DE3149121A1

DE3149121A1 - Vorrichtung zur drehzahlregelung

Info

Publication number: DE3149121A1
Application number: DE19813149121
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(grad.) 8031 Eichenau Roßbach
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1981-12-11
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1983-06-16

Description

Vorrichtung zur Drehzahlregelung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors, in dessen Stromkreis sowohl ein Widerstand, an dem als Istwert eine Steuerspannung abgegriffen wird, als auch ein steuerbarer Halbleiter angeordnet ist, der durch eine Vergleichsstufe beeinflußbar ist, die durch die Istwert-Steuerspannung und durch eine Sollwert-Steuerspannung angesteuert wird, die zur Festlegung der Nenndrehzahl dient In der Zeitschrift "Funkschau" 1972, Heft 24, ist eine Motorregelschal tung der eingangs genannten Art beschrieben, deren Regelgenauigkeit als nicht sehr hoch bezeichnet ist. Eine solche Schaltung verhindere die genaue Nachbildung der EMK des Gleichstrommokors. Für genauer arbeitende Drehzahlregelschaltungen wir die Verwendung eines sogenannten Tachogenerators als Istwart-Geber empfohlen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahiregelvorrlchtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Verwendung eines Tachogenerators eine genaue Drehzahlregelung ermoglichen soll. Die Regelschaltung soll einfach ausgebildet und störunanfallig sein.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der eine Eingang eines Verstärkers, insbesondere der invertierende Eingang eines Operar tionsverstärkers, über den Abgriffswiderstand mit dem Motor und der andere Eingang des Verstärkers direkt mit dem Motor verbunden ist, daß der Widerstandswert des Reihenwiderstandes um den Faktor bzw. Wert k des Verstärkungsfaktors des Verstärkers kleiner ist, als der Innenwiderstand des Gleichstrommotors und daß dem Verstärker eine eine Hystherese aufweisende Kippstufe bzw. Schwellwertstufe nachgeschaltet ist, deren Ausgang mit dem steuerbaren Halbleiter verbunden ist. Dadurch, daß der Widerstandswert des Abgriffwiderstandes um den Wert des Verstärkungsfaktors kleiner ist als der Innenwiderstand des Gleichstrommotors, ergibt sich der Vorteil, daß am Ausgang des Verstärkers eine Spannung vorhanden ist, die gleich der elektromotorischen Kraft (EMK) des Motors ist. Bekanntlich die EMK eines Motors direkt proportional der Drehzahl dieses Motors. In vorteilhafter Weise ist nun diesem Verstärker eine Schwellwertstufe nachgeschaltet, die durch die geeignete Wahl der Hystherese einen entsprechend großen Totpunktbereich schafft, in dem Drehzahlabgleich herrscht. Bei größeren Abweichungen der Drehzahl von der Nenndrehzahl erfolgt ein Nachregeln der Motordrehzahl durch Einschaltung des steuerbaren Halbleiters.
Gemäß weiterer Ausbildung ist die Kipp- bzw. Schwellwertstufe ein Operationsverstärker, der zur Hystheresebildung im Rückkopplungszweig zwischen Ausgang und nicht invertierendem Eingang einen Widerstand aufweist, wobei der nicht invertierende Eingang über einen weiteren Widerstand mit dem Sollwert-Spannungsteiler verbunden ist. Durch geeignete Wahl des Rückkopplungswiderstandes und des weiteren Widerstandes wird die Hystherese eingestellt. In vorteilhafter Weise ist zwischen Ausgang und invertierendem Eingang dieses Operetionsverstärkers ein Verstärkungswiderstand vorgesehen, wobei der invertierende Eingang über einen weiteren Widerstand mit der Ausgangsstufe des Verstärkers verbunden ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.
Die Figur zeigt die Regelschaltung in schematischer Darstellung.
Gemäß der Figur ist mit 1 eine Batterie bezeichnet, die Uber einen Betrlebsschal ter 2 mit der Schaltungsanordnung verbindbar ist Ein Gleichstrommotor 3 ist mit einem Abgrifftiderstand 4 in Reihe geschaltet. Im gleichen Stromkreis befindet sich die EmitterKollektor-Strecke eines Transistors 5. Der Emitter des pnpTransistors 5 ist uber den Schalter 2 mit dem Pluspol der Batterie 1 verbindbar9 während dar dem Widerstand 4 abgewandte Anschluß des Gleichstrommotors 3 mit den Minuspol dieser Batterie verbunden ist.
Vom Abgriff zwischen dem Transistor 5 und dem Abgriffwiderstand 4 führt über einen Widerstand 6 eine Verbindung zum invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 7, dessen Ausgang über einen Widerstand 8 mit dem invertierenden Eingang verbunden ist. Der im Rückkopplungszweig des Operationsverstärkers 7 befindliche Widerstand 8 ist um den Factor aktor k größer, als der Widerstand 6. Somit ist der Verstärkungsfaktor dieses Operationsverstärkers gleich dem Wert k.
Der Widerstandswert des Abgriffwiderstandes 4 ist um den Faktor k kleiner, als der Innenwiderstand des Gleichstrommotors 3.
Mit 9 ist ein Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers 7 bezeichnet.
Am Punkt A (Ausgang) des Operationsverstärkers 7 liegt eine Spannung an, die gleich der elektromotorischen Kraft (EMK) des Gleichstrommotors 3 ist. Vom Abgriff des einstellbaren Ausgangswiderstandes 9 führt eine Steuerleitung über einen Widerstand 10 zum invertierenden Eingang eines.
Operationsverstärkers 113 dessen Ausgang über einen Rückkopplungswiderstand 12 mit dem invertierenden Eingang verbunden ist. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers ist durch die Widerstände 12 und 10 bestimmt. Vom nicht invertierenden Eingang des Operationverstärkers 11 führt eine Verbindung über einen Widerstand 13 zu einer Zenerdiode 14, deren Vorwiderstand mit 15 bezeichnet ist. Außerdem führt vom nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 eine Rückkopplungsverbindung über einen Widerstand 16 zum Ausgang des Operationsverstärkers, der außerdem mit der Basis eines Schalttransistors 17 verbunden ist. Bei diesem Transistor handelt es sich um einen npn-Transistor, dessen Emitter mit dem Minuspol der Batterie 1 verbunden ist. Der Kollektor dieses iransistors 17 ist über einen Widerstand 18 mit der Basis des Steuertransistors 5 verbunden.
Mit Hilfe der Widerstände 13 und 16 wird die Hystherese des als Schwellwertstufe wirkenden Operationsverstärkérs 11 eingestellt bzw. vorgewählt.
Die Sollwert-Spannung bzw. Referenzspannung ist durch die Zenerdiode 14 bestimmt. Die drehzahlabhängige EMK wird dem Schwellwert-Operationsverstärker 11 zugeführt und mit der Referenzspannung verglichen. Ist nun die drehzahlabhängige EMK des Gleichstrommotors kleiner als die Referenzspannung, so steht am Ausgang des Operationsverstärkers 11 ein positives Signal an, welches bewirkt, daß der Transistor 17 durchgesteuert wird. Die Durchsteuerung dieses Transistors bewirkt eine Durchsteuerung des Steuertransistors 5. Folglich fließt Strom durch die Gleichstrommotor 3, dessen Drehzahl hierbei erhöht wird, Ist nun die EMK größer als die Referenzspannung, so wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 11 gleich Null. Beide Transistoren 17 und 5 werden gesperrt.
Das Verhältnis der beiden Widerstände 13 und 16 ist so gewählt, daß aufgrund der Hystherese keine Regelschwingungen auftreten, andererseits jedoch die Regelgenauigkeit für die Schaltung groß genug ist.

Claims

Ansprüche Drehzahlregelvorrichtung r einen Gleichstrommotors in dessen Stromkreis sowohl ein Widerstand, an dem als Istwert eine Steuerspannung abgegriffen wird, als auch ein steuerbarer Halbleiter angeordnet ist, der durch eine Vergleichsstufe beeinflu[3bar ist, die durch die Istwert-Steuerspannung und durch eine Sollwert-Steuerspannung angesteuert wird, die zur Festlegung der Nenndrehzahl dient, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingang eines Verstärkers (7) über den Abgriffswiderstand (4) mit dem Motor (3) und der andere Eingang des Verstärkers direkt mit dem Motor verbunden ist, daß der Widerstandswert des Reihenwiderstandes (4) um den Faktor bzw. Wert k des Verstärkungsfaktors des Verstärkers (7) kleiner ist, als der Innenwiderstand (Ri) des Gleichstrommotors (3) und daß dem Verstärker eine eine Hystherese aufweisende Kippstufe (11) bzw. Schwellwertstufe nachgeschaltet ist, deren Ausgang mit dem steuerbaren Halbleiter (5) verbunden ist.
2. Drehzahlregelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein Operationsverstärker ist, dessen invertierender Eingang mit deiji Abgriffwiderstand und dessen nicht invertierender Eingang direkt init dem Motor verbunden ist.
3. Drehzahlregelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kipp- bzw. Schwellwertstufe (11) ein Operationsverstärker ist, der zur Hystheresebildung im Rückkopplungszweig-zwischen Ausgang und qicht-invertierendem Eingang einen Widerstand (16) aufweist, daß der nicht invertierende Eingang über einen weiteren Widerstand (13) mit dem Sollwert-Spannungsteiler (14, 15) verbunden ist.
4. Drehzahlregelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückkopplungszweig zwischen Ausgang und invertierendem Eingang des Operationsverstärkers (11) ein Widerstand (12) angeordnet ist und daß der invertierende Eingang über einen weiteren Widerstand (10) mit der Ausgangsstufe (9) des Verstärkers (7) verbunden ist.