DE3429427A1 - Circuit arrangement for supplying fan motors, especially in motor vehicles - Google Patents
Circuit arrangement for supplying fan motors, especially in motor vehiclesInfo
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Speisung von Gebläsemotoren,Circuit arrangement for supplying fan motors,
insbesondere bei Kr Itfahrzeugen Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Speisung von Gebläsemotoren, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.In particular in Kr It vehicles the subject of the invention is a Circuit arrangement for supplying fan motors, in particular in motor vehicles.
Für die Belüftung sowie Heizung und Kühlung des Fahrgastraumes von Kraftfahrzeugen ist eine Belüftungsanlage erforderlich. Dabei ist es u iie gleichbleibende Behaglichkeit der Fa'-rgäste einerseits und für die allfällige Innentemperatl;rr andererseits wichtig, daß der Luftdurchsatz durch den Fahrgastraum unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit konstant bleibt. Um bei stehenden oder sich langsam bewegenden Fahrzeugen einen Luftdurchsatz gewünschter Intensität zu erreichen, ist ein Gebläse nötig. Die heute üblicherweise in Belüftungsanlagen von Kraftfahrzeugen verwendeten Gebläse sind durch stufenweise veränderbare Vorwiderstandskombinationen in 2 - 4 Schaltstufen betreibbar. Dabei ist von Nachteil, daß die pro Zeiteinheit geförderte Luftmenge abhängig vom Staudruck ist, der wiederum durch die Fahrgeschwindigkeit und durch die konstruktive Ausbildung und Anordnung der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen am Fahrzeug bestimmt ist. Es kann sich somit bei hoher Fahrgeschwindigkeit auch ohne Mitwirkung des Gebläses ein Luftdurchsatz einstellen, der bei stehendem Fahrzeug durch das eingeschaltete Gebläse erzeugt wurde. Mit anderen Worten addieren sich bei hohen Fahrgeschwindigkeiten die Wirkungen von Gebläse und Staudruck, so daß hier der Luftdurchsatz über den eingestellten gewünschten Wert gehoben wird.For ventilation, heating and cooling of the passenger compartment of A ventilation system is required for motor vehicles. It is constant Comfort of the passengers on the one hand and for the possible indoor temperature on the other hand important that the air flow through the passenger compartment regardless of the vehicle speed remains constant. To when standing or moving slowly moving vehicles to achieve an air throughput of the desired intensity a blower is required. Today usually in ventilation systems of motor vehicles The fans used are due to the step-by-step changeable series resistor combinations can be operated in 2 - 4 switching stages. The disadvantage here is that the per unit of time The amount of air delivered depends on the dynamic pressure, which in turn depends on the driving speed and through the structural design and arrangement of the air inlet and air outlet openings is determined on the vehicle. It can therefore also be at high driving speed without the assistance of the fan, set an air flow rate that is comparable to that when the vehicle is stationary generated by the switched on fan. In other words add up at high driving speeds the effects of blower and dynamic pressure, so that here the air throughput is raised above the set desired value.
Daher wurden elektronische Gebläsesteuerungen vorgeschlagen, die die Spannung am Gebläsemotor auf einem vorgegebenen Wert konstant halten. Nachteilig ist dabei, daß bei zunehmendem Staudruck eine zunehmende Luftmenge gefördert wird, da durch den Staudruck ein zusätzliches treibendes Drehmoment hervorgerufen wird.Therefore, electronic fan controls have been proposed that incorporate the Keep the voltage at the fan motor constant at a specified value. Disadvantageous is that with increasing back pressure an increasing amount of air is conveyed, because the dynamic pressure creates an additional driving torque.
Weiteres ist bekannt, Gebläsemotore für Kraftfahrzeuge mit konstantem Strom zu betreiben. Dabei ist das Drehmoment des Motors konstant und unabhängig von der Läuferdrehzahl. Der Einfluß des Staudruckes ist hier geringer als bei Speisung des Motors mit konstanter Spannung. Da aber am Läuferrad des Gebläses immer ein konstantes Drehmoment zur Verfügung steht, wird hier ebenfalls bei hohen Fahrgeschwindigkeiten der Luftdurchsatz über den sich konstruktiv ergebenden Mindestwert gehoben. Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, dem Gebläsemotor bei steigender Stromaufnahme durch ein steigendes vom zunehmenden Staudruck verursachtes Gegendrehmoment eine definiert sinkende Spannung bzw. elektrische Antriebsleistung zuzuführen.It is also known, fan motors for motor vehicles with constant Operate electricity. The motor torque is constant and independent on the rotor speed. The influence of the back pressure is less here than with supply of the motor with constant voltage. But there is always a on the impeller of the blower constant torque is available, is here also at high driving speeds the air throughput is raised above the minimum value resulting from the design. Of the Invention is therefore based on the idea of the fan motor with increasing power consumption by an increasing counter-torque caused by the increasing dynamic pressure to supply a defined decreasing voltage or electrical drive power.
Die erfindungsgemäße Lösung liegt darin, daß der Läufer des Gebläsemotors über einen Vorwiderstand an einen Pol einer Stromquelle und über die Schaltstrecke eines Transistors an den anderen Pol der Stromquelle geschaltet ist, daß eine im Vorwiderstand erzeugte, für den Motorstrom repräsentative Spannungsgröße sowie eine vorzugsweise mittels eines aus Widerständen bestehenden Spannungsteilers aus der Läuferspannung abgeleitete, der Läuferdrehzahl entsprechende Spannungsgröße addiert werden und deren Summe mit einer einstellbaren, vorzugsweise stabilisierten Spannungsgröße verglichen wird, wobei die Differenz die Ansteuergröße für den Transistor mittelbar oder unmittelbar beeinflußt.The solution according to the invention is that the rotor of the fan motor via a series resistor to a pole of a power source and via the switching path of a transistor is connected to the other pole of the power source that one im Series resistor generated voltage value representative of the motor current as well as a preferably by means of a voltage divider consisting of resistors from the Rotor voltage derived voltage value corresponding to rotor speed added and their sum with an adjustable, preferably stabilized voltage value is compared, the difference being the control variable for the transistor indirectly or directly influenced.
Nachfolgend soll anhand von Zeichnungen eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung näher beschrieben werden.In the following, an advantageous embodiment will be based on drawings a circuit arrangement according to the invention are described in more detail.
FIG l zeigt eine S<naltungsanordnung mit einem Leistungstransistor zur Regelung des Motorstromes.FIG. 1 shows a circuit arrangement with a power transistor for regulating the motor current.
FIG 2 zeigt die im wesentlichen gleichartige Schaltung, bei der jedoch die Regelung durch einen getakteten Schalttransistor erfolgt.FIG. 2 shows the essentially similar circuit, but in which the regulation is carried out by a clocked switching transistor.
FIG 3 zeigt in einem Diagramm die Strom-Spannungskennlinien die bei den bisher ~ auchlichen Gebläsesteuerungen erzielbar sind und FIG 4 zeigt in einem Diagramm die mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielbaren StI)m-Spannungskennlinien.3 shows in a diagram the current-voltage characteristics at the previously ~ also blower controls can be achieved and FIG 4 shows in one Diagram of the StI) m voltage characteristics that can be achieved by means of the circuit arrangement according to the invention.
Die in FIG 1 gezeigte Schaltungsanordnung stellt sich im wesentlichen dar als Serienschaltung des Läufers 1 des Gebläsemotors mit einem Widerstand 2 und der Schaltstrecke CE eines Leistungstransistors 3. Der Läufer 1 ist dabei über den Widerstand 2 an einen Pol (-) einer Stromquelle und über die Schaltstrecke CE des Transistors 3 an den anderen Pol (+) der Stromquelle geschaltet. Die hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigte Erregung des Gebläsemotors erfolgt entweder durch einen eigenen unabhängigen, unmittelbar aus der Stromquelle gespeisten Erregerkreis mit konstanten Größen oder, moderner, durch PelR anentmagnetische Pole.The circuit arrangement shown in FIG. 1 essentially arises represent as a series connection of the rotor 1 of the fan motor with a resistor 2 and the switching path CE of a power transistor 3. The rotor 1 is on the Resistor 2 to one pole (-) of a power source and across the switching path CE of the Transistor 3 is connected to the other pole (+) of the power source. The ones here for the sake of clarity Excitation of the fan motor, not shown, takes place either through its own independent, Excitation circuit supplied directly from the power source with constant values or, modern poles anentagnetic due to PelR.
Die am Läufer l auftretende Spannung wird drittels eines aus den Widerständen 4, 5 gebildeten Spannungsteilers geteilt. Der Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 4, 5 ist an den - Eingang eines Differenzverstärkers 6 geführt. Der "+" Eingang dieses Differenzverstärkers 6 ist mit dem Schleifer eines Potentiometers 7 verbunden dessen eines Ende in bekannter Weise über einen Widerstand 8 mit einem Pol (+) der Stromquelle verbunden ist und dessen anderes Ende an den anderen Pol (-) der Stromquelle geschaltet ist und dem eine in Sperrrichtung gepolte Zenerdiode 9 parallelgeschaltet ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 6 ist mit der Steuerelektrode des Leistungstransistors verbunden.The voltage appearing at the rotor l becomes one third of the resistances 4, 5 formed voltage divider divided. The connection point of the voltage divider resistors 4, 5 is led to the input of a differential amplifier 6. The "+" input of this Differential amplifier 6 is connected to the wiper of a potentiometer 7 thereof one end in a known manner via a resistor 8 to one pole (+) of the power source and its other end is connected to the other pole (-) of the power source and to which a reverse-biased Zener diode 9 is connected in parallel. Of the The output of the differential amplifier 6 is connected to the control electrode of the power transistor tied together.
Am Schleifer des Potentiometers 7 kann eine stabilisierte Spannung abgegriffen werden, die als Einstellwert dient. Diese wird durch die Schaltungsanordnung mit der Summe zweier Spannungen, nämlich der durch den Motorstrom verursachten Komponenten R(2) JMotor und der am Spannungsteilerwiderstand 5 abfallenden, für die Motorspannung Motor repräsentativen Spannung verglichen und durch den Transistor 3 auf Gleichheit geregelt.A stabilized voltage can be applied to the wiper of the potentiometer 7 which is used as a setting value. This is determined by the circuit arrangement with the sum of two voltages, namely the components caused by the motor current R (2) JMotor and the voltage drop across the voltage divider resistor 5 for the motor voltage Motor representative voltage compared and through transistor 3 for equality regulated.
Die Schaltungsanordnung erwirkt somit die Bedingungen zur Erfüllung der Gleichung UMotor = UEinstellwert - R(2) * Motor und realisiert somit den der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken, die'dem Gebläsemotor zugeführte Spannung bei steigender Stromaufnahme zu vermindern.The circuit arrangement thus creates the conditions for fulfillment the equation UMotor = Uset value - R (2) * motor and thus implements the Invention underlying ideas, die'dem blower motor supplied voltage to be reduced with increasing current consumption.
Durch die Reduktion der zugeführten elektrischen Antriebsleistung des Gebläsemotors bei steigendem Staudruck gelingt es somit, die Förderleistung des Gebläses bei hohem Staudruck möglichst zurückzunehmen. Bei Staudruck ergibt sich ein Betriebspunkt, in dem die Motorspannung Null wird, das Gebläse also in den Turbinenbetrieb übergeht.By reducing the electrical drive power supplied of the blower motor with increasing back pressure it is thus possible to increase the delivery rate reduce the blower if possible when the back pressure is high. With dynamic pressure results an operating point at which the motor voltage becomes zero, i.e. the fan in overrides turbine operation.
Durch Wahl des Wertes des Widerstandes 2 kann dieser Punkt so gelegt werden, daß er jenem Betriebspunkt des ungeregelten Gebläses entspricht, in dem der Staudruck allein den Volumenstrom erzeugt. Da in diesem Punkt keine elektrische Antreibsleistung zugeführt wird, ist eine maximale Anpas;Jng an das Fahrzeug und eine weitgehende Unterdrückung des Staudruckes erreicht.By choosing the value of resistor 2, this can Point be placed so that it corresponds to that operating point of the uncontrolled fan, in which the dynamic pressure alone generates the volume flow. Since there is no electrical at this point Driving power is supplied, is a maximum adaptation; Jng to the vehicle and an extensive suppression of the back pressure is achieved.
Die FIG 2 zeigt mit den gleichen Bezugszeichen eine im wesentlichen gleicn aufgebaute Schaltung, bei der jedoch die Regelung durch einen getakteten Schalttransistor 10 erfolgt. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Differenzverstärkers 6 über eine herkömmliche Impulsbreiten-Regelstufe 11 an den Steuerei~;d; des Transistors 10 geschaltet, die in Abhngigkeit von der Größe ihrer analogen Eingangsspannung an ihrem Ausgang Impulse mit einem variablen Impuls-Pausen-Verhältnis abgibt, die zur Aussteuerung des Schalttransistors 10 dienen. Hier entsteht weniger Verlustleistung im Transistor 10. Die Einfügung von Entstörgliedern - Drossel 12 und Kondensator 13 - erweist sich hier als vorteilhaft.FIG. 2 shows an essentially with the same reference numerals The same circuit structure, but with the regulation by a clocked Switching transistor 10 takes place. For this purpose is the output of the differential amplifier 6 via a conventional pulse width control stage 11 to the control unit ~; d; of the transistor 10 switched, depending on the size of their analog input voltage emits pulses with a variable pulse-pause ratio at its output, which serve to control the switching transistor 10. There is less power loss here in transistor 10. The insertion of suppressors - choke 12 and capacitor 13 - proves advantageous here.
FIG 3 zeigt in einem Diagramm die Strom-Spannungskennlinien, die bei den bisher gebräuchlichen Gebläsesteuerungen erzielbar sind.FIG. 3 shows in a diagram the current-voltage characteristics that are used in the previously common fan controls can be achieved.
Die Gerade a zeigt eine Regelung für konstante Drehzahl, bei der durch Steigerung der Motorspeisespannung der mit zunehmendem Motorstrom steigende Spannungsabfall durch den Widerstand der Kupferwicklung Rcu kompensiert wird.The straight line a shows a control for constant speed, in which by Increase in the motor supply voltage the voltage drop which increases with increasing motor current is compensated by the resistance of the copper winding Rcu.
Die Drehzahl einer fremderregten Gleichstrom-Nebenschlußmaschine ist bekanntlicn p sportional der Läufer EMK E.The speed of a separately excited DC shunt machine is well-known p sportive the runner EMK E.
Die Gleichung für die Kennlinie a lautet dauer UMot = E + JMot Rcu Die Kurve b ist charakteristisch für eine Speisung mit konstanter Spannung, etwa bei Batteriebetrieb . Die Gleichung lautet Motor = cons. = UEinstellwert Die Kurven c schließlich zeigen die Kurvenschar bei Speisung des Gebläsemotors aus einer Stormquelle mit konstanter Spannung über stufenweise veränderbare Vorwiderstandskombinationen.The equation for the characteristic curve a is duration UMot = E + JMot Rcu the Curve b is characteristic of a supply with constant voltage, for example at Battery operated. The equation is Motor = cons. = U setting value The curves c finally show the family of curves when the fan motor is fed from a power source with constant voltage via stepwise changeable series resistor combinations.
Schließlich ist noch als Gerade d die Kennlinie für Speisung mit konstantem Strom angegeben.Finally, as straight line d, the characteristic curve for supply with constant Current indicated.
FIG 4 zeigt in einem weiteren Diagramm die mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielbaren Strom-Spannungskennlinien. Diese weisen wie beabsichtigt, eine definierte untereinander gleiche Neigung auf. Daraus ist ersichtlich, daß durch die Schaltungsanordnung ein definierter Innenwiderstand sowie eine Unabhängigkeit von Schwankungen der Batteriespannung erzielt wird.4 shows in a further diagram the means of the invention Circuit arrangement achievable current-voltage characteristics. These ways, as intended, a defined inclination that is equal to one another. From this it can be seen that through the circuit arrangement has a defined internal resistance and independence from fluctuations in battery voltage.
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