DE2949947C2

DE2949947C2 - Schaltungsanordnung zum Steuern und Regeln eines kollektorlosen Elektromotors mit einem permanentmagnetischen Läufer

Info

Publication number: DE2949947C2
Application number: DE2949947A
Authority: DE
Inventors: Dan-Corneliu 6232 Bad Soden Raducanu
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1979-12-12
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1982-06-24
Also published as: DE2949947A1; JPS56123798A; US4484123A; JPH026317B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern und Regeln eines kollektorlosen Elektromotors mit einem permanentmagnetisch^!) Läufer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Als elektromuchanische Wandler für zeithallende Geräte wie Quarzuhren, die die untersetzte Quarzfrequenz auf eine Anzeigevorrichtung übertragen, dienen niederfrequente, elektromagnetisch erregte Schritlschpli^erke, erregte oder synchronisierte Schwirtgungssysteme, Schrittschaltmoloren und Synchronmoloren. Die Synchronmotoren werden selbslanlaufend oder nicht sclbstanlaufend mit der Erregerfreqi'enz angetrieben. Derartige reaktive Synchronmoloren weisen mindestens eine Feldwicklung auf, die mit einer zur rolalorischen Bewegung des durch den Läufer erzeugten magnetischen Feldes synchronen Wechselspannung beaufschlagt wird. Selbstanlaufende Synchronmotoren haben den Nachteil einer hohen Leistungsaufnahme, was bei einem Balterieanirieb entweder zu einem häufigen Battenewechsel oder zu groß dimensionierten Batterien führt. Beides ist insbesondere bei Uhren unerwünscht. Neben dem Nachteil der hohen Leistungsaufnahme haben selbstanlaufende Synchronmotoren den weiteren Nachteil, daß ein durch einen Polsprung verlorener Impuls nicht mehr einzuholen ist. Ein solches System kann die Anzahl der Umdrehungen in einer vorgegebenen Zeitspanne niehl konstant halten. Nicht selbstanlaufende Motoren können nach einem Stillstand während des Betriebes nicht mehr von selbst starten, sondern müssen mit Hilfe eines mechanischen Anwurfs des Läufers erneut gestartet werden. Zusätzlich muß bei Syn'-hronmotoren, die angeworfen werden, auf eine genaue Einstcllbarkeit des Zeigers geachtet werden.

Bei rotierenden Schrittschaltwerken (Schrittmotoren) wird die Bewegung eines permanentmagnetischen Läufers mit n-Polpaaren in einem durch wechsel- oder gleichgerichtete Stromimpulse erregten Ständerfeld um jeweils einen halben bzw. einen Polpaarschritt ausgenutzt. Schrittschaltmotoren mit permanentmagnetischen Läufer haben Dank des hohen Magnetfeldes ein relativ großes Drehmoment und einen hohen Wirkungsgrad und erlauben einen großen Schrittwinkel bei günstiger Dämpfung der Schriltbewegung. Eine Zusammenstellung der bekannten Lösungen ist der Literaturstelle von G. Glaser: »Quartzuhrentechnik« (Verlag Wilhelm Kempter KG. 1979: Seite 142-161) zu entnehmen.

Aus der DE-OS 25 56 726 (F i g. 1) ist eine Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art bekannt, mit zwei Ständerwicklungen und in Reihe mit diesen an einer Betriebsgleichspannung liegenden, als Schalter wirkenden elektronischen Stellgliedern, die über eine Torschaltung durch Steuerimpulse gesteuert werden.

Bei dieser bekannten Anordnung werden der Torschaltung von einem Impulsgeber abwechselnd verhältnismäßig kurze Anlaufsignale als Auftastsignale und längere Haltesignale als Sperrsignale zugeführt, die im Anlaufaugenblick und bei blockiertem Läufer ungehindert zugeführt werden und bei normalem Betrieb von einem die Torschaltung ständig auftastenden Normallaufsignal übersteuert werden. Beim Einschalten des Motors wird dabei ein erster Anlaufversuch vorgenommen, wenn das erste Anlaufsigna! vorn Impulsgeber zugeführt wird. Läuft der Motor nicht an. wird die Zufuhr der Steuerimpulse zum elektrischen Stellglied während der Dauer des folgenden Haltesignals.des Impuisgebers durch die Torschaltung gesperrt Erst beim Auftreten des folgenden Anlaufsignals erfolgt ein erneuter Anlaufversuch. Läuft der Motor, wird der Beirieb auf Grund der Übersteuerung durch das Normallaufsignal fortgesetzt. Wird der Läufer während des Betriebes blockiert, verschwindet das Normallaufsignal, und der Motor wird durch ein Haltesignal des Impuisgebers abgeschaltet. Danach wird beim Auftreten des nächsten Anlaufsignals automatisch wieder ein Anlauf versucht. Die Anlaufversuche erfolgen somit nur kurzzeitig nach längerer Pause, so daß die Siänderwicklung oder das Stellglied nicht überlastet werden. Wenn eine Blockierung von selbst verschwindet, läuft der Motor selbsttätig wieder an. Bei dieser bekannten Anordnung ist das Normallaufsignal von der Drehrichtung des Läufers abhängig. Im Stillstand des Läufers

ti wird kein Normallaufsignal erzeugt, so daß die Anlauf- und Hallesignale der Torschaltung abwechselnd zugeführt werden.

Aus der DE-OS 25 13 758 ist eine elektronische Unischaltanordnung zur Speisung eines Elektromotors aus einer Gleichstromquelle bekannt, bei der der Elektromotor eine mehrphasige Statorwicklung und einen magnetischen Rotor aufweist, der mechanisch mit einer Meßeinrichtung für die Winkelstellung und Winkelgeschwindigkeit gekoppelt ist. Bei dieser bekannten Anordnung wird eine der Läuferdrehzahl proportionale Spannung von der Statorwicklung abgegeben und mit einer Referenzspannung verglichen, so daß bei drehzahlproportionalen Spannungen, die größer als die Referenzspannung sind, ein im wesentlichen rechteckförmiges Signal abgegeben wird. Die abgetastete Winkelstellung und Winkelgeschwindigkeit des Rotors werden einer Ansteuerlogik zugeführt, in der die eingehenden Impulse und Signale verknüpft und Ausgangsimpulse an Schalter abgegeben, die die Statorwicklung mit einem System von mehrphasigen, etwa in sinusförmigen Stufen zunehmenden und abnehmenden Wechselströmen speisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Steuern und Regeln eines kollektorlosen Elektromotors mit zwei Ständerwicklungen und einem permanentmagnetischen Läufer anzugeben, mit der der Elektromotor nach einem Stillstand während des Betriebes erneut von selbst anläuft und während des Normalbetriebes auf ein Gegendrehmoment mit einer entsprechenden Erhöhung der Antriebsleistung reagiert, wobei zur Drehzahierfassung und Drehzahlregelung des Elektromotors keine zusätzlichen Bauelemente am Elektromotor erforderlich sind und in jeder Betriebsart eine geringstmögliche Leistungsaufnähme gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

Die erfindungsgemäße Lösung stellt einen Selbstanlauf des Motors in einer einzigen Richtung nach Stillstand des Motors oder einer in Folge starken Drehmomentes an der Welle des Läufers erheblich verringerten Drehzahl durch Umschalten des Nominailaufbetriebes auf einen Selbstanlaufbetrieb mit einer oder mehreren vorgebbaren Frequenzen sicher und gewährleistet im Nominallaufbetrieb eine einwandfreie Drehzahlregelung des Motors, ohne daß zusätzliche Bauelemente zur Drehzahlerfassung und Drehzahlregelung am Elektromotor erforderlich sind Während im

-- NominaHaufbeineb die eine Ständerwicklung als Arbeitswicklung Antriebsimpulse abgibt, arbeitet die andere Ständerwicklung als Istwertgeber, dessen Airsgangssignale ro emer Steuer- und Regelschaltung

mit Sollwerten verglichen und zur Abgabe geeigneter Impulse an die Arbeilswicklung verarbeitet werden. Sowohl im Nominallaufbetrieb als auch im Selbstanlaufbetrieb ist durch die erfindungsgemäße Signalverknüpfung und optimalem Einsatz der Antriebsimpulse eine geringstmöglichc Leistungsaufnahme des Elektromotors sichergestellt. Durch die optimale Abgabe der Antriebsimpulse ist zudem auch eine einwandfreie Funktion d«.i' Anordnung auch bei stark herabgesetzter Versorgungsspannung gewährleistet. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Lösung, insbesondere bei der Anwendung in batteriebetriebenen Geräten, wie bei-Ipielsweise Uhren. Diese Eignung wird noch dadurch !hervorgehoben, daß ein einfacher Elektromotor ohne besondere Istwertgeber Verwendung findet, so daß die Lösung universell bei Uhren mit kleinem bis großem Gegendrehmoment, d. h. für kleine Armband- oder Tischuhren bis zu großen Wanduhren anwendbar ist.

Weitere günstige Ausgestaltungen der erfindungsge-(niiRpn Schaltungsanordnung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 2 — 24 zu entnehmen.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines reaktiven Motors mit der gesamten Steuer- und Regelanordnung,

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung der einzelnen Steuer- und Regelkreisglieder,

F i g. 3, 4, 5 zeitliche Darstellungen der Impulse und Signale nach den F i g. 1 und 2,

F i g. 6 eine vereinfachte Wicklungsanordnung des reaktiven Motors und

Fig. 7 eine zeitliche Darstellung der Impulse und Signale bei der Anwendung der vereinfachten Wicklungsanordnung.

In Fig. 1 ist schematisch ein reaktiver Motor2 dargestellt, der einen Läufer 21 mit durch Permanent-Magnete gebildeten Pol und einen nicht näher dargestellten Ständer mit zwei Wicklungen 22, 23 aufweist Wird eine der beiden Wicklungen 22, 23 mit Impulsen beaufschlagt, so läßt sich der Läufer 2 t auf eine der Polpaarzahl -»nd der Frequenz entsprechende Drehzahl bringen. Die Umdrehungen des Läufers 21 werden für die Anwendung in zeithaltenden Geräten, wie Uhren, über eine Welle und ein Getriebe auf ein Anzeigesystem übertragen, welches beispielsweise eine Analoganzeige mittels mehrerer Zeiger und einem Ziffernblatt ermöglicht

Für die Erfassung der Drehzahl η und zur Abgabe einer drehzahlproportionalen Spannung U_n für die Drehzahlregelung im Nominalbetrieb bzw. als Kriterium zur Einleitung des Seibstanlaufbetriebes ist eine Einrichtung 24 vorgesehen, die beispielsweise aus einer optoelektronischen, magnetischen oder gleichwertigen Einrichtung bestehen kann. In einfacher Weise kann aber auch die zweite Wicklung 23 des Ständers als Sensorwicklung verwendet werden, da sie ebenso wie die erste Wicklung 22 im Einflußbereich der Magnetlinien der Pole des Läufers 21 liegt Bei der Rotation des Läufers 21 schneiden die Magnetfeldlinien der Pole periodisch die zweite Wicklung 23, wodurch an den Wicklungsenden eine der Drehzahl π des Läufers 21 proportionale, sinusförmige Spannung U_n mit Nulldurchgängen, das sogenannte Sensorsignal ansteht Diese drehzahlproportionale Spannung U_n wird zusammen mit zwei Vergieichsspannungen U_r. U_s an die Eingänge eines Vergleichsgliedes 4 gelegt, wo das Sensorsignal in zwei Rcchleckimpulse für die Drehzahl regelung bzw. für die Einleitung des Anlaufbetriebes umgesetzt Wi.d. deren senkrechte Flanken an Schnittstellen mit den konstanten Vergleichsspannungen U_n I', liegen. Die im wesentlichen rechteckförmigen Ausgangssignale v, i des Vergleichsgiiedes 4 sind an die Eingänge eines pns zwei Teilstufen 51. 52 aufgebauten Entstör- und Verzögerungsgliedes 5 gelegt, das zusätzlich mit einer Taktfrequenz U beaufschlagt ist.

ro Dieses Entstör- und Verzögerungsglied 5 gibt für den Nominalbetrieb Istwertfrequenz-Impulse /. / an eine Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb 6 und für die gegebenenfalls erforderliche Einleitung des Selbstan laufbetriebes Selbslanlaufsignale V an eine nachgeschaltete Selbstanlaufstufe 8 ab.

Der Regeleinrichtung für den Nominalbetricb6 werden neben den Istwertfrequenz-Impulsen /, /vor der Selbstanjaufstufe 8 abgegebene Sollwertfrequenz-Impulse fi, f} zugeführt und am Ausgang zwei verschiedene

jo Nominallauf·Impulse Hn*. Hn abgegeben.

Der Selbstanlaufstufe 8 werden neben dem Selbstanlaufsignal V zusätzlich eine oder mehrere voneinander verschiedene Frequenzsignale fo„, sowie ein vorgebbares Signal N eingegeben. Das vorgebbare Signal N wird in einem Wartezeitglied 7 erzeugt, das aus einer oder mehreren Verzögerungsstufen 7ri bis 7rj steht. Der ersten Verzögerungsstufe Tm wird ein Frequenzsignal Λ eingegeben, während die Reset-Eingänge aller Verzögerungsstufen synchron in Abhängigkeit vom Selbst-

jo anlaufsignal Kund vom Umschaltsignal β zurückgesetzt werden.

Von der Selbstanlaufstufe 8 werden jieben dem Umschaltsignal β. β zwei Impulsfolgen /Ί, f\ sowie /i, h zusammen mit den von der Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb 6 abgegebenen Nominallaufimpulsen Wo*. Wo einer nachgeschalteten Ansteuerlogik9 zugeführt, an deren Ausgängen Impulsfolgen T_n zur Ansteuerung von Schaltern einer nachgeschalteten Schaltslufc 3, die sowohl mit einer Spannungsquelle +Ub, - Ub als auch mit den Wicklungen 22, 23 des reaktiven Motors 2 verbunden ist. wobei die Schaltstufe 3 die Wicklungen 2Z 23 des reaktiven Motors 2 mit dem einen oder anderen Pol der Spannungsquelle -!- Ub. — C/everbindet.

Der gesamten Anordnung ist ein Generator zugeordnet, der einen Schwingquartz 1 und einen Frequenzteiler Il aufweist an dem Rechteck-Impulse mit den Frequenzen /3, ft und km anstehen, die an den vorgenannten Stellen den entsprechenden Anordnungsstellen zugeführt werden.

Die der F i g. 2 zu entnehmende detaillierte Darstellung der Steuer- und Regelkreisanordnung zeigt in strichpunktierter Einfassung die in F i g. 1 dargestellten Elemente.

Das Vergleichsglied enthält zwei Komparatoren 41 und 42, deren positive Eingänge an das eine Ende der zweiten Wicklung 23 angeschlossen sind. Während der negative Eingang des ersten !Comparators 41 an die eine Referenzspannung U₁ angeschlossen ist ist der negative

ω Eingang des zweiten Komparators 42 an die andere Referenzspannung {/-und an das andere Wicklungsende der zweiten Wicklung 23 angeschlossen. Die Ausgänge der beiden Komparatoren 41 und 42 mit den Signalen ν und /sind getrennt auf eine der beiden Teilstufen 51 und 52 der Entstör- und Verzögeningsstufe 5 geführt Jede der beiden Teilstufen 51 und 52 enthält 4 in Reihe geschaltete, getaktete Fiip-Flops Di bis D 4 bzw. D 5 bis D 8, deren Takteingänge Ct synchron mit einer

i'estit'gbaren Frequenz Λ. in diesem Fall einer Frequenz von 1024 Hz, beaufschlagt sind Der Eingang des jeweils ersten getakteten Flip-Flops Di bzw. D 5 ist mit dem Ausgang des ersten bzw. zweiten !Comparators 4ΐ bzw 42 verbunden. Die Ausgänge Q der geiakteten Flip-Flops D 1 bis D 3 bzw. D5 bis D7 sind jewe'is mit dem Eingang des nachfolgenden getakteten Flip-Flops Dl bis D 4 bzw. D 6 bis DS verbunden. Der Ausgang des jeweils letzten Flip-Flops DA bzw. D8 ist an den einen Eingang eines nachgeschalteten ersten NAND-Gatters CX bzw. G 5 gelegt, an deren anderen Eingang der Ausgang des jeweils ersten getakteten Flip-Flops D\ bzw. D 5 angeschlossen ist. An die Eingänge eines zweiten NAND-Gatters G 2 bzw. G 6 sind die negierten Ausgänge Q des ersten bzw. des letzten getakteten Flip-Flops D\ bzw. D4 und D5 bzw. D8 angeschlos sen.

Die Ausgänge dieser beiden ersten NAND-Gatter Gl. G 2 bzw. G5. G 6 sind an den Eingang eines dritten bzw. vierten NAND-Gatters G3. G4 bzw. G 7. G8 gelegt, deren anderer Eingang jeweils mit dem Ausgang des jewei'-; anderen NAND-Gatters G4. G 3 bzw. G 8. G 7 verbunden ist. Das Ausgangssignal V der ersten Entstör- und Verzögerungsstufe 51, das identisch ist mit dem Ausgangssignal des dritten NAND-Gatters G 3 wird an den Eingang der nachgeschalteten Selbstanlaufstufe 8 angeschlossen. Die Ausgangssignale /. / der zweiten Entstör- und Verzögerungsstufe 53, die identisch sind mit den Ausgangssignalen des dritten und vierten NAND-Gatters G 7, G8 dieser Stufe, sind mit der nachgeschalteten Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb 6 verbunden.

Die Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb 6 weist ebenfalls zwei getrennte Regeleinrichtungen 61 und 62 für die Nominallaufimpulse Ho*, Wo" auf. Jede dieser Regeleinrichtungen 61 und 62 enthält zwei D-Flip-Flops Dr,, Dr₂ bzw. D/o, Dr4. zwei NOR-Gatter G 12, G13 bzw. G14, G 15, die in der Weise miteinander verknüpft sind, daß die negierten Ausgänge Q der beiden D-Flip-Flops Dm. Dr₂ und Dr₃, D/m über das erste NOR-Gatter G 12 bzw. G14 zusammengefaßt und an die Reset-Eingänge der beiden D-Flip-Flops_D/?i. ftund D/a, DRi gelegt sind. Der negierte Ausgang Q des ersten D-Flip-Flops Dr\ bzw. D/a und der Ausgang des zweiten D-Flip-FIops Dr₂ jdzw. Dr* sind zusammen mit dem Ausgangssignal /, / der zweiten Entstör- und Verzögerungsstufe 52 an die drei Eingänge des zweiten NOR-Gatters G13 bzw. G15 angeschlossen. Die Ausgänge dieser beiden NOR-Gatter G13 bzw. G 1*5 sind mit zwei Eingängen der Ansteuerlogik 9 verbunden. Die Eingänge der vier D-Flip-Flops Dr\ — Dr* sind an positives Potential angeschlossen, während die Takteingänge Ck des jeweils ersten D-Flip-Flops Dr\ bzw. D/n mit der abfallenden bzw. ansteigenden Flanke einer von der Selbstanlaufstu^fe 8 vorgegebenen Frequenz F₂ bzw. fi beaufschlagt sind. Der Takteingang Ct des jeweils zweiten D-Flip-Flops Db bzw. Dr₄ ist_mit der ansteigenden bzw. abfallenden Flanke /, / der am Ausgang der zweiten Entstör- und Verzögerungsstufe 52 anstehenden Impulse beaufschlagt

Die Selbstanlaufstufe 8 enthält die Reihenschaltung von drei "P-Flip-Flops Tr*, T/s, Tr&, deren negierte Ausgänge Q Signale P, R, S abgeben und auf den Eingang des jeweils nachgeschalteten "P-Flip-Flops Tr₄, Trs und T/» geschaltet sind. Der Eingang des ersten Γ-Flip-Flops Tra ist mit dem Ausgang des Wartezeitgliedcs 7, das επί Signal Ar abgibt, verbunden. Die Reset-Eingänge R der drei T-FHp-Flops Tr₄ bis T/s sind gemeinsam an den Ausgang einer Schaltung, die auü drei NOR-Oattern G 9 bis (711 besteht, angeschlossen. Die Eingange des ersten NORjGatters G 9 sind sowohl mit dem negierten Ausgang ζ) des dritten T-Flip-Flops Tm. . als auch mit dem vom Wartezeitglied 7 abgegebenen, vorgebbaren Signal N beaufschlagt. Ein Eingang des zweiten NOR-Galters G 10 ist mit derr. Ausgang des ersten NOR-Gatters G9 verbunden, während der zweite Eingang mit dem von der ersten Entstör- und

ι» Verzögerungssfufe 51 abgegebenen SelbstanlaufsigMl V beaufschlagt ist.

Das dritte NOR-Gatter GIl ist sowohl mit dem Ausgang des zweiten NOR-Gatters G 10 verbunden als auch mit dem von der Selbstanlaufstufe 8 abgegebenen

ι) Umschaltsignal β beaufschlagt. Des weiteren sind in der Selbstanlaufstufe 8 vier UND-Gatter G30 bis G33 vorgesehen, an deren Eingänge vorgegebene Frequenzsignale Αι_Λ fm* /öiz. im Ausführungsbeispiel 16,32 und 64 Hz. die Ausgangssignale P und R sowie mittels zweier NAND-Gatter G 28, G 29 die negierten Ausgangssignale P. R des ersten und zweiten Γ-Flip-Flops Tr₄ und Trs, das Umschaltsignal β sowie das negierte Umschaltsignal β in folgender Weise gelegt sind:

erstes Gatter G 30:/? (negiert) und &3*(64 Hz) zweites Gatter GZX-.ß.JP, /?und/"₀i_z(16 Hz) drittes Gatter G 32: ß. /^/?und /02/(32 Hz) viertes Gatter G 33:ß, R und /"o3*(64 Hz)

Die Ausgänge der vier UND-Gatter G30 bis G33 sind über ein NOR-Gatter G 34 zusammengefaßt, an dessem Ausgang eine Impulsfolge /o ansteht, die an den Takteingang C* eines nachgeschalteten D-Flip-Flops 82 gelegt ist, das zusammen mit einem zweiten D-Flip-Flop 83 eine Frequenz-Untersetzerstufe bildet Bei beiden D-Flip-Flops 82 und 83 ist der negierte Ausgang Q mit dem Eingang Do bzw. Dio verbunden. Der Ausgang C? des ersten D-Flip-Flops 82 ist mit dem Takteingang des zweiten D-Flip-Flops 83 verbunden. An den Ausgängen Q und den negierten Ausgängen C der beiden D-Flip-Flops 82 und 83 stehen die untersetzten Frequenzfolgen /i, f, sowie f₂ und f₂ an. An den Eingängen eines weiteren Flip-Flop 81 der S_elbstanlaufstufe 8 sind das negierte Ausgangssignal S des dritten T-Flip-Flops 7>& und das Ausgangssignal ein r weiteren NOR-Gatters 36 angelegt, an dem das negierte Ausgangssignal 5 und das von dem Wartezeitglied 7 abgegebene Signal N zusammengefaßt sind. Am Ausgang dieses Flip-Flops 81, das im Ausführungsbeispiel aus zwei NOR-Gattern G 26 und G27 zusammengesetzt ist stehen das JJmschaltiignal β sowie das negierte Umschaltsignal β an.

Das Wartezeitglied 7 besteht im Ausführungsbeispiel aus drei Verzögerungsstufen Tr\ bis Γ/α, deren Reset-EingäRge R gemeinsam mit den Reset-Eingängen der T-Flip-Flops der Selbstanlaufstufe 8 an den Ausgang des Gatters GIl gelegt sind. Am Eingang der ersten Verzögerungsstufe Tr\ ist eine Frequenz F₃, im Ausführungsbeispiel 16 Hz, gelegt während die Ausgänge ζ> der ersten und zweiten Verzögerungsstufe Tr\ und Tr2 mit den Eingängen der nachfolgenden Verzögerungsstufe verbunden sind und am Ausgang der dritten Verzögerungsstufe 7/Qdas Signal Nansteht Die Ausgangssignale ß, ß, f_u 7\ und F₂, F₂ der Selbstanlaufstufe 8 und die Ausgangssignale Ho~ sowie Ho* der Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb 6 werden in der nachgeschalteten Aiisteuerlogik S mittels 6 UND-Gatter G 20—G 25, deren Ausgänge an vier

weitere UND-Gatter G16—G 19 angeschlossen sind, in der Weise miteinander verknüpft, daß sie der folgenden Wahrheitstabelle genügen:

Betrieb

Signale
ß Ά

Schuller

51/55 52/5fi 53/57 5-1/58

Selbstanlauf

Nominallaufbetrieb
H,] H₀
K - V,

H
H
H
H

L
L
L

H
L
L
L

L
L
L

L
L
H
L

L
L
L

II
L
L L
H
L
L

II
L
L

L
H
L

E
A
A
A

Λ
A
A

A A E A

A A A

A A A E

E A A

A E A A

E Λ

wobei

π = i
L

i'L'hci ruicfiimi
niedriges Potential
unbedeutender Zustand
Schalter geschlossen
Schalter geöffnet

bedeutet

Die Ausgänge 75 bis 78 der NAND-Glieder G 16 bis vj 19 dienen zur Ansteuerung von acht Schallern Sl -58 einer Schaltstufe 3, deren Schaltanschlüsse in zyklischer Vertauschung jeweils an dem positiven oder negativen Batterieanschluß + I'bm und -Umi sowie dem einen oder anderen Wicklungsende der ersten oder zweiten Wicklung 22 oder 23 des reaktiven Motors 2 angeschlossen sind. Dabei steuert jeweils ein Ausgangs signal 75-78 zwei Schalter an. die an dem einen oder anderen Batteriepol i.'ul an dem einen oder anderen Wicklungsende einer der beiden Wicklungen 22 oder 23 angeschlossen sind. Die in der Schaltstufe angeordneten Dioden D 1 — D 8 sind den beiden Wicklungen 22 und 2.3 so parallel geschaltet, daß die in den Wicklungen gespeicherte magnetische Lnergie nach Abschalten der Schalter 51 bis S8 an die speisende Batterie zurückgeliefert werden kann.

Die Umdrehungen des Motorläufers 21 werden über eine nicht näher dargestellte Welle auf ein Getriebe und von diesem über eine weitere Welle auf ein Anzeigesystem übertragen, welches beispielsweise eine Analoganzeige mittels mehrerer Zeiger und einem Ziffernblatt ermöglicht.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anordnung soll nachstehend an Hand der zeitlichen Darstellungen der einzelnen Signale in den F i g. 3 und 4 erfolgen.

In F i g. 3 sind die zeitlichen Verläufe der Spannungen an der /weiten Wicklung 23. die konstanten Referenzspannungen l/rund LJ, sowie die Ausgangssignale ν und / der beiden Komparatoren 41 und 42 dargestellt. Bei der Rotation des Läufers 21 schneiden die Magnetlinien der Pole N und 5 periodisch die Magneifeldlimen der zweiten Arbeitswicklung 23, wodurch eine sinusförmige Spannung Uw mit Nulldurchgängen, das sogenannte Scnsorsignal, erzeugt wird. Durch Vergleich mit den Referenzspannungen U_rund U, in den beiden Komparatoren 41 und 42, die auch als Impulsformer bezeichnet werden können, wird das Sensorsignal in Rechteckim* pulse umgesetzt, deren senkrechte Flanken an den Schnittpunkten des Sensorsignals mit den Referenzspannungen U_rund U,liegen.

in den Bereichen, wo das Sensorsigna! /.·'» größer als die jeweilige Referenzspannung U, b?w. Ll, ist. wird ein Rechtecksignal ν bzw. /abgegeben Die Komparatoren 41 und 42 digitalisieren daher das Sensorsignal. so daß die Ausgangssignale ν und ; am Ausgang der beiden Komparatoren 41 und 42 wie in Fig. 3 dargestellt aussehen. Das Signal ν ist H (für hohes Potential) nur wenn das Sensorsignal L'„ größer als die Referenzspannung Ii, ist. Damit kann z. B. gemeldet werden, wenn die Rotordrehzahl unter einer der Referenzspannung LJ, einsprechenden Drehzahl absinkt. Diese Referenzspannung dient aber auch als erhöhter Störpegelabstand, so daß eventuelle Störungen in der zweiten Wicklung 23. die kleiner air iie Referenzspannung LJ, sind, nicht in dem Ausgan^ss.gnal ν am Ausgang des ersten Kompara'"'*. 41 erscheinen. Die digitalisierten AusgangssigniU ν und i der Komparatoren 41 und 42 werden ati^f Jie Fingänge der nachgeschalteten Entstör- und Ver/ogerungsstufen 51 um¹ 52 gegeben, die auf der Basis einer Zeitverzögert!!, j arbcnen Nur für Zustände (L) und (H). die länger da lern als eine Zeilspanne Δι wird ein Wechsel in dem Signal nach der betreffenden '"••.stör und Verzögerungsstufe 51 bzw 52 erscheinen I'· H/-A I) so ddß Slörimpulsspitzen in der Form I — H —I. oder Η —L-H in den Ausgangssignalen ν und ι. die kürzer sind als die genannte Zeitspanne At durch das beireffende Entstör- und Verzögerungsglied 5t b/w. 52 muht weitergeleitet werden. Das Entstör- und Verzögerungsglied 51 bzw. 52 wirkt gleichzeitig als Verzögerungsglied zwischen den Signalen ν und Vbzw /und /.

hie Verzögerung /wischen den Eingangssignal ν ind /der Knistcr- und Verzögerungsstufe 51 bzw. 52 und den Ausgangss gnalen Kund /bzw. /bittet Vorteile bei der Optimierung der Steuerimpulseinstellung gegenüber der ersten Wicklung 22 sowie für den Nominallaufbetrieb

In F ι g. 4 sind von oben nach unten folgende Signale dargestellt:

a) Drei an unterschiedlichen Stellen der dem Quarzoszillator 1 nachgeschalteten Ffequenz-TeiloKet* te 11 abgegriffene Frequenzsignale /öubts /03/ .

b) die am Ausgang der ersten Entstör-jund Verzögerungsstufe 51 anstehenden Signale Vbzw. das als Resetsignal für die Selbslantaufstufe 8 dienende Signal V

c) die an den Ausgängen der Γ-FIip-Flops des Warlezeitgliedes7 anstehenden Signale Q\ bis ζ) 3, wobei das Ausgangssignal Q3 des dritten "T-Flip-Flops dem Signal Nentspriclu.

d) Die Ausgangssignale P, R, 5 der drei Γ-FIip-Fiops der Selbstanlaufstufe 8,

e) das Umschaltsignal β für die Einleitung des Selbstanlaufbetriebes, das vom NOR-Gatter G 34 der Selbstanlaufstufe 8 abgegebene Signal fa sowie die von der Selbstanlaufstufe abgegebenen Signale /i und /V

f) die Signale U„i und L/„j an den Wicklungen 22 und 23 des Motors 2.

Aus dieser zeitlichen Darstellung der einzelnen η Signale ergibt sich im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung nach Fig.2 folgende Funktionsweise:

Sinkt die Drehzahl des Läufers 21 des Motors 2 unter eine bestimmte Grenze, so daß das Ausgangssignal V der ersten Entstör- und Verzögerungsstufe 51 eine gewissen Zeitspanne nicht mehr auf H (für hohes Potential) kommt, bleibt während dieser Zeitspanne der gemeinsame Reset-Eingang R der Γ-Flip-Flops Τ_Λ bis Tr₁, des Wartezeitgliedes und der Selbstanlaufstufe 8 auf L(für niedriges Potential). Dabei ist vorauszusetzen.daß das Umschaltsignal β im normalen Betrieb vom vorangegangenen Zustand her (L) war und wenigstens eines der beiden Ausgangssignale N oder 5 des jeweils dritten 7"-Flip-Flops Γ«) bzw. 7"_Sbdes Wartezeitgliedes 7 jo bzw. der Selbstanlaufstufe 8 H war. Bleibt das Signal V während einer Zeitspanne /1 im Zustand L, 7 B. weil der Läufer 21 des Motors 2 sich nicht mehr bewegt, wird der A.-sgang N des dritten Γ-Flip-Flops Tm des Wartezeitgliedes 7 in den Zustand L gesetzt und setzt seinerseits π das Flip-Flop 81. so daß das Umschaltsignal β in den Zustand H und das negierte Umschaltsignal β in den Zustand L gesetzt wird. Nachdem β H geworden ist und solange das Umschaltsignal in diesem Zustand verbleibt, wird ein Setzen auf Null der 7"-Flip-Flops Tr, bis Γ« verhindert, da der Ausgang des NOR-Gatters 11. d. h das Reset-Signal fur die Γ-F-'lip-Flops Tm bis 7"/». wegen β = H im Zustand L verbleibt. Solange das Umschaltsignal β im Zustand U bleibt dauert der Selbstanlaufbctrieb nach dem Prinzip eines Schrittmotors mit 2 Wicklungen an. Während dieser Zeit nimmt das von dem NOR-Gatter G 34 in der Selbstanlaufstufc 8 abgegebene Frequen/signal fn abhangig von dem Zeitpunkt innerhalb des Bereiches, wo das Umsehaltsi gnal ^ = H ist. verschiedene Werie an Die verschiedenen Bereiche \Z.27.\ix\a 3Zwerden mit Hilfe der Γ-Flip-Flops T_Ri bis 7"«, i.nd der Gatter G 28 bis G 34 aus den zugeführten Frequen/signalen im, — Λμ erzeugt. So beträgt das Ausgangssignal f_n im Bereich 1/ z. B. Ib Mz. im Bereich 27. 32 H/ und im Bereich 3ZM Wt. Die Zeitdauer dieser Bereiche ist von der dem ersten Γ-Flip-Flop Tu* des Wartezcitgliedes 7 zugeführ ten Frequenz Λ und von der Anzahl der 7"· Flip-Flops der Kette Tr, bis 7V abhängig. Mit der veränderlichen f requcn/ Λ wird in den nachgesthalteten Frequenz Un tersetierstufen 82 und 83 die Frequenz (·, bzw. h erzeugt, die die halbe Frequenz, bzw, ein Viertel der Frequenz des Sighäis /0 gemäß F ί g, 4 aufweisen, Die Frequenzen /ι und fi werden zusammen mit demJJmschaltsigna! β bzw. dem negierten Umschaltsignal β der nachgeschalteten Ansteuerlogik 9 eingegeben, wo sie mit Hilfe der NAND-Gaiier G 16- G 25 in dem Bereich, wo das Umschallsignal 0 = H ist, die Schalte? 51 bis 58 des Schaltgliedes 3 in der Weise ansteuern, daß die obengenannte Schalttabelle für die Schalter 51—58 erfüllt ist Diese Einschaltlogik für die Schalter 51 bis 58 hat die in Fig.4f wiedergegebene Impulsfolge für die Wicklungen 22 und 23 des Motors 2 zum Frgebnis, deren Frequenz z. B. im Bereich 1Z4 Hz, im Bereich 2Z 8 Hz und im Bereich 3Z 16 Hz beträgt. Diese Selbstanlaufsteuerung erhöht die Drehzahl des Läufers 21 von z. B. 0 auf 8 Umdrehungen pro Sekunde, da die Impulsreihe mit der Frequenz von 16 Hz bei einem Läufer mit 2 Polpaaren die Drehzahl von 8 Umdrehungen pro Sekunde erzeugt. Die Umschaltzeitpunkte sind in der zeitlichen Darstellung der Fig.4 mit t» für die Einleitung des Selbstanlaufbetriebes, t_p für die Umschaltung vom ersten Bereich lZauf den zweiten Bereich 2Z. tr für die Umschaltung vom zweiten Bereich 2Zauf den dritten Bereich 3Zund mit r.v für die Umschaltung vom Selbstanlaufbetrieb auf dem Nominallau' betrieb bezeichnet.

Wird das Ausgangssignal 5 des dritten Γ-Flip-Flops Tut der Selbstanlaufstufe 8 am Ende des dritten Bereiches 3Z in den Zustand L gesetzt, wird das Flip-Flop 81 mit dem Umschaltsignal β auf L und dem negierten Umschaltsignal β auf H gesetzt, was eine Änderung des bisherigen Selbstanlaufbetriebes in den Nominallaufbetrieb bedeutet. Im Nominallaufbetrieb dient die zweite Wicklung 23 des Motors 2 als Steuerspule oder als »Pick-up«-Spule, deren Ausgangssignale zu den Signalen V und / wie oben beschrieben führen. Während des Nominallaufbetriebes gilt die in der Einschalt-Tabelle für die Schalter 51 bis 58 angegeben^ Logik für den Bereich β = L.

Die Nominalbetriebsregclung. nachstehend im Zusammenhang mit der in Fig. 2 dargestellten und beschriebenen Regelungseinrichtung für den Nominalbetrieb 61 und 62 wird an Hand der zeitlichen Darstellung in der Fig. 5 näher erläutert werden. In dieser Fig. 5 sind in zeitlicher Abhängigkeit folgende Signale von oben nach unten dargestellt:

a) die von der Selbstanlaufstufe 8 abgegebene Soll-Frequenz 6

b) die an der nunmehr als Steuerwicklung dienenden zweiten Wicklung 23 abgegriffene Spannung i/„, (31 gegen 1 in F ι g 2)

c) die am Ausgang des zweiten Komparators 42 anstehende digitalisierte Spannung / sowie das daraus abgeleitete, am Ausgang der zweiten i-ntstör- und Verzoeerurigsstufe 52 anstehende und um die Zeitspanne At gegenüber dem Signal / verschobene Signal /

d) die Nominallauf Impulse /Z_n*. H_n . die am Ausgang der Nomin.ilbctriebsregeleinrichtungen 61 und 62 anstehen sowie

e) die daraus mitte's der Ansteuerlogik und des Schaltgliedes gebildete Spannungskurve für die im Nominalbetrieb als Arbeitsspule dienende erste Wicklung 22

Daraus ergibt sich die folgende Funktionsweise:
Die Einschalidaucr fur die Impulse ist von der Phasenverschiebung zwischen der Von der Selbstanlaufstufö 8 abgegebenen Söli^FreqUehz F₂ Und der von der zweiten Entstör- und Verzögerungsstufe 52 abgegebenen Ist-Frequenz (/-Impulse) abhängig. So beginnt der eine Nominallauf-Impuls Ha mit der absteigende Flanke der SolI-I-requenz h an und endet mit der ansteigenden Flanke der Ist-Frequenz /. Erzeugt wird

230 225/446

dieser Impuls mit Hilfe der bereits beschriebenen Verknüpfung der beiden D-Flip-Flops Dm und Dr₃ sowie der beiden NOR-Gatter G12 und G 13. Dieser Nominallauf-Impuls Ha~ schaltet die beiden Schalter 54 und 58 des Schaltgliedes über die Gatter G 24 und O 19 an. Der zweite Nominallauf-Impuls Ha* beginnt mit der ansteigenden Flanke der Soll-Frequenz f₃ und endet mit der absteigenden Flanke der Ist-Frequenz / und wird den beiden D-Flip-Flops D«j und Dm sowie mit Hilfe der beiden NOR-Gatter G 14 und G 15 erzeugt. Dieser Nominallauf-Impuls H₀* schaltet im Nominallauf-Betrieb über die beiden Gatter G22 und G18 der Ansteuerlogik die Schalter 53 und 57 des Schaltgüedes. Durch wechselweises Schalten dieser beiden Schalterpaare wird die in Fig.4 dargestellte, an der ersten Wicklung 22 angelegte Spannung erzeugt. Wie bereits ausgeführt, wird die Breite der Impulse für die Arbeitswicklung 22 von der Phasenverschiebung zwischen der Soll-Frequenz /j und der Ist-Frequenz / bestimmt, während die Lage der Impulse für die Arbeitswicklung von der Zeitverzögerung At, die durch die Anzahl der D-Flip-FIops der zweiten Entstör- und Verzögerungsstufe 52 abhängig ist, bestimmt wird

Hat der Läufer 21 aus irgendeinem Grunde am Ende des Selbstanlaufbetriebes nicht die für den Nominallaufbetrieb erforderliche Drehzahl erreicht, so wird der Selbstanlaufbetrieb wiederholt Da das Ausgangssignal V der ersten Entstör- und Vencögerungsstufe 51 bei Nichterreichen der nominaler. Drehzahl weiterhin im Zustand L bleibt, sorgt die Verknüpfung der Ausgangssignale /Vund 5der jeweils dritten Γ-Flip-Flops Tm und Tm, des Wartezeitgliedes 7 und der Selbstanlaufstufe 8, die beide im Zustand L sind, am Ausgang des Gatters G 9 für ein Signal, das üb ir die I Jden Gatter G10 und GIl zu einem Reset-Signal für die Γ-Flip-Flop-Kette T*i bis Tri, führt, so daß sich de Selbstanlaufbetrieb wiederholen kann.

Wie in Fig.2 dargestellt schließen die beiden Wicklungen 22 und 23 des reaktiven Motors 2 einen Winkel Δ 22, 23. zwischen sich ein, der folgender Gleichung genügt:

Δ 11, 23 = k ·.— - φ\ mit A= 1.3,5

φ\ (0...0.4) y.

Beispielsweise ergibt sich für k = 3 und φι = 0,27 ein Winkel Δ 22, 23 = 221° el. was für einen Läufer mit Polpaaren einen geometrischen Versatz von etwa 110° bedeutet.

Eine Variante der Lösung mit zwei getrennten Wicklungen 22 und 23 des reaktiven Motors 2 ist in Fi g. 6 dargestellt und besieht aus zwei Wicklungen mit 3 Anschlüssen für die beiden Wicklungen 22 und 23. In dieser Anordnung sind zwei Wicklungsenden der beiden Wicklungen 22 und 23 zusammengeschaltet, so daß zwei Schalter des Schaltgliedes 3 sowie die entsprechenden NAND-Gatter der Ansteuerlogik entfallen. Dies ist in F i g. 6 dadurch berücksichtigt worden, daß die beiden Schalter 52 und 54 zu einem Schalter 52,54 sowie die beiden Schalter 55 und 57 zu einem Schalter 55, 57 zusammengefaßt sind. Zusätzlich ist das eine Wicklungsende der Wicklung 22 mit dem Anschluß 3 während des Nominalbetriebes ständig mit dem Minuspol der Stromversorgung Ub- verbunden, was dadurch berücksichtigt ist, daß der Schalter 55, 57 geschlossen bleibt.

ίο Zur Erfassung und Digitalisierung der Drei zahl des reaktiven Motors 2 ist das eine Wicklungsende der Wicklung 23 mit den positiven Eingängen der beiden Komparatoren 41 und 42 verbunden, deren negative Eingänge zum einem (Komparator 42) mit dem

υ Minuspol der Stromversorgung Ub-, zum anderen (Komparator 41) an eine Referenzspannung Us angeschlossen sind.

Die Funktionsweise dieser Anordnung ergibt sich im Zusammenhang mit der zeitlichen Darstellung der Signalein Fig. 7 wie folgt:
In F i g. 7 sind

a) die Spannungen an den Wicklungen 1 und 2
b die Signale an den Wicklungsenden 1,2 und 3
c) die Ausgangssignale /Ί. /> sowie ί> der Selbstanlaufstufe

darstellt.

Im Selbstanlaufbetneb ergibt sich eine Signalfrequenz /o, wie in Fig. 7 dargestellt, aus der die beiden anderen Frequenzen /Ί und /j wie oben beschrieben erzeugt werden, in Anlehnung an die bereits oben beschriebene Einschalttabelle ergibt sich für diese vereinfachte Variante eine Einschalttabelle, die der obengenannte mit der Maßgabe entspricht, daß die gemeinsamen Schalter 52.4 und 55,7 im Selbstanlaufbetrieb immer dann eingeschaltet sind, wenn einer der beiden Schalter 52,54 bzw. 55,57 eingeschaltet ist.
Im Nominallaufbetrieb wird der gemeinsame Anschluß 3 der beiden Wicklungen 22 und 23 ständig an den Minuspol der Stromversorgung Ub- durch den geschlossenen Schalter 55. 7 angeschlossen. Der Anschluß 1 der zweiten Wicklung 23 ist ständig mit den positiven Eingängen der Komparatoren 41 und 42 durch die geöffneten Schalter 51 und 56 verbunden. In dieser Anordnung wird der Schalter 5 3 synchron mit dem von der Nominallaufregeleinrichtung 62 abgegebenen Nominallaufsignal Ha* ein- und ausgeschaltet. Das zweite Nominallaufsignal H₀* wird in dieser Variante nicht mehr verwendet, Ua die erste Wicklung 22 nicht mehr umpolbar ist.

Mit dieser Variante ergeben sich dadurch Vereinfachungen, daß an Stelle von 4 Wicklungsanschlüssen nur noch 3 Anschlüsse, an Stelle von 8 Schaltern nur noch 6 Schalter und an Stelle von 3 Widerständen zur Erzeugung der Referenzspannungen nur noch 2 Widerstände sowie zum Freilauf nur noch 6 Dioden an Stelle von 8 Dioden erforderlich sind.

Hicr/u 7 Blatt Zcidiniinucn

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Steuern und Regeln eines selbstlaufenden kollektorlosen Elektromotors mit einem permanentmagnetischen Läufer mit mindestens einem Polpaar und einem Ständer mit zwei mit einer Ansteuerlogik verbundenen Wicklungen, von denen mindestens eine mit Antriebsimpulsen beaufschlagbar ist, bei welcher die Drehzahl des koüektorlosen Elektromotors im Regelbetrieb überwacht und bei Absinken unterhalb eines vorgebbaren Wertes der Drehzahl ein Selbstanlauf eingeleitet und bei Erreichen einer festlegbaren Drehzahl der Selbstanlauf abgeschaltet und auf Nominallaufregelung umgeschaltet wird, wobei an der nicht mit Antriebsimpulsen beaufschlagten zweiten Wicklung eine Drehzahl-proportionale Spannung abgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung (23) bei Nominallaufregelung als Drehzahlfühlspule und Lagegeber verwendet ist, wobei dV an dieser Wicklung abgenommene Spannung (U.) in eine Impulsfolge /7,I) umge^<>et7t, zum Vergleich mit einer Sollfrequenz (fi, £>) herangezogen wird, und daß bei Absinker der drehzahlproportionalen Spannung (U_n) unter den vorgebbaren Drehzahlwert über ein Wartezeitglied (7) eine Impulsfolge (km) mit steigender Frequenz zum Selbstanlaufbetrieb der Ansteuerlogik (9) zugeführt wird, wobei in der Ansteuerlogik (9) die jo Betriebsspannung zyklisch von der ersten auf die zweite Wicklung (22, 23) nach Art einer Schrittmotorsteuerune umgeschaltet und umgepolt und der Selbstanlaut nach einer festlegbaren Zeitdauer abgeschaltet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die von c :r zweiten Wicklung (23) abgegebene drehzahlproportionale Spannung mit zwei Referenzspannungen (U_n U,) verglichen wird und bei drehzahlproportionalen Spannungen, die größer als die erste Referenzspannung (U,) sind eine erste Reihe von Ausgangsimpulsen (i, I, I) und bei drehzahlproportionalen Spannungen, die größer als die zweite Referenzspannung (Us) sind, eine zweite Reihe von Ausgangsimpulsen (v. V V) abgegeben werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nominallaufregelung die erste Reihe von Ausgangsimpulsen (i. I. I) als Istwertfrequenz-Impulse einer Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb (6) eingegeben werden, dort mit Sollwertfrequenz-lmpulsen (h, /j-) verglichen werden und zur Abgabe von zwei verschiedenen Nominallauf-Impulsen (Ho + , Ho-)führen.

4 Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Selbstanlaufbetrieb die zweite Reihe von Ausgangsimpulsen (V, V, V) als Numinallaufsignal (V) einer Selbstanlaufstufe (8) zugeführt werden, der zusätzlich einer oder mehrere von einander verschiedene Frequenzsignale (k_nr, N) eingegeben werden, wobei das Verschwinden der Nominallaufsignale (V) die Abgabe von Anlaufimpulsen (U, \Z, ΊΖ, 3Z) und eines Umschaltsignals (ß, ß) auslöst.

5, Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Nominallaufimpulse (H₀ + , H₀-) als auch die Anlaufimpulse (U,JZ, 2Z, 3Z) zusammen mit dem Umschaltsignal (ß, ß), einer Ansteuerlogik (9) zugeführt werden, die die eingehenden Impulse und Signale verknüpft und Ausgangsimpulse (T5—T&) an eine nachgeordnete Schaltstufe (3) in der Weise abgibt, daß

a) im Nominalbetrieb nach dem Prinzip eines Synchronmotors mit einer Feldwicklung (erste Wicklung 22) und einer Sensorwicklung (zweite Wicklung 23) die Nominallauf-Impulse (Ha⁺, Ha~) eine wechselweise Verbindung der Anschlüsse (22a, 22b) der ersten Wicklung (22) mit der positiven und negativen Betriebsspannung (+Ub, — Ub)bewirkt wird und

b) im Selbstanlauf-Betrieb nach dem Prinzip eines Schrittmotors mit zwei Wicklungen Impulsfolgen mit ansteigender Frequenz wechselweise an beide Wicklungen (22, 23) abgegeben werden.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verschwinden eines Nominallaufsignals (V) die Anlaufimpulsfolgen (u, IZ, 2Z, 3Z) in der Weise erzeugt werden, daß verzögerte Impulse oder Zeitspannen erzeugt werden, die mit dem/den zusätzlich eingegebenen Frequenzsignal(en) (f_n<,. fo2z, fm* N) derart verriegelt werden, daß ausgangsseitig eine einzelne, einem n-tel der Nominalfrequenz entsprechende 'mpulsfolge oder mehrere Impin folgen mit nacheinander ansteigender Frequenz /To) abgegeben werden.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltsignal [ß. ß). in Abhängigkeit vom Nominalsignal (V^und einer oder mehreren vorgebbaren Signalen (NS) erzeugt wird.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nominallauf-Impulse (Ho +, Hr-) durch Verknüpfung der ansteigenden und abfallenden Flanken der Sollwertfrequenz-Impulse (Ii) und der Istwertfrequenz-Impulse (I, J) gebildet werden.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Nominallauf-Impulse (Ho ) mit der abfallenden Flanke der Sollwertfrequenz-Impulse (fj) ansteigen und mit der ansteigenden Flanke der Istwertfrequenz-Impulse (X) abfallen und die anderen Nominallauf-Impulse (Hn') mit der ansteigenden Flanke der Sollwertfrequenz-Impulse (fi) ansteigen und mit der abfallenden Flanke der Istwertfrequenz-Impulse ^abfallen.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 —5. dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Antriebsimpulse für die erste Wicklung (22) abhängig von einer an einer Entstör- und Verzögerungsstufe (5) einstellbaren Zeit (Δ^veränderbar ist und daß diese Verlängerung durch Verschieben des Steuerimpulses gegenüber dem Nulldurchgang der in der ersten Wicklung (22) durch die Läuferbewegung erzeugten Spannung zum Optimieren des Nominallauf-ßetriebes dient.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I —10, dadurch gekennzeichnet, daß der Selbstanlauf wiederholt wird, wenn der vorangegangene Selbstanlauf nicht zur Nominaldrehzahl bzw. zu der für den Nominallauf-Betrieb erforderlichen Drehzahl geführt hat.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 — 11, dadurch gekennzeichnet, daß die

15

Eingänge eines Vergleichsgliedes (4) sowohl mit einer Drehzahl-Erfassungseinrichtung (23) des Motors (2) verbunden als auch mit zwei Referenzspannungen (U„ U_s) beaufschlagt sind und die beiden Ausgänge dieses Vergleichsgliedes (4) mit einer Entstör- und Verzögerungsstufe (5) verbunden sind, deren Ausgänge einerseits an eine Nominalbetriebs-Regeleinrichtung (6) andererseits an eine Selbstanlaufstufe (8) angeschlossen sind und daß die Ausgänge der Nominalhetriebs-Regeleinrichtung (6) und der Selbstanlaufstufe (8) über eine Ansteuerlogik (9) mit einer Schaltstufe (3) verbunden sind, an der sowohl die Versorgungsspannung (± Ub) als auch die Wicklungen (22, 23) des Motors (2) angeschlossen sind.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Eingänge der Selbstanlaufstufe (8) zum einen mit dem Ausgang eines Wartezeitgliedes (7) verbunden sind, an dessen Eingang eine frei wählbare Frequenz (h) gelegt ist und an dessen Ausgang ein von der Frequenz (f₃) und dem Nominallaufsignal (V) und der Anzahl der Verzögerungsstiifen abhängiges Signa! (N) ansteht, zum anderen mit einer oder mehreren :reiwänlbaren, vorzugsweise mit in Zweier-Potenzen steigenden Frequenzen (km), beaufschlagt sind.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsglied (4) zwei Komparatoren (41,42) enthält, deren positiven Eingänge an die Drehzahl-Erfassungseinrichtung (23) und deren negativen Eingänge zum einen (1. Komparator 41) an die eine Referenzspannung (U_f) zum anderen (2. Komparator 42) an die andere Referenzspannung (U,) angeschlossen sind.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14. dadurch gekennzeichnet, daß die Entstör- und Verzögerungsstufe (5) zwei Teilstufen (5 t, 52) enthält, wobei die erste Teilstufe (51) mit dem Ausgang des ersten Komparators (41) und die zweite Teilstufe (52) mit dem Ausgang des zweiten Komparators (42) verbunden ist und der Ausgang (V) der ersten Teilstufe (51) an den Eingang der Selbstanlaufstufe (8) und die Ausgänge (I. T) der zweiten Teilstufe (52) an die Eingänge der Nominalbetriebs-Regeleinrichtung (6) angeschlossen sind.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß dii Teilstufen (51, 52) aus der Reihenschaltung mehrerer getaktetet Flip-Flops (DX-DA bzw. D5-D8) bestehen, deren Takteingänge (Ok) synchron mit einer festlegbaren Freque:.z (U) beaufschlagt sind, daß der Eingang des ersten getakteten Flip-Flops (Di bzw. D5) nit dem Ausgang des ersten bzw. zweiten Komparators (41. 42) verbunden ist, daß die Ausgänge (Q/der getakteten Flip-Flops (D1-D8) jeweils mit dem Eingang des nachfolgenden getakteten Flip-Flops(D2-D4bzw. D6-D8)und der des letzten getakteten Flip-Flops (D4 bzw. D 8) mit einem Eingang eines nachgeschalteten ersten NAND-Gatters (Gi bzw. G 5) verounden sind, an dessen anderen Eingang der Ausgang des jeweils ersten getakteten Flip-Flops (D \ bzw. DS) angeschlossen ist, daß an die Eingänge eines zweiten NAND-Gatters (G 2 bzw. GS) die negierten Ausgänge (Q) des jeweils ersten bzw. letzten getakteten Flip-Flops (Di bzw. D 4, Z? 5 bzw. D 8) angeschlossen sind, daß die Ausgänge der NAND-

25

30

35

40

45

50

55

60

65 Gatter (GX, G2 biw. G5, G6) an einen Eingang eines nachgeschalteten dritten bzw. vierten NAND-Gatters (G 3, G 4 bzw. G 7, G 8) angeschlossen sind, dessen anderer Eingang jeweils mit dem Ausgang des jeweils anderen NAND-Gatters (G 3, G4 bzw. G 7, G 8) verbunden ist und daß der Ausgang (V) des dritten NAND-Gatters (G 3) der ersten Teilstufe (51) an einem Eingang der nachgeschalteten Selbstanlaufstufe (8) und die Ausgänge (I, T) des dritten und vierten NAND-Gatters (G 7, G8) der zweiten Teilstufe (52) an die Eingänge der nachgeschalteten Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb (6) angeschlossen sind.

17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb (6) jeweils eine Regeleinrichtung (61,62) für die beiden Nominallauf-Impulse (Ha*, Wo") aufweist, wobei jede Regeleinrichtung (61 bzw. 62) zwei D-Flip-Flops (Dr,, Dr₂ bzw. Dr₃, Dri) und zwei NOR-Gatter (G 12, G13 bzw. G14, G15) enthält, die in der Weise miteinander verknüpft sind, daß die negip-*en Ausgänge (Q) beider D-Flip-Flops (Dm, D&, Din, Dr*) über das NOR-Gatter (G 12 bzw. G14) zusammengefaßt sind, dessen Ausgang an die Reset-Eingänge der beiden D-Flip-Flops (Dr_u Dr₂, Dr₃, Dr₄} angeschlossen ist, daß der negierte Ausgang (Q) des ersten D-Klip-Flops (Dr\ bzw. D/o) und der Ausgang (Q) des zweiten D-Flip-Flops (DRjbzv/. Dr*) sowie der Ausgang (I) bzw. der negierte Ausgang (T) aer zweiten Teilstufe (52) an die drei Eingänge des beider (G 13 bzw. G 15) angeschlossen sind, daß die Ausgänge dieser beiden NOR-Gatter (G 13, G 15) mit Eingängen der Ansteuerlogik (9) verbunden sind, daß die Eingänge der D-Flip-Flops (D_R, - D«₄) an positives Potential angeschlossen sind und daß der Takteingang (C_k) des ersten D-Flip-Flops (Dr> bzw. Dr₃) mit der abfallenden bzw. ansteigenden Flanke einer von der Selbstanlaufstufe (8) vorgegebenen Frequenz (f₂ bzw. Z₂-) und der Takteingang des zweiten D-Flip-Flops (Dr₇ bzw. D») mit der ansteigenden bzw. abfallenden Flanke (I bzw. J) der am Ausgang der zweiten Teilstufe (52) anstehenden Impulse beaufschlagt ist.

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Seltatanlaufstufe (8) eine Reihenschaltung von Mindestens zwei T-Flip-FlopsjTff4, Tr%. Tr₆) enthält, deren negierte Ausgänge (Q) auf den Eingang des nachfolgenden Γ-Flip-Flops (TRi. 7"«% Tr₁,) und der Ausgang des dritten Flip-Flops (Tr₆) auf den Eingang eines ersten NOR-Gatters (G9) geschaltet sind und Signale P. R. S) abgeben, dad der Eingang des ersten Γ-Flip-Flops (J\λ) mit einem vorgebbaren Signal <W; angesteuert ist. daß die Reset-Eingänge (R) gemeinsam an den ausgang einer Gatter-Schal'ung mit drei NOR-Gattern (G9, G JO. G 11) angeschlossen find, wobei die Eingänge des ersten NOR-Gatters (G 9) sowohl mil dem negierten Ausgang (Q)des letzten 7-Flip-FIops (Tr₆) als auch mit dem vorgebbaren Signal (N) beaufschlagt -And, daß ein Eingang des zweiten NOR-Gatters (G 10) mit dem Ausgang des ersten NÖR-Gatters (G 9) verbunden ist und der zweite Eingang mit dem Selbstanlaufsignai fr^ beaufschlagt ist und daß das dritte NOR-Gatter (G 11) sowohl mit dem Ausgang des zweiten NOR-Gatters (Ό10) verbunden als euch mit dem Umschaltsignal (ß) beaufschlagt ist, daß vier UND-Gatter (G30—G33)

vorgesehen sind, an deren Eingänge folgende Signale gelegt sind:

Erstes UND₁GaItCr (G30): negiertes Umschaltsignal (ß) und drittes Frequenzsignal (fax) Zweites UND-Gatter (G3i): Umschaltsignal (ß), Ausgangssignal (P) des ersten 7-Flip-FIops (Tm), Ausgangssignal (R) des zweiten T-Flip-Flops (Tm) und erstes Frequenzsignal (fat)
Drittes UND-Gatter (G32)MJmschaItsignal (ß), negiertes Ausgangssignal (P) des ersten Γ-Flip-Flops (Tra), Ausgangssignal (R) des zweiten T-Flip-Flops (Tm) und zweites Frequenzsignal rw

Viertes UND-Gatter (C733): Unischaltsigna! (ß), negiertes Ausgangssignal (R) des zweiten T-Flip-Flops (Tm) und drittes Frequenzsignal (fön),

daß die Ausgänge der UND-Gatter (G30-G33) über ein NOR-Gatter (G34) zur Impulsfolge (fo) zusammengefaßt sind, der mit dem Eingang einer nachgeschalteten Frequenz-Untersetzerstufe (82, 83) verbunden ist, und daß ein Flip-Flop (81) vorgesehen ist, an dessen Eingängen das negierte Ausgangssignal (S) des dritten T-Flip-Flops und das Ausgangssignal eines weiteren NOR-Gatlers (36) an dem das negierte Ausgangssignal (S) und das vorgebbare Signal (N) zusammengefaßt sind, anliegen, und an dessen Ausgänge das Unischaltsignal (ß) sowie das negierte Umschaltsignal (ß) anstehen.

19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wicklungen (22, 23) des Motors (2) mit acht Schaltern (S 1 —58) der Schallstufe (3) verbunden sind, wobei über die Schalter (Si— 58) wechselweise der eine oder der andere Pol der Spannungsquelle (+Ub) mit dem einen oder anderen Wicklungsende der Wicklungen (22,23) verbunden werden kann.

20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteueflogik (9) Ausgänge (T4—T8) aufweist, die je zwei Schalter (51, 55 bzw. 52, 56 bzw. 53, 57 bzw. 54, 58) der Schaltstufe (3) ansteuern.

21. Schallungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die AuseanESsienale der Selbstanlaufstufe (8) und der Regeleinrichtung für den Nominalbetrieb (6) in der Ansteuerlogik (9) in der Weise verknüpft sind, daß sie folgender Wahrheitstabelle genügen und zu folgenden Schallzuständen der vom jeweiligen Ausgangssignal (T5-T8) angesteuerten Schalter (51-58) der Schaltstufe (3) führen:

Betrieb Signale Nominallaufbetrieb Ά Te T₁ 45 Ts Schalter und 52/56 53/57 54/58 ß m L II L L 50 L //0 W₀ Sl /55 φ 1 = (0 bis 0,4) · —
eingeschlossen wird.
24. Schaltungsanordnung A A A II Hi L L
L L
H L
L II
L E A
E A
A E
A Selbstanlauf ^H
H Hq ⁼ H_n L L L H L - - A
A A E A H wobei: - - Λ H = hohes Potential
L = niedriges Potential
— = unbedeutender Zustand
E = Schalter geschlossen
A = Schalter geöffnet L L H L A E A L L L H HLA A A E L L L L LHA A A A LLA nach Anspruch 19,

bedeutet,

22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wartezeitglied (7) aus einer oder mehreren Verzögerungsstufen ^Flip-Flops Tr\ bis 7}g) besteht, deren Reset-Eingänge synchron in Abhängigkeit vom Nominallauf-Signal (V)una vom Umschaltsignal (ß) zurückgesetzt werden, und an dessen Ausgang das eingebbare Frequenzsignal (N) ansteht.

23. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Wicklungen (22, 23) des Motors (2) ein Winkel von

Δ = k ■ —— φ 1 mit k= 1,3, 5

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wicklungsenden der Wicklungen (22 und 23) zusammengeschaltet sind und dieser gemeinsame Wicklungsanschluß über zwei Schalter (52,4 und 55,7) sowie die beiden anderen Wicklungsenden über je zwei Schalter (Sl, 56 bzw. 53, 58) an die Ansteuerlogik (9) angeschlossen sind und daß das eine Wicklungsende der zweiten Wicklung (23) mit den positiven Eingängen der Komparatoren (41, 42) und der negative Eingang des einen !Comparators (42) mit dem Minuspol der Stromversorgung (U&) und der andere Komparator (41) an die eine Referenzspannung (Us) angeschlossen ist