DE3115243A1

DE3115243A1 - "drehzahlregelanordnung"

Info

Publication number: DE3115243A1
Application number: DE19813115243
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ing.(grad.) 7742 St Georgen-Peterzell Cap; Johann von der Dipl.-Ing. 7733 Mönchweiler Heide; Rolf Dr.-Ing. 7742 St Georgen Müller
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1980-04-16
Filing date: 1981-04-15
Publication date: 1982-03-11
Also published as: US4488096A; DE3115243C2; CH652226A5; US4337424A

Description

RAPST44OTOREN _KG VT- D7742StQeorgenlmSchwar2wald1 ,J^ ₀ Drehzahl regel anordnung

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlregslanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist bekannt aus der DE - PS 1 254 740. Diese zeigt eine Anordnung zur Drehzahlregelung einer Turbine von Elektroaggregaten. Mit dieser Turbine ist ein Tachogenerator gekuppelt, dessen Ausgangsfrequenz vervielfacht uird und dann in einem Ringmodulator eine Uechselspannung vorgegebener Frequenz moduliert. Diese modulierte Frequenz uird - nach Durchlaufen eines Tiefpasses - differenziert, und die differenzierten Impulse aktivieren periodisch den Entladetransistor eines Kondensators, uelch letzterer ständig aus einer Stromquelle einen etua konstanten Ladestrom erhält. Folgen also die differenzierten Impulse dicht aufeinander, so erreicht die Ladespannung an diesem Kondensator nur niedrige .Uerte. Folgen sie dagegen weniger dicht, so erreicht die Ladespannung an diesem Kondensator höhere Uerte. Diese Ladespannung uird mit einem Schuelluertschalter abgefühlt, dessen Ausgangsspannung ihrerseits den Regelvorgang steuert, z.B. ein Ventil, das die Dampfzufuhr zur Turbine öffnet oder schließt.

Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich also um eine Zueipunkt-Regelanordnung, uas für viele Regelzuecke unzureichend ist, und außerdem müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um zu verhindern, daß bei einem zu schnellen Hochlaufen des zu regelnden Aggregats dieses "durchgeht" und die? Drehzahl unkontrolliert ansteigt. Hierzu uird bei der bekannten Anordnung eine besondere? Schutzschaltung benötigt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Man erreicht so eine außerordentlich gute Auswertung des Informationsgehalt^ der in der Frequenz enthalten ist, welche der zu regelnden Drehzahl proportional ist, also z.B. der Frequenz eines Tachogenerators. Gleichzeitig erhält man ------------- eine

Umsetzung dieser Frequenz in ein analoges Signal, z.B. eine Spannung, und die Charakteristik dieser Umsetzung hat eine außerordentlich steile Kanlinie, d.h. eine solche Anordnung spricht schon auf die kleinsten Drehzahlabweichungen außeror- \ dentlich empfindlich an und ermöglicht dadurch eine extrem empfindliche und genaue Drehzahlregelung.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 Schaubilder zur Erläuterung der Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 Schaubilder zur Erläuterung der Fig. 3,

Fig. 5 ein weiteres Schaubild zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1, und

Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 zeigt ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Mit 10 ist dort ein Tachogenerator bezeichnet, der einen permanent-

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magnetischen Rotor 11 hat, welcher vom zu regelnden Motor 12, hier einem Gleichstrommotor, angetrieben wird und dessen Statoruicklung mit 13 bezeichnet ist und eine sinusförmige Ausgangsspannung 14 erzeugt« Beim Motor 12 handelt es sich meist um einen kollektorlosen Gleichstrommotor, doch eignet sich die Erfindung z.B. in gleicher Weise auch zur Drehzahlregelung einer Turbine oder einer Brennkraftmaschine.

Die Signale 14 werden einer Bandpaß- und Impulsformerstufe 15 zugeführt, uelche an ihrem Ausgang positive Nadelimpulse 16 liefert, deren Frequenz der des Signals 14 proportional ist. Diese Impulse werden einem f/u-Uandler 17 zugeführt, an dessen (^ Ausgang 18 man eine analoge Spannung erhält, die eine Funktion der Drehzahl des Motors 12 ist. Diese Spannung uird einem Regelverstärker 19 mit P-I-Verhalten zugeführt, der seinerseits an seinem Ausgang 20 den Sollwert für einen Stromverstärker 21 vorgibt« Bei dieser Anordnung wird also der Strom im Motor 12 so geregelt, daß die Motordrehzahl in sehr engen Grenzen konstant gehalten wird«

Beim Ausführungsbeispiel läuft der Motor 12 mit 200 U/min, und der Tachogenerator 10 gibt dann eine Frequenz von 200 Hz ab. Deshalb ist die Stufe 15 so ausgelegt, daß sie Frequenzen zwischen 100 und 1000 Hz bevorzugt durchläßt. Für den Anlauf müssen natürlich auch sehr niedrige Frequenzen durchgelassen ν werden. Als Tiefpaß wirken ein Widerstand 25 (100 0hm) und ein Kondensator 26 (1,5 pF), als Hochpaß ein Kondensator 27 (1 yf) und ein Understand 28 (1,5 kOhm). Zur Impulsformung dient ein Operationsverstärker 29, an dessen Ausgang 30 man eine Rechteckspannung 31 erhält, wobei dieser Ausgang über einen hochohmigen Uiderstand 32 mit dem nichtinvertierenden Eingang von 29 verbunden ist, der seinerseits über einen Widerstand 33 mit dem einen Ausgang des Tachogenerators 10 verbunden ist, dessen anderer Ausgang über die Serienschaltung des Widerstands 25 und des Kondtreators 27 mit dem invertierenden Eingang von 29 verbunden ist« Dieser eine Ausgang des Tachogenerators 10 ist

ferner über die. Parallelschaltung eines Kondensators 36 (15 und eines Widerstands 37 (1 kOhm) mit einer negativen Leitung 38 (Masse) verbunden. Eine positive Leitung, die über einen Spannungsregler 39 eine geregelte Spannung von ζ .B. + 5 UoIt aus einer Gleichspannungsquelle 40 erhält, ist mit 41 bezeichnet« Won der Leitung 41 führt ein Widerstand 44 zu einem Knotenpunkt 45, der über den Widerstand 28 mit dem invertierenden Eingang von 29 und über den Uiderstand 33 mit dem nichtinvertierenden Eingang verbunden ist. Die Stufe 15 wandelt also das Sinussignal 14 um in ein Rechtecksignal 31 und bevorzugt " dabei Frequenzen zwischen 100 und 1000 Hz. Dieselbe Stufe 15 wird auch verwendet beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und ist deshalb dort nicht nochmals dargestellt.

Zur Differenzierung der Rechtecksignale am Ausgang 30 dient ein Differenzierglied, das aus einem Kondensator 46 und einem Uiderstand 47 besteht, an deren Werbindungspunkt 48 man die Nadelimpulse 16 erhält, von denen nur die positiven verwendet werden.

Der f/u-Uandler 17 enthält einen Operationsverstärker 51, der als Schwellwertglied dient und deshalb als Komparator geschaltet ist. Sein nichtinvertierender Eingang ist mit 52, sein invertierender Eingang mit 53 und sein Ausgang mit 54 bezeichnet. Zwischen 52 und 55 liegt ein hochohmiger Uiderstand 55. Ein Spannungsteiler aus zwei gleichen Uiderständen 56, 57 ist zwischen die Leitungen 41 und 38 geschaltet; sein Ausgang 58 ist über einen Uiderstand 59 mit dem Eingang 52 verbunden.

Ein aster Kondensator 62 von z.B. 30 nF ist zwischen dem Eingang 53 und der Minusleitung 38 geschaltet. Zu seiner Aufladung dient ein einstellbarer Understand 63 von z.B. 200 kOhm, mit dessen Hilfe die gewünschte Drehzahl eingestellt werden kann. Dem ersten Kondensator 62 ist ein Entladeglied in Form eines npn-Transistors 64 zugeordnet, der mit seinem Kollektor an. den Eingang 53 und mit seinem Emitter an die Leitung 38 angeschlossen ist. Seine Basis ist über einen Uiderstand 65 mit dem

Punkt 40 verbunden, d.h. bei jedem positiven Nadelimpuls 16 uird der Transistor 64 kurzzeitig voll leitend und entlädt dabei den ersten Kondenstor 62 weitgehend, so daß das Potential am Eingang 53 dann etua dam Potential der Leitung 38 entspricht und in der Folge wieder ansteigt, weil sich der Kondensator 62 über den Ladeuiderstand 63 wieder auflädt. Dies zeigt Fig. in dan Zeilen A und B. Die positiven Nadelimpulse sind auch dort mit 16 bezeichnet. Sie bewirken jeweils bei 66 eine Entladung des ersten Kondensators 62, dessen Ladespannung u_rf-₇ in Fig. 2 B dargestellt ist. Die Schwellwertspannung des Operationsverstärkers 51 ist in Fig. 2 B mit u. bezeichnet. Solange die Spannung am ersten Kondensator 62 u, nicht erreicht, V hat der Operationsverstärker 51 an seinem Ausgang ein positives Potential, das in Fig. 2 C mit 67 bezeichnet ist. Überschreitet die Spannung am ersten Kondensator 62 den Uert u, , so springt das Potential am Ausgang 54 auf einen niedrigen Uert, der in Fig. 2 C mit 68 bezeichnet ist.

Von den positiven Nadalimpulsen 16 uird ferner noch ein npn-Rückstelltransistor 71 gesteuert, dessen Kollektor mit dem Eingang 52, dessen Emitter mit der Minusleitung 38 und dessen Basis über einen Understand 72 mit dem Punkt 48 verbunden ist. Der Rückstelltransistor 71 uird also gleichzeitig mit dem Entladetransistor 64 leitend und verbindet den Eingang 52 mit der ninusleitung 38. Dadurch entsteht am Ausgang 54 ganz kurzzeitig rlnr identische Effekt wie bei einer hohen Ladespannung des ersten Kondensators 62, d.h. dieser Ausgang wird negativer und nimmt das Potential 68 (Fig. 2C)an. Da bei diesem Vorgang der ersten Kondensator 62 noch in der Entladung begriffen ist, ist sichergestellt, daß das Potential am Eingang 53 hierbei langsamer absinkt, während die Potentialsenkung am Eingang 52 schlagartig erfolgt, d.h. dieser Rückstellvorgang uirkt sich in jedem Fall am Ausgang 54 aus. Dies zeigt Fig. 2. Dort sind die Nadelimpulse 16 für eine rasch ansteigende Drehzahl dargestellt. In Fig. 2 B erreichen die 5 ersten Sägezähne noch die Spannung u, , die folgenden nicht mehr. Solange u. erreicht wird, zeigt sich, die wirkung dns Rückstelltransistors 71 am Ausgang 54 praktisch nicht. Der etwas verzögerte,

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in der Zeichnung übertrieben dargestellte Anstieg bei 75 in Fig. 2C wird durch den Kondensator 84 verursacht. Wenn u. nicht mehr erreicht wird, bewirkt jeder Nadelimpuls .16, daß der Rückstelltransistor 71 leitend wird und daß am Ausgang 54 ein kurzer negativer Nadelimpuls 76 auftritt. Diese Nadelimpulse 76 verhindern, daß die Drehzahl bei Überschreiten des Sollwerts ungehindert ansteigt und haben somit eine wichtige Funktion. Ihre Erzeugung über den Rückstelltransistor 71, der auf den Eingang des Operationsverstärkers 51 wirkt, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, weil durch den ersten Kondensator 62 eine sehr günstige kleine zeitliche Verzögerung auftritt, die man hier in sehr geschickter Weise ausnützt, und weil der Rückstelltransistor 71 die Form des Ausgangssignals am Ausgang 54 ( Fig. 2 C) dann nicht beeinflußt, wenn die Drehzahl zu niedrig ist.

Wie wird das Signal am Ausgang 54 weiterverarbeitet? An den Ausgang 54 ist die Kathode einer Diode 80 angeschlossen, deren Anode über einen Widerstand 81 mit dem Kollektor eines pnp-Transistors 82 und der einen Elektrode eines zweiten Kondensators 83 verbunden ist, welche Elektrode ihrerseits über einen Widerstand 84 mit dem Ausgang 18 verbunden ist, der seinerseits über einen Widerstand 85 mit der Anode der Diode 80 verbunden ist. Die andere Elektrode des zweiten Kondensators 83, welcher z-B. ninen Wert von 10 nF haben kann, und der Emitter des Transistors 82 sind mit der Plusleitung 41 verbunden. Der Transistor 82 dient als Ladungsnormalisierungsglied für den Kondensator 83, d.h. wenn er leitend wird, normalisiert er die Ladung dieses Kondensators auf den Wert Null. Seine Basis ist über einen Widerstand 83' mit der Plusleitung 41 und über einen Kondensator 84' mit dem Ausgang 54 verbunden, der seinerseits über einen Widerstand 85' mit der Plusleitung 41 verbunden ist.

Wenn der Ausgang 54 zum Zeitpunkt ti (Fig. 2 C) vom Potential 67 auf das negativere Potential 68 springt, so wird über den Kondensator 84' der als Ladungsnormalisierungsglied dienende Transistor 82 kurzzeitig leitend gemacht und entlädt den zweiten

Kondensator 03. Fig. 2 D zeigt das Potential u„g an der (unteren) Elektrode 86 des zweiten Kondensators 83» Beim Entladen springt disSes Potential auf das Potential der Plusleitung 41, dssin Fig. 2 D mit U.. bezeichnet ist. Die Ladespannung des Kondensators 83 ist in Fig. 2 D mit Up„, bezeichnet, die Spannung zwischen dem Ausgang 18 und der Plinusleitung 38 ist in Fig. 2 mit u.g bezeichnet. Uie man aus Fig. 2 D ersieht, addieren sich u,,g und Upg~ zusammen zu einem Uert, welcher der Ausgangsspannung des Spannungsreglers 39 entspricht, also z.B. 5 V. Für die Weiterverarbeitung im Regelverstärker 19 verwendet man die Spannung u.g.

Nach der Entladung zum Zeitpunkt t. wird der zweite Kondensator 83 so lange über die Diode 80 und den Widerstand 81 aufgeladen, bis zum Zeitpunkt t~ das Potential am Ausgang 54 wieder auf einen positiven Wert springt. Der Uert der Spannung u_rR^, den der zweite Kondensator 83 erreicht, ist also ein direktes naß für den Abstand der Zeitpunkte t. und t„, und dieser Abstand ist in Fig. 2 C mit Delta t bezeichnet. Dieser Uert Delta t ist bei niedrigen Drehzahlen groß, und folglich ist auch Up„, dann groß und u.g klein. Flit zunehmender Drehzahl wird Delta t immer kleiner, folglich wird auch Upg,, immer kleiner, und u..g wird immer größer, bis der Maximalwert von u.g, nämlich U.., erreicht ist. Diese Abhängigkeit von der Frequenz zeigt Fig. 5 in einem Schaubild: Mit steigender Frequenz steigt in einem sänr kleinen Frequenzbereich von wenigen Hertz (typisch 1/50 bis 1/200 der Frequenz bei der geregelten Drehzahl) der Uert von U^n monoton von etwa Null auf etwa U,,..

Uird die gewünschte Drehzahl CaJ überschritten, weil der Motor sehr rasch hochgelaufen ist, so bewirken die negativen Nadelimpulse 76 (Fig. 2 C) am Ausgang 54, daß bei jedem Nadelimpuls der zweite Kondensator 83 neu durch das Ladungsnormalisierungsg.lied 82 entladen wird, d.h. an diesem Kondensator kann kein falscher Uert gespeichert bleiben. Uürden diese Nadelimpulse 76 nicht erzeugt, so würde der Spannungswert am Kondensator 83

der in Fig. 2 D mit 9G bezeichnet ist, gespeichert bleiben und eine zu niedrige Drehzahl vortäuschen. Dies uird also durch die Nadelimpulse 76 in sehr zuverlässiger Ueise und mit einfachstem Aufwand verhindert«

Das Signal u.n uird dem Regelverstärker 19 zugeführt. Dieser enthält einan Operationsverstärker 92, dessen Ausgang 93 über eine P-I-Rückführung (Serienschaltung des Widerstands 94 mit dem Kondensator 95) mit dem invertierenden Eingang 96 verbunden ist. Zur Filterung ist parallel zur PI-Rückführung 94, 95 ein Kondensator 97 geschaltet. Der nichtinvertierende Eingang 98 ist über einen Widerstand 99 mit dem Ausgang eines Spannungsteilers aus zuei etwa gleich großen Uiderständen 101, 102 verbunden, der an die Leitungen 41 und 38 angeschlossen ist. Zwischen den Eingängen 96 und 98 liegen zuei Dioden 103 in Antiparallelschaltung und begrenzen dadurch das Ausgangssigial des Regelverstärkers 19 und damit den Strom im Motor

Uie man aus Fig. 5 sieht, liegt bei cfer geuünschten Drehzahl die Spannung u.g etua beim halben Uert von LL., d.h. dann hrben die beiden Eingänge von 92 etua dasselbe Potential· Oberhalb dieser Drehzahl ist u.g so hoch, daß der Operationsverstärker 92 sperrt und der Motor 12 keinen Strom erhält. Bei einer zu niedrigen Drehzahl dagegen ist u.g zu klein, das Signal am Ausgang 20 uird groß, und der Strom im Motor. 12 uird auf den zulässigen Maximalwert geregelt.

Der Stromregler 21 enthält einen Operationsverstärker'105, der einen Laistungstransistor 106 im Stromkreis des Motors 12 steuert. Zur Strommessung dient ein Meßuiderstand 1D7 von 0,1 Ohm, dessen Spannung über einen Widerstand 108 dem nichtinvertierenden Eingang 109 von 105 zugeführt uird, der über einen Widerstand 110 an den Abgriff 111 eines Potentiometers 112 angeschlossen ist, das an der geregelten Ausgangsspannung des Reglers 39 liegt und dazu dient, den Stromregler 21 an den

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9 - fit

Pegel dGS Regelverstärkers 19 anzupassen. Der Ausgang 93 des Operationsverstärkers 92 ist über einen Uiderstand 113 mit dem invertierenden Eingang von 105 verbunden, der seinerseits über einen Widerstand 114 an die negative Leitung 38 angeschlossen ist. Das Potentiometer 112 dient zur Pegelahpassung des Stromreglers 21 an den Regel v/erstärker 19.

Wenn also der Regelverstärker 19 ein großes Signal abgibt, wird auch der Strom im Motor 12 auf einen großen Uert geregelt. Steigt die Drehzahl, so wird der Strom im Motor immer kleiner, und bei Überschreiten der gewünschten Drehzahl uird der Strom im Motor 12 tiank der beschriebenen Sicherhsitsmerkmale (Rückstelltransistor 71) sicher zu Null, so daß ein Hochlaufen auf überhöhte Drehzahlen mit Sicherheit vermieden uird.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der in Fig. 3 dargestellte Teil entspricht dem f/u-Uandler 17 der Fig» 1« Die übrigen Teile sind nicht nochmals dargestellt. Gleiche oder gleichuirkende Teile uie in Fig. werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet uia dort und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.

Der erste Kondensator 62, sein Ladeuiderstand 63, sein Ent-1-deglied 64 und das Differenzierglied 46, 47 stimmen mit Fig. 1 überein. Der Anschluß 58 des Spannungsteilers 56, 57 ist hier direkt mit dem nichtinvertierenden Eingang 52 verbunden.

.Ein npn-Rückstelltransistor 120 ist hier über einen Widerstand 121 an den Punkt 48 angeschlossen, so daß er bei jedem positiven Nadelimpuls 16 leitend uird. Er ist mit seinem Kollektor an den Ausgang 54 und mit seinem Emitter an die negative Leitung 38 angeschlossen, so daß er also, uenn er leitend ist, den Ausgang 54 etua a/ das Potential der negativen Leitung 38 legt.

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Der zueite Kondensator 123 ist hier mit seiner einen Elektrode an die negative Leitung 30 angeschlossen und uird über ein Kanstantstromglißd 124 von der positiv/ein Leitung 41 her mit einem Strom I aufgeladen, uenn der Ausgang 54 ein nißdriges Potential hat« Zur Einstellung dieses Konstantstroms dient ein verstellbarer Understand 125. Zur Ansteuerung von 124 dient ein Widerstand 126, der an den Ausgang 54 angeschlossen ist.

Ein LadungsnarmalisiBrungsgliBd in Form eines npn-Transistors 127 ist vorgesehen, um den zueiten Kondensator 123 jedesmal zu entladen, uenn das Potential am Ausgang 54 auf einen niedrigeren Uert springt. Hierzu ist der Ausgang 54 über einen Kondensator 128 mit der Basis eines pnp-Transistors 129 verbunden, die über einen Understand 130 mit der positiven Leitung 41 verbunden ist, an die auch der Emitter des Transistors 129 angeschlossen ist. Sein Kollektor ist über einen Understand 131 mit der Basis des Transistors 127 verbunden, die ihrerseits über einen Understand 132 mit der negativen Leitung 38 verbunden ist.

Zur Erläuterung von Fig. 3 uird auf Fig. 4 Bezug genommen. Die Zeilen A und B stimmen mit den Zeilen A und B \m Fig. 2 überein, so daß darauf Bezug genommen UBrdsn kann.

Uenn die Spannung am ersten Kondensator 62 den Uert u. überschreitet, uird der Ausgang 54 schlagartig negativer und nimmt ein Potential 135 an, uie das in Fig. 4 C bei t„ dargestellt ist. Uird dann der erste Kondensator 62 durch den Transistor 64 entladen (Zeitpunkt t.)_} so uird das Ausgangssignal am Ausgang 54 uieder positiver und nimmt ein Potential 136 an.

Der Potentialsprung zum Zeitpunkt t., macht den .Transistor und über ihn auch den Transistor 127 kurzzeitig leitend und entlädt den zueiten Kondensator 129, uie das in Fig. 4 D bei

• ··· ··#» 9 0 m

137 dargestellt ist. Anschließend uird der zweite Kondensator 123 über das Konstantstromglied 124 mit dem Konstantstrom I bis zum Zeitpunkt t^ aufgeladen. Zum Zeitpunkt t, sperrt das Konstantstromglied 124, da das Potential am Ausgang 54 uieder den Uert 136 annimmt, und der Kondensator 123 behält die erreichte- Spsnnung ^ur-in*z ^so längs bei, bis dieser Kondensator bei 137 erneut entladen uird.

Diese Schaltung nach Fig. 3 arbeitet an sich vorzüglich, doch kann sich durch unterschiedliche Signallaufzeitsn ein sogenannter Glitch ergeben, der die Regelung stört. Durch die Nadelimpulse 16 uird nämlich uie erläutert der Transistor 120 kurzzeitig leitend gesteuert und erniedrigt dabei das Potential am Ausgang 54. Uenn dieser Vorgang zusammen mit einer Rückflanke des Signals U₁-, (Fig· 4 C) erfolgt, stört dasnicht, aber uenn dieser Vorgang kurzzeitig voiher oder kurzzeitig danach auftritt, kann er stören. Fig. 4 C zeigt bei 140 einen solchen unerwünschten Zusatzimpuls, der durch das Leitenduerden des Transistors 120 verursacht ist. Dieser Impuls 140 beuirkt über den Kondensator 128, daß die Transistoren und 127 kurzzeitig leitend uerden und den zueiten Kondensator 123 zur Un2eit entladen, uin. das in Fig. 4 D bei 141 dargestellt ist. Dies täuscht dem Regler eine zu hohe Drehzahl vor, d.h. es entsteht ein falscher RegelVorgang. Solche störenden Impulse treten erfahrungsgemäß bei. Schaltungen nicht auf, die aus einzelnen Bauelementen aufgebaut sind, können aber bei integrierten Schaltungen auftreten, d.h. für integrierte Schaltungen eignet sich die Schaltung nach Fig. 1 besser.

Uie man aus Fig. 4 D entnimmt, fällt mit steigender Drehzahl die mittlere Spannung Up₁₂J am zweiten Kondensator 123. Man muß deshalb beim Regelverstärker 19 (Fig. 1) die Anschlüsse 96 und 98 vertauschen, um ein richtiges Regelverhalten zu erzielen. Im übrigen können Regelverstärker 19 und Stromregler 21 gleich aufgebaut sein uie bei Fig. 1.

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Bei Überschreiten der gewünschten Drehzahl bleibt die Spannung am ersten Kondensator 62 ständig unter dom .Wert u., und der Operationsverstärker 51 ändert daher sein Ausgangssignal nicht mehr, d.h. der zuletzt am zweiten Kondensator 123 gespeicherte Wert (142 in Fig. 4) würde dauernd erhalten bleiben. Da aber der Transistor 120 bei jednm Nadelimpuls 16 kurzzeitig leitend wird, entstehen am Ausgang 54 auch in diesem Fall kurzzeitige negative Nadelimpulse 150, welche den Transistor 127 aktivieren und den zweiten Kondensator 123 entladen. Der im zweiten Kondensator 123 gespeicherte Uert bleibt dann also so lange gleich Null, bis die Drehzahl wieder unter die gewünschte Drehzahl gefallen ist. Es kann also auch hier am zweiten Kondensator 123 kein falscher Uert gespeichert bleiben, und der Spannungswert an diesem Kondensator wird laufend aktualisiert.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Variante zu Fig. 1. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in Fig. 1 werden in Fig. 6 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nid"it nochmals beschrieben. Die Variante betrifft nur den in Fig. 1 mit 17 bezeichneten f/u-Uandler. Die übrigen Teile der Schaltung sindfoit Fig. 1 identisch. Der abgewandelte f/u-Uandler ist in Fig. 6 mit 152 bezeichnet.

Bei Fig. 6 entfällt gegenüber Fig. 1 der Transistor 71 samt zugehörigen Teilen. Die Schaltung des Entladetransistors 64 ist im' wesentlichen gleich wie bei Fig. 1. Der Widerstand 47 liegt direkt zwischen Basis und Emitter des Transistors 64. Zwischen dem Ausgang 30 des Operationsverstärkers 29 und der Basis des Transistors 64 liegt eine Reihenschaltung aus dem Kondsisator 46 und dem Widerstand 65. Der Kondensator 46 und die Widerstände 65, 47 wirken wie bei Fig. 1 als Differenzierglied, so daß der Transistor 64 bei jeder positiven Flanke des Signals 31 kurzzeitig leitend wird und den ersten Kondensator 62 entlädt, wie das bei Fig. 1 ausführlich beschrieben wurde. Auch hier arbeitet der Operationsverstärker 51 als Vergleicher, d«h. das Potential seines Ausgangs 54 wird sprunghaft negativer, wenn das Potential

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an seinem Eingang 53 dasjenige am Eingang 52 übersteigt, wie das in Verbindung mit Fig» 1 ausführlich beschrieben wurde,'und es wird dann

zunächst - beim negativen Potentialspfüng - über den

Transistor 82 der zweite Kondensator 03 entladen, und anschlieficmd wird^ solange der Ausgang 54 negativ bleibt, der Kondensator 03 über den Widerstand 81 und die Diode 80·aufgeladen, so daß seine Ladung ein Maß für die aktuelle Drehzahl ist. Diese Ladespannung am zweiten Kondensator 83 uird dann über die Leitung 18 dem Regelverstärker 19 zugeführt und dort so weiterverarbeiten wie das bei Fig. 1 ausführlich beschrieben uurds

Wenn die brehzahl zu hoch uird, bleibt das Potential am Ausgang 54 an sich dauernd positiv, weil der erste Kondensator 62 nicht mehr die erforderliche Ladespannung erreicht. Die am zueiten Kondensator 83 gespeicherte Ladung uiürde daher festgehalten werden, und es würde dem Regler ständig eine zu niedrige Drehzahl vorgetäuscht, uie das in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 (dortiges Bezugszeichen 90) bereits beschrieben wurde.

Um dies zu verhindern, ist ein zueites Differenzierglied an den' Ausgang 30 angeschlossen, und zuar liegt zwischen dem Ausgang 30 und dem invertierenden Eingang 53 die Reihenschaltung eines kleinen Kondensators 153 (z.B. 22 pF) und eines Widerstands 154' (z.B. 2,2 kOhm). Ferner ist zur Entkopplung (vergleichbar dem widerstand 59 in Fig. 1) ein relativ hochohmiger Widerstand 155 (z.B. 47k0hm) zwischen den invertierenden Eingang 53 und den Kollektor des Transistors 64 geschaltet.

Springt nun das Potential am Ausgang 30 auf einen positiveren Uert, so wird zum einen der Transistor 64 leitend gesteuert und entlädt den ersten Kondensator 62, was aber eine bestimmte Zeit dauert. Gleichzeitig wird über das aus dem Kondensator 153 und dem Widerstand 154 bestehende Differenzierglied dem invertierenden Eingang 53 ein kurzer positiver Nadelimpuls 156 zugeführt,"wodurch

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ganz kurzzeitig ein negativer Nadelimpuls am Ausgang 54 des Vergleichers 51 erscheint. Dieser negative Nadelimpuls steuert kurzzeitig den pnp-Transistor 82 leitend und bewirkt dadurch eine Entladung des zweiten Kondensators 83 auch in diesem Falle, also dann, uenn die Drehzahl zu hoch ist, so daß dem Regelverstärker 19 keine zu niedrige Drehzahl vorgetäuscht uird, sondern der Kondensator 83 tatsächlich eine Spannung annimmt, welche einer zu hohen Drehzahl entspricht. Andererseits ist dieser negative Nadelimpuls so kurz, daß sich der Kondensator 83 während seiner

DaujBTj^nichtaufladen kann.
fübeFTTlÜT)

Der relativ große Uiderstand 155 verhindert, daß die positiven Nadelimpulse 156 durch den ersten Kondensator 62 kurzgeschlossen werden und entkoppelt also diese Signalquellen voneinander.

Bei der Variante nach Fig. 6 werden die differenzierten Nadelimpulse 156 nicht verstärkt, sondern direkt dem Eingang 53 zugeführt. Dadurch ergibt sich eine minimale Laufzeit dieser Impulse, und as können nicht die Störeffekte auftreten, wie sie bei Fig. 3 und 4 im Zusammenhang mit den Bezugszahlen 140 und 141 beschrieben wurden, weil sich dort relativ lange Laufzeiten ergeben hatten. Die Variante nach Fig. 6 ist also außerordentlich einfach und außerdem - wegen der extrem kurzen Signallaufzeiten - sehr betriebssicher und zuverlässig.

Falls erforderlich, kaqn man bei der Variante nach Fig. 6· den Kondensator 153 weglassen und dafür den Uiderstand 154 zwischen dem Kondensator 46 und dem Uiderstand 65 anschließen, wie das durch die gestrichelte Linie 157 angedeutet ist. Man spart dadurch einen Kondensator, was bei der Verwendung einer integrierten Schaltung Vorteile bringen kann. Der Kondensator 46 (z.B. 220 pF) ist dann beiden Differenziergliedern gemeinsam.

Claims

...... .. . 31Τ5243

PAPST-MOTOREN KG

Patentansprüche

/ 1.]Drehzahlregelanordnung mit folgenden Merkmalen:

a) es ist ein erster Kondensator mit einem Ladekreis und einem Entladeglied vorgesehen, welch letzteres im Betrieb periodisch und mit einer von der zu regelnden Drehzahl abhängigen Frequenz jeweils kurzzeitig eingeschaltet wird und dabei jeweils den ersten Kondensator entlädt;

b) die Spannung am ersten Kondensator ist einem Schwellwertglied zuführbar, welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungsuerts am ersten Kondensator ein Ausgangssignal abgibt;

c) das Ausgangssignal des Schwellwertglieds beeinflußt den Regelvorgang;

dadurch gekennzeichnet, daß

d) das Ausgangssignal (u,-*) des Schwellwertglieds (51) zur Steuerung des Ladezustands eines zweiten Kondensators (83; 123) dient,

e) daß die Spannung an diesem zweiten Kondensator (83; 123) direkt oder indirekt als Regelgröße für die Drehzahlregelung dornt,

f) daß dem zweiten Kondensator (83; 123) ein aktives Ladungsnormalisierungsglied (82; 127) zugeordnet ist, und

g) daß Mittel (71; 12G; 153 bis 155) vorgesehen sind, welche

vor jeder neuen durch das Ausgangssignal des Schwellwertglieds (51) bewirkten Änderung des Ladezustands des zweiten Kondensators (83; 123) dieses aktive Ladungsnormalieierungsglied (82; 127) aktivieren, um den Ladezustand des zweiten Kondensators (83; 123) vor jedem neuen Ladevorgang im wesentlichen auf einen vorgegebenen Wert, vorzugsweise die Ladung Null, zu bringen·

2. Drehzahlregelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladungsnormalisierungsglied (82; 127) des zueitcn Kondensators (83; 123) über ein Differenzierglied (83', 84'; 128, 130.) an den Ausgang (54) des Schuelluertglieds (51) so angeschlossen ist, daß es beim Auftreten des Ausgangssignals (Fig. 2 C; Fig. 4 C) oder eines äquivalenten Signals an diesem Ausgang (54) aktivierbar ist.

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betreffenden Vergleichereingang vorgesehen ist.

7. Drehzahlregelannrrinung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daQ die Einschaltimpulse (16) für das dem ersten Kondenstor (62) zugeordnete Entladeglied (64) einem dem Ausgang (54) des Schwellwertglieds (51) zugeordneten Schaltqlind (12O) zuführbar sind, welches bei Auftreten eines solchen Einschaltimpulses (16) am Ausgang (54) des Schwellwertglieds (51) ain Signal (15O) bewirkt, das dem erwähnten Ausgangssignal (Fig. 4 C) etwa äquivalent ist (Fig. 3, 4).

8· Verwendung einer Drehzahlregalanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Drehzahlregelung eine.-. Motors, bei welchem für die Drehzahlregelung nur eine relativ niedrige drehzahlproportionale Frequenz verfügbar ist, z.B. flinnn lancjsamlauf nnclfjn Motors zum Oirektantri nh ninn:-· Plnttnnspifilers, oder eines schneilaufenden Motors, bei welchem pro Rotorumdrehung z.B. nur ein einziger Regelimpuls erzeugt wird.

9. Drehzahlregelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem aktiven Ladungsnormalisierungsglied (82; 127) mindestens ein paralleles passives Schaltglied (82¹; 127') zugeordnet ist.

lo. Drehzahl regelanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das passive Schaltglied ein Widerstand (82¹; 127') ist.