgebremst werden kann; das hierzu erforderliche Bremsdrehmoment wird von dem Signalgenerator 3 für die Drehzahlregelung geliefert.
Wenn der Elektromotor 7 still steht, wird selbst dann, wenn der Start/Stop-Schalter 10 geschlossen ist, kein Signal von dem Frequenzgenerator 8 zugeführt. Wenn nun der Signalgenerator 3 das Signal für die Drehzahlregelung abgibt, wird keine Fehlerspannung erzeugt, da ja keil Rückkopplungsimpuls vorhanden ist. In diesem Fall gibt der Signalgenerator 2 Impulse für die Betätigung der Verknüpfungsschaltung 12 ab, so daß der Signalgenerator 3 eine Anlaufspannung erzeugt
Bei offenem Start/Stop-Schalter 10 wird durch ein Stopsignal die Treiberschaltung 5 über den Signalgenerator 2 ji der Richtung geschaltet, in der das Brems- bzw. Verzögerungsdrehmoment erzeugt wird. Gleichzeitig wird die Verknüpfungsschaltung 12 über den Signalgenerator 3 betätigt so daß eine Steuerspannung für den Abbremsvorgang erzeugt werden kann. In diesem Fall muß unmittelbar vor dem vollständigen
ίο Stillstand des Elektromotors 7 das Bremsdrehmoment weggenommen werden. Dazu liegt entsprechend der Verringerung der Zahl der Rückkopplungsimpuise von dem Frequenzgenerator 8 das Freigabesignal für die Bremse an dem Signalgenerator 3 sowie über die Verknüpfungsschaltung 12 an der Treiberschaltung 5 an, um den Elektromotor 7 sofort stillzusetzen.
Anhand von F i g. 2 wird nun der Signalgenerator 2 für die Feststellung und Anzeige der Drehzahl erläutert Dieser Signalgenerator 2 weist eine Synchronisierschaltung 14, die die Rückkopplungsimpuise von dem Frequenzgenerator 8 mit den Taktimpulsen von dem Taktimpulsgenerator 1 synchronize«, eine Schaltung 15 zum Fühlen der normalen Drehung, Jie das Ausgangssignal der Synchronisierschaltung 14 und das Ausgangssignal des Taktimpulsgenerators 1 an den Takt- bzw. Rücksetzanschlüssen eines Zählers 29 unterdrückt und dadurch die normale Drehrichtung des sich drehenden Teils anzeigt, eine Fühlschaltung 16, die eine Drehung mit zu hoher Drehzahl feststellt und eine Entscheidungsschaltung 17 für die Freigabe der Bremse auf.
Die Synchronisierschaltung 14 soll unter Bezugnahme auf die F i g. 2 und 3 näher erörtert werden. Die Rückkopplungsimpuise von dem Frequenzgenerator 8 werden an einen Anschluß 23 angelegt, durch einen
.si Verstärker 24 verstärkt, durch eine Wellenformerschaltung 25 umgeformt und an den Rücksetzanschluß R eines Zählers 20 angelegt, wie in der Zeile (A) in F i g. 3 angedeutet ist. Die Taktimpulse von dem Impulsgenerator 1 werden durch einen Frequenzteiler 18 frequenzgeteilt und an einen der beiden Eingänge eines NOR-Gliedes 19 angelegt. Das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 19 wird auf den Anschluß C des Zählers
20 gegeben, wie in der Zeile »&< in F i g. 3 angedeutet ist. Das Ausgangssignal 01 des Zählers 20 [siehe die
•»r> Zeile (C)in Fig. 3] wird auf einen der beiden Eingänge eines UND-Gliedes 22 geführt, während das Ausgangssignal O 2 [siehe Zeile (D) in F i g. 3] über einen Inverter
21 an den anderen Eingang des UND-Gliedes 22 angelegt wird. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 22
">" ist in Zeile (E) von F i g. 3 angedeutet; dabei entspricht die Impulsbreite der Taktfrequenz. Das Ausgangssignal Ch wird auch an den anderen Eingang des NOR-Gliedes 19 angelegt, so daß der Zähler 20 nur zwei Taktimpulse zählt und gesperrt bleibt, bis er den nächsten
5t Rücksetzimpuls erhält.
In diesem FpII tritt ein Zittern von maximal einer Taktperiode auf; ist jedoch die feste Frequenz der Taktimpulse wesentlich höher als die Frequenz der Rückkopplungsimpuise, die von dem Frequenzgenerator 8 geliefert werden, so ist die nachteilige Wirkung dieses Zitterns auf das Ausgangssignal des Frequenzgenerators 8 vernachlässigbar.
Die synchronisierten Bezugsinipulse, die durch Synchronisieren der Rückkopplungsimpuise des Frc-
f>5 quenzgenerators 8 mit den Bezugsimpulsen, die durch Frequenzteilung üer T&ktimpulse des Taktimpulsgenerators 1 erhalten werden, sind synchron zur Drehzahl des Elektromotors 7 sowie zu der Frequenz der
Taktimpulse von dem Taktimpulsgenerator 1. Bei normaler Drehzahl des Elektromotors 7 liegt die Frequenz der Rückkopplungsimpulse bei 100 Hz und die Frequenz der Taktimpulse bei 100 kHz. Die synchronisierten Bezugsimpulse haben dann eine Frequenz von 100 Hz bzw. eine Impulsdauer von 10 ms und eine Impulsbreite von lOnsek. Das maximale Zittern beträgt 10μ5ε^
Die Taktimpulse von dem Taktimpulsgenerator 1 werden über zwei Frequenzteiler 26 und 28 an den Takteingang C des Zählers 29 angelegt, während das Ausgangssignal der Synchronisierschaltung 14 dem Riicksetzanschluß R des Zählers 29 zugeführt wird. Über einen Wählschalter 27 kann eine Frequenzteilung
von—oder—durch den Frequenzteiler 28 ausgewählt
werden, um beispielsweise eine Drehzahl von 33'/} oder 45 U/min eines Plattenspielers einzustellen.
Anhand von F i g. 4 wird nunmehr die Schaltung 15 erörtert, die eine normale Drehung feststellt. Die Synchronisierimpulse mit der Frequenz von 100 Hz und der Impulsbreite von 10μsek werden an den Rücksetzanschluß C des Zählers 29 angelegt; die Frequenz des Ausgangssignals am Frequenzteiler 26 beträgt 245.6 kHz und die Frequenzteilung durch den Frequenzteiler 28 ist -ry . Damit wird die Frequenz des Ausgangssignals Oi am Zähler 29 zu
343 600
(27x128)
= 100 Hz.
Das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 34 ist das logische Produkt der Ausgangssignale Oi bis O? und Oa bis Oii. Infolgedessen hat das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 34 eine Impulsbreite, die gleich den Impulsbreiten von vier Taktimpulsen ist; seine abfallende Flanke stimmt mit der des Ausgangsimpulses Or überein, wie in Zeile (K)\n F ig.4 angedeutet ist. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 34 wird an einen Flip-Flop aus zwei NOR-Gliesern 36 und 37 angelegt; das Ausgangssignal dieses Flip-Flops wird über zwei Verknüpfungsglieder 38 und 39 an den D-Eingang eines D-Flip-Flops 40 gegeben, der als Speicher dient. Das Eingangssignal für den Taktanschluß Cdes D-Flip-Flops 40 erscheint bei der Vorderflanke des Rücksetzimpulses, der dem Zähler 29 zugeführt wird. Infolgedessen erhält das Ausgangssigna! Odes D-Flip-FIops40den logischen Pegel »H«. In diesem Fall wird der Rücksetzimpuls auch an den Rücksetzanschluß des Flip-Flops aus den NOR-Gliedern 36 und 37 angelegt; aufgrund der durch die Verknupfungsjlieder 37 bis 39 hervorgerufenen, zeitlichen Verzögerungen ist jedoch der Zeitpunkt, an dem das Eingangssignal am D-Anschluß des D-Flip-Flops 40 abfällt, etwas verzögert, so daß das Eingangssignal mit dem logischen Pegel »H« an den D-Flip-Flop 40 angelegt wird (siehe F i g. 7).
Wenn die Drehzahl des Elektromotors 7 allmählich zunimmt wird die Frequenz der an den Rücksetzanschluß des Zählers 29 angelegten Impulse höher. Wenn d' t Taktfrequenz kurzer als 4 Taktimpulse wird, die der hinteren, abfallenden Flanke des Ausgangsimpulses Oi (siehe Fig.5) vorangehen, liegt kein Ausgangssignal von dem Verknüpfungsglied 34 vor. Deshalb erhält das Ausgangssignal von dem Verknüpfungsglied 37 den logischen Pegel »L«. Wenn das Eingangssignal für den D-Anschluß des D-Flip-Flops 40 den logischen Pegel »L« hat, hat sein Ausgangssignal O ebenfalls den logischen Pegel »L«.
Wenn andererseits die Drehzahl allmählich verringert wird, wird die Frequenz der dem Rücksetzanschluß des Zählers 29 zugeführten Synchronisierimpulse niedriger. Es liegt dann ein Ausgangssignal Os an; wenn die Impulsbreite des Ausgangssignals Og länger als vier Taktimpulse (siehe Fig. 6) ist, erscheint ein Ausgangssignal am Verknüpfungsglied 35, so daß das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 37 auf den logischen Pegel »L« geht. Da das D-Eingangssignal an dem ίο D-Flip-Flop 40 den logischen Pegel »L« hat, erhält auch das Ausgangssignal Oden logischen Pegel »L«.
Die Schaltung 15 hält also das Ausgangssignal 46 von dem D-Flip-Flop 40 auf dem logisch hohen Pegel »H«, wenn die Synchronisierimpulse oder die Ausgangsim-
'' pulse von dem Frequenzgenerator 8 bei ± — oder
±3,125% der Frequenzteilung liegen. Die Schaltungsanordnung 15 gibt als Informationen ab, daß der Elektromotor sich innerhalb einer zulässigen Toleranz mit normaler Drehzahl dreht. Das Ausgangssignal der Schaltung 15 wird zur Anzeige der Drehzahl des Elektromotors verwendet.
Mittels zusätzlicher Verknüpfungsschaltungen kann die zulässige Abweichung der Drehzahl des Elektromotors von dem vorgegebenen Wert über ± rrr- hinaus
erhöht oder unter diesen Wert verringert werden. Oben wurde ?'.<sgeführt. daß die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzgenerators 8 bei 100 Hz für eine Drehzahl des Elektromotors von 33'/3 U/min liegt. Bei 45 U/min wird jedoch die Drehzahl
45
100 x
33,333
= 135 Hz.
J5 Der Frequenzteiler 28 wird dann mittels des Wählschalters 27 auf eine Frequenzteilung von —umgestellt. Die
Frequenz des Ausgangssignais des Frequenzteilers 26 bleibt unverändert, d. h„ sie liegt nach wie vor bei 345,6 Hz. Als Bezugsfrequenzoszillator 1 kann also ein Quarzschwinger mit fester Frequenz verwendet werden. Bei einer Drehzahl des Elektromotors 45 U/min beträgt die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzgenerators 8 genau 135 Hz. Dies bedeutet also, daß pro Umdrehung der Abtriebswelle des Elektromotors bzw. des sich drehenden Teils 180 Impulse geliefert werden.
Als nächstes wird die Fühlschaltung 16 beschrieben, die feststellt, wenn die Drehzahl über dem vorgegebenen Wert liegt. Die Fühlschaltung 16 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Schaltung 15, di eine normale Drehung feststellt. Wenn die Drehzahl des Elektromotors 7 um mehr als zwei Taktimpulse höher als das Ausgangssignal Oj des Zählers 29 wird, geht das Ausgangssignal 0 am Ausgang 47 eines D-Flip-FIops 44 auf den logisch hohen Pegel »H«, der für die Änderung der Drehzahl verwendet wird. Wenn sich bei dieser Ausführungsform die Abtriebswelle mit einer Drehzahl dreht, die um
2
128
1,562%
höher als die normale Drehzahl ist, so geht das Ausgangssignal O auf den logisch hohen Pegel »H«. Dieser Grenzwert kann ohne Probleme mit Hilfe weiterer Verknüpfungsglieder noch geändert werden. In Fig.2 sind ein UND-Glied 41 mit sechs Eingängen und NOR-Glieder 42 und 43 dargestellt, die einen
RS-Flip-Flop bilden.
Die Funktion der Entscheidungsschaltung 17 für die Freigabe der Bremse stellt eine Umkehrung der Funktion der Schaltung 15 dar, die feststellt, wenn die Drehzahl über den vorgegebenen Wert hinaus ansteigt. Das sich drehende Teil, beispielsweise der Plattenteller eines Plattenspielers, wird abgebremst, bis seine
Dreh7ahl auf 7-der normalen Drehzahl abgefallen ist: sobald dieser Wert erreicht ist, gibt die Entscheidungs-
schaltung 17 ein Signal »Bremse freigeben« ab.
In Fig.2 ist ein UND-Glied 45 mit vier Eingängen dargestellt; ein Ausgang 49 ist direkt mit dem Anschluß On des Zählers 29 verbunden. In der Zeitspanne, in der sich die Drehzahl von O auf 12,5% der normalen Drehzahl erhöht, liegen Impulse an dem Ausgang 49 an. Diese Impulse können als Startsignal dienen, um das Anlaufdrehmoment nur dann zu erzeugen, wenn der Start/Stop-Schalter geschlossen ist. Der Bereich kann von O bis 6,25% geändert werden.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Eleictromotors
a) mit einer Treiberschaltung zum Liefern eines Treibersignals für die Beschleunigung bzw. Abbremsung des Motors,
b) mit einem mit dem Motor gekoppelten Frequenzgenerator zur Erzeugung von Rückkopplungsimpulsen, deren Frequenz der Drehzahl des Motors entspricht,
c) mit einem Bezugsfrequenzoszillator für die Erzeugung von Taktimpulsen mit einer festen Frequenz, die wesentlich größer als die Frequenz der Rückkopplungsimpulse ist,
d) mit einem mit dem Taktimpulsgenerator gekoppelten, umschaltbaren Frequenzteiler zum Erzeugen von Bezugsimpulsen und
e) mit eiisesi mehrstufigen Zähler mit einem Zähleingang für die Bezugsimpulse, mit einem Rücksetzeingang für die Rückkopplungsimpulse und mit einem mit der Antriebseinrichtung verbundenen Ausgang,
DE2828916A 1977-06-30 1978-06-30 Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Elektromotors Expired DE2828916C2 (de)

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