DE3429427C2 - - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Speisung von Gebläsemotoren, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.The invention relates to a circuit arrangement for Blower motor supply, especially in motor vehicles.
Für die Belüftung sowie Heizung und Kühlung des Fahrgastraumes von Kraftfahrzeugen ist eine Belüftungsanlage erforderlich. Dabei ist es für die gleichbleibende Behaglichkeit der Fahrgäste einerseits und für die allfällige Innentemperatur 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 würde. 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 A ventilation system is required for motor vehicles. It is for the constant comfort of the passengers on the one hand and for the possible internal temperature on the other important that the air flow through the passenger compartment constant regardless of vehicle speed remains. For stationary or slowly moving vehicles to achieve an air flow rate of the desired intensity, a blower is necessary. Today's usually in ventilation systems blowers used by motor vehicles are through Gradually changeable series resistor combinations in 2-4 Switching stages can be operated. It is disadvantageous that the The amount of air delivered per unit of time depends on the dynamic pressure is, in turn, by the driving speed and by the constructive training and arrangement of the air inlet and Air outlet openings on the vehicle is determined. It can thus at high driving speeds even without the involvement of Fan set an air flow rate that is at a standstill Vehicle would be generated by the blower on. With in other words, add up at high driving speeds the effects of blower and back pressure, so that here the Air throughput raised above the set desired value becomes.
Daher wurden elektronische Gebläsesteuerungen vorgesehen, 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; eine Steuerung dieser Art ist durch den im Siemens- Buch "Schaltbeispiele, Ausgabe 1980/81", Seite 192, Bild 7.10 beschriebenen und dargestellten Drehzahlsteller für einen Gebläse-Gleichstrommotor bekannt.Therefore, electronic fan controls were provided which the voltage at the blower motor at a predetermined value keep constant. The disadvantage here is that with increasing Back pressure an increasing amount of air is promoted by the dynamic pressure caused an additional driving torque becomes; a control of this type is Book "Schaltbeispiele, Ausgabe 1980/81", page 192, picture 7.10 described and illustrated speed controller for a Blower DC motor known.
Weiter ist es aus der DE-OS 22 04 899 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 Sapnnung. 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.Furthermore, it is known from DE-OS 22 04 899, blower motors for motor vehicles to operate with constant current. Here is the torque of the motor constant and independent of the rotor speed. The influence of the dynamic pressure is less here than with Motor fed with constant voltage. But since on the rotor constant fan torque is always available is also here at high driving speeds Air flow rate above the minimum constructive value raised.
Bei einer aus der AT-PS 2 89 257 bekannten Schaltungsanordnung ist der Läufer eines zur Speisung eines Gleichstrom-Gebläsemotors, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, über einen Vorwiderstand an einen Pol einer Stromquelle und über die Schaltstrecke eines Transistors an den anderen Pol der Stromquelle geschaltet und eine im Vorwiderstand erzeugte, für den Motorstrom repräsentative Spannungsgröße wird mit einer einstellbaren, stabilisierten Spannungsgröße verglichen, wobei die Differenz die Ansteuergröße für den Transistor beeinflußt.In a circuit arrangement known from AT-PS 2 89 257 is the rotor of one for the supply of a DC fan motor, in particular in motor vehicles, via a series resistor to a pole of a power source and across the switching path of a transistor connected to the other pole of the current source and one generated in the series resistor, representative of the motor current Voltage size is stabilized with an adjustable Voltage magnitude compared, the difference being the control variable affected for the transistor.
Durch die DE-AS 12 85 605 ist es weiterhin bei einer Anordnung zur Regelung der induzierten Ankerspannung eines konstant erregten Gleichstrom-Nebenschlußmotors bekannt, diesen in Reihe mit einem Transistor und einem zur Ermittlung der induzierten Ankerspannung vorgesehenen Vorwiderstand zu schalten, an dem eine dem Motorstrom entsprechende Spannungsgröße abfällt.By DE-AS 12 85 605 it is still in an arrangement to control the induced armature voltage of a constant excited DC shunt motor known, this in series with a transistor and one to determine the induced Switch armature voltage provided series resistor on the a voltage value corresponding to the motor current drops.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß im Fahrgastraum ein von der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit unabhängiger gewünschter Luftdurchsatz gewährleistet werden kann.The invention has for its object a circuit arrangement of the type mentioned in such a way that in Passenger compartment on from the respective driving speed independent desired air flow can be guaranteed can.
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; dem Gebläsemotor wird somit bei steigender Stromaufnahme durch ein steigendes vom zunehmenden Staudruck verursachtes Gegendrehmoment unter Berücksichtigung eines aus der Läuferspannung abgeleiteten, der Läuferdrehzahl entsprechenden zusätzlichen Istwertes eine definiert sinkende Spannung bzw. elektrische Antriebsleistung zugeführt.The solution according to the invention is that the runner of the Blower motor via a series resistor to one pole Current source and over the switching path of a transistor the other pole of the power source is switched that one in Series resistor generated, representative of the motor current Voltage magnitude and one preferably by means of one Resistors existing voltage divider from the rotor voltage derived voltage value corresponding to the rotor speed be added and their sum with an adjustable, preferably stabilized voltage magnitude compared , the difference being the drive variable for the transistor directly or indirectly influenced; the blower motor thus with increasing power consumption by an increasing from increasing back pressure causing counter torque taking into account one derived from the rotor voltage, the Additional actual value corresponding to the rotor speed defines falling voltage or electrical drive power fed.
Nachfolgend soll anhand von Zeichnungen eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung näher beschrieben werden.Below is an advantageous based on drawings Embodiment of a circuit arrangement according to the invention are described in more detail.
Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungstransistor zur Regelung des Motorstromes, Fig. 1 shows a circuit arrangement having a power transistor for controlling 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 identical circuit but is performed in which the control by a clocked switching transistor,
Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Strom-Spannungskennlinien, die bei den bisher gebräuchlichen Gebläsesteuerungen erzielbar sind und Fig. 3 shows in a diagram the current-voltage characteristics that can be achieved with the previously used fan controls and
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielbaren Strom-Spannungskennlinien. Fig. 4 is a diagram showing the achievable by the inventive circuit arrangement current-voltage characteristics.
Die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsanordnung stellt sich im wesentlichen dar als Serienschaltung des Läufers 1 des Gebläsemotors mit einem Vorwiderstand 2 und der Schaltstrecke eines Transistors 3. Der Läufer 1 ist dabei über den Vorwiderstand 2 an einen Pol (-) einer Stromquelle und über die Schaltstrecke 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 permanentmagnetische Pole. Die am Läufer 1 auftretende Spannung wird mittels 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 Sperrichtung gepolte Zenerdiode 9 parallelgeschaltet ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 6 ist mit der Steuerelektrode des Leistungstransistors verbunden.The circuit arrangement shown in FIG. 1 essentially represents a series connection of the rotor 1 of the blower motor with a series resistor 2 and the switching path of a transistor 3 . The rotor 1 is connected via the series resistor 2 to one pole (-) of a current source and via the switching path of the transistor 3 to the other pole (+) of the current source. The excitation of the blower motor, which is not shown here for reasons of clarity, takes place either through its own independent excitation circuit, which is fed directly from the power source, with constant sizes, or, more modern, through permanent magnetic poles. The voltage occurring on the rotor 1 is divided by means of a voltage divider formed from the resistors 4, 5 . 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 , one end of which is connected in a known manner via a resistor 8 to a pole (+) of the current source and the other end of which is connected to the other pole (-) Current source is connected and a reverse polarized Zener diode 9 is connected in parallel. The output of the differential amplifier 6 is connected to the control electrode of the power transistor.
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 Läufer- oder Motorspannung UMotor repräsentativen Spannung verglichen und durch den Transistor 3 auf Gleichheit geregelt.A stabilized voltage can be tapped at the wiper of the potentiometer 7 and serves as a setting value. This is compared by the circuit arrangement with the sum of two voltages, namely the components R (2) · J Motor caused by the motor current and the voltage drop across the voltage divider resistor 5, which is representative of the rotor or motor voltage U Motor , and by transistor 3 for equality regulated.
Die Schaltungsanordnung erwirkt somit die Bedingungen zur Erfüllung der GleichungThe circuit arrangement thus effects the conditions to satisfy the equation
UMotor=UEinstellwert-R(2) · JMotor U motor = U setting value -R (2) · J motor
und realisiert somit den der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken, die dem Gebläsemotor zugeführte Spannung bei steigender Stromaufnahme zu vermindern.and thus realizes that of the invention underlying thoughts that fed to the blower motor Reduce voltage 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. Durch die Wahl des Wertes des Vorwiderstandes 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 Antriebsleistung zugeführt wird, ist eine maximale Anpassung an das Fahrzeug und eine weitgehende Unterdrückung des Staudrucks erreicht.By reducing the supplied electrical drive power of the blower motor with increasing back pressure, it is possible to reduce the delivery capacity of the blower at high back pressure as much as possible. In the case of dynamic pressure, there is an operating point at which the motor voltage becomes zero, that is to say the fan switches to turbine operation. By choosing the value of the series resistor 2 , this point can be set so that it corresponds to that operating point of the uncontrolled fan in which the dynamic pressure alone generates the volume flow. Since no electrical drive power is supplied at this point, maximum adaptation to the vehicle and extensive suppression of the dynamic pressure have been achieved.
Die Fig. 2 zeigt mit den gleichen Bezugszeichen eine im wesentlichen gleich 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 Steuereingang des Schalttransistors 10 geschaltet, die in Abhängigkeit 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 Schalttransistor 10. Die Einfügung von Entstörgliedern - Drossel 12 und Kondensator 13 - erweist sich hier als vorteilhaft. Fig. 2 shows with the same reference numerals a substantially identically constructed circuit, however, is done in which the control by a clocked switching transistor 10. For this purpose, the output of the differential amplifier 6 is connected via a conventional pulse width control stage 11 to the control input of the switching transistor 10 , which, depending on the size of its analog input voltage, outputs pulses with a variable pulse-pause ratio at its output, which are used for modulation serve the switching transistor 10 . Here less power dissipation occurs in the switching transistor 10 . The insertion of interference suppression elements - choke 12 and capacitor 13 - proves to be advantageous here.
Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Strom-Spannungskennlinien, die bei den bisher gebräuchlichen Gebläsesteuerungen erzielbar sind. Fig. 3 shows a diagram of the current-voltage characteristics that can be achieved with the previously used fan controls.
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. Die Drehzahl einer fremderregten Gleichstrom-Nebenschlußmaschine ist bekanntlich proportional der Läufer-EMK E. Die Gleichung für die Kennlinie a lautet daherThe straight line a shows a control for constant speed, in which the voltage drop, which increases with increasing motor current, is compensated for by the resistance of the copper winding R cu by increasing the motor supply voltage. As is known, the speed of an externally excited DC shunt machine is proportional to the rotor EMF E. The equation for the characteristic curve a is therefore
UMotor=E+JMotor Rcu.U motor = E + J motor R cu .
Die Kurve b ist charakteristisch für eine Speisung mit konstanter Spannung, etwa bei Batteriebetrieb. Die Gleichung lautetCurve b is characteristic of feeding with constant voltage, for example with battery operation. The Equation is
UMotor=const.=UEinstellwert.U motor = const. = U setting value .
Die Kurven c schließlich zeigen die Kurvenschar bei Speisung des Gebläsemotors aus einer Stromquelle mit konstanter Spannung über stufenweise veränderbare Vorwiderstandskombinationen.Finally, curves c show the family of curves when fed of the blower motor from a power source with constant Voltage via step-by-step combinations of series resistors.
Schließlich ist noch als Gerade d die Kennlinie für Speisung mit kontantem Strom angegeben.Finally, the straight line d is the characteristic curve for Supply with constant current specified.
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. Fig. 4 shows the achievable by the inventive circuit arrangement current-voltage characteristics in a further diagram. As intended, these have a defined inclination that is identical to one another. It can be seen from this that the circuit arrangement achieves a defined internal resistance and independence from fluctuations in the battery voltage.
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