DE2913838A1

DE2913838A1 - Schaltungsanordnung zur konstanthaltung der drehzahl eines gleichstromkommutator-motors

Info

Publication number: DE2913838A1
Application number: DE19792913838
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Seitz
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1979-04-06
Filing date: 1979-04-06
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DE2913838C2

Description

"Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Drehzahl
eines Gleichstromkommutator-Motors" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung der Drehzahl eines Gleichstromkommutator-Motors, wobei der Anker des Motors in Reihe zur Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors an eine Gleichspannungsquelle gelegt ist und die während der Kommutierung auftretenden Spannungsspitzen als Maß für die Ist-Drehzahl des Motors durch Steuerung des Transistors die Regelung~des Ankerstromes bewirken.
Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt, so z.B.
aus der DE-OS 23 10 739. Dabei werden die Kommutierungsspannungen Über einen Tiefpaß geführt und sodann in eine drehzahlproportionale Gleichspannung ungewandit, die den Transistor kontinuierlich steuert.
Eine ahnliche Schaltungsanordnung ist auch aus der US-PS 3 297 266 bekannt. Dort werden Jedoch nicht die Kommutierungsspitzen ausgenutzt, sondern es ist ein magnetischer Impulsgeber vorhanden, der eine der Ist-Drehzahl des Motors proportionale Impulsfolge liefert.
Dieser Impulsgeber bedingt aber einen höheren Aufwand.
-Eine weitere Schaltungsanordnung der genannten Art ist auch aus der DE-OS 24 43 023 bekannt, die sich zur Gewinnung einer der Ist-Drehzahl proportionalen Spannung eines mit der Motorwelle gekuppelten Tachogenerators bedient. Aber auch dieser Taclr-erator stellt einen zusätzlichen Aufwand dar.
Insofern ist die aus der zuerst genannten DE-OS 23 10 739 bekannte Schaltungsanordnung am einfachsten und immer dann vorzuziehen, wenn Raum- oder Preisgründe gegen die Verwendung von Tachogeneratoren oder anderen Impulsgebern sprechen.
Allerdings zeigen derartige Schaltungsanordnungen auch einen gewissen Nachteil, der darin besteht, daß auch Störspannungen eine Kommutierung vortäuschen können und somit zu einer Beeinflussung des Regelvorganges fUhren können. Derartige Störspannungen können z.B.
rein elektrischer Art (Schaltfunken) sein oder aber auch durch den Motor bedingt sein, z.B. durch einen Ölfilm auf oder einen Abbrand am Kollektor oder auch ein Springen der Federn. Solche und ähnliche Erscheinungen täuschen Kommutierungen vor und stören die Konstanz der Drehzahl.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, bei der eine der Ist-Drehzahl proportionale Größe aus dem Kommutierungsvorgang abgeleitet wird, dahingehend zu verbessern, daß Störeinflüsse unwirksam bleiben.
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Konnutierungsspannungen einen zugleich als Komparator wirkenden monostabilen Multivibrator steuern, dessen Zeitkonstante derart bemessen ist, daß seine Einschaltzeit etwa zwischen 0,55 und 0,6 des rechnerischen Zeitabstandes zweier aufeinanderfolgender Kommutierungen beträgt.
Es sei hier bemerkt, daß die Verwenduiag ~~ges einfachen monostabilen Multivibrators an sich bereits aus der o.g. DE-OS 24 43 023 und der US-PS 3 297 26(; kannt ist.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
über einer (nicht dargestellten) Stromquelle liegt die Reihenschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T und des Ankers eines Motors M, dessen Drehzahl konstant gehalten werden soll. Außerdem legt an dieser Stromquelle eine Zener-Diode Z, mittels der eine stabilisierte Spannung von z.B. 7,5 Volt erzeugt wird, die zur Speisung der elektronischen Schaltung dient.
Die Kommutierungsspannungen des Motors M werden in einem ersten Kondensator cl differentiiert und gelangen auf den + Eingang eines als Komparator und monostabilen Multivibrator wirkenden ersten Operationsverstärkers KM. Uber dessen Eingänge ist ein aus drei Widerständen Ri, R2 und R3 gebildeter Spannungsteiler-geschaltet. Dieser Spannungsteiler bestimmt in Verbindung mit weiteren Widerständen R4, R5 und R6 die Vorspannung für den Ruhezustand des Operationsverstärkers KM. Dabei ist der Widerstand R5 einstellbar ausgebildet, um eine genaue Einstellung der Drehzahl des Motors M zu ermöglichen. Auch kann er umschaltbar sein, wenn mehrere Geschwindigkeiten wählbar sein sollen, wie es z.B. bei Plattenspielern, Tonbandgeräten usw. erwünscht ist.
Ein erster Kondensator Cl bestimmt mit den Widerständen R4 und R5 das monostabile Zeitintervall. Uber eine Diode D ist die Rückschaltschwelle des monostabilen Multivibrators gegeben. über ein Siebglied, bestehend aus Widerständen R7 und R8 sowie einem Kondensator C2 zur Verringerung der Welligkeit der Rechteckimpulse gelangen diese vom Ausgang des ersten Operationsverstärkers KM auf den -Eingang eines zweiten, als Regelverstärker wirkenden Operationsverstärkers RV, dem ein Kondensator C3 in Verbindung mit einem Widerstand R9 und einem weiteren Kondensator C9 zur Frequenzgangkompensation ein integrierendes Regelverhalten gibt, wodurch eine weitere Glättung erzielt wird.
Der Verbindungspunkt zweier gleicher Widerstände R6 und R10 liefert, über einen weiteren Widerstand R11, die Mittenspannung an den +Eingang des Regelverstärkers RV.
Da der Motor im stromlosen Zustand keine Triggersignale liefern kann und der Regler dadurch zu Kippschwingungen neigen könnte, ist ein Widerstand R13 vorgesehen, der einen ständigen Vorstrom, auch bei negativen Sollwertsprüngen der Drehzahl, durch den Motor fließen läßt.
Wie oben erwähnt, arbeitet der erste Operationsverstärker KM zugleich als Komparator und monostabiler Multivibrator. Im Ruhezustand ist-sein +Eingang negativer als sein -Eingang, wodurch der Ausgang auf der unteren Restspannung liegt. Die Kommutierungsspannungen werden durch den Kondensator C1 zu positiven Nadeln differentiiert.
Dabei wird der +Eingang positiver als der -Eingang, und die Ausgangsspannung strebt gegen die Betriebsspannung, was durch die Mitkopplung über den Kondensator C4 und den Widerstand R4 noch beschleunigt wird. Dieser Kondensator C4 entlädt sich über die Widerstände R4 und R5, bis der +Eingang des Operationsverstärkers KM wider negativer als sein -Eingang wird und er somit wieder zurückschaltet. Dabei stellt die Klemmdiode D einen einwandfreien Bezug auf die Mittenspannung her. Dadurch, daß der Widerstand R5 an Masse liegt, ist ein scharfer Schnittpunkt der Entladespannung mit der Mittenspannung gewährleistet, so daß der am Ausgang des Operationsver- stärkers KM entstehende Rechteckimpuls eine exakte Spannungs-Zeit-Flächeneinheit für lin Motorumdrehung ist, wobei n die Zahl der Kommutierungen pro Umdrehung bedeutet. Die Pulsbreite ist der geforderten Soll-Drehzahl, der Pulsabstand jedoch der Ist-Drehzahl proportional.
Ein weiterer Kondensator C7 verringert sehr hochfrequente Einbrüche der Motorspannung, insbesondere am Anfang einer jeden Kommutatorlamelle, z.B. durch Prellen. Auch kann durch einen Kondensator C5 verhindert werden, daß bereits eingeleitete Komparierungsvorgänge durch Reste von Prelleinbrüchen wieder rückgängig gemacht werden. Zur Herabsetzung derNetzstörempfindlichkeft kann ein weiterer Kondensator C6 vorgesehen werden.
Die Mittenspannung liegt auch am +Eingang des Regelverstärkers RV, so daß sich an dessen -Eingang eine virtuelle Referenzspannung entsprechend der Mittenspannung einstellt.
über die Widerstände R7 und R8 fließt ein geglätteter Strom zum -Eingang des Regelverstärkers RV, dessen Abweichung vom gedachten Referenzstrom auf diesem Zweig der Drehzahlabweichung dem Sollwert proportional ist.
Der Regelverstärker RV treibt über einen Widerstand R14 den Transistor T, dieser wiederum, als Spannungsquelle mit relativ hohem Innenwiderstand, den Motor M.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung liegt darin, daß infolge der gewählten Monoflop-Zeitkonstanten des Komparators Störspannungen am Eingang weitgehend unterdrückt werden oder, falls diese in den Monoflop-Lücken triggernfdie jeweils nachfolgende Kommutierung ignoriert wird. Auf diese Weise bleibt die Drehzahl auch dann konstant, wenn Störspannungen auftreten.
Leerseite

Claims

Patentanstrüche Q Schaltungsanordnung zur Konstaì1thantung der Drehzahl eines Gleichstromkommutator-Motors, wobei der Anker des Motors in Reihe zur Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors an eine Gleiokspannungsquelle gelegt ist und die während der Kommutierung auftretenden Spannungsspitzen als Maß für die Ist-Drehzahl des Motors durch Steuerung des Transistors die Reelung des Ankerstromes bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsspannungen einen zugleich als Komparator wirkenden monostabilen Multivibrator (KM) steuern, dessen Zeitkonstante derart bemessen ist, daß seine Einschaltzeit etwa zwischen 0,55 und 0,6 des rechnerischen Zeitabstandes zweier aufeinanderfolgenden Kommutierungen beträgt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen Vorstrom durch den Motor bewirkender Widerstand (R13) vorgesehen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, daß der die Zeitkonstante des monostabilen Multivibrators (KM) bestimmende Widerstand (R 5 ) einstellbar ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Zeitkonstante des monostabilen Nultivibrators (KM) bestimmende Widerstand (R 5) umschaltbar ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Prior ein Kondensator (C7) gelegt ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgang und +Eingang des Komparators (KM) ein Kondensator (C5) gelegt ist.