DE2031577B2 - Schaltungsanordnung zum steuern der drehzahl eines ueber steuerbare halbleiter, insbesondere thyristoren, gespeisten gleichstrommotors - Google Patents

Description

des Operationsverstärker» etwa gleich groÜ sind, gelangt der Operationsverstärker aus dem Sättigungszustand, wodurch der Schalttransistor allmählich in den Leitzustand und in einen Betriebspunkt gelangt, in dem er eine Impedanz aufweist, die der Höhe der Spannung im Rückkopplungspfad entspricht. Damit wird diese Spannungsgröße dauernd am Kondensator gehalten und die Drehzahl konstant gehalten. Wird dagegen eine kleinere Drehzahl eingestellt so verändert sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers derart, daß der Schalttransistor in stärkerem Maße leitfähig wird, wodurch ein Teil der Ladung des Kondensators abfließt. Der hohe Verstärkungsfakior des Operationsverstärkers und die vergrößerte Leitfähigkeit des Schalttransistors führen dazu, daß ohne Überschwingen die Drehzahl dem Spannungsverlauf folgt

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet Die im Anspruch 2 angegebene Maßnahme, den Kondensator mit einem Widerstand zur Bildung eines ÄC-GIiedes zu verbinden ist bekannt (DT-PS9 26 148).

Anhand der Zeichnung wird ein«.* Ausführungsform näher beschrieben. Diese zeigt einen Gfeichstrommotor 220, dessen Anker von einem Gleichrichter 21 gespeist wird, welcher über drei Eingangsleitungen 22,23,24 mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Dabei sind steuerbare Halbleiterschalter 25, 26, 27, nämlich Thyristoren, vorgesehen, die durch in Zündkreiscn 28, K, 30 erzeugte öffnungssignaie über die Leitungen 44-49 angesteuert werden. Die Zündkreise 28, 29, 30 werden durch ein Ausgangssignal gesteuert, das über eine Leitung 3! von einem Regelverstärker 32 zugeführt wird, der in Abhängigkeit von verschiedene!. Eingangssignalen arbeuet.

Der Motor 20 ist über Leitungen 33 und 34 an den Gleichrichter 21 angeschlossen. Wenn die Schalter 35 und 36 geschlossen sind, fließt ein Strom durch den Motor 20 in einer ersten Richtung und bewirkt damit eine Drehung des Motors in einer bestimmten Drehrichtung Wenn die Schalter 35 und 36 geöffnet und die anderen Schalter 37 und 38 geschlossen sind, dann ist die Drehrichtung des Motors 20 umgekehrt.

Eine Feldwicklung 40 des Motors liegt zwischen Leitungen 22 und 33. Drei Dioden 41, 42, 43 liegen jeweils in Reihe mit Halbleiterschaltern 25, 26, 27. Die Eingangsleitungen 22, 23, 24 sind jeweils an den Verbindungspunkt einer Diode und eines Halbleiterschalters gelegt.

Zwischen der Leitung 33 und Masse ist eine Freilaufdiode 50 gelegt Wegen des induktiven Vernaltens des Motors fließt auch nach Abschalten des Stromes durch einen Halbleiterschalter noch ein Strom durch den Motor. Die Freilaufdiode 50 schließt den Weg für diesen Strom. Zwischen die Leitung 34 und Masse ist ein Widerstand 51 geschaltet. Ein Potentiometer 52 ist ebenfalls zwischen die Leitung 34 und Masse gelegt, dessen Abgriff über einen Widerstand 53 und eine Leitung 54 zu dem Regelverstärker 32 führt. Zwei Widerstände 57 und 58 liegen in Reihe zwischen der Leitung 30 und Masse, und eine Leitung 60 führt von dem Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände zu einem ersten Eingang des Regel Verstärkers 32

Der Regelverstärker 32 erhält außerdem eine die Drehzahl bestimmende Regelspannung über eine Ausgangsieitung 61 eines Steuergiiedes 52, dem ein Eingangssignal vom Abgriff eines Sollwertgebers 63 zugeführt wird, der in der Zeichnung als Potentiometer 63 dargestellt ist. Das Steuerglied 62 hat die Aufgabe, eine in Form einer Sprungfunktion auftretende Änderung der Einstellung des Potentiometers 63 in einen allmählichen, weichen Obergang der die Drehzahl bestimmenden Regelspannung umzusetzen und ein Überschwingen bei der Herabsetzung der Drehzahl zu vermeiden.

Drei Dioden 64, 65, 66 liegen in Reihe zwischen der Leitung 54 und Masse ak Schutz gegen eine unzulässig hohe Spannung, die über die Leitung 54 auf den

ίο Regelverstärker 32 gelangt, wenn der Widerstand 51 offen ist oder wenn aus irgendeinem anderen Grund am Widerstand 53 plötzlich ein besonders starker Strom auftritt Ein Widerstand 67 liegt zwischen Masse und einem gemeinsamen Leiter 68, der die Kathoden aller Halbleiterschalter 25,26,27 miteinander verbindet Von diesem Verbindungspunkt mit dem Widerstand 67 führt ein Leiter 70 zu dem Regelverstärker 32.

Das Steuerglied 62 enthält einen Operations-Verstärker 80, der ein Schaltsignal abgibt, wenn das Potentiometer 63 verstellt wird, um eine Drehzahlerhöhung einzuleiten. Ein ÄC-Glied ist aus einem Kondensaior 81, einem Widerstand 82 und einem Potentiometer 83 gebildet und dient zur Einstellung der Zeit für die lineare Beschleunigung. Die Aufladung des Kondensators 81 liefert das benötigte Signal für die linear«: Drehzahländerung, das über die Ausgangsleitung 61 dem Regelverstärker 32 zugeführt wird, wenn der Abgriff des Potentiometers 63 verändert wird und dadurch ein sprunghaftes Änderungssigna! entsteht Ein erster Schalttransistor 84, in der Zeichnung als PNP-Transistor dargestellt, verhindert die Aufladung des ÄC-Gliedes solange, bis der Operationsverstärker 80 ein Schaltsignal abgibt. Wenn dieser Schalttransistor durchgesteuert wird, weil entweder die neue höhere Drehzahl erreicht wurde oder weil ein neuer Sollwert zur Herabsetzung der Drehzahl eingestellt würde, so wird der Kondensator 81 sofort entladen und damit ein Überschwingen oder Unterschwingen der Ist-Drehzahl verhindert.

Die Anschlüsse des Operationsverstärkers 80 sind intern verschaltet mit Ausnahme der Ausgangsklemme 7, wie es üblicherweise geschieht. Ein Eingang 10 ist über eine Reihenschaltung zweier Widerstände 85 und 86 an den \bgriff des Potentiometers 63 gelegt. Ein Kondensator 87 liegt zwischen der Bezugs- oder Masseleitung 88 und dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 85 und 86. Ein zweiter Eingang 12 ist über einen Widerstand 90 an die Ausgangsleitung 61 gelegt. Eine Klemme 8 ist mit einem Anschluß 91 verbunden, über den eine negative Vorspannung zugeführt wird, und ein Anschluß 92 liegt an einer Klemme 3 des Operations-Verstärkers, über die eine positive Spannung zugeführt wird, wenn die Schaltung in Petrieb gesetzt wird. Zur Freiquenzkompensation sind ein Kondensator 93 zwischen den Klemmen 5 und 7 und die Reihenschaltung eines Kondensators 94 und eines Widerstandes 95 zwischen den Klemmen 1 und 14 vorgesehen. Zwischen der Ausgangsklemme 7 des Operations-Verstärkers und der Basis des ersten Schalttransistors 84 vom PNP-Typ liegt ein Widerstand 96. Dieser Schalttransistor liegt mit seinem Emitter an Masse, während sein Kollektor mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Kondensators 81, des Widerstandes 82 und der Basis eines zweiten Schalttransistors 97

<<5 verbunden ist, der in der Zeichnung als PNP-Transistor dargestellt ist Eine Klemme 98 dient als Eingang zum Zuführen einer negativen Spannung, während eine Klemme 100 eine entsprechende Verbindung zur

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Zuführung einer positiven Spannung darstellt, wenn die Schaltung in Betrieb gesetzt wird. Zwischen der Ausgangsieitung 61 und der Masseleitung 88 liegt die Reihenschaltung eines Widerstandes 101 und einer Diode 102. Ein weiterer Widerstand 103 ist zwischen der Klemme 100 und der gerneinsamen Verbindung des Widerstandes 101 und der Diode 102 angeschlossen.

Solange anfangs keine Veränderung des Sollwerts erfolgt, der von dem Potentiometer 63 geliefert wird. liegt ein Signal mit negativer Polarität an der Ausgangsklemme 7 des Operations-Verstärkers 80, und dieses Signal gelangt über den Widerstand 96 auf die Basis des Schalt-Transistors 84, wodurch dieser leitend gehalten wird. Dies bewirkt daß der erste Schalttransistor 84 die Aufladung des ÄC-Gliedes 81,82,83 solange verhindert, bis ein größeres Signal vom Potentiometer 63 geliefert wird.

Nimmt man jetzt an, daß der Abgriff des Potentiometers 63 nach oben verschoben wird, d. h. in Richtung auf die Klemme 105, so wird dadurch eine sprunghafte Änderung des Signals erzielt, das über die Widerstände 86 und 85 auf den Eingang 10 des Operations-Verstärkers 80 gelangt Dieses Eingangssignal ruft eine Veränderung der Polarität des Ausgangssignals an der Klemme 7 hervor, wodurch der Schalttransistor 84 gesperrt wird. Demzufolge wird der Kondensator 81 durch den Strom auf der Masseleitung 88 aufgeladen, der über den Kondensator 81, den Widerstand 82 und das Potentiometer 83 zur Klemme 98 fließt Dieser Aufladevorgang erzeugt einen linearen Spannungsanstieg, der über den Schalttransistor 97 und über die Ausgangsleitung 61 zu dem Regelverstärker 32 gelangt.

Der Schalttransistor 97 ist in Emitter-Folgeschaltung mit einem Widerstand 101 verbunden. Eine Diode 102. der über einen Widerstand 103 von einer positiven Spannungsquelle, dargestellt durch die Klemme 100, ein Strom zugeführt wird, liefert eine Vorspannung von etwa 0,7 V für den Schalttransistor 97, wodurch dieser gerade in den leitenden Zustand gebracht wird, wenn

die Spannung von dem Potentiometer 63 und die Spannung an dem Kondensator 811 etwa Null beträgt. Auf diese Weise wird eine merkliche Totzeit des linearen Spannungsanstiegs verhindert, wenn die Drehzahl von Null aus erhöht wird.

Wie bereits oben erwähnt ist es wichtig, das die über die Ausgangsleitung 61 kommende Spannung einen linearen Anstieg aufweist Dieser Spannungsanstieg erfolgt solange, bis die Endspannung die Bexugsspannung an dem Eingang 10 des Operationsverstärkers 80 erreicht. Dies erfolgt durch eine negative Rückkopplung über den Widerstand 91) auf den Eingang 12 des Operations-Verstärkers 8Cl. Zur Erzielung der Linearität trägt auch bei, daß der Pegel der der Klemme 98 des ÄC-Gliedes zugeführten Spannung derart gewählt ist, daß die gesamte Amplitude der Änderung des Spannungsanstieges an dem Kondensator )H wesentlich kleiner, nämlich mindestens eine Größenordnung kleiner, als der Pegel der Spannung ist, die der Klemme 98 zugeführt und mit der der Kondensator 81 aufgeladen wird. Unter »Größenordnung« werden Veränderungen um den Faktor 10 im Hinblick auf einen Bezugswert verstanden. Nimmt man z. B. die Zahl 5 als Bezugswert, so gelten andere Werte zwischen Vs bis zum 5fachen des Bezugswertes (von 1 bis 25) als innerhalb derselben Größenordnung liegende Werte wie der Bezugswert 5. Werte von 0, j bis 1,0 liegen somit gegenüber dem Wert 5 um eine Größenordnung niedriger, und Werte zwischen 0,01 bis 0,1 um zwei Größenordnungen niedriger usw. E»ie Schaltungsanordnung gewährleistet daß der gesamte Spannungsanstieg während der anfänglichen Ladezeit des Kondensators 81 erfolgt, d. h. innerhalb einer Zeit die wesentlich kleiner als die Zeitkonstainte ist Auf diese Weise wird der lineare Anstieg auf der Ausgarigsleitung 61 erzielt, wenn am Eingang lOdesOperations-Verstflrkers ein die Drehzahl erhöhendes Signal mit einer Spirungfunktion auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Steuern der Drehzahl eines aber steuerbare Halbleiter, insbesondere Thyristoren, gespeisten Gleichstrommotors, mit einem ausgangsseitig an die Steuerelektroden der Halbleiter angeschlossenen Verstärker und einer eingangsseitig an einen eine Spannung abgebenden Führungsgrößengeber für die Drehzahl und ausgangsseitig an den Verstärker angeschlossenen Steuerglied fur konstante Beschleunigung mit einem Kondensator, dessen Aufladung zur Erzeugung eines linearen Spannungsanstieges am Eingang des Verstärkers für eine Drehzahlerhöhung abhängig von einer schnellen Änderung der Führungsgröße und dessen Entladung zur Unterbrechung des Spannungsanstieges für eine Drehzahlverringerung durch einen Schalttransistor gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung einen Kreis zu/n Regeln der Drehzahl lufweist, in welchem der Führungsgrößengeber ein Sollwertgeber (63) und der Verstärker ein Regelverstärker (32) ist, und daß das Steuerglied (62) einen Operationsverstärker (80) aufweist dessen beide Eingänge (?.0.12) mit dem Sollwertgeber (63) und der Ausgangsleitung (61) des Steuergliedes (62) verbunden sind, wobei abhängig von einem Vergleich der Eingangsspannungen der Operationsverstärker ein Schaltsignal zum Kurzschließen des Kondensators (Sl) dem als ersten zu bezeichnenden Schalttransistor (84) zuführt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (81) mit einem Widerstand (82. 83) verbunoen ist und die Zeitkonstante des dadurch gebildeten KC-Gliedes so gewählt ist daß dem Regelverstärker (32) nur der lineare Abschnitt des Spannungsanstieges am Kondensator (81) zugeführt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kondensator (81) und der Ausgangsleitung (61) ein zweiter Schalttransistor (97) vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet daß die Basis des ersten Transistors (84) mit der Ausgangsklemme (7) des Operationsverstärkers (80), der Emitter mit einer Masseleitung (88) und der Kollektor mit der Verbindungsleitung zwischen dem Kondensator (81) und wenigstens einem Widerstand (82) im ÄC-Glied verbunden ist und die Emitter-Kollektor-Strecke des ersten Schalttransistors (84) dem Kondensator (81) direkt parallelgeschaltet ist und daß die Basis des zweiten Schalttransistors (97) mit dem Kollektor des ersten Schalttransistors (84) und einem Anschluß des Kondensators (81), der Kollektor mit einer Klemme (106) an negativer Gleichspannung und der Emitter mit der Ausgangsleitung (61) verbunden ist

5: Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einem ersten Widerstand (101) und tiner Diode (102) bestehende Reihenschaltung zwischen die Ausgangsleitung (61) und die Masseleitung (88) geschaltet ist und daß der Verbindungspunkt der Diode und des ersten Widerstandes (101) über einen zweiten Widersiand (103) mit einer Spannungsquelle zum Schließen des Stromkreises für den zweiten Schalttransistor (97) verbunden ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Steuern der Drehzahl eines über steuerbare Halbleiter, insbesondere Thyristoren, gespeisten Gleichstrommotors mit einem ausgangsseitig an die Steuerelektroden der Halbleiter angeschlossenen Verstärker und einer eingangsseitig an einen eine Spannung abgebenden Führungsgrößengeber für die Drehzahl und ausgangsseitig an den Verstärker angeschlossenen Steuerglied für konstante Beschleunigung mit einem Kondensator,

ίο dessen Aufladung zur Erzeugung eines linearen Spannungsanstieges an« Eingang des Verstärkers für sine Drehzahlerhöhung abhängig von einer schnellen Änderung der Führungsgröße und dessen Entladung zur Unterbrechung des Spannungsanstieges für eine Dreh-

is Zahlverringerung durch einen Schalttransistor gesteuert wird.

Eine solche Schaltungsanordnung ist durch die FR-PS 15 30 354, bekannt Diese dient zum Steuern und nicht zum Regeln der Drehzahl, wobei die Führungsgröße

ίο durch Einsteüung einer Induktivität vorgegeben wird und anschließend in einer Zwischenstufe die an der Induktivität abgegriffene Spannung in eine lineare Spannung verwandelt wird, die zum Ansteuern eines Schalttransistors verwendet wird. Der Schalttransistor

!5 steuert den Lade- und Entladevorgang eines /?C Gliedes, dessen linearer Spannungsanstieg nach Verstärkung als Steuerspannung zur Drehzahlsteuerung des Motors dient.
Andererseits sind auch Schaltiingsanordnungen zur Drehzahlregelung bekannt, bei denen der Sollwert an einem Potentiometer einstellbar ist. Die dem Sollwertgeber nachgeschaltete Schaltungsanordnung soll dafür sorgen, daß bei schnellen, sprunghaften Änderungen der Sollwerteinstellung die dem Motor zugeführte Regelspannung allmählich und annähernd linear verändert wird, um ein Überschwingen bzw. Unterschwingen der Drehzahl und bei Drehzahlerhöhung schädliche Stromstöße im Läufer des Motors zu vermeiden. Andererseits soll die Drehzahländerung des Motors verhältnismäßig

·»»> schnell erfolgen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Schaltungsanordnung so auszubilden, daß zum Regein der Drehzahl bei schnellen sprunghaften Änderungen der Sollwerteinstellung unverzögert ein linearer Spannungsanstieg erfolgt, so daß der Motor möglichst schnell und ohne Über- bzw. Unterschwingen auf die neue Drehzahl gebracht wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung einen Kreis zum Regeln

^ςο der Drehzahl aufweist, in welchem der Führungsgrööengeber ein Sollwertgeber und der Verstärker ein Regelverstärker ist, und daß das Steuerglied einen Operationsverstärker aufweist, dessen beide Eingänge mit dem Sollwertgeber und der Ausgangsleitung des

>5 Steuergliedes verbunden sind, wobei abhängig von einem Vergleich der Eingangsspannungen der Operationsverstärker ein Schaltsignal zum Kurzschließen des Kondensators dem als ersten zu bezeichnenden Schalttransistor zuführt.

<*> Wird am Sollwertgeber eine höhere Drehzahl eingestellt, so wird durch das Ausgangssigna! des Operationsverstärkers dieser erste Schalttransistor gesperrt und damit der Kondensator aufgeladen. Die linear ansteigende Spannung am Kondensator wird dem

^ös Regelverstärker und auch dem Eingang des Operationsverstärkers zugeführt Sobald die ansteigende Spannung die Höhe erreicht hat, die der neuen Drehzahl entspricht, wenn also die Spannungen an den Eingängen