DE3328236A1 - Drehzahlregeleinrichtung fuer einen gleichstrommotor - Google Patents

Drehzahlregeleinrichtung fuer einen gleichstrommotor

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DE3328236A1
DE3328236A1 DE19833328236 DE3328236A DE3328236A1 DE 3328236 A1 DE3328236 A1 DE 3328236A1 DE 19833328236 DE19833328236 DE 19833328236 DE 3328236 A DE3328236 A DE 3328236A DE 3328236 A1 DE3328236 A1 DE 3328236A1
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Fukashi Kamiina Nagano Yoshizawa
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
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    • H02P7/2885Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using variable impedance whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

Description

  • Beschreibung
  • Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor'insbesondere für die Regelung niedriger Drehzahlen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei der Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors kann die Drehzahl des Motors mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung gemessen werden. Gemäß Fig. 1 werden ein zu regelnder Gleichstrommotor 1 sowie Widerstände 2, 3 und 4 zur Bildung einer Brückenschaltung verwendet. Die Brückenschaltung hat ein Paar von Meßanschlüssen C und D, die mit dem Emitter eines PNP-Transistors 5 und der Anode einer Diode 6 verbunden sind, deren Kathode mit der Basis des Transistors 5 verbunden ist. Eine Konstantstromquelle 7 ist zwischen die Basis des Transistors 5 und den negativen Pol einer Energiequelle 12 geschaltet. Der Kollektor des Transistors 5 ist mit dem Eingangsanschluß eines Verstärkers 10 verbunden, dessen Ausgangsanschluß mit der Basis eines Transistors 11 verbunden ist, der so geschaltet ist, daß er die Energieversorgung der Brückenschaltung steuert. Zwei Widerstände 8 und 9 sind über die Energiequelle 12 in Serie geschaltet, wobei ihr Verbindungspunkt mit dem Kollektor des Transistors 5 verbunden ist.
  • Zur Analyse dieser Schaltung sollen der äquivalente Innenwiderstand des Motors mit Ra, die Widerstandswerte der Widerstände 2, 3 und 4 mit R1, R2 bzw. R3, die an den zwei Zuführungsanschlüssen bzw. Leistungsanschlüssen A und B der Brückenschaltung anliegende Spannung mit Vo und die elektromotorische Gegenkraft des Motors mit EM bezeichnet werden.
  • Die an den Meßanschlüssen C und D anstehende Spannung Vn kann dann wie folgt ausgedrückt werden: R3 - Ra Vn = - R3 x Vo - R1 + Ra x(Vo -EM) R1R3 - R2Ra Ra (R3 + R2)(R1 + Ra) Vo R1 + Ra x EM Wenn die Brücken-Gleichgewichtsbedingung erfüllt ist: R1 H3 = R2-Ra (1) erhält man: Ra Vn = R1 + Ha x EM Der Spannungsabfall über die Basis und den Emitter des Widerstands 5 sei VBEI und die Vorwärtsspannung der Diode 6 VD; Wie man sofort sieht gilt Vn = VD - VBEI Damit erhält man: Ra VBEI =VD - R1 + Ra M EM (2) Damit kann die Drehzahl N des Motors wie folgt ausgedrückt werden: EM = = 1 R1 + Ra (3) Kv Kv Ha (VD - VBEI) (3) Hierbei ist Kv eine Konstante, die mit der elektromotorischen Gegenkraft des Motors verknüpft isto Wie man ohne weiteres sieht, bilden der Transistor 5, die Diode 6 und die Konstantstromquelle 7 einen Fehlerverstärker, der die Drehzahl des Motors 1 messen kann. Folglich ist es dadurch, daß das von dem Fehlerverstärker gemessene Signal zur Regelung der der Brückenschaltung zugeführten Energie dazu verwendet wird, daß die Größe (VD - VBEI) konstant gehalten wird, möglich, die Drehzahl des Motors 1 konstant zu halten.
  • Zur Aktivierung des Fehlerverstärkers muß der Motor 1 eine Anschlußspannung Eg haben, die mindestens 0,6 bis 0,7 V ist.
  • Wie bekannt ist, kann die Anschlußspannung Eg des Motors wie folgt ausgedrückt werden: Eo = EM + IMRa = Kv N + Ra-KT T (4) Hierbei sind IM der durch den Motor fließende Strom, KT eine Drehmomentenkonstante und T das Drehmoment. Nimmt man an, daß der Motor 1 ohne Last arbeitet, d.h. daß T = O, so erhält man Eo = KvN (5) Um einen Wert von Eg zu erhalten, der mindestens gleich 0,6 bis 0,7 V ist, wird die Geschwindigkeit des Motors durch folgende Ungleichung begrenzt: N > o-6 ^ 0.7 (6) Kv Damit ist bei der herkömmlichen Einrichtung die niedrigstmögliche Drehzahl begrenzt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, den vorstehend beschriebenen Nachteil zu beseitigen und eine Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor zu schaffen, die eine Drehzahlregelung insbesondere bei sehr niedrigen Drehzahlen erlaubt.
  • Eine diese Aufgabe lösende Drehzahlregeleinrichtung ist mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Drehzahlregeleinrichtung wird eine Brückenschaltung von dem Motor und Widerständen gebildet.
  • Die Brückenschaltung hat ein Paar von Meßanschlüssen, zwischen denen ein Fehlerverstärker liegt, der einen NPN-Transistor, eine Diode und eine Konstantstromquelle aufweist. Der Fehlerverstärker gibt ein Ausgangssignal ab, das über einen invertierenden Verstärker zur Steuerung einer Zuführungsschaltung, d.h. einer Leistungsschaltung für die Brückenschaltung angelegt wird. Auf diese Weise ist die Arbeit des Fehlerverstärkers nicht durch die Anschlußspannung des Motors begrenzt, wodurch es möglich wird, die Drehzahl des Motors auch bei sehr niedrigen Drehzahlen zu regeln. Auf diese Weise kann die Drehzahl über einen ausgedehnten Bereich geregelt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert,in der zeigt: Fig. 2 einen Schaltplan einer Drehzahlregeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 3 die Strom/Spannung-Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors und einer Diode.
  • Fig. 2 zeigt eine Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ein zu regelnder Motor 21 bildet zusammen mit Widerständen 22, 23 und 24 in ähnlicher Weise wie in Fig. 1 eine Brückenschaltung. Die Brückenschaltung hat ein Paar von Meßanschlüssen, die durch den Verbindungspunkt C zwischen dem Widerstand 22 und dem Motor 21 und dem anderen Verbindungspunkt D zwischen den Widerständen 23 und 24 gebildet werden. Der Emitter eines NPN-Transistors 25 ist mit dem Anschluß C und die Basis dieses Transistors mit der Anode einer Diode 26 verbunden, deren Kathode mit dem Anschluß D verbunden ist.
  • Der Kollektor des Transistors 25 ist über einen Widerstand 28 mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle bzw. . einer Gleichspannungsquelle 31 verbunden. Eine Konstantstromquelle 27 ist so geschaltet 7 daß ihr Strom über den Verbindungspunkt zwischen der Basis des Transistors 25 und der Anode der Diode 26 fließt. Der Transistor 25, die Diode 26, die Konstantstromquelle 27 und der Widerstand 28 bilden einen Fehlerverstärker, dessen Ausgangssignal am Kollektor des Transistors 25 ansteht. Dieses Ausgangssignal wird an einen invertierenden Verstärker 29 angelegt, dessen Ausgangssignal an der Basis eines Zuführungstransistors, d.h. eines Leistungstransistors 30 anliegt, so daß die der Brückenschaltung zugeführte Energie geregelt wird.
  • Wenn die Brücken-Gleichgewichtsbedingung erfüllt ist: R21 R22 = H23 Ha (7) wobei R21, R22 und R23 die Widerstandswerte der Widerstände 22, 23 bzw. 24 und Ra der äquivalente Innenwiderstand des Motors 21 sind, kann die Spannung VBEI über die Basis und den Emitter des Transistors 25 wie folgt ausgedrückt werden: H21 VBEI R21 + Ra M D VD (8) Hierbei ist EM die elektromotorische Gegenkraft des Motors 21 und VD die Vorwärtsspannung der Diode 26. Folglich erhält man als Drehzahl N des Motors: N = - R21 + Ha Kv Kv H21 (VBEI - VD) (9) Hierbei ist Kv eine Konstante, die mit der elektromotorischen Gegenkraft des Motors zusammenhängt.
  • Nimmt man an, daß die Drehzahl des Motors ansteigt, so nimmt das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers bzw. das Potential am Punkt E ab; ferner verringert das Ausgangssignal des invertierenden Verstärkers 29 den dem Leistungstransistor 30 zugeführten Basisstrom, wodurch sich die dem Motor 21 zugeführte Leistung und damit die Drehzahl verringern. Umgekehrt bewirkt eine Verringerung der Drehzahl des Motors ein erhöhtes Potential am Punkt E und das resultierende Ausgangssignal des invertierenden Verstärkers 29 erhöht den dem Leistungstransistor30 zugeführten Basisstrom, wodurch die dem Motor 21 zugeführte Leistung und damit dessen Drehzahl ansteigen. Auf diese Weise arbeitet die gezeigte Schaltung derart, daß sie die durch Gleichung (9) bestimmte Drehzahl dadurch konstant hält, daß sie die Größe (VBEI - VD) konstant hält. Somit bildet erfindungsgemäß die Kombination des Transistors 25, der Diode 26 und der Konstantstromquelle 27 einen Fehlerverstärker, der dazu dient, die gemäß einer Fehlerspannung (VBEI - VD) zugeführte Leistung zu regeln, und der deshalb mit einer Anschlußspannung Eo des Motors arbeiten kann, die kleiner als 0,6 V ist. Damit ist die Schaltung anders als die herkömmliche Schaltung nicht durch die Anschlußspannung des Gleichstrommotors beschränkt.
  • Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäße Einrichtung die Drehzahl des Gleichstrommotors auf niedrigere Drehzahlen regeln kann, als sie bislang mit herkömmlichen Schaltungen möglich waren.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schaltung kann die Drehzahl dadurch gewählt werden, daß die Differenz zwischen der Strom/ Spannung-Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 25 und der Strom/Spannung-Kennlinie der Diode 26 gewählt wird. Insbesondere ist es möglich, einen Transistor, der die in Fig. 3 durch die Kurve (a) dargestellte Strom/Spannung-Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke hat, und eine Diode zu wählen, die die durch die Kurve (b) in Fig. 3 dargestellte Strom/Spannung-Kennlinie hat. Der Wert (VBEI - VD) ist durch die Größen der entsprechenden Ströme und damit durch den Stromfluß von der Konstantstromquelle 27 bestimmt. Folglich wird der Motor 21 so geregelt, daß er sich mit der durch Gleichung (9) gegebenen konstanten Drehzahl dreht.
  • Leerseite

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor mit einer Brückenschaltung, die ein zu regelnder Gleichstrommotor und ein erster, ein zweiter und ein dritter Widerstand bilden, und die ein Paar von Meßanschlüssen hat, zwischen die ein Drehzahl-Fehlerverstärker zum Messen eines Drehzahl fehlers zur Regelung der Drehzahl des Motors geschaltet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Fehlerverstärker einen NPN-Transistor (25), eine Diode (26) und eine Konstantstromquelle (27) aufweist, und daß die Drehzahl des Motors entsprechend einer Fehlerspannung regelbar ist, die durch den Unterschied einer Strom/Spannung-Kennlinie der Basis-Emitter-Strecke des NPN-Transistors (25) und der Strom/Spannung-Kennlinie der Diode (26) erzeugt wird.
  2. 2. Drehzahlregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Emitter des Transistors (25) mit dem Verbindungspunkt des Motors (21) und des ersten Widerstands (22) und die Basis mit der Anode der Diode (26) verbunden ist, deren Kathode mit dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dem dritten Widerstand (23 bzw. 24) verbunden ist, und daß der Verbindungspunkt zwischen der Diode (26) und dem Transistor (25) mit der Konstantstromquelle (27) und der Kollektor des Transistors mit einem invertierenden Verstärker (29) verbunden sind.
  3. 3. Drehzahlregeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Größe des Stromflusses der Konstantstromquelle (27) die Drehzahl vorgibt, mit der der Motor (21) geregelt werden soll.
DE19833328236 1982-08-24 1983-08-04 Drehzahlregeleinrichtung fuer einen gleichstrommotor Withdrawn DE3328236A1 (de)

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