DE2031100C3 - Anordnung zur Drehzahl- und Drehrichtungssteuerung eines Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahl- und Drehrichtungsstcuerumg eines aus einer Gleichspannungsquelle iiber unter Verwendung eines Sägezahnsignalgenerators in Abhängigkeit von der Größe und Polarität einer Steuerspannung gesteuerte Transistoren gespeisten Gleichstrommotors.

Bei einer bekonnten volltransistorisierten Anordnung dieser Art (USA.-Patentschrift 2 921 247) sind für die beiden Drehrichtungen des Gleichstrommotor« zwei Transistor-Leistungsstufen vorgesehen. Je nach Polarität der von einer besonderen Gleichspannungsschaltung zu prüfenden Steuerspannung wird die eine oder andere Leistungsstufe angesteuert, und zwar unter weiterer Berücksichtigung der Amplitude der Steuerspannung. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß sie für die Speisung des in beiden Drehricblungen anzutreibenden Gleichstrommotors zwei Transistor-Leistungsstufen benötigt, denn die Bauelemente für eine Transistor-Leistungsstufe sind rech) teuer.

Bei einem bekannten anderen derartigen Antriebssystem (USA.-Patentschrift 3427520) hängt die Drehzahl und Drehrichtung des Motors von einei Impulsfolge ab. Zur Verarbeitung dieser Impulsfolge sind ein Sägezahnsignalgenerator und zwei gleich aufgebaute Steuerkanäle vorgesehen. Die Steuerkanäle sind miteinander und mit dem Sägezahnsignalgenerator gekoppelt, daß dem Motor nur dann Leistung zugeführt wird, wenn nicht beide Eingänge der Steuerkanäle gleichzeitig ein Steuersignal erhalten. Die Drehrichtung des Motors hängt davon ab, welches Steuersignal länger andauert. Der schaltungstechnische Aufbau einer solchen Schaltung isl wegen der beiden gleichartigen Steuerkanäle für die Leistungsversorgung des Motors ebenfalls aufwendig.

Bei einer bekannten anderen Schaltung (schweizerische Patentschrift 493 962) zum Verändern dec einem elektromagnetischen Gerät zuzuführenden Gleichstromleistung ist ein Sägezahnsignalgenerator und ein Rechtecksignalgenerator vorgesehen. Diese Schaltung ist für einen Antrieb in beiden Drehrichtungen nicht geeignet, weil sie keine Drehrichtungssteuerung aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Aufbau einfaches und im Energieverbrauch sparsames Antriebssystem mit nur einer Transistor-Leistungsendstufe zur stufenlosen Drehzahl- und Drehricntungssteuerung in Abhängigkeit von einem einzigen Steuersignal zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bi^: \ner Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Rcchtecksignalgenerator mit einer Widerstandsanordnung und mit dem Sägezahnsignalgenerator, diesen triggernd, verbunden ist. daß das als überlagertes Rechteck- und Sägezahnsignal gebildete Ausgangssignal des Sägezahnsignalgenerators einem ein Eingangsglied der Widerstandsanordnung bildenden Drehzahl- und Drehrichtungswähler zugeführt ist, der zusätzlich mit einem für die Steuerung der Drehrichtung mitlels eines Drehrichtungsschützes maßgebenden bistabilen Multivibrator verbunden ist, und daß an Ausgangsklemmen der Widerstandsanordnung zwei Transistoren eines Schmitt-Triggers angeschlossen sind, der in Abhängigkeit von der Größe der ihm von der Widerstandsanordnung zugeführten Steuerspannung die Impulsbreite der Transistoren einer einzigen Leistungsendstufe steuert.

Die Erfindung schafft die Möglichkeit, bei einfachem Schaltungsaufwand mit einem einzigen Signal die Drehzahl und die Drehrichtimg zu verändern. Wegen der Aufspaltung des den Motor versorgenden Schaltungsteils in eine Leistungsendstufe und in den für die Steuerung der Drehrichtung mittels eines Drehrichtungsschützes maßgebenden bistabilen Multi-

vibrators wird nur eine einzige Leistungsendstufe benötigt. Auf Grand der angewandten überlagerten gettamplitudensteuerung ist der Wirkungsgrad der Anordnung gut.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Drehzahl- und Drehrichtungswähler ein Potentiometer enthalten, dessen von Hand oder mechanisch verstellbarer Abgriff mit dem Ausgang des Sä'gezahnsignalgenerators und dessen äußere Anschlüsse mit je einem Widerstand der Widerstandsanordnung und über Dioden mit Eingängen des bistabilen Multivibrators verbunden sind. In einer Alternative kann der Drehzahl- und Drehrichtungswähler an Stelle des Potentiometers ein Widerstands-T-Glied enthalten, über dessen mittleren Verbindungspunkt eine nach Größe und Polarität wählbare Steuerspannung zuführbar ist. Diese Alternative ist besonders für die Fernsteuerung geeignet.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zum Antrieb eines Fahrzeugs mittels Zweiradantrieb sind zwei Gleichstrommotoren mittels einer Leistungsendstufe in Abhängigkeit von der Einstellung je eines Potentiometers je eines zugehörigen Drehzahl- und Drehrichtungswählers steuerbar, wobei die Abgriffe der beiden Potentiometer über eine Einhebelsteuervorrichtung gemeinsam betätigbar sind. Diese Ausbildung mit zwei Gleichstrommotoren erbringt ein differentiates Antriebsverhalten bei nur einer Steuermaßnahme. Richtungsänderungen des Fahrzeugs werden dabei durch verschieden stärke Leistungsansteuerungen der Motoren erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steueranordnung mit zwei Gleichstrommotoren,

Fig. 2 das ausführliche Schaltbild zu dem Blockschaltbild der Fi g. 1 und

Fig. 3 einen Teil einer elektrisch einstellbaren Steuereinheit.

Von einem als Sperrschwinger arbei;enden Rechtccksignalgenerator 1 (Fig. 1) wird ein Rechtecksignal konstanter Breite und Amplitude zu einem Säpezahnsignalgenerator 2 und tu zwei Schmitt-Triggern 5a, Sb für die Drehzahlsteuerung geleitet. Das Rcchtecksignal triggert den Sägezahnsignalgenerator 2. Am Ausgang des Sägezahnsignalgenerators 2 wird ein verstärktes Rechtecksignal mit überlagertem Sägezahnsignal als Integtationsimpuls gleicher Frequenz abgeleitet. Dieses überlagerte Rechteck- und Sägczahnsignal wird dem Eingang eines mechanisch oder elektrisch einstellbaren Drehzahl- und Drehrichtungswählcrs 3a, 3/? zugeführt. An den beiden Ausgängen dieses Drehzahl- und Drehrichtimgswählers 3a, 2>b sind der Eingang eines bistabilen Multivibrators 4α, 4b für die Drchrichtungssteucrung und ein zweiter Eingang des Schmitt-Triggers Sa, 5 b für die Drehzahlsteuerung mit nachgeschalteter Leistungsendstufe 6a, 6b angeschlossen. Am Ausgang des Multivibrators 4α, 4b ist ein in Fig. I nicht dargestelltes Drehrichhingsschütz für die Polung der dem Gleichstrommotor Ml, M 2 über die Leistungsendstufe 6a, 6b zuzuführenden Spannung angeschlossen. Der Multivibrator 4a, Ab für die Drehrichtungsstcuerung arbeitet derart, daß ent- ⁶S sprechend der Polarität des Alisgangssignals des Drehzahl- und Dvchrichtungswälilers 3a. 3 b die Polun.e der Motorspannung geschaltet wird. Der Schmitt-Trigger Sa, Sb for die Drehzahlsteuerung arbeitet in der Weise, daß in Abhängigkeit von der Amplitude des Ausgangssignals des DrehzaW- und Drehrichtungswählers 3 a, 36 die Impulsdauer for die Stromzufuhr zum Gleichstrommotor Ml. Mt eingestellt wird.

Die Wirkungsweise der Steueranordnung wird im folgenden an Hand des Schaltbildes der Fig. 2 erläutert:

In dem Sägezahnsignalgenerator 2 wird mit Hilfe eines Unijunction-Transistors Tl und der Bauelemente Rl, Cl, Dl, Dl eine Sägezahnspannung erzeugt. Ein Rechtecksignal wird in dem als Sperrwandler arbeitenden Rechtecksignalgenerator 1 erzeugt. Dazu tragen die Bauelemente T4, Cl, RS, R6, TrI, D3, Rl und C3 bei. Das Rechtecksignal gelangt über einen Spannungsteiler Rl, R 4 an die Basis eines Transistors 7*3, wird verstärkt und auf den Emitter des Unijunction-Transistors Tl gegeben, wodurch dessen Triggerung be' .irkt wird. Das Rechtecksignal und das Sägezahnsigpal haben deshalb beide die gleiche Frequenz von z. B. 160 Hz. Das getriggerte. überlagerte Sägezahn-Rechtecksignal gefangt an die Basis eines Transistors Tl, wird darin verstärkt und fällt an dessen Emitterbasiswiderstand R 3 als positives Signal ab. Dieses Signal gelangt an das verschiebbare Kontaktstück eines Potentiometers Pl, P 2 je Gleichstrommotor. An die beiden Enden des Potentiometers Pl, P 2 ist je ein Spannungsteiler RIlO, RUl und Rill, R 113 sowie R 210. R212 und R 211. R 213 angeschlossen. Durch die von Hand oder mechanisch einstellbare Potentiometerstellung wird die Abbildung des Signals an den beiden an das Potentiometer Pl, P2 angeschlossenen Spannungsteilers amplitudenmäßig derart beeinflußt, daP das Signal an den beiden Spannungsteilern bei einem in der Mittelstellung befindlichen Kontaktstück gleich groß ist, also symmetrisch, und bei Verschiebung des Kontaktstückes aus der Mittelstellung verschieden groß, also unsymmetrisch, abgebildet wird.

Statt des Potentiometers Pi, Pl kann auch das in Fig. 3 dargestellte Widerstands-T-Olied mit den Widerständen R'. R". R\ R^r. K angeschlossen werden. Die Punkte A. B. C sind an die entsprechenden Punkte der Schaltung der Fig. 2 anzuschließen. Durch entsprechende Auswahl der \Viderstandsv:erte kann dieses Widerstands-T-Glied an eine vorhandene Anordnung angepaßt werden. An die Klemmen V
und (.' wird eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Am Anschluß. IU kann eine veränderbar· Gleichspannung als Steuerspannung angeschlossen werden. Die einzelnen Bauelemente sind so ausge wählt, daß bei einer Steuerspannung gleich Null die Spannungen an den Widerständen R" und R^y gleich groß sind. Durch Anlegen einer von Null abweichenden Steuersnannung werden diese Spannungen ungleich groß, so daß die nachgeschalteten Schaltkreise entsprechend unterschiedlieh angesteuert werden. Dieses Widerstands-T-Glied eignet sich insbesondere für eine Fernsteuerung der Steueranordnung.

Da die weiteren Steuereinrichtungen für die beiden in Fig. 2 dargestellten Gleichstrommotoren Ml und M 2 völlig gleich aufgebaut sind, werden nachfolgend nur die weiteren Steuereinrichtungen für den Gleichstrommotor Ml beschrieben.

Je zwei Signale gelangen über die Spannungsteiler RIlO. R112 und Rill, R113 an die Basis der Transistoren T14 und TlS: Das Rechtccksignal des

Rechtecksignalgcncrators 1 und tins über den Drehzahl- und Drehrichlungswähler 3a, 3 b symmetrisch oder unsymmetrisch abgebildete überlagerte Rechteck- und Sägczahnsignal. Der Wühler 3« ist so dimensioniert, daß bei Mittelstellung des Kontakt-Stückes am Potentiometer /' 1 clic Transistoren T14. T15 ein schwach negatives Signal erhalten und somit gesperrt sind. Man kann die Anordnung der Transistoren 7Ί4, 715 als Schmitt-Trigger ohne limitierwiderstand bezeichnen, da ihre Wirkungsweise die gleiche wie die eines Schmitt-Triggers ist. Ab einer gewissen üasisspannung wird einer der Transistoren 714 oder T15 übersteuert und formt das anliegende Rechteck- und Sägczahnsignal zu einem Rechtecksigna! um. Die Frequenz des neu entstehenden Rcchtecksignals bleibt die des Rechtecksignalgencrators I, z. 0. IW)Hz, jedoch Impulszeit und Sperrzeit sind auf Grund der unterschiedlichen Stcucrsignalampliüidc stark verschieden. Bei voller Aussteuerung erreicht die fmpulszcit nahezu K)O⁰Zn. und die Sperrzeit geht gegen Null. Welcher der beiden Transistoren 7Ί4. 715 gerade durchgeschaltct wird, hängt von der Einstellung des Drehzahl- und Drclirichlungswa'hlers 3a ab.

Die Drehrichtungsstcucrung erfolgt mittels weitercr Transistoren TIl, TU und 7Ί3. Die Transistoren 711 und 7Ί2 bilden zusammen mit den Widerständen R 101, R 102 und Λ104 bis Λ107 einen bislabilen Multivibrator. Gelangt ein amplitudenbeeinflußtes Signal an die Diode DIl. so wird es mit ihrer Hilfe in einen angenäherten Rcchlcckimpuls umgewandelt und schallet den Transistor T12 durch. Dadurch gelangt über einen VVidcrstand Λ 103 ein positives Signal an die Basis von Transistor 7" 13.

Dies bewirkt ein Durchschalten des Transistors 71 iiiici ermöglicht das Anziehen eines Drehrichtung! scliülzes/·'/,. Gleichzeitig wird der Transistor 7 1 gesperrt.

Entsprechendes gilt, wenn die Basis \0111 Tran¹» stör 711 angesteuert wird.

Dann wird der Transistor 712 gesperrt und eben falls der Transistor /13, so daß das Drehriehtungs schütz IL aus der dargestellten Stellung nicht um schalten kann.

Line Diode I) 13 bildet für die im Drehriclitungs schütz FI. induzierte Ausschaltspannung einen Kurz sehlul.! und schützt somit den Transistor Γ13 λ οι Zerstörung.

Das um Kmiltcr der 'Transistoren 7" 14 und 7 15 anstehende Rechtecksignal gelangt an die Basis de* 'Transistors 7'lft, der lediglich zur Erzeugung des Basisstromes für die Lcislungsendstufc 6« dient. Die Lcislungsendstufe da wird aus zwei parallelgeschallcten, auf gleiche Charakteristiken hin ausgesuchten pnp-L.eislungslransistoren 7 17. 718 gebildet, die zusammen die Ausgangsleistung erzeugen. Zwischen die Basen und die limitier dieser Transistoren 717. 7 18 ist ein Widerstand Λ 114 geschaltet, durch den ein stabiles Tcmperaturvcrhaltcn erreicht wird. Eine Diode /J14 längt wie die Diode D13 beim Drehrielilungsscliiitz FL beim Aus- oder Umschalten des Motors Ml entstehende Spannungen auf.

Als Antrieb wird zwcckmäßigerwcisc ein Gleichstrommotor mit permanent magnetischer Erregung verwendet. Der Grund hierfür liegt im hohen Wirkungsgrad und im Wegfall einer elektromagnetischen Feldcrzcugung. wodurch die Batterie unnötig belastet würde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Drehzahl- und Drehrichtungssteuerung eines aus einer Gleichspannungsquelle iiber unter Verwendung eines Sägezahnsignalgenerators in Abhängigkeit von der Größe und Polarität einer Steuerspannung gesteuerte Transistoren gespeisten Gleichstrommotors, dadurch gekennzeichnet, daß ein Recht- tp ecksignalgenerator (1) mit einer Widerstandsanordnung (Pl, P2, Rim bis R113, H210 bis R 213) und mit dem Sägezahnsignalgenerator (2), diesen triggernd, verbunden ist, daß das als überlagertes Rechteck- und Sägezahr.signal gebildete Ausgangssignal des Sägezahnsignalgenerators (2) einem ein Eingangsglied der Widerstandsanordnung bildenden Drehzahl- und Drehrichtungswähler (3 a, ?. b) zugeführt ist, der zusätzlich mit einem für die Steuerung der Drehrichtung mittels eines Drehrichtungsschützes (FL, FR) maßgebenden bistabilen Multivibrator (4a, 4b) verbunden ist, und daß an Ausgangsklemmen der Widerstandsanordnung zwei Transistoren (7Ί4, TlS; T 24, T 25) eines Schmitt-Triggers (5 a, Sb) angeschlossen sind, der in Abhängigkeit von der Größe der ihm von der Widerstandsanordnung zugeführten Steuerspannung die Impulsbreite der Transistoren (T 17, Γ18; 727, Γ28) einer einzigen Leistungsendstuie (6a, 6b) steuert.

2. Anordnung nach Anspr'chl, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl- und Drehrichtungswähler (3a, 3b) ein Potenziometer (Pl, P2) enthält, dessen von Hand oder mechanisch verstellbarer Abgriff mit dem Ausgang des Sägezahn-Signalgenerators (2) und dessen äußere Anschlüsse mit je einem Widerstand (RUQ. AIII; R210, Λ 211) der Widerstandsanordnung und über Dioden (DIl, D12; D21, D22) mit Eingängen des bistabilen Multivibrators (4α, 4b) verbunden 4c sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl- und Drehrichtungswähler (3a, 3 b) an Stelle des Potentiometers (Pl, P2) ein Widerstands-T-Glied (R', R", R>, R^x, R) enthält, über dessen mittleren Verbindungspunkt eine nach Größe und Polarität wählbare Steuerspannung zuführbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, bei Verwendung zum Antrieb eines Fahrzeugs mittels Zweiradantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gleichstrommotoren (/ViI, M2) mittels je einer Leistungsendstufe (6a, 6b) in Abhängigkeit von der Einstellung je eines Potentiometers (Pl, P2)

je eines zugehörigen Drehzahl-und DrehrichUings-Wählers (3a, 3 b) steuerbar sind und daß die Abgriffe der beiden Potentiometer (Pl, P2) über eine Einhebelsteuervorrichtung gemeinsam betätigbar sind.

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