DE4010022A1 - Kontroll- und regeleinrichtung fuer einen gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kontroll- und Regeleinrichtung für einen Gleichstrommotor.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrich­ tung, welche umfaßt
einen Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit der Wicklung des Motorankers zwischen zwei Polen einer Gleichstromquelle in Reihe geschaltet ist,
einen Meßwertaufnehmer, der geeignet ist, ein Signal entsprechend dem in der Kollektor-Emitter-Strecke des genannten Transistors fließenden Gleichstrom zu lie­ fern, und
einen Stromreglerkreis, der einen Verstärker be­ inhaltet, welcher einen ersten Eingang für ein Steuer­ signal, einen zweiten Eingang, der mit dem Strommeß­ aufnehmer verbunden ist, und einen Ausgang, welcher mit dem Transistor verbunden ist, besitzt, um den Strom, der in der Kollektor-Emitter-Strecke in Folge des Steuersignals für das vom Strommeßaufnehmer abgegebene Signal fließt, zu regeln.

Derartige Kontroll- und Regeleinrichtungen werden zum Beispiel zum Ansteuern der Motoren der Ventilatoren bei Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge verwendet.

Bei den oben beschriebenen, bis jetzt hergestellten Versionen von Kontroll- und Regeleinrichtungen stellt man oft Funktionsunregelmäßigkeiten und insbesondere Instabilität und Aufschaukeln von Eigenschwingungen hoher Frequenz fest.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Realisie­ rung einer Einrichtung wie oben beschrieben, welche obengenannte Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine derartige, wie oben beschriebene Kontroll- und Regel­ einrichtung gelöst, deren Hauptmerkmal darin liegt, daß zwischen dem zweiten Eingang und dem Ausgang des Ver­ stärkers ein Ergänzungsnetz geschaltet ist.

Diese Lösung bringt eine gewisse, jedoch annehmbare Reduzierung des Verstärkungssignals bei hohen Frequen­ zen mit sich, während bei niedrigen bzw. sehr niedrigen Frequenzen - insbesondere bei Gleichstrom - die Ver­ stärkung jedenfalls sehr hoch bleibt.

Die Lösung gemäß der Erfindung sichert allerdings eine extrem stabile Funktion der Einrichtung auch bei hohen Frequenzen, indem die Möglichkeit des Aufschau­ kelns von Eigenschwingungen tatsächlich ausgeschaltet wird.

Eine mögliche Interpretation der Ursache der Nach­ teile der Technik der früheren Einrichtungen und der Wirksamkeit der vorgeschlagenen Lösung kann wie folgt sein.

Die genannten Erscheinungen - Instabilität bei hoher Frequenz und Aufschaukeln von Eigenschwingungen - sind bei den früheren Einrichtungen vielleicht durch die Auswirkung von Streukapazitäten zwischen den Anschlüs­ sen des Transistors - insbesondere zwischen Basis und Kollektor - entstanden. Die Auswirkung solcher Streu­ kapazitäten ist eine rapide Abnahme des Verstärkungs­ gewinns bei hohen Frequenzen, mit einer "Steilheit" 12 dB pro Oktave, wenn der Gewinn ca. = 1 ist. Nach dem bekannten Bode-Kriterium ist dies eine Ursache der Instabilität.

Das gemäß der Erfindung in der Einrichtung einge­ schaltete Ergänzungsnetz erlaubt es, den Instabili­ tätsproblemen entgegenzuwirken, höchstwahrscheinlich dadurch, daß es in der gesamten Transferfunktion der Einrichtung das Einschalten eines Pols im Ursprung, d.h. bei einer Frequenz f = 0 bestimmt. Dies hat zur Folge, daß die Verstärkung bei mittleren und hohen Frequenzen reduziert wird, jedoch mit einer Steilheit < 12 dB pro Oktave entsprechend dem Verstärkungsein­ heitswert, wodurch eine Funktionsstabilisierung auch bei solchen Frequenzen erreicht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sowohl in den Ansprüchen als auch in der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, welche lediglich als unverbind­ liches Beispiel vorgelegt wird, und den Schaltplan einer Einrichtung gemäß der Erfindung darstellt, herausgestellt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird unter 1 ein Gleichstrommotor - zum Beispiel der Antriebsmotor eines Ventilators einer Klimaanlage - gezeigt.

Die Wicklung des Ankers dieses Motors ist in Reihe mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 2 Typ npn zwischen den zwei Polen einer Gleichstromquelle 3, die zum Beispiel eine Batterie sein kann, geschaltet.

Zwischen Emitter des Transistors 2 und Masse ist ein Widerstand 4 vorgesehen, der als Strommeßaufnehmer fun­ giert: die Spannung an den Enden dieses Widerstandes ist während des Betriebes im wesentlichen proportional dem Strom, der in der Wicklung des Ankers des Motors 1 fließt.

Mit 5 ist ein Operationsverstärker bezeichnet, dessen nichtinvertierender Eingang 5 a mit dem Zen­ tralanschluß eines Spannungsteilers verbunden ist, der aus zwei Widerständen 6 und 7 zwischen dem Ausgang eines Digital/Analog-Wandlers und der Masse besteht. Nicht dargestellt ist, daß der Digital/Analog-Wandler von einem Mikroprozessor digitale Signale zum Ansteuern des Elektromotors 1 erhält.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 5 ist mit der Basis des Transistors 2 mittels einer Schutzdiode 9 verbunden.

Mit 10 ist ein Rückkopplungswiderstand bezeichnet, der zwischen dem Sender des Transistors 2 und dem invertierenden Eingang 5 b des Verstärkers 5 geschaltet ist.

Gemäß der Erfindung ist dem Verstärker 5 ein Blindstromergänzungsnetz zugeordnet, das aus einem Widerstand 11 und einem Kondensator 12, die unterein­ ander in Reihe geschaltet sind, zwischen dem invertie­ renden Eingang 5 b und dem Ausgang des genannten Ver­ stärkers besteht.

Während des Betriebes wird der in der Kollektor- Emitter-Strecke des Transistors 2 - d.h. in der Wicklung des Ankers des Motors 1 - fließende Strom in Abhängigkeit von dem am Eingang 5 a des Verstärkers 5 angelegten Signal und von dem am invertierenden Eingang 5 b durch die Widerstände 4 und 10 angelegten Signal geregelt, wobei dieses Signal dem reell in der Wicklung des Ankers des genannten Motors fließenden Strom entspricht.

Im Endeffekt besteht die Auswirkung des Ergänzungs­ netzes 11 und 12 im wesentlichen darin, daß in die Transferfunktion des gesamten Stromkreises eine Phase bei einer Frequenz f = 0 und Null bei einer Frequenz f = 1/2 π × C × R ₁₁, wobei C die Kapazität des Konden­ sators 12 und R ₁₁ der Widerstandswert des Widerstandes 11 ist, eingeschaltet werden.

Wie bereits erwähnt, sichert die Lösung gemäß der Erfindung die absolute Stabilität der Einrichtung auch bei hohen Frequenzen.

Unter Einhaltung des Prinzips der Erfindung können die Formen und die Details der Ausführungen gegenüber der Beschreibung und Erläuterung, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, stark verändert werden, da diese lediglich ein unverbindliches Beispiel darstellen.

Claims (3)

1. Kontroll- und Regeleinrichtung für einen Gleichstrommotor (1), welche umfaßt:
einen Transistor (2), dessen Kollektor-Emitter- Strecke mit der Ankerwicklung des Motors (1) zwischen zwei Polen einer Gleichstromquelle (3) in Reihe ge­ schaltet ist,
einen Meßwertaufnehmer (4), der geeignet ist, ein Signal entsprechend dem in der Kollektor-Emitter- Strecke des genannten Transistors (2) fließenden Gleichstrom zu liefern, und
einen Stromregelkreis (5, 10), der einen Verstärker (5) beinhaltet, welcher einen ersten Eingang (5 a) für ein Steuersignal, einen zweiten Eingang (5 b), der mit dem Strommeßaufnehmer (4) verbunden ist, und einen Ausgang, welcher mit dem Transistor (2) verbunden ist, besitzt, um den Strom, der in der Kollektor-Emitter- Strecke in Folge des Steuersignals und des vom Strom­ meßaufnehmer (4) abgegebenen Signals fließt, zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Eingang (5 b) und dem Ausgang des Verstärkers (5) ein Ergänzungsnetz (11 und 12) zwischengeschaltet ist.

2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das genannte Ergänzungsnetz aus einem ersten Widerstand (11) und einem Kondensator (12), die in Reihe geschaltet sind, besteht.

3. Einrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem genannten Strommeßaufnehmer (4) und dem genannten zweiten Eingang (5 b) des Verstärkers (5) ein zweiter Widerstand (10) geschaltet ist.