DE3013550C2 - - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/20—Arrangements for starting
- H02P6/21—Open loop start
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Ansteuersystem für einen kollek
torlosen Gleichstrommotor, der einen permanentmagnetischen
Rotor sowie einen mehrere Wicklungen aufweisenden Stator
umfaßt, mit Schalteinrichtungen, die jeweils einer Wicklung
zugeordnet und zur Herstellung und Unterbrechung einer Ver
bindung dieser Wicklungen mit einer Gleichspannungsquelle
durch Steuerspannungen beaufschlagt sind, die infolge einer
Drehung des Rotors in den Wicklungen induziert werden, sowie
mit einer Anlaufsteuerung zur Einleitung einer Rotordrehung
aus dem Stand.
Bei einem aus der DE-OS 24 50 968 bekannten Ansteuersystem
der eingangs genannten Art verbindet jede Schalteinrichtung
die ihr jeweils zugeordnete Wicklung dann mit der Spannungs
quelle, wenn die in einer anderen Wicklung induzierte Span
nung negativ wird. Andererseits wird diese Verbindung wieder
unterbrochen, wenn die in dieser anderen Wicklung induzierte
Spannung Null wird. Es wird demnach die in einer Wicklung in
duzierte Spannung als ein Lagesignal des Rotors erfaßt, um
einer jeweils anderen Wicklung einen Antriebsstrom zuzufüh
ren.
Ungünstig bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist, daß
beispielsweise gegebene Winkeltoleranzen zwischen den Stator
wicklungen in die Steuerung eingehen können. Andererseits
können Einsetzpunkt und Dauer der Beaufschlagung einer jewei
ligen Wicklung nicht ohne weiteres variiert werden.
In der US-PS 36 11 081 ist ein Ansteuersystem für einen kol
lektorlosen Gleichstrommotor beschrieben, bei dem eine be
treffende Statorwicklung dann beaufschlagt wird, wenn die in
einer jeweils anderen Wicklung induzierte Steuerspannung
größer als die Batteriespannung wird.
Aus der DE-OS 23 28 315 geht eine Schaltungsanordnung zum Be
trieb eines elektronisch gesteuerten, kollektorlosen Gleich
strommotors hervor, bei welcher der Anfangszeitpunkt einer
Beaufschlagung einer jeweiligen Wicklung durch die in dersel
ben Wicklung induzierte Steuerspannung bestimmt wird. Gleich
zeitig mit dem Beginn der Beaufschlagung dieser Wicklung
wird die Stromzufuhr zu einer jeweils anderen Wicklung unter
brochen.
In der DE-AS 20 12 571 sowie der DE-Z Elektronik 1971, sind
Steuersysteme beschrieben, bei denen in den Wicklungen indu
zierte Steuerspannungen einen Multivibrator beaufschlagen,
der sowohl den Einschaltzeitpunkt als auch die Dauer der Be
aufschlagung der Spulen bestimmt. Hierbei wird eine betref
fende Wicklung stets in Abhängigkeit von der in einer je
weils anderen Wicklung induzierten Steuerspannung beauf
schlagt. So ist z. B. vorgesehen, daß im stationären Zustand
die induzierte Spannung eines jeweiligen Stranges das Ein
schalten der übernächsten Stufe mit 60° Phasenverzögerung be
wirkt.
In der DE-OS 24 28 718 ist eine Kommutierungseinrichtung be
schrieben, bei der das Durchschalten einer betreffenden
Phase in Abhängigkeit davon erfolgt, ob der aus den Spannun
gen der beiden anderen Phasen gewonnene Mittelwert eine Be
zugsspannung überschreitet oder nicht. Ein Sperren der Phase
erfolgt in Abhängigkeit davon, ob die Spannung einer Phase
einer zusätzlichen Steuerwicklung die Bezugsspannung unter
schreitet oder nicht. Hierbei ist der schaltungs- und steu
erungstechnische Aufwand relativ groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ansteuersystem
der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem Länge und Pha
senlage des Einsetzens des Stromes vorgebbar sind.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jede
der Wicklungen über die ihr zugeordnete Schalteinrichtung
stets dann mit der Gleichspannungsquelle verbindbar ist,
wenn die in derselben Wicklung induzierte Steuerspannung wäh
rend ihres ins Negative gehenden Abschnitts einen vorgebba
ren ersten Wert erreicht und diese Verbindung durch die
Schalteinrichtung wieder unterbrechbar ist, wenn die in
einer anderen Wicklung induzierte Steuerspannung während
ihres ins Positive gehenden Abschnitts einen vorgebbaren
zweiten Wert erreicht.
Das Einsetzen des Stromes in einer bestimmten Statorwicklung
wird hierbei in Abhängigkeit von einem vorgebbaren ersten
Wert und der Steuerspannung bestimmt, die in derselben Wick
lung induziert wird. Damit wird erreicht, daß die Spannung
genau phasenrichtig auf die Statorwicklung gegeben wird, die
gerade antriebsmäßig auf den Rotor wirkt. Es lassen sich so
erhebliche Lastschwankungen des Motors sicher beherrschen.
Herstellungstechnische Wickeltoleranzen zwischen den Stator
wicklungen gehen nicht in die Steuerung ein. Der zum Einset
zen des Stromes herangezogene Durchgang der entsprechenden
Rotationsspannung ins Negative läßt sich leicht diskriminie
ren, insbesondere wenn man die Spannung der Spannungsquelle
als Referenz wählt. Aufgrund der Unterbrechung der Strombe
aufschlagung einer Wicklung in Abhängigkeit von einem zwei
ten vorgebbaren Wert und einer ins positive gehenden Steuer
spannung, die in einer anderen Wicklung induziert wird, läßt
sich die Dauer der Strombeaufschlagung ohne Beeinträchtigung
anderer Funktionen der Schaltung problemlos variieren.
Durch die erfindungsgemäße Kombination von besonderer Ansteu
erung einer jeweiligen Wicklung und Unterbrechung der Beauf
schlagung dieser Wicklung ist bei geringstem schaltungstech
nischen Aufwand problemlos eine relativ weitgehende Varia
tionsbreite der Bestimmung des Einsetzpunktes und der Dauer
der Beaufschlagung und gleichzeitig jeweils eine sehr präzi
se Vorgabe dieser Werte möglich.
Vorteilhafterweise ist die Schalteinrichtung mittels einer
Verzögerungsschaltung verzögert unterbrechbar.
Aus der Zeitschrift Industrie-Elektrik plus Elektronik, 19.
Jahrgang, 1974, S. 405 bis 410 ist zwar bekannt, die Transi
stor-Endstufe einer elektronischen Kommutatorschaltung verzö
gert abzuschalten. Die zeitliche Verzögerung hat hier jedoch
nur die Funktion, einen aufgrund der Wicklungsinduktivität
des Stators erforderlichen Abbau der magnetischen Energie zu
ermöglichen, ohne die Transistor-Endstufe übermäßig zu bela
sten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei
spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild eines Ansteuerungssystems für einen
kollektorlosen Gleichstrommotor,
und
Fig. 2 eine Reihe von Zeitschaubildern von Spannungen an
verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist das in der ganzen
Schaltung gemeinsame Erdpotential 5 jeweils mit dem Schalt
zeichen DIN 40712, laufende Nr. 33, bezeichnet.
Als Spannungsquelle für das erfindungsgemäße System kann
eine herkömmliche Speicherbatterie 3 oder jede andere, mit
den Strom- und Spannungsanforderungen der Anwendung verträg
liche Gleichspannungsquelle Verwendung finden. Um Fig. 1
einfacher zu halten, sind besondere Verbindungen von der
Batterie 3 mit verschiedenen Punkten des Systems, die Be
triebsspannung erfordern, weggelassen worden. Es ist jedoch
dabei zu verstehen, daß alle Punkte des Schaltbildes, die
durch ein +-Zeichen in einem Kreis gekennzeichnet sind, mit
der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3 oder einer
anderen jeweils verwendeten Gleichstromquelle verbunden sind.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung werden vier
Operationsverstärker verwendet. Bei der tatsächlichen
Ausführung finden Operationsverstärker Verwendung,
wie sie von der Firma National Semiconductor Corporation
unter der Bezeichnung LM 3900 vertrieben werden; es handelt
sich um Norton-Operationsververstärker. Diese Operations
verstärker sind handelsüblich und bilden
selbst keinen Teil der Erfindung; die verwendeten Norton-
Operationsverstärker 25, 40, 50, 60 sind in Fig. 1 durch
das übliche Symbol dieser Schaltungen dargestellt. Dabei
sind die Norton-Verstärkerschaltungen nur als Beispiel für
eine Verstärkerschaltung verwendet, die für das erfindungs
gemäße Ansteuerungssystem brauchbar ist, und andere Ver
stärkerschaltungen mit gleichartigen elektrischen Eigen
schaften können stattdessen verwendet werden. Während sonst
bekannte Operationsverstärkerschaltungen auf der Differenzbildung
von Eingangsspannungen beruhen, arbeiten die Norton
Verstärkerschaltungen mit der Differenzbildung von Eingangs
strömen. Deswegen werden hohe externe Eingangswiderstände
benutzt, um anliegende Eingangsspannungen in Eingangs
ströme zu wandeln. Die Betriebsweise eines Norton-Ver
stärkers beruht auf dem Prinzip, daß dann, wenn der
in die Plus(+)-Eingangsklemme fließende Strom eine größe
re Stromstärke besitzt, als der in die Minus(-)-Eingangs
klemme fließende, das Ausgangssignal der Schaltung auf
einen Wert ansteigt, der im wesentlichen gleich der Ver
sorgungsspannung ist, und daß dann, wenn der in die Minus
(-)-Eingangsklemme fließende Strom eine größere Stromstärke
besitzt, als der in die Plus(+)-Eingangsklemme fließende
Strom, das Ausgangssignal der Schaltung im wesentlichen auf
Erdpotential abfällt.
In Fig. 1 ist ein kollektorloser
Gleichstrommotor 6 mit einem polyphasen Stator 7 gezeigt,
wobei letzterer drei Statorphasenwicklungen A, B, und C
besitzt, und mit einem permanentmagnetischen Rotor 8,
der in der gezeigten Weise in Durchmesserrichtung mit
Nord- und Südmagnetpolen magnetisiert ist. Der in Fig. 1
dargestellte Motor wird als Zweipol-Permanentmagnetrotor-
Motor mit einem Dreiphasenstator bezeichnet, wobei ein
Wicklungsende jeder der drei Statorphasenwicklungen mit
einem gemeinsamen Verbindungspunkt N verbunden ist. Der
permanentmagnetische Rotor 8 wird in magnetischer Kopplungs
beziehung mit den Statorphasenwicklungen A, B und C gedreht,
wobei die Drehung des Rotors 8 durch das magnetische Feld
des Rotors Wechselspannungs-Wellenformen in den Stator
phasenwicklungen A, B und C induziert, die jeweils gegen
einander phasenversetzt sind, und zwar wird das Ausmaß
der Phasenversetzung bestimmt durch die Anzahl der Stator
phasen. Bei einem Dreiphasenstator, wie er in Fig. 1 dar
gestellt ist, sind die induzierten Wechselspannungs
Wellenformen gegeneinander um jeweils 120 elektrische Grade
versetzt.
Die Versorgungsspannungsquelle, d. h. also die Batterie 3,
kann mit Hilfe eines einpoligen Ein-Aus-Schalters 10 mit dem
Ansteuerungssystem verbunden oder von ihm getrennt werden;
der Schalter 10 besitzt einen beweglichen Kontakt 11 und
einen stationären Kontakt 12; es kann aber auch stattdessen
ein anderes elektrisches Schaltgerät Verwendung finden. Wie
später näher erklärt wird, können die Statorphasenwicklungen
A, B und C individuell durch eine damit verbundene Versorgungs
spannungsquelle, beispielsweise die Batterie 3, über jeweilige
einzelne Statorphasenbeaufschlagungsschaltungen erregt werden,
wobei diese Schaltungen jeweils so ausgelegt sind, daß
sie an eine externe Versorgungsspannungsquelle angelegt
werden können. Die Beaufschlagungsschaltung für die Stator
phasenwicklung A enthält die Leitung 9, den beweglichen
Kontakt 11 und den stationären Kontakt 12 des Schalters 10,
die Leitung 13, den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung A,
die Leitung 14, die stromführenden Elemente eines Darlington-
Paares 15 aus zwei NPN-Transistoren und den Bezugspunkt oder
das Erdpotential 5. Die Beaufschlagungsschaltung für die
Statorphasenwicklung B enthält die Leitung 9, den beweglichen
Kontakt 11 und den stationären Kontakt 12 des Schalters 10,
die Leitung 13, den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung
B, die Leitung 16, die stromführenden Elemente des Darlington-
Paares 17 und den Bezugspunkt oder das Erdpotential 5. Die
Beaufschlagungsschaltung für die Statorphasenwicklung C
enthält die Leitung 9, den beweglichen Kontakt 11 und den
stationären Kontakt 12 des Schalters 10, die Leitung 13,
den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung C, die Leitung
18, die stromführenden Elemente des Darlington-Paares 19
und den Bezugs- oder Erdpunkt 5. Diese Beaufschlagungsschal
tungen sind so ausgelegt, daß sie über die Leitung 9 und
den Schalter 10 sowie über den Bezugs- oder Erdpunkt 5 an
eine äußere Versorgungsspannung anlegbar sind.
Das Ansteuersystem für den kommutatorlosen Gleichstrommotor
gemäß der Erfindung enthält eine Startschaltung, die
in dem gestrichelt gezeichneten Bereich 20 enthalten ist
und nur dann aktiv wird, wenn der permanentmagnetische
Rotor 8 keine oder fast keine Drehgeschwindigkeit besitzt,
um eine Drehung des Rotors 8 vom Stillstand aus einzuleiten,
wodurch die phasenversetzten Spannungswellenformen zunächst
in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert werden,
sowie drei miteinander identische Kommutationsschaltungen,
die jeweils in den gestrichelt umschlossenen Bereichen 21,
22 und 23 enthalten sind. Wie später im Einzelnen näher
beschrieben wird, sind die Kommutationsschaltungen 21, 22
und 23 jeweils mit den phasenversetzen Spannungswellenformen
befaßt, die in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert
werden, um die Drehung des Rotors 8 dadurch aufrechtzuerhalten,
daß nacheinander die jeweiligen bereits beschriebenen indi
viduellen Erregungs- oder Beaufschlagungsschaltungen für
die Statorphasenwicklungen hergestellt und daraufhin wieder unter
brochen werden. Jeweils eine der Kommutationsschaltungen 21,
22 und 23 entspricht einer jeweiligen Statorphasenwicklung A,
B bzw. C und bewirkt jeweils die Herstellung der Beaufschla
gungs- oder Erregungsschaltung für die jeweilige Stator
phasenwicklung, der sie zugeordnet ist in Abhängigkeit von
dem jeweiligen, in der Statorphasenwicklung induzierten, ins
Negative gehenden Abschnitt der Spannungswellenform, und
die Unterbrechung dieser Beaufschlagungs- oder Erregungs
schaltung in Abhängigkeit von einem vorbe
stimmten Potentialwert während des ins Positive gehenden
Abschnittes der in einer anderen Statorphasenwicklung indu
zierten Spannungswellenform; dadurch werden nach einer
Einleitung der Drehung des Rotors 8 vom Stillstand durch
die Startschaltung 20 die Statorphasenwicklungen A, B und
C nacheinander erregt und daraufhin wieder entregt in
Abhängigkeit von den phasenversetzten Wechselspannungs
wellenformen, die in diesen Statorphasenwicklungen A, B und
C induziert werden, um ein sich drehendes Magnetfeld zu
erzeugen, das die Drehung des Rotors 8 aufrechterhält.
Die Startschaltung 20 besteht aus einer Schaltungskombination
mit einer Norton-Verstärkerschaltung 25, Eingangswiderständen
26 und 27 und einer Regelschaltung, die die Parallelver
bindung aus dem Widerstand 24 und der Reihenschaltung aus
Kondensator 28 und Widerstand 29 enthält, so daß ein her
kömmlicher monostabiler Multivibrator gebildet wird. Wie
auf dem Fachgebiet dieser Schaltungen bekannt, arbeitet ein
monostabiler Multivibrator normalerweise in einem stabilen
Zustand, er kann jedoch in einen alternativen Zustand während
einer vorbestimmten Zeitlänge getriggert werden, die durch
eine zugeordnete zeitbestimmende Schaltung festgelegt ist
und kehrt nach Ablauf dieser vorbestimmten Zeit in den
ursprünglichen stabilen Zustand zurück. Da die Minus(-)-Ein
gangsklemme des Norton-Verstärkers 25 mit der positiven
Ausgangsklemme der Versorgungsspannungsquelle über den
Eingangswiderstand 26 verbunden ist, liegt das Ausgangs
signal des Norton-Verstärkers 25 an dem Verbindungspunkt
30 im wesentlichen auf Erdpotential, während die monostabile
Multivibratorschaltung sich im normalen stabilen Zustand
befindet. Nach der erstmaligen Beaufschlagung mit Ver
sorgungsspannung durch Schließen der elektrischen Ver
bindung über den beweglichen Kontakt 11 des Schalters 10
mit dem stationären Kontakt 12 dieses Schalters werden alle
Kondensatoren der Schaltung entladen und infolgedessen wird
eine willkürlich festgelegte Phasenwicklung A, B oder C
im allgemeinen erregt und ein in der Startschaltung 20 ent
haltener NPN-Transistor 32 befindet sich im nicht leitenden
Zustand. In diesem Zustand des NPN-Transistors 32 lädt sich
der Kondensator 33 über den Ladewiderstand 34 durch die Ver
sorgungsspannungsquelle auf. Wenn der Kondensator 33 bis zu
einer Ladespannung aufgeladen hat, die so groß ist, daß mehr
Strom über den Eingangswiderstand 27 der Plus(+)-Eingangs
klemme des Norton-Verstärkers 25 zugeführt wird, als er
von der Versorgungsspannungsquelle über seine Minus(-)-Ein
gangsklemme über den Eingangswiderstand 26 erhält, wird
die monostabile Multivibratorschaltung in den alternativen
Zustand getriggert, in dem das Ausgangssignal an der Ver
bindungsstelle 30 auf einen Spannungswert ansteigt, der
annähernd gleich dem der Versorgungsspannung ist (er ist
in diesem Falle zweimal die Abfallspannung an einer Diode
geringer als der Versorgungsspannungswert). Während der
monostabile Multivibrator sich im alternativen Zustand
befindet, gibt die an der Verbindungsstelle 30 vorhandene
Ausgangsgleichspannung in Form eines Signalimpulses einen
Basis-Emitter-Treiberstrom an den NPN-Transistor 32 über
den Widerstand 36 ab. Dieser Treiberstrom triggert den
NPN-Transistor 32 so, daß seine Kollektor-Emitter-Strecke
leitend wird und den Kondensator 33 entlädt. Zusätzlich
wird der an der Verbindungsstelle 30 vorhandene Ausgangs
signalimpuls des monostabilen Multivibrators an den Plus
(+)-Eingang des Norton-Verstärkers 40 der Kommutierungs
schaltung 21 angelegt und führt diesem Eingang über die
Diode 37, den Widerstand 38 und die Leitung 39 Strom zu;
gleichzeitig wird Strom über die Diode 41, den Widerstand 42 und
die Leitung 43 dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers
50 der Kommutierungsschaltung 22 zugeführt und der Kon
densator 44 erhält über den Ladewiderstand 45 Ladestrom
und gleichzeitig wird Strom über die Diode 46, den Wider
stand 47 und die Leitung 48 dem Minus(-)-Eingang des Norton-
Verstärkers 60 der Kommutierungsschaltung 23 zugeführt.
Der Stromfluß durch die Diode 37, den Widerstand 38 und
die Leitung 39 in die Plus(+)-Eingangsklemme des Norton-
Verstärkers 40 erzwingt die Umschaltung oder Triggerung
dieses Bauelementes in den Zustand, in dem das Ausgangs
signal an der Verbindung 51 sich auf einem Wert befindet,
der im wesentlichen der Versorgungsspannung gleicht, und
der Stromfluß durch die Diode 41, den Widerstand 42 und
die Leitung 43 in den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers
50 erzwingt die Umschaltung oder Triggerung dieses Bau
elementes in den Zustand, in dem sein Ausgangssignal an
der Verbindungsstelle 52 im wesentlichen auf Erdpotential
liegt, während der Stromfluß durch die Diode 46, den Wider
stand 47 und die Leitung 48 in den Minus(-)-Eingang des
Norton-Verstärkers 60 die Triggerung dieses Bauelementes
in den Zustand erzwingt, in dem sein Ausgangssignal an
der Verbindungsstelle 53 im wesentlichen Erdpotential ist.
Weiter lädt der Ladestromfluß durch den Widerstand 45 an
den Kondensator 44 diesen auf einen Potentialwert auf, der
im wesentlichen zweimal den Spannungsabfall an einer Diode
niedriger ist als die Versorgungsspannung, wobei die Ver
bindungsstelle zwischen dem Kondensator 44 und dem Wider
stand 45 annähernd einen Dioden-Spannungsabfall über Erd
potential legt. Das an der Verbindungsstelle 51 der Kommu
tierungsschaltung 21 vorhandene Signal mit positiv polari
sierter Spannung ergibt einen Basisemitter-Treiberstrom
durch den Widerstand 54 zum Darlington-Paar 15, zu dem ein
Emitterwiderstand 56 gehört, um dieses Darlington-Paar in
den Leitfähigkeitszustand zu treiben. Wenn das aus NPN-
Transistoren bestehende Darlington-Paar 15 leitfähig ist,
wird der bereits beschriebene Erregungskreis für die Phasen
wicklung A geschlossen; er führt, wie bereits beschrieben,
von der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3 über die
Leitung 9, die geschlossenen Kontakte 11 und 12 des Schalters
10, den Knotenpunkt N, die Phasenwicklung A, die Leitung 14
und die Strom-führenden Elemente des aus NPN-Transistoren
bestehenden Darlington-Paares 15 zum Bezugs- oder Erdpunkt
5 (und damit zurück zur negativen Ausgangsklemme der Batterie 3).
Da an den Verbindungsstellen 52 und 53 im wesentlichen Erd
potential vorhanden ist, sind die individuellen Erregungs
schaltungen für die Phasenwicklungen B und C zu diesem
Zeitpunkt nicht geschlossen und damit sind diese Phasen
wicklungen nicht beaufschlagt. Während der monostabile
Multivibrator der Startschaltung 20 sich im alternativen
Zustand befindet, wird der Rotor 8 mit den magnetischen
Feldlinien ausgerichtet, die durch die beaufschlagte Stator
phasenwicklung A erzeugt werden. Damit ist die Zeitlänge,
in der der monostabile Multivibrator der Startschaltung 20
im alternativen Zustand bleibt, durch die Zeitlänge bestimmt,
die notwendig ist, um den Rotor 8 mit dem durch die Stator
phasenwicklung A erzeugten Magnetfeld auszurichten. Bei der
tatsächlichen Ausführung liegt dieser Zeitabschnitt in der
Größenordnung von 0,3 s. Bei Beendigung dieses Zeitabschnittes,
der durch die RC-Zeitkonstante des Kondensators 28 und des
Widerstandes 29 in der Regelungsschaltung, d. h. im Rück
koppelkreis des Norton-Verstärkers 25 bestimmt wird, kehrt
der monostabile Multivibrator spontan in seinen stabilen
Betriebszustand zurück, in dem das Ausgangssignal an der
Verbindungsstelle 30 im wesentlichen auf Erdpotential liegt.
Zu diesem Zeitpunkt entlädt sich der zeitbestimmende Kon
densator 28 durch die Diode 55 und stellt damit die Start
schaltung 20 zurück. Da sich der Spannungsabfall am Kon
densator 44 nicht augenblicklich ändern kann, wenn das
an der Verbindungsstelle 30 vorhandene Signal im wesentlichen
auf Erdpotential zurückgeht, wird die Spannung an der Ver
bindung zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45
in dem gleichen Maße negativ, wie es der Spannungsreduktion
an der Verbindungsstelle 30 entspricht. Wenn beispielsweise
eine Gleichspannungsversorgung 12 V vorhanden ist, liegt
die Spannung an der Verbindungsstelle 30 in der Größen
ordnung von 11 V und das Potential an der Verbindungsstelle
zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 liegt
in der Größenordnung von 0,5 V, während sich der monostabile
Multivibrator der Startschaltung 20 im alternativen Zustand
befindet. Wenn der monostabile Multivibrator zum stabilen
Zustand zurückkehrt, fällt das Potential an der Verbindungs
stelle 30 von 11 V auf annähernd 0,5 V ab und das Potential
der Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 44 und dem
Widerstand 45 wird annähernd -10,5 V. Infolgedessen wird
von dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der
Kommutierungsschaltung 22 über die Leitung 53 und dem Wider
stand 55 ein Strom in den Kondensator 44 gezogen, um diesen
zu entladen. Die Dauer dieses Signalimpulses wird durch
die RC-Zeitkonstante des Widerstandes 55 und des Kondensators
44 bestimmt und wirkt auf den Minus(-)-Eingang des Norton-
Verstärkers 50 zurück. Infolge dieses Stromflusses aus dem
Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 schaltet dieser
abrupt auf den Zustand um, in dem sein Ausgangssignal an
der Verbindungsstelle 52 in der Größenordnung der Ver
sorgungsspannung liegt. Dieses Signal mit positiver Span
nungspolarität an der Verbindungsstelle 52 ergibt einen
Basisemitter-Treiberstrom über den Widerstand 57 für das
aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 17, das
einen Emitterwiderstand 58 enthält, um dieses Darlington-
Paar leitfähig zu triggern. Damit wird der Erregungskreis
für die Statorphasenwicklung B geschlossen, der, wie bereits
angeführt, von der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3
über die Leitung 9, die geschlossenen Kontakte 11 und 12
des Schalters 10, die Knotenstelle N, die Statorphasen
wicklung B, die Leitung 16 und die stromführenden Elemente
des aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paares 17
zum Bezugs- oder Erdspannungspunkt 5 (und damit zur negativen
Ausgangsklemme der Batterie 3) führt. Nach der Erregung der
Statorphasenwicklung B wird das sich ergebende Magnetfeld
der erregten Statorphasenwicklungen A und B nach links in
Darstellung nach Fig. 1 verschoben gegenüber der Richtung
des durch die erregte Statorphasenwicklung A erzeugten
Magnetfeldes. Diese Verschiebung des Stator-Magnetfeldes
bewirkt eine Drehung des Rotors 8 im Gegenuhrzeigersinn
(nach Fig. 1) mit einer Geschwindigkeit, die größer als
die minimale Kommutierungsgeschwindigkeit ist. Damit
bewirkt die Schaltung 20 die Einleitung einer Drehung des
Rotors 8 vom Stillstand zu einer Geschwindigkeit, die größer
als die minimale Kommutierungsgeschwindigkeit ist. Zum
Starten des Rotors 8 in Uhrzeigerrichtung muß die Erregung
der Statorphasenwicklung C statt der Statorphasenwicklung B
erzwungen werden, nachdem der Rotor 8 mit dem Magnetfeld
ausgerichtet ist, das durch die erregte Statorphasenwicklung
A erzeugt wird. Das kann dadurch bewirkt werden, daß die
Reihenschaltung aus Kondensator 44 und Widerstand 45 mit
der Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 60 der
Kommutierungsschaltung 23 verbunden wird. Wie im Laufe
der Beschreibung deutlich wird, ergibt das erfindungs
gemäße Ansteuersystem eine Aufrechterhaltung der Drehung
des Rotors 8 nach Einleitung vom Stillstand.
Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Start
schaltung 20 einen monostabilen Multivibrator enthält,
der einen ersten elektrischen Ausgangssignalimpuls von
vorbestimmter Länge erzeugt, die durch die RC-Zeitkon
stante des Zeitgeberkondensators 28 und des Widerstandes 29
bestimmt wird, und zwar nach Beaufschlagung mit der Ver
sorgungsspannung, und einen Kondensator 44 und einen Wider
stand 45 enthält, die einen zweiten elektrischen Ausgangs
signalimpuls entgegengesetzter Polarität mit einer durch
die RC-Zeitkonstante des Kondensators 44 und des Wider
standes 45 bestimmten Zeitlänge nach Beendigung des ersten
Ausgangssignalimpulses erzeugen. In einer später zu be
schreibenden Weise wird die Startschaltung 20 bei auf
rechterhaltener Drehung des Rotors 8 durch das erfindungs
gemäße Ansteuersystem gesperrt.
Während der Rotor 8 sich dreht, induziert das Magnetfeld
dieses sich drehenden Rotors 8 Wechselspannungs-Wellenzüge
in den Statorphasenwicklungen A, B und C, die gegeneinander
um 120° phasenversetzt sind, und die über die Gleichspannungs
werte der Versorgungsspannungsquelle überlagert werden,
wie es in den Kurvenzügen der Darstellung 2A in Fig. 2
dargestellt ist; dabei ist die Versorgungsspannung mit
B⁺ bezeichnet. Die Amplitude und Frequenz der induzierten
Potentialwellenformen sind direkt proportional zur Umdrehungs
geschwindigkeit des Rotors 8. Wie nachfolgend erklärt wird, sind
die aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paare 15,
17 und 19 nur in einem Teil der Zeit leitend und in einem
weiteren Teil des Zeitablaufes nicht leitend. Beim nicht
leitenden Zustand des Darlington-Paares 15 ist der Potential
wert an der Verbindungsstelle 63 im wesentlichen gleich der
Summe der Wechselspannungswellenformen, die in der Stator
phasenwicklung A durch das Magnetfeld des Rotors 8 induziert
werden, und dem Potentialwert der Versorgungsspannungsquelle,
während bei leitfähigem Darlington-Paar 15 der Potential
wert an der Verbindungsstelle 63 im wesentlichen auf Erde
liegt, wie es in Fig. 2B dargestellt ist. Bei nicht leit
fähigem aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 17
ist der Potentialwert an der Verbindungsstelle 64 im we
sentlichen gleich der Summe der Wechselspannungswellenform,
die in der Statorphasenwicklung B durch das Magnetfeld des
Rotors 8 induziert wird, und dem Potentialwert der Versor
gungsspannungsquelle, während bei leitfähigem aus NPN-Tran
sistoren bestehenden Darlington-Paar 17 der Potentialwert
an der Verbindungsstelle 64 im wesentlichen auf Erde liegt,
wie es die Kurve in Fig. 2C zeigt. Bei nicht leitfähigem
aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 19 ist
der Potentialwert an der Verbindungsstelle 65 im wesentlichen
gleich der Summe der Wechselspannungswellenform, die in
der Statorphasenwicklung C durch das Magnetfeld des Rotors 8
induziert wird und dem Potentialwert der Versorgungsspannungs
quelle, während bei leitendem aus NPN-Transistoren
bestehenden Darlington-Paar 19 der Potentialwert an der
Verbindungsstelle 65 im wesentlichen bei Erdpotential liegt,
wie es die Kurve in Fig. 2D zeigt.
Die Kommutierung, d. h. der Übergang vom leitfähigen in den
gesperrten Zustand und umgekehrt, der aus NPN-Transistoren
bestehenden Darlington-Paare 15, 17 und 19, wird dadurch
erreicht, daß der Potentialwert der Statorphasenwicklungen A,
B und C erfaßt wird. Diese Kommutierung wird durch die
Kommutationsschaltungen 21, 22 und 23 bewirkt, welche die
in den Statorphasenwicklungen A, B und C durch das rotie
rende Magnetfeld des Rotors 8 induzierten Spannungswellen
formen erfassen. Der an der Verbindungsstelle 63 auftretende
Potentialwert der Statorphasenwicklung A wird über den
Widerstand 67, die Diode 68, den Kondensator 69 und die
Diode 70 gefiltert. Der an der Verbindungsstelle 64 er
scheinende Potentialwert der Statorphasenwicklung B wird
durch den Widerstand 71, die Diode 72, den Kondensator 73
und die Diode 74 gefiltert. Der an der Verbindungsstelle
65 erscheinende Potentialwert der Statorphasenwicklung C
wird durch den Widerstand 75, die Diode 76 , den Kondensator
77 und die Diode 78 gefiltert. Zusätzlich haben die Dioden
70, 74 und 78 die Funktion, das Potential an den jeweils
zugeordneten Verbindungsstellen 81, 82 und 83 davor zu
bewahren, auf einen Wert anzusteigen, der mehr als eine
Dioden-Abfallspannung über dem Wert der Versorgungsspannung
liegt. Die Kombination aus Widerstand 67, Diode 68 und
Kondensator 69 wirkt als eine Spannungsspitzen-Verfolger
schaltung, durch die die Ladung des Kondensators 69 der
Änderung des Spannungswertes an der Verbindungsstelle 63
folgt und ebenso wirkt die Kombination aus Widerstand 71,
Diode 72 und Kondensator 73 als ein Spannungsspitzenfolge
kreis, durch den die Ladung des Kondensators 73 der Änderung
des Spannungswertes an der Verbindungsstelle 64 folgt und
das gleiche gilt für die Kombination aus Widerstand 75, Diode
76 und Kondensator 77, die als ein Spannungsspitzenfolge
kreis wirken, durch den die Ladung des Kondensators 77
der Änderung des Spannungswertes an der Verbindungsstelle
65 folgt.
In jeder Kurvendarstellung in Fig. 2 ist, wie bereits in
bezug auf Fig. 2A erwähnt, der Versorgungsspannungswert
mit B⁺ bezeichnet. Man sieht so, daß zum Zeitpunkt T 0 die
Drehung des Rotors 8 im Gegenuhrzeigersinn mit einer
größeren Geschwindigkeit eingeleitet wird, als es der minimalen
Kommutierungsgeschwindigkeit entspricht; dies wurde bereits
mit Bezug auf die Startschaltung 20 erklärt. Der Spannungs
wert an den beiden Verbindungsstellen 63 und 64 ist dabei
im wesentlichen gleich Erd- oder Bezugsspannung, wie die
Kurven 2 B und 2 C zeigen, und zwar deshalb, weil beide aus
NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paare 15 und 17 im
leitfähigen Zustand sind, während der Spannungswert an der
Verbindungsstelle 65 im wesentlichen gleich dem Wert der
Vesorgungsspannung ist, da das Darlington-Paar 19 in diesem
Zeitpunkt gesperrt ist (siehe Kurve 2 D).
Während sich der Rotor 8 in der Zeit zwischen den Zeitpunkten
T₀ und T₁ weiterdreht, verbleibt das Signal an den beiden
Verbindungsstellen 63 und 64 im wesentlichen auf Erdpotential
(Kurven 2 B und 2 C) und die Wechselspannungs-Wellenform, die
in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich
drehenden Rotors 8 induziert wird, steigt in positiver
Richtung von dem Versorgungsspannungswert an, wie es
Fig. 2D zeigt. Diese anwachsende Spannung an der Verbindungs
stelle 65 lädt den Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung
21 über die Leitung 84 und dem Widerstand 85 auf. Wenn zum
Zeitpunkt T₁ der Kondensator 86 bis zu einem Gleichspannungs
wert aufgeladen ist, der ausreicht, um mehr Strom über den
Eingangswiderstand 87 in die Minus(-)-Eingangsklemme des
Norton-Verstärkers 40 einzuspeisen, als in die Plus(+)-Ein
gangsklemme dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand
88 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungs
quelle einfließt, wird dar Norton-Verstärker 40 abrupt in
den Zustand umgeschaltet, in dem sein Ausgangssignal an der
Verbindungsstelle 51 im wesentlichen auf Erd- oder Bezugs
potential liegt. Dieses Erd- oder Bezugspotential an der
Verbindungsstelle 51 triggert das aus NPN-Transistoren
bestehenden Darlington-Paar 15 in den nicht leitenden Zustand,
so daß der beschriebene Erregungskreis für die Statorphasen
wicklung A unterbrochen wird. Diese Unterbrechung des Erregungs
kreises bewirkt, daß die in Phasenwicklung A durch das
Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechsel
spannungswellenform sich über die Versorgungsgleichspannung
überlagert und so an der Verbindungsstelle 63 auftritt,
wie es die Kurve 2 B zeigt.
Während der Rotor 8 sich zwischen den Zeitpunkt T₁ und T₂
weiterdreht, durchläuft die durch das Magnetfeld des sich
drehenden Rotors 8 in der Phasenwicklung A induzierte
Wechselspannungs-Wellenform den Punkt B an der Verbindungs
stelle 63 von negativer in positiver Polaritätsrichtung und
wächst weiter in positiver Richtung gegen den maximalen
positiven Polaritätswert an, wie die Kurve 2 B zeigt; das
an der Verbindungsstelle 64 anliegende Signal verbleibt
im wesentlichen bei Erdpotential, da das aus NPN-Transistoren
bestehende Darlington-Paar 17 noch leitend ist, wie die
Kurve 2 C darstellt, und das an der Verbindungsstelle 65 an
liegende, in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des
sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungspotential
steigt zum maximalen positiven Polaritätswert an, durchläuft
diesen Wert und nimmt in negativer Richtung ab, wobei es
den Wert B⁺ durchläuft, wie die Kurve 2 D zeigt. Die Spannungs
wellenform an der Verbindungsstelle 65 wird durch einen
entsprechenden Ladungsverlauf des Kondensators 77 gefolgt.
Wenn nun zum Zeitpunkt T₂ die Ladung des Kondenstors 77
so weit abgenommen hat, daß nur noch ein Gleichspannungs
wert mit einer Größe vorhanden ist, die nicht mehr aus
reicht, um mehr Strom über den Eingangswiderstand 97 an
die Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 60 zu
liefern, als dessen Plus(+)-Eingangsklemme über den Eingangs
widerstand 98 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungs
erzeugungsquelle geliefert wird, wird der Norton-Verstärker
60 abrupt in den Zustand getriggert, in welchen sein Aus
gangssignal an der Verbindungsstelle 53 ein positiv polari
sierter Spannungswert ist, der im wesentlichen gleich dem
Versorgungsspannungswert ist. Dieses Spannungssignal po
sitiver Polarität an der Verbindungsstelle 53 versorgt das
einen Emitterwiderstand 59 enthaltende, aus NPN-Transistoren
bestehende Darlington-Paar 19 mit einem Basisemitter-Treiber
strom über den Widerstand 99, so daß dieses Darlington-Paar
leitfähig getriggert wird und den bereits beschriebenen
Erregungskreis der Statorphasenwicklung C schließt; damit
geht das Spannungssignal an der Verbindungsstelle 65 im
wesentlichen auf Erdpotential zurück, wie die Kurve 2 D
zeigt.
Während der Rotor 8 sich vom Zeitpunkt T₂ bis zum Zeitpunkt
T₃ weiterdreht, wächst das durch das Magnetfeld des sich
drehenden Rotors 8 in der Phasenwicklung A induzierte, an
der Verbindungsstelle 63 erscheinende Wechselstrompotential
weiter in positiver Richtung zum maximalen positiv polari
sierten Wert hin an, wie die Kurve 2 B zeigt; das Signal
an der Verbindungsstelle 64 bleibt im wesentlichen beim
Erdpotentialwert, da das aus NPN-Transistoren bestehende
Darlington-Paar 17 weiterhin leitfähig ist, wie die Kurve
2 C zeigt; und das Signal an der Verbindungsstelle 65 bleibt
im wesentlichen bei Erdpotential, da auch das aus NPN-
Transistoren bestehende Darlington-Paar 19 leitfähig bleibt,
wie die Kurve 2 D zeigt. Der während des Zeitablaufes zwischen
T₂ und T₃ an der Verbindungsstelle 63 ansteigende Potential
wert lädt den Kondensator 91 der Kommutierungsschaltung 22
über die Leitung 89 und den Ladewiderstand 90 weiter auf.
Wenn zum Zeitpunkt T₃ der Kondensator 91 bis zu einem Gleich
spannungswert aufgeladen ist, der ausreicht, um mehr Strom
über den Eingangswiderstand 92 in die Minus(-)-Eingangs
klemme des Norton-Verstärkers 50 zuzuführen, als der Plus(+)-
Eingangsklemme des Verstärkers über den Eingangswiderstand
93 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungs
quelle zugeführt wird, wird der Norton-Verstärker 50 abrupt
in den Zustand getriggert, in dem sein Ausgangssignal an
der Verbindungsstelle 52 im wesentlichen auf Erdpotential
liegt. Bei an der Verbindungsstelle 52 vorhandenen Signal
von im wesentlichen Erdpotential wird das aus NPN-Transistoren
bestehende Darlington-Paar 17 in den Leitfähigkeitszustand
getriggert und unterbricht den beschriebenen Erregungs
kreis für die Statorphasenwicklung B, und der Kondensator 86
der Kommutierungsschaltung 21 entlädt sich über die Diode 94,
die Leitung 96 und die Emitter-Kollektorstrecke des NPN-
Transistors 95. Infolge der Unterbrechung des Erregungs
kreises für die Statorphasenwicklung B überlagert sich
die in der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des
sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs
wellenform über den Versorgungsgleichspannungswert und
erscheint, wie durch die Kurve 2 C dargestellt, an der
Verbindungsstelle 64.
Der Rotor 8 dreht sich zwischen den Zeitpunkten T₃ und T₄
weiter, das an der Verbindungsstelle 64 erscheinende, in
der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des sich drehenden
Rotors 8 induzierte Wechselspannungswellenformsignal
durchläuft den Wert B⁺ von negativer
in positive Polaritätsrichtung und wächst weiter in positiver
Richtung zum maximalen Wert positiver Polarität hin an,
wie die Kurve 2 C zeigt, während das an der Verbindungs
stelle 65 erscheinende Signal im wesentlichen bei Erdpo
tential bleibt, da das Darlington-Paar 19 aus NPN-Transistoren
immer noch leitfähig ist, wie es Kurve 2 D zeigt und das
in der Phasenwicklung A durch das Magnetfeld des sich
drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs-Wellenform
signal an der Verbindungsstelle 63 wächst zum maximalen
Wert positiver Polarität hin an, durchläuft diesen Wert
und nimmt in negativ polarisierter Richtung ab und durch
läuft dabei den Wert B⁺ in negativ gehender Richtung, wie
durch die Kurve 2 B dargestellt. Die Spannungswellenform an
der Verbindungsstelle 63 wird durch eine entsprechende
Ladungsveränderung des Kondensators 69 gefolgt. Wenn zum
Zeitpunkt T₄ die Ladung des Kondensators 69 so weit abge
nommen hat, daß der anliegende Gleichspannungswert nicht
mehr ausreicht, mehr Strom über den Eingangswiderstand 110
der Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 40 zuzu
liefern, als der Plus(+)-Eingangsklemme dieses Verstärkers
über den Eingangswiderstand 88 von der positiven Ausgangs
klemme der Spannungsversorgungsquelle zugeführt wird, wird
der Norton-Verstärker 40 abrupt in den Zustand getriggert,
in dem sein an der Verbindungsstelle 51 erscheinendes Aus
gangssignal einen positiv polarisierten Potentialwert an
nimmt, der im wesentlichen gleich der Versorgungsspannung
ist. Dieses Spannungssignal mit positiver Polarität an der
Verbindungsstelle 51 ergibt einen Basisemitter-Treiberstrom
über den Widerstand 54 für das Darlington-Paar 15 aus NPN-
Transistoren und triggert dieses Darlington-Paar in den
Leitfähigkeitszustand, so daß der bereits beschriebene
Erregungskreis für die Statorphasenwicklung A geschlossen
wird; gleichzeitig geht das Spannungssignal an der Verbin
dungsstelle 63 auf im wesentlichen Erdspannung zurück, wie
Kurve 2 D zeigt.
Der Rotor 8 dreht sich zwischen den Zeitpunkten T₄ und T₅
weiter, das durch sein Magnetfeld in der Phasenwicklung B
induzierte, an der Verbindungsstelle 64 erscheinende Wechsel
spannungs-Wellenformsignal wächst weiter in positiver Rich
tung gegen den maximalen Wert positiver Polarität hin an,
wie die Kurve 2 C zeigt; das an der Verbindungsstelle 65
auftretende Signal verbleibt nach Darstellung in Kurve 2 D
im wesentlichen bei Erdpotential, da das Darlington-Paar
19 aus NPN-Transistoren weiterhin leitend ist; und das Signal
an der Verbindungsstelle 63 verbleibt ebenfalls im wesentlichen
bei Erdpotential, da auch das Darlington-Paar 15 aus NPN-
Transistoren weiter leitfähig ist, wie Kurve 2 B zeigt. Der
zwischen den Zeitpunkten T₄ und T₅ anwachsende Spannungs
wert an der Verbindungsstelle 64 lädt den Kondensator 100
der Kommutierungsschaltung 23 über die Leitung 101 und den
Ladewiderstand 102. Wenn zum Zeitpunkt T₅ der Kondensator
100 so weit aufgeladen ist, daß die anliegende Gleich
spannung ausreicht, um mehr Strom über den Eingangswider
stand 103 der Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers
60 zuzuführen, als seiner Plus(+)-Eingangsklemme über den
Eingangswiderstand 98 von der positiven Ausgangsklemme der
Spannungsversorgungsquelle zugeführt wird, wird der Norton-
Verstärker 60 abrupt in den Zustand getriggert, in welchem
sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 53 im we
sentlichen das Erdpotential aufweist. Wenn an der Ver
bindungsstelle 53 im wesentlichen Erdpotential herrscht,
wird das Darlington-Paar 19 aus NPN-Transistoren gesperrt,
der erwähnte Erregungskreis für die Statorphasenwicklung C
wird unterbrochen und der Kondensator 91 der Kommutierungs
schaltung 22 entlädt sich über die Diode 104, die Leitung 105
und die Emitter-Kollektorstrecke des PNP-Transistors 106.
Nach der Unterbrechung des Erregerkreises für die Stator
phasenwicklung C wird das in der Phasenwicklung C durch
das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte
Wechselspannungs-Wellenformsignal über das Gleichspannungs
versorgungspotential überlagert und erscheint, wie die
Kurve 2 D zeigt, an der Verbindungsstelle 65.
Während sich der Rotor 8 zwischen den Zeitpunkten T₅ und T₆
weiterdreht, überschreitet das in der Phasenwicklung C durch
das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte
an der Verbindungsstelle 65 erscheinende Wechselspannungs
Wellenformsignal den Wert B⁺ in Richtung von negativer zu
positiver Polarität und wächst weiter in positiver Richtung
gegen den Maximalwert mit positiver Polarität an, wie es in
Kurve 2 D dargestellt ist; das an der Verbindungsstelle 63
auftretende Signal verbleibt, da das Darlington-Paar 15
aus NPN-Transistoren weiterhin leitend bleibt, im we
sentlichen auf Erdpotential, wie es die Kurve 2 D zeigt;
und das in der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des
sich drehenden Rotors 8 induzierte, an der Verbindungs
stelle 64 erscheinende Wechselspannungs-Wellenformsignal
wächst zum Maximalwert positiver Polarität hin an, durch
läuft diesen und nimmt in negativer Richtung wieder ab,
wobei es durch den Wert B⁺ geht, wie durch die Kurve 2 C
gezeigt. Die Spannungswellenform an der Verbindungsstelle
64 wird durch eine entsprechende Ladungsveränderung des
Kondensators 73 gefolgt. Wenn zum Zeitpunkt T₆ die Ladung
des Kondensators 73 so weit abgenommen hat, daß sein
Gleichspannungswert nicht mehr ausreicht, um mehr Strom
über den Eingangswiderstand 121 der Minus(-)-Eingangs
klemme des Norton-Verstärkers 50 zuzuführen, als dem Plus(+)-
Eingang dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand 93
von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungs
quelle zugeführt wird, wird der Norton-Verstärker 50 abrupt
in den Zustand getriggert, in dem sein an der Verbindungs
stelle 52 auftretendes Ausgangssignal einen Spannungswert
positiver Polarität besitzt, der im wesentlichen gleich
dem Versorgungsspannungswert ist. Dieser Spannungswert
positiver Polarität an der Verbindungsstelle 52 ergibt
über den Widerstand 57 einen Basisemitter-Treiberstrom
für das Darlington-Paar 17 aus NPN-Transistoren, der dieses
Darlington-Paar in den Leitfähigkeitszustand triggert,
wodurch der bereits beschriebene Erregungskreis für die
Statorphasenwicklung B geschlossen wird; gleichzeitig geht
das Spannungssignal an der Verbindungsstelle 64 auf im
wesentlichen Erdpotential, wie die Kurve 2 C zeigt.
Während der Rotor sich zwischen den Zeitpunkten T₆ und T₇
weiterdreht, steigt das an der Verbindungsstelle 65 er
scheinende, in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld
des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselstrom-Wel
lenformsignal weiter in positiver Richtung zum Maximalwert
positiver Polarität hin an, wie die Kurve 2 D zeigt; das
an der Verbindungsstelle 63 auftretende Signal verbleibt
im wesentlichen bei Erdpotential, da das Darlington-Paar
15 aus NPN-Transistoren weiterhin leitfähig ist, wie
Kurve 2 B zeigt; und das Signal an der Verbindungsstelle 64
bleibt ebenfalls im wesentlichen auf Erdpotential nach
Kurve 2 C, da auch das Darlington-Paar 17 aus NPN-Transistoren
weiterhin leitet. Der zwischen den Zeitpunkten T₆ und T₇
anwachsende Spannungswert an der Verbindungsstelle 65 lädt
den Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung 21 über die
Leitung 84 und den Widerstand 85 auf. Wenn nun zum Zeit
punkt T₇ der Kondensator 86 so weit aufgeladen ist, daß
er einen Gleichspannungswert mit ausreichender Größe be
sitzt, um mehr Strom dem Minus(-)-Eingang des Norton-
Verstärkers 40 zuzuführen, als dem Plus(+)-Eingang dieses
Verstärkers über den Eingangswiderstand 88 von der posi
tiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungsquelle zu
geführt wird, wird der Norton-Verstärker 40 abrupt in
den Zustand getriggert, in dem sein an der Verbindungs
stelle 51 erscheinendes Ausgangssignal im wesentlichen
auf Erdpotential liegt. Wenn die Verbindungsstelle 51
im wesentlichen Erdpotential aufweist, wird das Darlington
paar 15 aus NPN-Transistoren in den nicht leitenden Zu
stand getriggert, unterbricht den beschriebenen Erregungs
kreis für die Statorphasenwicklung A und der Kondensator
100 der Kommutierungsschaltung 23 entlädt sich über die
Diode 112, die Leitung 115 und die Emitter-Kollektorstrecke
des PNP-Transistors 120. Nach der Unterbrechung der Er
regungsschaltung für die Statorphasenwicklung A wird das
in der Phasenwicklung A durch das Magnetfeld des sich
drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs-Wellenform
signal über das Gleichspannungsversorgungspotential über
lagert und erscheint, wie in Kurve 2 B dargestellt, an der
Verbindungsstelle 63.
Der soeben beschriebene Ereignisablauf wiederholt sich so
lange, wie die Beaufschlagung mit Versorgungsspannung über
den Schalter 10 aufrechterhalten wird. Wie in Fig. 2 zu
sehen ist, werden nach dem anfänglichen Rotorstart vom
Stillstand, beginnend mit dem Zeitpunkt T₂ die Stator
phasenwicklung C, die Statorphasenwicklung A und die
Statorphasenwicklung B nacheinander in dieser Reihenfolge
immer wieder erregt. Diese aufeinanderfolgende Erregung
der Statorphasenwicklungen erzeugt ein rotierendes Magnet
feld, das die Drehung des Rotors aufrechterhält. Wenn
der Rotor in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden
soll, muß die Aufeinanderfolge der Erregung der Stator
phasenwicklungen umgekehrt werden, indem die Verbindung
von irgend zwei der Leitungen 14, 16 bzw. 18 an den Klemmen
enden der Wicklungen entgegengesetzt zum Knotenpunkt N
vertauscht wird.
Es ergibt sich aus der vorangehenden Beschreibung, daß jede
Kommutierungsschaltung 21, 22 bzw. 23 jeweils einer Stator
phasenwicklung A, B bzw. C entspricht oder zugeordnet ist
und daß diese Kommutierungsschaltungen von den gegeneinander
versetzten Wechselspannungswellenzügen abhängig sind, die
in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert werden,
um die Drehung des Rotors 8 nach dem Anfangsstart vom
Stillstand aus aufrechtzuerhalten, indem nacheinander
die jeweiligen individuellen Erregungsschaltungen für die
Statorphasenwicklungen geschlossen und dann wieder unter
brochen werden, so daß sich ein rotierendes Magnetfeld
ergibt.
Jede Kommutierungsschaltung 21, 22 bzw. 23 enthält einen
Norton-Verstärker und ein Darlington-Paar aus NPN-Transistoren.
Jede solche Kombination aus Norton-Verstärker 40 und
Darlington-Paar 15 der Kommutierungsschaltung 21, Norton-
Verstärker 50 und Darlington-Paar 17 der Kommutierungs
schaltung 22 und Norton-Verstärker 60 und Darlington-Paar
19 der Kommutierungsschaltung 23 bildet eine elektrisch
betreibbare Schaltanordnung, die jeweils in erste und
zweite Betriebszustände in Abhängigkeit von der Beauf
schlagung mit elektrischen Signalen mit einem Wert ge
ringer als oder größer als eine vorbestimmten Größe be
treibbar ist und die das Schließen und Unterbrechen des
Erregungskreises für die jeweilige Statorphasenwicklung
in dem einen bzw. dem anderen der beiden Betriebszu
stände bewirkt. Der Schaltpunkt jeder dieser Schaltungen wird
bestimmt durch den Versorgungsspannungswert und den
ohmschen Wert der jeweiligen Eingangswiderstände 88, 93
bzw. 98, wodurch die vorbestimmte Größe bestimmt wird, die
ein angelegtes elektrisches Signal unter- bzw. überschrei
ten muß. Wenn das an diese Schaltungsanordnung angelegte
elektrische Signal einen geringeren als den vorbestimmten
Wert besitzt, ergibt das angelegte elektrische Signal
einen geringeren Strom für den Minus(-)-Eingang des
Norton-Verstärkers, als seinem Plus(+)-Eingang zugeführt
wird, und demzufolge wird die Schaltanordnung in den Be
triebszustand getrieben, in dem der Erregungskreis für
die jeweils entsprechende Statorphasenwicklung hergestellt
wird, und wenn das angelegte Signal den vorbestimmten
Wert übertrifft, wird durch das angelegte Signal mehr
Strom in den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers ein
gespeist, als dem Plus(+)-Eingang zugeführt wird und
demzufolge wird die Schaltanordnung in den Betriebszustand
getrieben, in dem der Erregungskreis für die entsprechende
Statorphasenwicklung unterbrochen wird. Das in die Stator
phasenwicklung A induzierte Spannungssignal wird dem Minus(-)-
Eingang des Norton-Verstärkers 40 der entsprechenden Schalt
anordnung über den Widerstand 67, die Diode 68, den Kondensator
69 und den Widerstand 110 zugeführt. Das in die Statorphasen
wicklung B induzierte Spannungssignal wird dem Minus(-)-
Eingang des Norton-Verstärkers 50 der entsprechenden Schalt
anordnung über den Widerstand 71, die Diode 72, den Konden
sator 73 und den Widerstand 121 zugeführt. Das in die
Statorphasenwicklung C induzierte Spannungssignal wird
dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 der ent
sprechenden Schaltanordnung über den Widerstand 75, die
Diode 76, den Kondensator 77 und den Widerstand 97 zuge
führt. Die in die Statorphasenwicklung A induzierten Span
nungswellenform wird auch noch dem Minus(-)-Eingang des
Norton-Verstärkers 50 der Schaltanordnung, die der Stator
phasenwicklung B entspricht, über die Leitung 89, den
Widerstand 90, den Kondensator 91 und den Widerstand 92
zugeführt. Die in die Statorphasenwicklung B induzierte
Spannungswellenform wird an den Minus(-)-Eingang des
Norton-Verstärkers 60 der der Phasenwicklung C entspre
chenden Schaltanordnung über die Leitung 10 1, den Wider
stand 102, den Kondensator 100 und den Widerstand 103
angelegt. Die in die Statorphasenwicklung C induzierte
Spannungswellenform wird an den Minus(-)-Eingang des Norton-
Verstärkers 40 der Schaltanordnung, die der Statorphasen
wicklung A enspricht, über die Leitung 84, den Widerstand
85, den Kondensator 86 und den Widerstand 87 zugeführt.
Die Kombination aus Widerstand 85 und Kondensator 86 der
Kommutierungsschaltung 21 verzögert das Anlegen der in
die Statorphasenwicklung C induzierten Spannungswellen
form an den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 40
der Kommutierungsschaltung 21; die Kombination aus Wider
stand 90 und Kondensator 91 verzögert die Anlegung der in
die Statorphasenwicklung A induzierten Spannungswellenform
an den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der
Kommutierungsschaltung 22; und die Kombination aus Widerstand
102 und Kondensator 100 verzögert die Anlegung der in die
Statorphasenwicklung B induzierten Spannungswellenform an
den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 der Kommu
tierungsschaltung 23. Durch Änderung der durch diese Bau
elemente eingeführten Verzögerungen kann die Leitfähig
keitsdauer jedes der Darlington-Paare 15, 17 und 19 aus
NPN-Transistoren ausgewählt werden. Infolge dieser durch
die aus Widerstand und Kondensator bestehenden Kombinationen
eingeführten Verzögerung wird jede Statorphasenwicklung
zu einem Zeitpunkt nach dem Erregen der nächsten Stator
phasenwicklung entregt, wie es durch diese Verzögerung
bestimmt wird. Diese aus Widerstand und Kondensator be
stehenden Kombinationen werden so ausgelegt, daß die
jeweiligen Kondensatoren 86, 91 und 100 durch die zuge
ordneten Widerstände 85, 90 bzw. 102 mit einer Rate beladen
werden, die mit der Amplitude der in die jeweiligen Stator
phasenwicklung induzierten Potentialwellenformen ansteigt,
mit der sie jeweils verbunden sind. Demzufolge führen
diese aus Widerstand und Kondensator bestehenden Kombina
tionen eine veränderliche Verzögerung ein, die durch die
Motorgeschwindigkeit so bestimmt wird, daß bei geringerer
Motorgeschwindigkeit eine größere Verzögerung und bei
größerer Motorgeschwindigkeit eine geringere Verzögerung
herbeigeführt wird.
Wie es im einzelnen bereits beschrieben wurde, wird, während
das Ansteuersystem nach der Erfindung die Drehung des
Rotors 8 in Abhängigkeit von den phasenverschobenen, in
die Statorphasenwicklungen A, B und C induzierten Spannungs
wellenformen aufrechterhält, der Norton-Verstärker 60 in
den Zustand getriggert, in dem sein Ausgangssignal an der
Verbindungsstelle 53 eine positive Polarität und eine
im wesentlichen der Versorgungsspannung entsprechende Größe
besitzt, während jedes negativen Halbzyklus der in die
Statorphasenwicklung 10 induzierten Spannungswellenform,
und in den Zustand getriggert, in dem sein Ausgangssignal
im wesentlichen Erdpotential ist, während jedes positiven
Halbzyklus der in die Statorphasenwicklung C induzierten
Spannungswellenform. Dieses Signal wird über die Leitung
122, den Widerstand 123 und den Koppelkondensator 124
der Basiselektrode des NPN-Transistors 32 zugeführt.
Während dieses Signal eine positive Polarität besitzt,
wird dadurch dem NPN-Transistor 32 ein Basisemitter-Trei
berstrom zugeführt, der die Kollektoremitterstrecke dieses
Transistors 32 leitend werden läßt, so daß sich ein Entladungs
weg für den Kondensator 33 während jeder negativen Halb
welle der in die Statorphasenwicklung C induzierten Spannungs
wellenform ergibt. Solange dieses Signal auf Erdpotential
ist, entlädt sich der Koppelkondensator 124 durch die
Diode 125. Die RC-Zeitkonstante, die durch den Kondensator
33 und den Ladewiderstand 34 bestimmt wird, ist so aus
gelegt, daß der Kondensator 33 sich nicht auf einen aus
reichenden Spannungswert auflädt, der ein Triggern des
Norton-Verstärkers 25 zwischen aufeinanderfolgenden Halb
zyklen negativer Polarität der in die Phasenwicklung C
induzierten Spannungswellenform bewirken würde. Deshalb
bleibt die Startschaltung 20 gesperrt, solange das er
findungsgemäße System die Rotordrehung in Abhängigkeit
von den in die Statorphasenwicklungen induzierten Spannungs
wellenformen aufrechterhält.
Es sind zum Schutz der jeweiligen Darlington-Paare aus
NPN-Transistoren Zenerdioden 126, 127 und 128 vorgesehen,
um möglicherweise zerstörend wirkende Überspannungen
abzuleiten.
Damit entsteht eine Ansteuerschaltung für eine kommutator
losen Gleichstrommotor, die eine Schaltung 20 aufweist,
die zur Einleitung der Drehung eines permanentmagnetischen
Rotors 8 vom Stillstand nach Anlegen einer Versorgungs
spannung dient, worauf weitere Schaltkreise 21, 22 und 23
die Drehung des Rotors 8 aufrechterhalten, indem sie der
Reihe nach die Polyphasenstatorwicklungen A, B und C in
Abhängigkeit von in die Statorphasenwicklungen A, B und C
durch das Magnetfeld des sich drehenden permanentmagne
tischen Rotors induzierten Wechselspannungswellenformen
aufrechterhält. Der Erregungskreis für jeweils eine Phasen
wicklung wird in Abhängigkeit von dem ins Negative gehenden
Abschnitt der in die betreffende Wicklung induzierten
Wellenform geschlossen und der Erregungskreis wird durch
die Spannung der Wellenform in einer anderen Phasen
wicklung wieder unterbrochen.
Claims (2)
1. Ansteuersystem für einen kollektorlosen Gleichstrommotor,
der einen permanentmagnetischen Rotor sowie einen mehrere
Wicklungen aufweisenden Stator umfaßt, mit Schalteinrich
tungen, die jeweils einer Wicklung zugeordnet und zur Her
stellung und Unterbrechung einer Verbindung dieser Wick
lungen mit einer Gleichspannungsquelle durch Steuerspan
nungen beaufschlagt sind, die infolge einer Drehung des
Rotors in den Wicklungen induziert werden, sowie mit
einer Anlaufsteuerung zur Einleitung einer Rotordrehung
aus dem Stand,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede der Wicklungen (A, B, C) über die ihr zugeordne
te Schalteinrichtung (21, 22, 23) stets dann mit der
Gleichspannungsquelle (3) verbindbar ist, wenn die in der
selben Wicklung induzierte Steuerspannung während ihres
ins Negative gehenden Abschnitts einen vorgebbaren ersten
Wert erreicht und diese Verbindung durch die Schaltein
richtung wieder unterbrechbar ist, wenn die in einer ande
ren Wicklung induzierte Steuerspannung während ihres ins
Positive gehenden Abschnitts einen vorgebbaren zweiten
Wert erreicht.
2. Ansteuersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (21, 22, 23) mittels einer Ver
zögerungsschaltung (85, 86; 90, 91; 102, 100) verzögert
unterbrechbar ist.
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