DE1463417A1

DE1463417A1 - System zur Vielstufenregelung der konstanten Drehzahl eines Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE1463417A1
Application number: DE19631463417
Authority: DE
Inventors: Matsuo Mishima
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-02-23
Filing date: 1963-04-18
Publication date: 1969-01-16
Also published as: CH411093A; US3233163A

Description

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Matsuo WbMm , 23-8» 6-chone, Benenchofu, Ohta-ku, Tokyo,

Japan

sur Yielstufenregelang dor konstanten Drehzahl eines eZeiehstroanaotors

Sie Erfindung betrifft ein System sur Regelung der konstanten Dreh« zahl eines Gleichstrommotors, insbesondere ein vielstufigee System wax Hegelung der Brehxahl eines derartigen Motors» welches hanptsSch·* lies dann «irksaa ist, wenn es auf einen Gleichstrommotor in Kiniatnraaeffihmng angevendet wird·

B&sher wurde als Mittel sor Steuerung von Miniaturgleichstroamotoren ■it konetanter Oeaehwindigkeit überviegend eine elektroetechanieehe Steuerung trerweadet« welone abhängig von der Winkelgeschwindigkeit der inkerwelle den Serienstrcuekreie des Ankere swiaohenzeitlioh unterbraoh· Oa diese Steuerung aas einem vibrierenden Element besteht» welches eine Kombination eines Zentrifugalgewichte mit einen elaetisehen eiied umfasst, ist die Regelung unstetig. Zusütelich ergibt eioh die Sehwierigkelt und der Nachteil, daes ein guter Kontakt der schlechten Kontaktpunkte nicht eraielbar ist.

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Andererseits ist im Hinblick auf die wesentliche Verbesserung dor Zuverlässigkeit von Ultraminiatur^-Gleichstromiaotoren (deren Kommutator in der US-Patentschrift 2 919 3&0 dargestellt ist) deren Drehzahlregelung erforderlich, us eine groeae Stabilität und Zuverlässigkeit SU erzielen. Eine zusätzliche Anforderung an die Hegeleinrichtung besteht darin, dass sie klein ist*

Ss ist bereite ein Begier bekannt, bei welohem ein Gleichstrommotor mit einem Gleichstrom- oder Wechselstromgenerator verbunden ist; ein Transistorstellglied liegt hierbei in Serie zu dem Anker des Gleichstrommotors und wird durch die Gleichspannung oder gleichgorich te te Spannung des Wechselstromgenerator gesteuert; hierbei soll eine Veränderung der Drehzahl des Motors infolge Schwankungen der Versorgungsspannung oder Lastschwankungen vorhindert «erden» Xn dem bekannten Regler ist es jedoch nicht möglich, solche Schwankungen zu vermeiden, welche sich aus Datenänderungen infolge Temperaturschwankungen des Transistorstellglieds und der Vorschiebung der eingestellten Drehzahl infolge kleinerer Änderungen der Drehzahl des Motors und des Generators ergeben.

Ein anderer bekannter Regler umfasst eine Vorbindung eines Wechsel" Stromgenerators mit einem Gleichstrommotor, wobei eine durch diesen Wechselstromgenerator erzeugte Frequenz und eine Normalfrequenz einem Modulator zugeführt werden, welcher lediglich die Differenz zwischen den beiden Frequenzen durchlässt und damit über eine iriggerschaltung sowie einen Multivibrator ein in Serie zu der Feldwicklung des Motors

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liegendes Stellglied steuert; dieses liegt an einer ßattigungospannungi Sin wesentlicher Kachteil dieses Reglers ist das Erfordernis einer Normalfrequenz. Weiterhin ist die Schaltung kompliziert. Somit ist sie sowohl grundsätzlich als auch aufbaumässig aur P.ogelung der kon·* stanten Drehzahl eines tJltrarainiatur^eieichstroamotors nioüt geeignet.

Die Erfindung besteht darin, dass in einen System sur Regelung der konstanten Drehzahl eines Gleichstrommotors ein Transistorverstärker zur Serienregelung verwendet wird, bei welchem ein Filter in einem Sückkopplungskreie liegt; dieser entsteht dadurch, dass ein Wechsel·= etroafjnequenagenerator direkt mit der Welle des Gleichstrommotors und ausgangsseitig mit der Eingangeseite des Transistorverstärkerβ verbunden ist, wobei der Sperrpunkt der Frequenz dieses Filters bei der Ausgangsfrequenz des Frequenzgenerators an der eingestellten Drehzahl des oben erwähnten Gleichstrommotors liegt; der Transistorverstärker wird mit Hilfe der gleichgerichteten Spannung geregelt, indem diese durch dais Filter läuft und hierbei die konstante Drehzahl des Gleich*· stroamotörs regelt* Weiterhin ist das System mit Mitteln zur Änderung der Frequenz zu kombinieren, wobei ein Multifrequenzgenerator oder ein Frequenzwandler verwendet wird, um die Frequenz stufenweise nach oben oder unten zu Verändern; durch Einschaltung von Filtern mit verschiedenen Sperrpunkten wird es möglich, die eingestellte konstante Drehzahl eines Gleichstrommotors in vielen Stufen zu verändern.

Dementsprechend besteht die vorliegende Erfindung in folgendem: BAD ORIGINAL

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Hauptzweck ist die Schaffung eines verbesserten Regelungssysteme ait sehr stabilen Säten sowie guter Zuverlässigkeit, wie dies für den Betrieb eines Gleichstrommotors nit konstanten Drehsahlen erforderlich ist.

Zur Erreichung dieses Zwecks ist ein Wechselstromfrequenzgenerator Mit einem Gleichstrommotor verbunden« vorzugsweise durch unmittelbare Verbindung der Wellen beider Maschinen, und ein Transistorverstärker_t welcher durch das Seriensystem des Motor« eingeschaltet ist, wird durch eine Spannung geregelt, welche durch Gleichrichtung einer Wechselspannung erzielt wirdι diese wird durch ein Filter erhalten, welches als Sperrpunkt die Ausgangsfrequenz des Wechselatroaf?equenz~ generators besitzt, wobei diese Frequenz bei der eingestellten Dreh« zahl des Motors- liegt. Somit kann die eingestellte Drehzahl des Motors vielstufig verändert werden, indem entweder die Ausgangsfrequenz des Weehselstroafrequtnzgeneratore durch Änderung de· Sperrpunkte des Tütere verändert wird, oder indem «wischen den Generator und das Filter ein Frequenzwandler zur Hinauf- oder Herunterechaltung der Frequenz eingesetzt wird; es können auch boride dieser technischen Massnahmen miteinander kombiniert werden.

SLn weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines B*gelttngs~ systems, bei welchem ein aus vielen Elementen bestehender Frequenzgenerator verwendet wird, um zu erreichen, dass der Fluss zu de» Tilter einen festen' Sperrpunkt von unterschiedlicher Frequenz für ein# gleiche

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Drebxahl dee Motors besitst; in Abhängigkeit hiervon kann die Dreheahl des Generatore rialstuf ig verändert «erden, um diesen abzuschalten! eojBit wirddie vieletuf ig eingestellte Geschwindigkeit des Motors auf« recht erhalten·

Ein weiterer Zweck der Srfindung ist die Anbringung eines Begelungssystess axa? Auf reehterhaltung einer vielstufig eingestellten Geschwin« digkeit eines Gleichetrosaotors}hierbei wird »wischen den Frequensge*- norator» welcher ia Zusammenhang Bit dem Hauptsweck erwähnt wurde, und des Tilter ein Kittel sum Hinauf- oder Herunterschalten dw !requeue eingesetstι hierbei wird die Ausgangsfrequenz des Generators hinauf- oder heruntergeeohaltet, um auf diese Weise die Dreheahl des Generator« au verändern; dieser wird hierbei in Abhängigkeit hiervon ,

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abgeschaltet, oder er läuft ohne Abschaltung, wobei die gleichen bereits oben erwähaten Vorteile ersielt werden.

Ein weiter*» Iweok der Erfindung ist die Schaffung eines Begelungssy ;'.-^v «te«e_t bei tflehe» filter ait unterschiedlichen Sperrpunkten vorg*a*hen sindi durck Uasehaltung'dieser verschiedenen Tilter werden die Sperrputtkte ver|uda*t und eatspreohend eine Itesohaltung und Vielstufenregelunf de» e^ifeetellten Srehaahlen des Motors ersielt, welcher «it des j ■' W«oh*«l«tre«f»«^ueaBgetierator gepelt ist.

Un weiterer tttek de» Erfindung ist die Schaffung eines Regelunge-

s/stess, wfldMi eine Umschaltung und Regelung der eingestellten

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Drehsahlen des Motore in einer noch gröaseren Anzahl von Stufen durch geeignete Zusammenfassung beider Möglichkeiten erzielt wird.

Weitere Einzelheiten dor Erfindung sind im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungegeBÄeaen Reglers zur Konstanthaltung der Drehzahl eine« Öleichstronunotore in Block« schaltbilddarstellung,

flg. 2 » 4 abgeänderte Ausfiihrungsforaen erfindungsgem&sser Segler alt Tielstufiger Wählbarkeit des Sollwerte der konstant zu halten-■ den Drehzahl des Gleichstrommotors.

Qeaäss fig« 1 liegt ein Transistorstellglied 11 mit seinem Emitter e, sowie des Kollektor £ in Serie su einem zu regelnden Hotor M an den Ansohliissen 1, 9 einer Stromquelle. Sie Basis l> des Transistorotellgliedes 11 ist über den Kollektor £ und den Emitter ,e eiu&b ßageiverstlrkers 12 sowie einen in Serie dazu liegenden Widerstand B alt de» Anschluss 9 bzw. einer negativen Zuleitung 8 des Motore M verbunden· . SLn freqnensgenerator Q, welcher alt dem Hotor H gekuppelt ist, liegt Ober ein filter F und einen Oleichrichter 0 mit einen Pol an der Basis Jb des Begelverstärkers, während der andere Pol 3 oit einer positiven Zuleitung 2 des Motore M verbunden ist. Weiterhin ist der fialtter des Regelverstärkera 12 mit der Zuleitung 2 durch eine Diode 1?

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verbunden. Vorzugsweise wird ein Frequenzgenerator mit möglichst grossem Wirkungsgrad verwendet* Die Grenae des Durönlassbereichs des Filters F an der vorgegebenen Normalfrequens soll so echtrf wie möglich definiert sein· Bei dem vorliegenden Ausführungebeispiel wird ein Hochpassfilter verwendet. ** .

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Motordrehzahl auf . 3000 U/min und die von den Generator erzeugte Frequenz auf 8OO Bs eingestellt· liegt die Drehzahl des Motors M unter 3000 U/min bzw. die Frequenz des Generators Q unter 8OO Hs, so wird die Ausgangsfrequenz des Generators Q in dem Hochpassfilter F gesperrt; das rückgekop~ pelte Eingangssignal an der Basis Jj des Begelverstärkers 12 liegt de*· nach niedrig, der innere Widerstand des Transistorstellglieds 11 nimmt ab, während die wirksame Klemmenspannung an dem Motor hoch'ist.

Wenn dagegen beispielsweise durch Verminderung der Last die Drehzahl des Motors M 3000 U/ain übersteigt, nimmt die Drehzahl des Generators β ebenfalls zu, wobei die Ausgangsfrequenz 800 Hz übersteigt· Diese Frequenz läuft durch daa Filter F sowie den Gleichrichter D, wobei die zurückgekoppelte |tegelapannung zunimmt* Demnach steigt der innere Widerstand des Transistoretellglieds 11 entsprechend und die Klemmenspannung des Motors fällt ab. Somit sinkt die Drehzahl des Motors solange ab, bis die Ausgangsfrequenz des Frequenzgeneratore G wieder 800 Hz erreicht. Somit wird die Drehzahl des Motors M auf der anfänglich eingestellten Drehzahl von 3000 V/min konstant gehalten·

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Die Regelung der eingestellten Drehzahl erfolgt in gleicher Weise, wenn Änderungen, in der ilnschluespannung der Stromversorgung auftreten. Die Ragelfrequenz küinn gegebenenfalls bis auf 8000 Hz erhöht «erden, wobei ee dann möglich ist, jede gewünschte Frequenz darunter zu verwenden.

Obgleich bei den dargestellten AusfUhrungsformen ein Hochpassfilter verwendet wird, kann unter umgekehrter Ausnutzung der Arbeitskennlinie eines Transietore auch ein Tiefpassfilter verwendet werden.

Während bei dem in Fig. 1 dargeetellten Ausführungsbeispiel die Mo ~ tor drehzahl auf beispielsweise JjOOO U/min fest eingestellt ist, sind in Fig. 2 ~ k Segler dargestellt, bei denen die Sollwerte der Dreh" zahlen violstufig einstellbar sind.

GemKsa Fig. 2 ist ein Schalter S^ auf verschiedene Ausgänge eines Frequenzgenerators ß 1 einstellbar, welcher bei derselben Drehzahl mehrere Frequenzen gleichzeitig erzeugt. Der Motor M kann daher wahlweise auf mehreren Prehs&hlen konstant gehalten werden.

Der in Fig. 3 dargestellte Regler besitzt zwischen dem Frequenzgenerator und dem Filter F einen durch gekuppelte Schalter S-, S, in mehreren Stufen einstellbaren Frequenzwandler I. Die Wirkungsweise dieses Boglere entspricht demjenigen von Fig. 2.

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Der in Fig. k dargestellte Hegler besitzt mehrere Filter F₁, F₉ ... mit unterschiedlichen Durchlassbereichen, welche mit Hilfe gekuppelter Schalter Su, S- wHblbar sind. Die Wirkungsweise dieses Reglers entspricht den Seglern von Fig. 2 und 3·

Da die Genauigkeit dor geregelten Drehzahl bei der Erfindung in erster Linie von der Konstans der Sperrfrequene baw. des Durchlassbereichs dee Filters abhingt, ergibt dich eine sehr gute Konstans der Drehsahl« Die in Flg. 2-4 geseigte !anschaltung kann auf einfache Weise erreicht werden.

Für das erfinäungsgenäes verwendete Filter kann auch ein beliebiges elektroaecbanischee Filter verwendet werden, bei welchem die seebau!» sehe, Resonanz auf elektrische Werte umgesetst wird} es ist auch ein verstärkendes Suekkopplungsfilter verwendbar.

Da geaSsB den obigen Ausführungen die Genauigkeit der eingestellten Drehsahlen in erster Linie von der Genauigkeit der Aufrechterhaltung der Sperrfrequenz des Filters abhängt, tritt alt der ieit keine Verschiebung der eingestellten Drehsahlen bei der grossen Zahl von in Nassen hergestellten Gleichstroamotoren für konstante Drehsahl gegenüber den bekannten Anordnungen sur Drehsahlregelung auf, wo der Ansgangswert eines Weehselstroageneratora lediglich gleichgerichtet und sur Begelung eines in Serie daau liegenden Sransistorverstfirkers verwendet wird. Soait stellt die Leistungsstabilität des erfindungsge-

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Systems eine wesentliche Verbaßnaruag dar und ermöglicht die Schaffung sinss pi'afetißch mit kpastaiütor Drehzahl laufenden Motors von holier guvarlässigkeit und geringen Abiasseungen.

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Claims

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SAoktriöches System aus? Regelung äer konstanten jpreliizahl eines QleiGastyoaaaotors, gokeimseiolmet durch einen Wechselstromfrequenzgenerator_t welcher xait dem ßleichstiOEiaotor gekuppelt ist, und «inen Eüekkoppluagskreiß« welcher durch Verbindung der Ausgangsseite des Frequonzgoaerators chjreh ein Filter \m& einen Gleichrichterkreie mit ^ der Exngangsseite eines Traneistorveretärkeriä in einer Parallelschal- tvxig eines in Serie zu dem eieichstrosmotor liegenden Seriensystem entstehts wotei das Filter eine Sperrfrequenz entsprechend der Ausgangs .frequenz des Frequsnsgensrators bei der eingestellten drehzahl cesitst _t welche an dem (Gleichstrommotor einzustellen ist.

2. Eloktrischee Systea aur vieletufigen Hegelung der konstanten Drehzahl eines Gleichstrommotorss gekennzeichnet durch einen Frequenz«· wandlor und oin Filter iait vorher eingestellter Sperrfrequena, wobei die anfänglich eingeetsllten Drehzahlen für den Gleichstrommotor durcli Äsiäorung der -kusgangsfrequens des Frequenagöneratore mit Hilfe des Frequenzwandles·« und Anlegting des* geänderten Frequenz an das Filtex· vielstufig verändert vQT&en kennen»

3ο System nach Anspruch 2, dadurch gekonnzeichnet, dass der Frequenz*- wandler einen Generator mit mehreren Frequenzen umfasst» welcher Frequenzen bei der 63·^β3·^ί;^^Θη Eteshzahl durch Umschaltung zwischen ä Elementen erzeugen kann, wobei mahretufige Frequenzfinderungen

erzielbar sind.

k. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenz* wandler durch Einsetzen eines Mecl»«nisBius zum Hochschalten der Frequenz zwischen den Frequensgenerator und daß Filter ein vielstufiges Hochschalten der Frequenz; ermöglicht.

5« System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzwandler aus einem zwischen den Frequensgenerator und das Filter eingesetzten Mechanismus zum Herunterschalten der Frequenz besteht, welcher ein vielstufiges Herunterschalten der Frequenz ermöglicht.

6. Elektrisches System zur vieletufigen Regelung der konstanten Dreh» zahl eines Gleichstrommotors, gekennzeichnet durch einen mit einen Gtleichstrorasiotor verbundenen S/echsolstromfrequenzgenerator und ein zwischen dom Frequensgenerator und dsm Gleichrichter liegendes, von mehreren Filtern wahlweise einschaltbares variables Filter, wobei die Drehzahlen in Abhängigkeit von den Sperrfrequenzen der Filter vielstufig regelbar sind«

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