NL8502479A - Stelsel voor het regelen van de snelheid van een elektrische motor. - Google Patents

Description

κ * EST. 11.489 , N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven "Stelsel voor het regelen van de snelheid van een elektrische motor"

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor het regelen van het toerental van een elektrische motor die via een bekrach-tigingsschakeling wordt gestuurd door een stuursignaal, omvattende - een oscillator die een eerste pulsreeks afgeeft waarvan de frequentie 5 afhankelijk is van het gewenste toerental, - een eerste teller waarvan de klokpuls ingang verbonden is net de oscillatoruitgang en die telt tot een vooraf bepaalde waarde, bij het bereiken waarvan het tellen stopt, - een tweede teller waarvan de klokpulsingang verbonden is met de 10 oscillatoruitgang en die begint met tellen zodra van de eerste teller een signaal wordt ontvangen bij het bereiken van de genoemde vooraf bepaalde waarde, - middelen voor het verschaffen van een tweede pulsreeks waarvan de frequentie afhankelijk is van het motortoerental, walke taeede puls- 15 reeks wordt toegevoerd aan de eerste teller teneinde deze teller bij het optreden van een puls opnieuw te laten tellen vanaf een vooraf bepaalde begins tand tot aan de genoemde vooraf bepaalde waarde en wordt toegevoerd aan de tweede teller teneinde het telproces daarin bij het optreden van een puls te stoppen, 20 ~ decodeermiddelen waaraan de uitgangssignalen van de tweede teller warden toegevoerd teneinde een stuursignaal voor de bekrachtigings-schakeling op te wekken.

Een dergelijk stelsel is beschreven in het Britse octrooi-schrift 1.366.971. In dit bekende stelsel wordt in feite telkens de 25 gehele periode gemeten tussen de opeenvolgende pulsen van de tweede pulsreeks, de tachcmeterpulsreeks, door de eerste teller tot een vaste waarde te laten tellen en vervolgens de tweede teller te starten die dan het resterende deel van de periode telt. De door de tweede teller bereikte stand wordt daarna vergeleken met de stand van de 30 eerste teller. Bij een te lage of te hoge stand van de tweede teller wordt een desbetreffend-signaal afgegeven aan de motorbekrachtigings-schakeling. Bij deze bekende schakeling moet op basis van het signaal van de decodeermiddelen, waarmee de tweede tellers tand wordt gewaardeerd, *3C247$ \ % * PHN.11.489 2 in de motorbekrachtigingsschakeling een motor stuurs ignaal worden gegenereerd.

De uitvinding beoogt nu een dergelijk stelsel zodanig uit te voeren dat het uitgangssignaal van de decodeermiddelen direkt als 5 motors tuur signaal kan worden gebruikt.

De bekende schakeling is verder relatief ongevoelig voor lichte variaties in het motortoerental. Pas als de tellerstand van de tweede teller minstens een bit verschilt van de stand van de eerste teller die bij de vergelijking wordt gebruikt, ontstaat er in de deco-10 deermiddelen een responsie.

De uitvinding beoogt nu verder om een steile regelkarak-teristiek te realiseren zodat het stelsel snel reageert ook op kleine afwijkingen.

In overeenstemming met deze doelstellingen verschaft de 15 uitvinding nu een stelsel van in de aanhef genoemde soort, met het kenmerk, dat de tweede teller is uitgevoerd als een in twee richtingen tellende teller, welke in de ene richting telt in de bovengenoemde periode tussen het bereiken van de vooraf bepaalde waarde door de eerste teller en het optreden van een puls in de tweede pulsreeks, 20 en die in de andere richting telt in de tussenliggende perioden, en dat de decodeermiddelen uitgevoerd zijn als een comparator waaraan naast de uitgangssignalen van de tweede teller tevens een referentiewaarde wordt toegevoerd en die een signaal op het eerste niveau afgeeft indien de referentiewaarde groter is dan de tweede tellerstand en een 25 signaal op het tweede niveau indien de referentiewaarde lager is dan de tweede tellerstand.

Uitvoeringsvormen, voordelen en verdere details van de uitvinding zullen worden besproken aan de hand van de bijgaande figuren.

30 Figuur 1 toont een blokschema van het stelsel volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont signaalvormen en curven ter verklaring van de werking van het stelsel van figuur 1 indien het toerental van de motor zich bevindt in het regelgebied.

35 Figuur 3 toont signaalvormen en curven ter verklaring van de werking van het stelsel van figuur 1 indien het toerental van de motor veel te hoog is.

Figuur 4 toont signaalvormen en curven ter verklaring van §502478 ΕΉΝ.11.489 3 t de werking van het stelsel van figuur 1 indien het toerental van de motor veel te laag is.

Figuur 5 toont de regelkarakteristiek van het stelsel volgens de uitvinding.

5 Een uitvoeringsvorm van het stelsel volgens de uitvinding is geïllustreerd in figuur 1. Het stelsel is voorzien van een teller 1 die via de leiding 4 klokpulsen ontvangt van een oscillator 5. De frequentie van deze klokpulsen is bepalend voor het nominale toerental van de motor 12. Verder is een teller 2 aanwezig die eveneens klok-10 pulsen ontvangt van de oscillator 5 via de leiding 6.

De teller 1 telt telkens tot aan een vooraf bepaalde tellerstand en geeft bij het bereiken van deze stand via de leiding 16 een signaal af aan een stuur eenheid 3. Deze stuureenheid geeft in responsie daarop enerzijds een signaal af via de leiding 7 aan de 15 teller 1 cm deze teller te stoppen en eventueel terug te stellen, ei geeft anderzijds een signaal via de leiding 9 aan de teller 2 cm de telrichting van deze teller te veranderen.

Via de leiding 10 ontvangt de stuureenheid 3 verder een signaal van een tachogenerator 11, van welk signaal de frequentie even-20 redig is met het toerental van de motor 12. Telkens bij het optreden van een flank in het tachogenerators ignaal geeft de stuureenheid 3 een signaal af aan de teller 1 cm te beginnen met een nieuwe telcyclus en een signaal aan de teller 2 cm van telrichting te veranderen.

De momentane tellerstand van de teller 2 wordt in een 25 comparator 14 voortdurend vergeleken met een referentiewaarde (R) die vastgelegd is in een register of geheugen 15. Is de referentiewaarde groter dan de tellerstand, dan geeft de comparator een signaal af op een eerste niveau en is de referentiewaarde kleiner dan de tellerstand, dan geeft de comparator een signaal af cp een tweede niveau. Dit 30 uitgangssignaal van de comparator wordt toegevoerd aan de bekrachtigings-schakeling 13 die op zijn beurt het motorstuurs ignaal afgeeft aan de motor 12.

In het volgende zal de werking van de schakeling worden beschreven met verwijzing naar de diagrammen in de figuren 2, 3 en 4.

35 Figuur 2 dient ter verduidelijking van de werking van de schakeling voor het geval het toerental van de motor zich bevindt in het regelgebied.

Bij a is het signaal van de tachometer 11 aangegeven, waar- 850247£ ΕΗΝ.11.489 4 * •'β van de frequentie evenredig is net het toerental van de motor 12.

Bij b is schematisch het verloop van de tellerstand van teller 1 aangegeven. Bij elke flank in het tachometersignaal start de teller 1 vanaf een vaste beginwaarde en telt totdat een vooraf bepaalde eind-g waarde is bereikt. Bij het bereiken van deze eindwaarde wordt het telproces gestopt. Ook de teller 2 begint bij elke flank van het tachometersignaal in de ene richting te tellen zoals geïllustreerd is bij c in figuur 2. Zodra teller 1 zijn vooraf bepaalde eindstand heeft bereikt, wordt door de stuureenheid 3 de telrichting van 10 teller 2 omgekeerd en telt teller 2 in de andere richting tot aan het optreden van de volgende flank in het tachometersignaal. Teller 1 kan na het bereiken van de eindstand in deze stand blijven staan en teruggesteld worden bij de volgende flank van het tachometersignaal of direkt teruggesteld worden bij het bereiken van zijn vooraf 15 bepaalde eindwaarde.

Met de stippellijn (R) in figuur 2c is schematisch de referentiewaarde weergegeven die vastgelegd is in het register 15. Zoals is weergegeven in figuur 2d levert de comparator 14 als resultaat van de vergelijking van deze referentiewaarde met de tellerstand 2Q van teller 2 een blokgolfsignaal dat direkt kan worden gebruikt voor de sturing van de motor. De motor ontvangt bekrachtigingsenergie gedurende de positieve of hoge gedeelten (h) van dit blokgolfsignaal en ontvangt geen energie gedurende de negatieve of lage gedeelten (1) van dit blokgolfsignaal.

25 Als het toerental van de motor toeneemt dan zal de afstand tussen de flanken in het tachometersignaal afnemen. Omdat de periode waarin de teller 2 cptelt gelijk blijft wordt de periode waarin de teller 2 af telt korter met als gevolg dat, gezien in figuur 2c, de tellerstand van teller 2 ten opzichte van de referentie-30 waarde geleidelijk stijgt. Het gevolg daarvan is dat de comparator een blokgolfsignaal af geeft waarvan de positieve of hoge gedeelten steeds korter warden en naar verhouding de negatieve of laag liggende gedeelten steeds langer. Daardoor ontvangt de motor 12 minder bekrachtiging en wordt zodoende de stijging van het toerental gecompenseerd. 35 Als omgekeerd het toerental van de motor afneemt dan zal de afstand tussen de flanken van het tachometersignaal toenemen. Omdat de periode waarin de teller 2/lelt gelijk blijft wordt de periode waarin de teller 2^telt langer net als gevolg dat gezien in figuur 2c 85 02 478 ΓΗΝ.11.489 5 .............

nu de tellerstand van teller 2 ten opzichte van de referentiewaarde geleidelijk aan gaat dalen. Het gevolg daarvan is dat de comparator een blokgolfsignaal af geeft waarvan de positieve of hoge gedeelten geleidelijk aan langer worden. Daardoor ontvangt de motor 12 een ster-5 kere bekrachtiging en wordt zodoende de daling van het toerental van de motor 12 gecompenseerd.

lil figuur 3 zijn een aantal signaalvormen en curven geïllustreerd voor het geval dat de motorsnelheid te hoog is, welke situatie bijvoorbeeld optreedt na verandering van de frequentie van oscillator 5.

10 Bij a is weer het tachcmetersignaal getoond en bij b het verloop van de stand van teller 1. Aangezien telkens de periode waarin teller 1 telt en teller 2 optelt groter is dan de periode waarin teller 1 niet telt en teller 2 aftelt zal de tellerstand van teller 2 relatief snel toenemen waardoor de maximum tellerstand van teller 2 wordt bereikt.

15 Sr ontstaat nu een situatie waarin, zoals op regel c is geïllustreerd, teller 2 telkens aftelt en weer, tezamen met teller 1, optelt totdat de maximum tellerstand wordt bereikt. De tellerstand van teller 2 blijft echter in alle gevallen hoger dan de referentiewaarde in het register 15 zodat de comparator 14 continu een laag signaal zal af geven.

2Q De motor 12 ontvangt derhalve geen bekrachtigingsenergie zodat het toerental zal af nemen totdat het stelsel in het regelgebied terecht komt en gaat funkticneren zoals beschreven is aan de hand van figuur 2.-In figuur 4 zijn een aantal signaalvormen en curven geïllustreerd voor het geval dat de motorsnelheid te laag is, welke situatie bijvoorbeeld optreedt na verandering van de frequentie van oscillator 5. Bij a is weer het tachometers ignaal getoond en bij b het verloop van de stand van teller 1. Aangezien telkens de periode waarin teller 1 telt en teller 2 cptelt kleiner is dan de periode waarin teller 1 niet telt en teller 2 aftelt zal de tellerstand van teller 2 relatief snel afnemen waardoor de minimum tellerstand van teller 2 30 wordt bereikt. Er ontstaat dan een situatie waarin, zoals op regel c is geïllustreerd, teller 2 telkens cptelt tezamen met teller 1 en vervolgens af telt totdat de minimum tellerstand weer is bereikt. De stand van de teller 2 blijft echter in alle gevallen onder de referentie- waarde zodat de comparator 14 continu een hoog signaal zal afgeven.

35

De motor 12 ontvangt derhalve voortdurend bekrachtigingsenergie waardoor het toerental zal toenemen totdat het stelsel in het regelgebied terecht kant en gaat funktioneren als beschreven is aan de hand van 8502 47$ % EHN.11.489 6 figuur 2.

Figuur 5 toont de regelkarakteristiek van het stelsel volgens de uitvinding. Langs de horizontale as is de snelheid uitgezet en langs de vertikale as de pulsbreedte (B) van het comparatoruitgangs-g signaal. Bij een te lage snelheid is de pulsbreedte 100%, met andere woorden er wordt continu energie aan de motor toegevoerd. Bij een te hoge snelheid is de pulsbreedte van het comparatoruitgangssignaal 0%, met andere woorden er wordt geen energie aan de motor toegevoerd.

In het regelgebied varieert de pulsbreedte afhankelijk van toerental-10 variaties ten opzichte van het gewenste toerental S* op de wijze, als beschreven is aan de hand van figuur 2. Het zal duidelijk zijn dat ook een zeer kleine afwijking van het toerental na een of meer tel-cyclussen zal leiden tot een geleidelijke verhoging of verlaging van de stand van teller 2 waarop de comparator reageert door verandering lg van de aan/uit-verhouding van het motorstuurs ignaal waardoor deze veranderingen weer worden gecompenseerd.

Het verdient de voorkeur de vooraf bepaalde waarde, tot waar teller 1 telt, zodanig te kiezen dat deze waarde althans bij benadering wordt bereikt midden tussen twee flanken in het tachometer-2Q signaal. In dat geval zijn de perioden waarin teller 2 optelt respectievelijk aftelt even lang en zal teller 2 dus niet een van zijn grenswaarden bereiken. Ook bij een andere keuze van de genoemde vooraf bepaalde waarden en een aangepaste keuze van de referentiewaarde in het register 15 funktioneert het stelsel op de beschreven wijze, zoals 25 voor een deskundige duidelijk zal zijn.

Uit het bovenstaande zal verder duidelijk zijn dat het uitgangssignaal van de comparator direkt kan worden gebruikt voor sturing van de motor 12. Dat wil zeggen dat de bekrachtigingsschakeling 13 alleen behoeft te bestaan uit een versterkerschakeling die voldoen-3Q de energie kan leveren cm de motor 12 te bekrachtigen. De vorm van het ingangssignaal van de bekrachtigingsschakeling. 13 is gelijk aan de vorm van zijn uitgangssignaal. Indien de comparator 14 zelf in staat is cm voldoende energie te leveren dan kan de bekrachtigingsschakeling 13 vervallen en kan de uitgang van de comparator 14 direkt met de 35 motor 12 worden gekoppeld.

In figuur 1 is met een, tot nu toe nog niet besproken stippellijn 16 een mogelijke verbinding aangegeven tussen de ingangs-klem van de motor 12 en de klokpulsgenerator 5. Afhankelijk van de ' ^ ..... .

IBM.11.489 7 praktische uitvoeringsvorm van de schakeling is het mogelijk dat de amplitude van het uitgangssignaal van de bekrachtigingsschakeling 13 respectievelijk van de comparator 14 verandert, bijvoorbeeld als gevolg van voedingsspanningsvariaties. Dergelijke anplitudevariaties hebben 5 een direkte invloed op het toerental van de motor 12. Om dergelijke variaties te elimineren wordt het stuursignaal van de motor 12 (eventueel na gelijkrichting) teruggekoppeld naar de klokpulsgenerator 5.

De klokpulsgenerator 5 kan van een bekend spanningsgestuurd type zijn en zodanig reageren op het (gelijkgericht) stuursignaal van de bekrach-10 tigingsmiddelen 13 respectievelijk van de comparator 14 dat een verhoging van de amplitude van het stuursignaal leidt tot een verlaging van de klokpulsfrequentie van generator 5 en een verhoging van de amplitude van het stuursignaal leidt tot een verhoging van de klokpulsfrequentie zodanig dat anplitudevariaties door frequentievariaties warden 15 gecompenseerd.

Aan de hand van de bovenstaande beschrijving wordt een deskundige cp dit terrein in staat geacht het stelsel in de praktijk te realiseren en derhalve zullen geen verdere detailschakelingen warden gegeven. Opgemerkt wordt slechts dat dit stelsel vrijwel geheel met 20 digitale componenten kan worden gerealiseerd en derhalve uitermate geschikt is voor realisatie in geïntegreerde vorm.

De funkties van teller 1, teller 2, stuur eenheid 3, comparator 14 en register 15 kunnen verder gemakkelijk worden gerealiseerd net een op passende wijze geprogrammeerde processor. Bij voldoende 2g stabiliteit van de inwendige klokpulsgenerator van de geselecteerde processor kan deze gebruikt worden als generator 5.

30 35 85 0 2 47 9

Claims (7)

1. Stelsel voor het regelen van de snelheid van een elektrische motor die via een bekrachtigingsschakeling wordt gestuurd door een g stuursignaal, omvattende - een oscillator die een eerste pulsreeks afgeeft waarvan de frequentie afhankelijk is van de gewenste snelheid, - een eerste teller waarvan de klokpuls ingang verbonden is met de oscillatoruitgang en die telt tot een vooraf bepaalde waarde, bij het 10 bereiken waarvan het tellen stopt, - een tweede teller waarvan de klokpuls ingang verbonden is met de oscillatoruitgang en die begint met tellen zodra van de eerste teller een signaal wordt ontvangen bij het bereiken van de genoemde vooraf bepaalde waarde, 15. middelen voor het verschaffen van een tweede pulsreeks waarvan de frequentie afhankelijk is van de motorsnelheid, welke tweede pulsreeks wordt toegevoerd aan de eerste teller teneinde deze teller bij het optreden van een puls opnieuw te laten tellen vanaf een vooraf bepaalde beginstand tot aan de genoemde vooraf bepaalde waarde en wordt toege-2Q voerd aan de tweede teller teneinde het telproces daarin bij het optreden van een puls te stoppen, - decodeermiddelen waaraan de uitgangssignalen van de tweede teller worden toegevoerd teneinde een stuursignaal voor de bekrachtigingsschakeling cp te wekken, 2g net het kenmerk, dat de tweede teller is uitgevoerd als een in twee richtingen tellende teller, welke in de ene richting telt in de bovengenoemde periode tussen het bereiken van de vooraf bepaalde waarde door de eerste teller en het optreden van een puls in de tweede pulsreeks, en die in 3Q de andere richting telt in de tussenliggende perioden, en dat de decodeermiddelen uitgevoerd zijn als een comparator waaraan naast de uitgangssignalen van de tweede teller tevens een referentiewaarde wordt toegevoerd en die een signaal op het eerste niveau afgeeft indien de referentiewaarde groter is dan de tweede tellerstand en een 35 signaal op het tweede niveau indien de referentiewaarde lager is dan de tweede tellerstand.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vooraf bepaalde stand zodanig wordt gekozen dat althans bij benadering de 850 2 47 9 EHN.11.489 9 ..........—' periode waarin de eerste teller telt even lang is als de daarop volgende periode tot aan het optreden van de volgende puls in de eerste puls-sector.

3. Stelsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat 5 het telbereik van de tweede teller ligt tussen vooraf bepaalde maximum en minimam waarden, bij het bereiken waarvan het telproces in de tweede teller stopt totdat de telrichting van het telproces wordt omgekeerd, welke waarden zodanig worden gekozen dat ze niet worden bereikt indien de momentane snelheid geheel of nagenoeg geheel overeenstemt met de gewenste snelheid. -

4. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een met de amplitude van het uitgangssignaal van de comparator corresponderend signaal wordt toegevoerd aan de oscillator teneinde de frequentie daarvan te verhogen of te verminderen bij 15 respectievelijk dalende of stijgende airplitude.

5. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat indien de comparator voldoende energie kan leveren voor het bekrachtigen van de motor, de bekrachtigingsschakeling wordt gevormd door een dichte verbinding. 2Q

6. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de referentiewaarde gelijk wordt gekozen midden tussen de genoemde maximum en minimum waarde van de tweede teller.

7. Stelsel volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de funkties van de eerste teller, de tweede teller, en 25 de comparator worden gerealiseerd met behulp van een op geschikte wijze geprogrammeerde processor. 30 35 8502 479