DE1916675A1 - Regelschaltung zur Erzeugung einer konstanten Drehzahl bei Gleichstrom-Kollektor-Motoren - Google Patents
Regelschaltung zur Erzeugung einer konstanten Drehzahl bei Gleichstrom-Kollektor-MotorenInfo
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- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
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Description
GRAETZ ■
Kommanditgesellschaft
Altena/Westf.
Graetzstraße 50 ' ■
R. Voy 3 ' . ' :"■■■"■■
Regelschaltung zur Erzeugung einer konstanten
Drehzahl bei Gleichstrom-Kollektor-Motoren
Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung zur Erzielung einer konstanten Drehzahl bei.Gleichstrom-Kollektor-Motoren mit Permanentmagnet,
bei der der Motor in Reihe mit einem Leistungstransistor und einem (ersten) Widerstand, ein Spannungsteiler parallel
zum ersten Widerstand und Motor geschaltet ist und ein von ent™
gegengesetztem Leitungstyp wie der Leistungstransistor gewählter
Steuertransistor am Emitter von der am Verbindungspunkt des
ersten Widerstandes und Motor vorhandenen Spannung und an der Basis von der am Abgriff des Spannungsteilers vorhandenen Span=-
nung derart gesteuert (und seinerseits den Leistungstransistor derart steuert) wird, daß Schwankungen der Speisespannung durch
negative Rückkopplung in ihrer Auswirkung auf die Betriebsspannung verringert werden, während bei stärkerem Strombedarf des
Motors die Spannung in Abhängigkeit von der Durchsteuerung des Leistungs- und des Steuertransistors steigt»
Für Magnettongeräte, Plattenspieler sowie eine Anzahl weiterer
elektronisch angetriebener Geräte sind Antriebe konstanter Dreh*
zahl erforderlich. Bei wechselstrombetriebenen Geräten kann dies in Abhängigkeit von der Uetzfrequenz leicht erreicht werden.-
Für Gleichstrom-, insbesondere BatterieStromversorgungen müssen
dagegen zusätzliche Schaltungen vorgesehen werden, um bei wechselnder Belastung oder schwankender Metaspannung ein® konstant®' ."
Drehzahl des Motors zu gewährleisten. ■
Bei einer bekannten Anordnung werden "ein I©ll@kt©x»mMot©r mit
Permanentmagnet und ©ine Rag©Xs©haltung ¥@»@na@tO Bits© b@st©M
ZEWZP(VI)str/mtt ~2~
28. Mäs?z 19β9
0 0 9 8 A 2 / 0I
hierbei aus einer Serienschaltung des Motors mit einem Widerstand und einem Leistungstransistor, der von einem Steuertransistor
gesteuert wird, dessen Emitter an die Verbindung zwischen Motor und Widerstand und dessen Basis an den Abgriff eines
Spannungsteilers geschaltet ist, welcher der Reihenschaltung
Widerstand - Motor parallelgeschaltet ist. Für einen bestimmten Wert der Speisespannung, der Drehzahl und der Motorlast befindet
sich die Schaltung im "Gleichgewichtszustand".
Diese Schaltung arbeitet zufriedenstellend, sobald sich der Betriebsfall eingestellt hat. Es ergeben sich jedoch gewisse
Schwierigkeiten beim Anlauf, da häufig zu Anfang der Leistungsund der Steuertransistor gesperrt bleiben und der Motor infolgedessen
nicht anläuft.
Es ist auch bereits bekannt, einen tiberbrÜckungswiderstand vorzusehen,
um ein Anlaufen des Motors zu erreichen. Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten in der Dirnensionierung dieses
Widerstandes. Wird nämlich der Widerstand zu klein gewählt, verschlechtert er das Regelverhalten gegenüber Betriebsspannungsschwankungen.
Wird er dagegen zu groß gewählt, kann der Spannungsverlauf an der Induktivität der Motorwicklung unter Umständen
nicht ausreichen, um den Leistungs- und den Steuertransistor lange genug durchzusteuern. Außerdem treten Schwierigkeiten
auf, wenn der Motor unter erschwerten Lastbedingungen (z.B.-auch temperaturbedingt) anlaufen soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung
für Gleichstrommotore anzugeben, die ein sicheres Anlaufen des
Motors gewährleistet.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß diese Eigenschaften in hohem Maße vorhanden sind und eine große Betriebssicherheit gewährleistet
ist.
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Trotz dieser Vorteile ist die Anordnung gegenüber bekannten
Schaltungen nicht teurer, da die bei bekannten Schaltungen erforderlichen Toleranz-Einengungen für die Transistoren (unter erschwerten
Bedingungen wie z.B. Betrieb bei niedrigen Temperaturen konnte bisher trotz besonderer Auswahl der Transistoren
nicht für einen sicheren Anlauf garantiert werden) nicht mehr notwendig
sind.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Motorpotential und/oder das Spannungsteilerpotential auf das Potential
einer Hilfsstromquelle soweit angehoben ist, daß die Spannung der Hilfsstromquelle (oder ein entsprechender Teil) den Steu-
~ ertransistor an der Basis und den Leistungstransistor soweit aufsteuert, daß der Motor anläuft, bis bei Annäherung an den
Betriebsfall die steigende Spannung am Emitter des Steuertransistors
der vollen Durchsteuerung bis zur Einstellung des gewünschten Gleichgewichtszustandes entgegenwirkt.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Spannung der Hilfsstromquelle durch die an einer in Serie und einem Widerstand
an der Speisespannung liegenden Zenerdiode auftretenden Spannung gebildet.....
Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung ist die Spannung
der Hilfsstromquelle durch die Kniespannung einer in Serie mit
\ einem Widerstand an der Speisespannung liegenden und in Flußrichtung
betriebenen Diode, gebildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher besehrieben. Es zeigen
Figur 1 das Prinzip einer bekannten Schaltung
Figur 2 und 3 erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele im Vergleich
zu der in Figur 1 dargestellten bekannten Schaltung.
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Der in Figur 1 dargestellte Motor M sei ein Gleichstromkollektor-Motor
mit Permanentmagnet. Die Regelschaltung besteht aus der Serienschaltung des Motors M mit dem Widerstand Rl und dem
Leistungstransistor Tl, der von dem Steuertransisoor T2 (entgegengesetzten
Leitungstyps) gesteuert wird, dessen Emitter an der Verbindungsstelle b vom Motor M mit dem Widerstand Rl
und dessen Basis am Abgriff eines Spannungsteilers R2 (Schaltungspunkt
c) liegt, der der Reihenschaltung vom Widerstand Rl und Motor M parallelgeschaltet ist. Die Dioden Dl, D2 und der
Widerstand R3 dienen lediglich der Potentialverschiebung, um den gewünschten Arbeitspunkt des Steuertransistors T2 sicherzustellen.
Für einen bestimmten Wert der Speisespannung, Drehzahl und Motorlast befindet sich die Schaltung im Gleichgewicht.
Schwankungen der Speisespannung Ul und damit der Spannung am Schaltungspunkt a erscheinen in fast voller Höhe am Emitter,
jedoch an der Basis des Transistors T2 nur mit dem Anteil des Teilerverhältnisses des Spannungsteilers R2. Hierdurch wird eine
negative Rückkopplung wirksam, die eine fast konstante Spannung am Punkt a und damit am Motor M bewirkt. Steigt jedoch infolge
erhöhter Last der Motorstrom an, so bewirkt der höhere Spannungs· .abfall am Widerstand Rl ein stärkeres Durchs.teuern beider Transistoren,
die Spannung am Motor M steigt an und wirkt dem Drehzahl-Abfall entgegen» Es ist bei geeigneter Dimensionierung der
Schaltungselemente möglich, die Drehzahl bei Schwankungen sowohl der Speisespannung, als auch (in gewissen Grenzen) der
Last fast konstant zu halten. Der Kondensator Cl dient der Unterdrückung eventueller Regelschwingungen (Rückwirkung der
Last). Falls erforderlich, können Teile des Spannungsteilers R2 Schaltelemente zur Temperaturkompensation aufweisen.
Diese Schaltung arbeitet zufriedenstellend, sobald sich der
Betriebsfall eingestellt hat. Schwierigkeiten ergeben sich jedosh
bein Anlauf. Bei Anlegen der Betriebsspannung Ul ist- der Transistor Tl gesperrt und die ganze Spannung fällt an ihm ab.
Punkt a und damit die Basis vom Transistor T2 haben eine Spannung,
die das O-Potential kaum übersteigt. T2 und somit Tl
bleiben gesperrt: der Motor M kann nicht anlaufen»
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R.Voy 3 -*Γ- '■-'■"-■ «
Bs ist bekannt, einen Widerstand R4 einzufügen, um ein Ankaufe^tdes
Motors M zu erreichen. Nach Anlegen der Spannung Ul fließt
dann ein Strom durch den Widerstand- R4 und den Motor M. An der induktiven Komponente L der Motorwicklung tritt hierbei ein
Spannungsimpuls auf, der hoch und (bei richtiger Dimensionierung des Widerstandes R4) auch lang genug ist, und der über Rl, R2,
den Transistor T2 und damit Tl solange aufsteuert, bis der Motor M angelaufen, ist. Es ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei
der Dimensionierung. Wird der Widerstand R*f nämlich zu klein
gewählts verschlechtert er das Regelverhalten gegenüber Schwankungen der Betriebsspannung Ul, ist er dagegen zu groß, kann
der von der induktiven Komponente L des Motors M erzeugte Spannungsverlauf eventuell nicht ausreichen, um die Transistoren T2
und Tl lange genug durchzusteuern. Desgleichen treten Schwierigkeiten auf, wenn der Motor M unter erschwerten Lastbedingungen
(u.U.. temperaturbedingt) anlaufen soll. Nach einer gewissen
Zeit verbleibt am Punkt b (wenn das erste Aufsteuern nicht zum Anlaufen des Motors M ausreichte) lediglich der von der reellen
Komponente der Motorwicklung erzeugte Spannungsabfall ο Dieser
ist jedoch viel zu niedrig, um jetzt noch eine Sperrung der Transistoren zu verhindern.
Erfindungsgemäß wird daher eine Hilfsstromquelle eingeführt«
Diese besteht (siehe Figur 2) aus dem Widerstand R5 und der
Diode D3 (Zenerdiode oder, wie hier, einer in Flugrichtung be-}
triebenen Siliziumdiode). Um das Potential an dieser Diode wird der Spannungsteiler R2 angehoben ■ (Anschlußpunkt d) unds wenn
die Teilspannung an der Basis des Steuertransistors T2 hoch genug liegt, so werden der Steuertransistor Ί?2 und der Steuer=
transistor Tl aufgesteuert, bis die Spannung am Motor M so
hoch geworden ist, daß ein Strom-über Dl3 D22 R3 fließt» Dieser
Zustand wird erst erreicht, wenn der Motor M angelaufen ist. Die Hilfsspannung am Punkt c ist immer dann hoch genug aus5
Durchsteuerung der· Transistoren, wenn T2 ein Q©rmanlumtransi°
stör ist und/oder wenn mit niedrigen Besfcx°i©bsspammng®n-
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R. voy j -i·-
gearbeitet wird, wobei das Potential des Punktes c aus diesem
Grunde nahe bei dem des Punktes d liegt.
Ist dies nicht der Fall, so reicht, da sich die Spannung der Hilfsstromquelle auf die Serienschaltung: R2, Rl, Motor M
verteilt, die Spannung am Punkt c nicht mehr aus. In diesem
Fall müssen (siehe Figur 3) der Widerstand R2 und der Motor M auf das Potential des Punktes d angehoben werden, da dann die
volle Hilfsspannung an der Basis des Transistors T2 zum Tragen kommt.
6 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen (3 Fig.)
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Claims (6)
- (1.)Regelschaltung zur Erzielung einer konstanten Drehzahl bei Gleichstrom-Kollektor-Motoren mit Permanentmagnet, bei der der Motor in Reihe mit einem Leistungstransistor und einem (ersten) Widerstand, ein Spannungsteiler parallel zum ersten Widerstand und Motor geschaltet ist und ein von entgegengesetztem Leitungstyp wie der Leistungstransistor gewählter Steuertransistor am Emitter von der am Verbindungsρunkt des ersten Widerstandes und Motor vorhandenen Spannung und an der Basis von der am Abgriff des Spannungsteilers vorhandenen Spannung derart gesteuert (und seinerseits den Leistungstransistor derart steuert) wird, daß Schwankungen der Speisespannung durch negative Rückkopplung in ihrer Auswirkung auf die Betriebssspannung verringert werden, wärend bei stärkerem Strombedarf des Motors die Spannung in Abhängigkeit von der Durchsteuerung des Leistungs- und des Steuertransistors steigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorpotential und/oder das Spannungsteilerpotential auf das Potential einer Hilfsstromquelle soweit angehoben wird, daß die Spannung der Hilfsstromquelle (oder ein entsprechender Teil) den Steuertransistor' (T2) an der Basis und den Leistungstransistor (Tl) soweit aufsteuert, daß der ■ Motor (M) anläuft, bis bei Annäherung an den Betriebsfall die steigende Spannung am Emitter des Steuertransistors (T2) der vollen Durchsteuerung bis zur Einstellung des gewünschten Gleichgewichtszustandes entgegenwirkt»
- 2. Schaltung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , daß die Spannung der Hilfsstromquelle durch die an einer in Serie mit einem Widerstand (R5) an der Speisespannung liegenden Zenerdiode (D35 auftretenden Spannung gebildet ist.009842/0600
- 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannung'der Hilfsstromquelle durch die Kniespannung einer in Serie mit einem Widerstand an der Speisespannung liegenden und in Flußrichtung betriebenen Diode gebildet ist.
- 4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des Steuertransistors (T2) über eine Dioden-Widerstands-Kombination (Dl, D2, R3) mit dem Verbindungspunkt (b) der Reihenschaltung des ersten Widerstandes (Rl) mit dem Motor (M) verbunden ist.
- 5· Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (R2) Schaltmittel zur Temperaturkompensation aufweist.
- 6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuertransistor (T2) Schaltmittel, insbesondere Kondensatoren (Cl) zur Unterdrückung von Regelschwingungen (Rückwirkung der Last) zugeordnet sind.ZEW/P(VI)str/mü
28. März 1969
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| DE1916675A1 true DE1916675A1 (de) | 1970-10-15 |
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| GB (1) | GB1240089A (de) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| FR2578502A1 (fr) * | 1985-03-07 | 1986-09-12 | Jidosha Kiki Co | Appareil d'assistance a la direction commande electriquement |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5434887B2 (de) * | 1972-04-13 | 1979-10-30 |
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Cited By (1)
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| FR2041114A1 (de) | 1971-01-29 |
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