DE4024046A1 - Drehzahlsteuerung fuer durch kollektorlose gleichstrommotoren angetriebene ventilatoren - Google Patents
Drehzahlsteuerung fuer durch kollektorlose gleichstrommotoren angetriebene ventilatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsteuerung für durch
einen kollektorlosen Gleichstrommotor angetriebenen
Ventilator. Die Drehzahl des Motors und damit des
Ventilators wird hierbei in Abhängigkeit der Lufttempera
tur gesteuert, wobei einer unteren festgelegten Grenztem
peratur eine Mindestdrehzahl und einer oberen festgelegten
Grenztemperatur die Maximaldrehzahl zugeordnet ist.
Zwischen diesen Temperaturbereichen ändert sich die Dreh
zahl proportional zur Temperatur, so daß sich insgesamt
innerhalb dieser Grenzen ein etwa linearer Anstieg bzw.
Abfall der Drehzahl bei Änderung der Temperatur ergibt.
Unterhalb der unteren Grenztemperatur arbeitet der
Ventilator mit einer festgelegten Mindestdrehzahl und
oberhalb der oberen Grenztemperatur mit seiner Maximal
drehzahl.
Diese von der Temperatur abhängige Steuerung der Drehzahl
bewirkt, daß bei relativ niedriger Temperatur eine
niedrige Drehzahl vorliegt und damit ein ausreichender
aber relativ geringer Luftvolumenstrom durch den
Ventilator gefördert wird. Bei steigender Temperatur nimmt
die Drehzahl und damit die Förderleistung des Ventilators
bis zu einem Maximalwert zu.
Diese Betriebsweise des Motors bzw. des Ventilators ist
besonders dann von Vorteil, wenn das Gerät z. B. zur
Kühlung von elektronischen Bauelementen in EDV-Anlagen
eingesetzt wird, bei denen sich das Gerät in unmittelbarer
Nähe des Arbeitsplatzes befindet, da hier aus arbeitsphy
siologischer Sicht die Forderung im Raum steht, den Ge
räuschpegel möglichst niedrig zu halten.
Da die in EDV-Anlagen eingebauten Ventilatoren jedoch in
der Lage sein müssen, auch thermische Spitzenbelastungen
zu bewältigen, sind sie dieser Belastung entsprechend
ausgelegt und bilden deshalb eine nicht unerhebliche
Geräuschquelle. In Zeiten mit geringer thermischer
Belastung sind sie jedoch überdimensioniert und könnten an
den verringerten Kühlluftbedarf durch Verringerung der
Drehzahl mit damit verbundener verringerter Geräuschent
wicklung, angepaßt werden.
Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, für
Motoren kleiner Leistung eine kostengünstige Lösung für
die Anpassung des Kühlluftbedarfs bei sich ändernder
thermischen Belastung anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt dadurch, daß der Schalt
zustand eines Verstärkers auf Grund eines in den Luftweg
des Ventilators geschalteten temperaturabhängigen
Widerstandes, dessen Widerstandswert sich bei Zu- oder
Abnahme der thermischen Belastung ändert, beeinflußt wird
und mittels eines Ausgangssignals den Stromfluß durch ein
in Reihe mit den Statorwicklungen liegendens
Halbleiterschaltelement steuert. Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Eine Treiberschaltung für einen kollektorlosen Gleich
strommotor, die eine Veränderung der Drehzahl, ausgehend
von einer Minimaldrehzahl bis zu einer Maximaldrehzahl in
Abhängigkeit der thermischen Belastung vornimmt, ist be
reits aus der DE-OS 38 17 870 bekannt. Diese Schaltung
enthält u. a. eine steuerbare Stromquelle. Durch Verände
rung des von der Stromquelle gelieferten Stromes ist es
möglich, in Abhängigkeit einer von einem NTC-Widerstand
erfaßten Temperatur, eine Temperatur-Drehzahl-Kennlinie
vorzugeben.
Die Erfindung wird nun im folgenden anhand der beiliegen
den Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild der Steuerschaltung,
Fig. 2 eine Kennlinie zur Darstellung der
Abhängigkeit von Temperatur und Drehzahl.
In Fig. 1 ist mit L1, L2, L3 eine im Dreieck verschaltete
Statorwicklung eines kollektorlosen Gleichstrommotors be
zeichnet, die über Anschlußleitungen (7, 8, 9) mit der Kom
mutierungsschaltung (1) verbunden sind.
Diese Kommutierungsschaltung (1) ist über die Motoran
schlußleitung (2) an den Emitter eines Halbleiterschalt
elementes (6) angeschlossen, dessen Kollektor mit dem
positiven Pol (4) der Spannungsquelle verbunden ist und
über die Anschlußleitung (3) an den negativen Pol (5) der
Spannungsquelle. Die Basis des Halbleiterschalters (6) ist
an der Kathode einer Zenerdiode (11), deren Anode mit dem
Ausgang eines Verstärkers (12) verbunden ist, angeschlos
sen und einem Widerstand (10), der in Reihe zur Zener
diode (11) liegt und dessen zweiter Anschluß sowohl mit
dem positiven Pol (4) der Spannungsquelle als auch mit dem
Kollektor des Halbleiterschalters (6) verbunden ist.
Der Verstärker (12) ist als nicht invertierender
Operationsverstärker ausgeführt. Der nicht invertierende
Eingang (21) dieses Operationsverstärkers (12) ist über
einen Widerstand (13) an den negativen Pol (5) der
Spannungsquelle angeschlossen und über den Widerstand
(14), der zusammen mit dem Widerstand (13) einen
Spannungsteiler zur Erzeugung einer Referenzspannung
(UREF) bildet, an den Ausgang (20) einer stabilisierten
Spannungsquelle (23), an die auch der positive
Versorgungsspannungsanschluß des Operationsverstärkers
(12) angeschlossen ist.
Der invertierende Eingang (22) des Operationsverstärkers
(12) ist über einen Widerstand (15) mit negativem Tempe
raturkoeffizienten (NTC) mit dem negativen Pol (5) der
Versorgungsspannung verbunden und über den Widerstand (16)
an die Verbindung von Emitter des Halbleiterschaltelemen
tes (6) und Kommutierungsschaltung (1) angeschlossen. Die
Widerstände (16) und (15) bilden einen veränderbaren
Spannungsteiler zur Beeinflussung des Schaltzustandes des
Operationsverstärkers (12).
Die stabilisierte Spannungsquelle (23) wird durch die
Reihenschaltung von Diode (18), Widerstand (17) und
Zenerdiode (19) gebildet. Hierbei ist die Anode der Diode
(18) mit dem positiven Pol (4) der Spannungsquelle ver
bunden, ihre Kathode mit dem einen Ende des Widerstandes
(17), das andere Ende des Widerstandes (17), das den Aus
gang (20) der stabilisierten Spannungsquelle (23) bildet,
mit der Kathode der Zenerdiode (19) und deren Anode mit
dem negativen Pol (5) der Spannungsquelle.
Die Funktionsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist folgen
dermaßen:
Eine bekannte Kommutierungsschaltung (1) steuert die Statorwicklung L1 bis L3 eines bürstenlosen Gleichstrom motors in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines nicht dargestellten Rotorstellungssensors, der seine Signale aus der Stellung der Rotormagnete während der Drehung des Rotors ableitet. Diese Kommutierungsschaltung liegt über die Motoranschlußleitung (2) an einem Halbleiterschalte lement (6), das als Transistor, insbesondere als Darling tonstufe ausgebildet ist und dessen Basis über eine Zenerdiode mit dem Ausgang eines rückgekoppelten Operationsverstärkers (12) verbunden ist.
Eine bekannte Kommutierungsschaltung (1) steuert die Statorwicklung L1 bis L3 eines bürstenlosen Gleichstrom motors in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines nicht dargestellten Rotorstellungssensors, der seine Signale aus der Stellung der Rotormagnete während der Drehung des Rotors ableitet. Diese Kommutierungsschaltung liegt über die Motoranschlußleitung (2) an einem Halbleiterschalte lement (6), das als Transistor, insbesondere als Darling tonstufe ausgebildet ist und dessen Basis über eine Zenerdiode mit dem Ausgang eines rückgekoppelten Operationsverstärkers (12) verbunden ist.
Der Schaltzustand dieses Operationsverstärkers (12)
beeinflußt die Höhe der an der Kommutierungsschaltung
anliegenden Motorspannung und damit den Motorstrom. Diese
Beeinflussung wird indirekt durch einen NTC-Widerstand
(15) erreicht, der im Luftstrom des Ventilators und damit
im Luftstrom des zu kühlenden Gerätes untergebracht ist.
NTC-Widerstände haben die Eigenschaft, daß sich ihre
Widerstandswerte bei Erwärmung sehr stark verringern.
Dieser Effekt wird hier dazu benutzt, die Eingangsspan
nung UN am invertierenden Eingang (22) eines nicht in
vertierenden Operationsverstärkers zu beeinflussen. Hierzu
liegt am nicht invertierenden Eingang (21) des Operations
verstärkers (12) eine Referenzspannung (URef) von ca. 7 V
an, die am gemeinsamen Verbindungspunkt (24) des Span
nungsteilers, gebildet aus den Widerständen (14) und (13),
abgegriffen wird.
Beim Betrieb des Ventilators bei niedriger thermischer
Belastung der Anlage ist der temperaturabhängige Wider
stand (15) relativ hochohmig. Dadurch liegt die Ausgangs
spannung (UA) des über die Zenerdiode (11), die Basis-
Emitter-Strecke des Transistors (6) bzw. Widerstand (10)
und Kollektor-Emitter-Strecke und den Widerstand (16)
rückgekoppelten Operationsverstärkers (12) im Bereich des
Null- bzw. Massepotentials.
Da sich die Basisspannung des in Kollektorschaltung be
triebenen Halbleiterschaltelementes (6) aus der Addition
von Zenerspannung (UZ) der Zenerdiode (11) und Ausgangs
spannung des Operationsverstärkers (12) zusammensetzt,
liegt sie nun auf dem Wert der Zenerspannung (UZ) von etwa
13,5 V der verwendeten Zenerdiode (11). Diese Spannung
wird um die 0,6 V der Basis-Emitter-Durchlaßspannung des
Transistors (6) verringert und liegt an der
Kommutierungsschaltung (1) an.
Der Motor erreicht bei dieser Spannung seine Minimaldreh
zahl, die aufgrund der Zenerspannung der Zenerdiode (11)
nicht unterschritten werden kann. Der Wert der Zenerspan
nung ist hierbei für die Festlegung der Mindestdrehzahl
verantwortlich.
In Fig. 2 ist die Drehzahl-Kennlinie in Abhängigkeit der
Temperatur T dargestellt. Der Bereich der Mindestdrehzahl
nmin liegt hier unterhalb der Temperatur T1.
Mit zunehmender thermischen Belastung der Anlage steigt
die Temperatur des zu kühlenden Luftstromes an. Hierdurch
wird der temperaturabhängige Widerstand (15) erwärmt, was
zur Folge hat, daß sein Widerstand abnimmt. Dadurch erhöht
sich der Verstärkungsfaktor des rückgekoppelten Opera
tionsverstärkers (12), so daß seine Ausgangsspannung (UA)
etwa linear mit der Temperaturerhöhung des temperaturab
hängigen Widerstandes (15) zunimmt. Dies führt zu einer
Erhöhung der bisherigen Eingangsspannung (UE) an der Basis
des Transistors (6) um den Wert der Ausgangsspannung (UA)
des Operationsverstärkers (12). Nun liegt diese Eingangs
spannung (UE), um den Wert der Basis-Emitter-Durchlaß
spannung vermindert, an der Kommutierungsschaltung des
Motors an. Auf Grund der zunehmenden Motorspannung nimmt
die Drehzahl des Motors linear mit dieser zu. Dieser An
stieg ist in der Fig. 2 im Bereich zwischen den Tempera
turen T1 und T2 dargestellt. Aufgrund der Zunahme der
Eingangsspannung (UE) an der Basis des Transistors (6) er
folgt auch eine Zunahme des Kollektorstromes, der einen
erhöhten Spannungsabfall am Motor hervorruft und strom
gegenkoppelnd wirkt, bis sich eine Basis-Emitter-Spannung
am Transistor (6) von ca. 0,6 V eingestellt hat.
Bei weiter zunehmender thermischen Belastung der Bauele
mente der Anlage wird die Temperatur innerhalb der Anlage
und damit die Temperatur des temperaturabhängigen Wider
standes weiter zunehmen.
Dadurch erfolgt eine weitere Absenkung des Widerstandes
dieses Bauelementes. Bei Erreichen einer vorgegebenen
Grenztemperatur erreicht die Ausgangsspannung (UA) des
Operationsverstärkers (12) ihren Maximalwert, der die
Basisspannung des Transistors (6) im Zusammenwirken mit
der Zenerdiode (11) soweit anhebt, daß der Motor und damit
der Ventilator mit maximaler Drehzahl läuft und somit den
maximal möglichen Luftvolumenstrom fördern kann.
In der Fig. 2 wird die maximal mögliche Drehzahl bei der
Temperatur T2 erreicht.
Bei Abnahme der thermischen Belastung der Anlage erfolgt
eine entsprechende Abnahme der Temperatur des temperatur
empfindlichen Widerstandes, wobei dessen Widerstandswert
wieder zunimmt. Dies führt zu einer Verringerung der Aus
gangsspannung des Operationsverstärkers (12) und damit zu
einer entsprechenden Abnahme der Drehzahl gemäß Fig. 2.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungs
form beschränkt. Vielmehr legt es auch im Rahmen der Er
findung, den Widerstand (16) durch einen Widerstand mit
positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) zu ersetzen und
anstelle des Widerstandes (15) einen geeignet dimensio
nierten Festwiderstand einzusetzen. Die Funktionsweise der
Schaltung ändert sich dadurch nicht.
Claims (16)
1. Drehzahlsteuerung zur temperaturabhängigen Steuerung
des Kühlluftbedarfs einer thermisch belasteten Anla
ge, insbesondere einer EDV-Anlage mittels eines von
einem kollektorlosen Gleichstrommotor angetriebenen
Ventilators, dessen Drehzahl in Abhängigkeit des
Widerstandes eines temperaturabhängigen Bauelementes
zu- oder abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das
temperaturabhängige Bauelement den Schaltzustand
eines Verstärkers (12) beeinflußt, dessen Ausgangs
signal im Zusammenwirken mit einer an seinen Ausgang
angeschlossenen Zenerdiode (11) den Stromfluß durch
ein in Reihe mit den Statorwicklungen liegenden
Halbleiterschaltelementes (6) steuert.
2. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die anliegende Motorspannung im
wesentlichen aus der Addition von Ausgangsspannung
(UA) des Verstärkers (12) und der Zenerspannung (UZ)
der Zenerdiode (11) zusammensetzt.
3. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement
(15) den Schaltzustand des Verstärkers (12) derart
beeinflußt, daß er bei geringer thermischer Belas
tung der Anlage ein Ausgangssignal abgibt, das sich
im Bereich des Null- bzw. Massepotential bewegt, und
daß er bei hoher thermischer Belastung der Anlage
ein Ausgangssignal abgibt, das seiner Maximalspan
nung entspricht.
4. Drehzahlsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Minimaldrehzahl durch
die Höhe der Zenerspannung (UZ) der Zenerdiode (11)
festgelegt ist.
5. Drehzahlsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Verstärker (12) als
Operationsverstärker ausgebildet ist, dessen nicht
invertierender Eingang mit einer stabilisierten
Spannungsquelle (23) verbunden ist und an dessen
invertierenden Eingang das temperaturabhängige Bau
element (15) angeschlossen ist.
6. Drehzahlsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige
Bauelement (15) als Widerstand mit negativem
Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand) ausgeführt
und einendig mit dem negativen Pol (5) der
Spannungsquelle verbunden ist, daß das andere Ende
sowohl mit dem invertierenden Eingang des Opera
tionsverstärkers (12) als auch mit einem Widerstand
(16) verbunden ist, dessen zweiter Anschluß an die
Verbindung zwischen Emitter des Halbleiterschalt
elementes (6) und Kommutierungsschaltung (1)
angeschlossen ist.
7. Drehzahlsteuerung nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige
Bauelement (15) als Widerstand mit positivem
Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) ausgeführt
und einendig an die Verbindung zwischen Emitter des
Halbleiterschaltelementes (6) und Kommutierungs
schaltung (1) angeschlossen ist, daß es anderendig
sowohl mit dem invertierenden Eingang des Operati
onsverstärkers (12) als auch mit einem Festwider
stand verbunden ist, dessen zweiter Anschluß an den
negativen Pol (5) der Spannungsquelle angeschlossen
ist.
8. Drehzahlsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß an den nicht invertie
renden Eingang des Operationsverstärkers eine Refe
renzspannung (URef) angelegt ist.
9. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Referenzspannung (URef) am gemein
samen Verbindungspunkt (24) zweier einen Spannungs
teiler bildenden Widerstände (14, 13) abgegriffen
wird.
10. Drehzahlsteuerung nach den Ansprüchen 8 und 9, da
durch gekennzeichnet, daß das zweite Ende des Span
nungsteiler-Widerstandes (13) mit dem negativen Pol
(5) der Spannungsquelle verbunden ist.
11. Drehzahlsteuerung nach den Ansprüchen 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende des
Spannungsteiler-Widerstandes (14) mit dem Ausgang
(20) einer stabilisierten Spannungsquelle verbunden
ist.
12. Drehzahlsteuerung nach einem oder mehreren der An
sprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
stabilisierte Spannungsquelle durch die Reihen
schaltung einer Diode (18) eines Widerstandes (17)
und einer Zenerdiode (19) gebildet wird.
13. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 12, dadurch geken
nzeichnet, daß die Anode der Diode (18) mit dem
positiven Pol (4) der Spannungsquelle verbunden
ist, ihre Kathode mit dem einen Ende des Wider
standes (17), das andere Ende des Widerstandes
(17), das den Ausgang (20) der stabilisierten
Spannungsquelle (23) bildet, mit der Kathode der
Zenerdiode (19) und deren Anode mit dem negativen
Pol (5) der Spannungsquelle.
14. Drehzahlsteuerung nach einem oder mehreren der An
sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausgangsspannung (UA) des Operationsverstärkers
(12) über das Halbleiterschaltelement (6) auf den
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
rückgekoppelt ist.
15. Drehzahlsteuerung nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Halbleiterschaltelement (6) als Transistor
stufe ausgebildet ist, die in Kollektorschaltung
arbeitet.
16. Drehzahlsteuerung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Transistorstufe als
Darlingtonstufe ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4024046A DE4024046A1 (de) | 1990-07-28 | 1990-07-28 | Drehzahlsteuerung fuer durch kollektorlose gleichstrommotoren angetriebene ventilatoren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4024046A DE4024046A1 (de) | 1990-07-28 | 1990-07-28 | Drehzahlsteuerung fuer durch kollektorlose gleichstrommotoren angetriebene ventilatoren |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4024046A1 true DE4024046A1 (de) | 1992-01-30 |
Family
ID=6411224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4024046A Withdrawn DE4024046A1 (de) | 1990-07-28 | 1990-07-28 | Drehzahlsteuerung fuer durch kollektorlose gleichstrommotoren angetriebene ventilatoren |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4024046A1 (de) |
Cited By (5)
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WO1998045934A1 (de) * | 1997-04-10 | 1998-10-15 | Rittal-Werk Rudolf Loh Gmbh & Co. Kg | Ventilatorkühleinrichtung |
DE102007040594A1 (de) * | 2007-01-24 | 2008-07-31 | Brahms, Martin, Dipl.-Ing. | Verfahren zur Temperierung eines Multifunktionsgehäuses |
-
1990
- 1990-07-28 DE DE4024046A patent/DE4024046A1/de not_active Withdrawn
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |