DE1916675A1 - Control circuit for generating a constant speed with direct current collector motors - Google Patents
Control circuit for generating a constant speed with direct current collector motorsInfo
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Description
GRAETZ ■GRAETZ ■
KommanditgesellschaftLimited partnership
Altena/Westf.Altena / Westf.
Graetzstraße 50 ' ■Graetzstrasse 50 '■
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Regelschaltung zur Erzeugung einer konstanten Drehzahl bei Gleichstrom-Kollektor-MotorenControl circuit for generating a constant Speed for DC collector motors
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»The invention relates to a control circuit for achieving a constant speed with DC collector motors with permanent magnets, where the motor is in series with a power transistor and a (first) resistor, a voltage divider in parallel to the first resistor and motor is switched and one of ent ™ opposite line type as the power transistor selected Control transistor at the emitter of the one at the connection point of the voltage present at the first resistor and motor and at the base of the span present at the tap of the voltage divider = - voltage controlled in such a way (and in turn controls the power transistor in such a way) that fluctuations in the supply voltage through negative feedback can be reduced in its effect on the operating voltage, while with a higher power requirement of the The voltage of the motor increases depending on the control of the power and control transistor »
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.-For magnetic recorders, turntables and a number of others electronically driven devices are drives with constant rotation * number required. With AC-powered devices, this can easily be achieved depending on the Uetzfrequency.
Für Gleichstrom-, insbesondere BatterieStromversorgungen müssen dagegen zusätzliche Schaltungen vorgesehen werden, um bei wechselnder Belastung oder schwankender Metaspannung ein® konstant®' ." Drehzahl des Motors zu gewährleisten. ■For direct current, especially battery power supplies on the other hand, additional circuits are provided in order to achieve a® constant® 'with changing loads or fluctuating metal voltages. " To ensure the speed of the motor. ■
Bei einer bekannten Anordnung werden "ein I©ll@kt©x»mMot©r mit Permanentmagnet und ©ine Rag©Xs©haltung ¥@»@na@tO Bits© b@st©MIn a known arrangement, a I © ll @ kt © x » m motor with a permanent magnet and © ine Rag © Xs © holding ¥ @» @ na @ toO bits © b @ st © M
ZEWZP(VI)str/mtt ~2~ZEWZP (VI) str / mtt ~ 2 ~
28. Mäs?z 19β928.Mäs? Z 19β9
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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".here from a series connection of the motor with a resistor and a power transistor, which is controlled by a control transistor is controlled, its emitter to the connection between the motor and resistor and its base to the tap of a Voltage divider is connected, which of the series circuit Resistance - motor is connected in parallel. For a certain value the supply voltage, the speed and the motor load are located the circuit is in the "state of equilibrium".
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.This circuit works satisfactorily as soon as the operational situation has arisen. However, there are certain Difficulties during start-up, as the power and control transistors often remain blocked at the beginning and the motor as a result does not start.
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.It is also already known to provide a bridging resistor, to start the motor. However, difficulties arise in the dimensioning of this Resistance. If the resistance chosen is too small, it worsens the control behavior with regard to fluctuations in the operating voltage. If, on the other hand, it is chosen too large, the voltage curve at the inductance of the motor winding can under certain circumstances not enough to turn on the power transistor and the control transistor long enough. Difficulties also arise when the motor is to start under difficult load conditions (e.g. temperature-related).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung für Gleichstrommotore anzugeben, die ein sicheres Anlaufen des Motors gewährleistet.The invention is based on the object of a control arrangement for DC motors that ensure safe starting of the Motor guaranteed.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß diese Eigenschaften in hohem Maße vorhanden sind und eine große Betriebssicherheit gewährleistet ist.The invention has the advantage that these properties are present to a large extent and ensure a high level of operational reliability is.
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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.Despite these advantages, the arrangement is over known Circuits are not more expensive, since the tolerance restrictions required in known circuits for the transistors (under difficult Conditions such as operation at low temperatures have so far been possible despite a special selection of transistors cannot be guaranteed for a safe start) is no longer necessary are.
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. The invention is characterized in that the motor potential and / or the voltage divider potential to the potential an auxiliary power source is raised to such an extent that the voltage of the auxiliary power source (or a corresponding part) controls the ~ ertransistor on the base and the power transistor so far that the motor starts up when approaching the Operating case the rising voltage at the emitter of the control transistor counteracts full control until the desired state of equilibrium is set.
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.....According to a further embodiment of the invention, the voltage of the auxiliary power source is determined by the one in series and one resistor voltage generated at the supply voltage .....
Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung ist die SpannungAccording to another aspect of the invention is the voltage
der Hilfsstromquelle durch die Kniespannung einer in Serie mitthe auxiliary power source through the knee voltage one in series with
\ einem Widerstand an der Speisespannung liegenden und in Flußrichtung betriebenen Diode, gebildet. \ a resistor at the supply voltage and operated in the forward direction diode.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher besehrieben. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it
Figur 1 das Prinzip einer bekannten SchaltungFigure 1 shows the principle of a known circuit
Figur 2 und 3 erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele im Vergleich zu der in Figur 1 dargestellten bekannten Schaltung.Figure 2 and 3 exemplary embodiments according to the invention in comparison to the known circuit shown in FIG.
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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.The motor M shown in Figure 1 is a DC collector motor with permanent magnet. The control circuit consists of the series connection of the motor M with the resistor Rl and the Power transistor Tl, which is controlled by the control transistor T2 (opposite Conduction type) is controlled, the emitter of which is at the junction b of the motor M with the resistor Rl and its base at the tap of a voltage divider R2 (circuit point c) lies, which is connected in parallel to the series circuit of resistor R1 and motor M. The diodes Dl, D2 and the Resistor R3 only serves to shift the potential in order to ensure the desired operating point of the control transistor T2. The circuit is in equilibrium for a certain value of the supply voltage, speed and motor load. Fluctuations in the supply voltage Ul and thus the voltage at circuit point a appear almost in full at the emitter, but at the base of the transistor T2 only with the proportion of the division ratio of the voltage divider R2. This creates a negative feedback effective, which causes an almost constant voltage at point a and thus at motor M. However, increases as a result If the motor current increases when the load increases, the higher voltage drop across the resistor Rl causes both transistors to control more intensely, the voltage at the motor M rises and counteracts the drop in speed Circuit elements possible, the speed in the event of fluctuations in both the supply voltage and (within certain limits) the To keep the load almost constant. The capacitor Cl serves to suppress any control oscillations (reaction of the Load). If necessary, parts of the voltage divider R2 can have switching elements for temperature compensation.
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»This circuit works satisfactorily once the Has stopped operating case. Difficulties arise anyway at the start. When the operating voltage Ul is applied, the transistor Tl is blocked and the entire voltage drops across it. Point a and thus the base of transistor T2 have a voltage which hardly exceeds the O potential. T2 and thus Tl remain blocked: the motor M cannot start »
-5-003842/0600 -5-003842 / 0600
R.Voy 3 -*Γ- '■-'■"-■ «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.It is known to insert a resistor R4 in order to achieve a purchase of the motor M. After applying the voltage Ul, a current then flows through the resistor R4 and the motor M. At the inductive component L of the motor winding, a voltage pulse occurs that is high and (with correct dimensioning of the resistor R4) long enough, and the Via Rl, R2, the transistor T2 and thus Tl until the engine M has started. However, there are difficulties in dimensioning. If the resistor R f * that is set too small s deteriorated he the control response to fluctuations in the operating voltage Ul, he other hand, is too large, the motor M voltage waveform generated by the inductive component L can may not be sufficient for the transistors T2 and Tl long enough to steer through. Difficulties also arise when the motor M is to start under difficult load conditions (possibly due to temperature). After a certain time, only the voltage drop generated by the real component of the motor winding remains at point b (if the first opening was not sufficient to start the motor M) ο However, this is far too low to prevent the transistors from blocking.
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-According to the invention, an auxiliary current source is therefore introduced. This consists (see FIG. 2) of the resistor R5 and the diode D3 (Zener diode or, as here, a silicon diode operated in the direction of flight). The voltage divider R2 is raised to the potential at this diode ■ (connection point d) and s when the partial voltage at the base of the control transistor T2 is high enough, the control transistor Ί? 2 and the control = transistor Tl are turned on until the voltage on Motor M has become so high that a current flows through Dl 3 D2 2 R3. This state is only reached when motor M has started. The auxiliary voltage at point c is always high enough from 5 through-control of the transistors when T2 is a Q © rmanlumtransi ° disturbing and / or when with low Besfcx ° i © bsspammng®n-
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R. voy j -i·- R. voy j -i -
gearbeitet wird, wobei das Potential des Punktes c aus diesem Grunde nahe bei dem des Punktes d liegt.is worked, the potential of the point c from this Basically close to that of point d.
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.If this is not the case, it is sufficient that the voltage of the auxiliary power source is applied to the series circuit: R2, Rl, motor M distributed, the voltage at point c is no longer off. In this Case (see Figure 3) the resistor R2 and the motor M must be raised to the potential of point d, since then the full auxiliary voltage at the base of transistor T2 comes into play.
6 Patentansprüche6 claims
1 Blatt Zeichnungen (3 Fig.)1 sheet of drawings (3 fig.)
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