DE2032227B2 - Anordnung zur drehzahlregelung eines ueber steuerbare halbleiter gespeisten gleichstrommotors - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlregelung eines über steuerbare Halbleiter aus einer Wechselstrom- oder Drehstromquelle gespeisten Gleichstrommotors mit einem Drehzahlregelverstärker, enthaltend einen Operationsverstärker, dessen erste Eingangsklemme mit dem Drehzahlsollwertgeber und dessen zweite Eingangsklemme sowohl mit dem Drehzahlistwertgeber als auch, über einen Rückkopplungskondensator, mit seiner Ausgangsklemme verbunden ist.

Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt (Elin-Zeitschrift 17, 1965, Seite 13 bis 14 und Elin-Zeitschrift 19, 1967, Seite 134 bis 138). Sie sind normalerweise so ausgebildet, daß eine Vergrößerung des DrehzahlsoHwerts eine Zunahme der Leitfähigkeit des Operationsverstärkers zur Folge hat. Entsprechend bewirkt eine Verkleinerung des Drehzahlsollwerts eine Verringerung der Leitfähigkeit des Operationsverstärkers, Für diesen Fall hat sich jedoch gezeigt, daß infolge der ia dem Rückkopplungskondensator gespeicherten Ladung eine Verringerung des Drehzahlsollwerts ein Überschwingen der Motoristdrehzahl nach sich zieht

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine derartige Drehzahlregelanordnung tür einen Gleichstrommotor so auszubilden, daß durch einfache Mittel ein überschwingen der Motordrehzahl bei einer Verringerung des Drehzahlsollwertes vermieden wird.

Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine einstellbare Widerstandsanordnung zwischen der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers und einer Gleichspannungsquelle liegt, die eine solche Vorspannung liefert, daß der Leitfähigkeitswert des Operationsverstärkers bei niedrigem Drehzahlsollwert nahezu seiner vollen Sättigung entspricht und bei Vergrößerung des Drehzahlsollwerts gegen Null verringert wird und daß bei Verkleinerung des DrehzahlsoHwerts eine überschüssige, ein Überschwingen der Tstdreh7ahl bewirkende Aufladung des Rückkopplungskondensators vermieden wird.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Operationsverstärker in der Nähe seines Sättigungswerts leitfähig, wenn eine niedrige SoHdrehzahl vorliegt. Eine Erhöhung des DrehzahlsoHwerts führt zu einer Erniedrigung der Leitfähigkeit des Operationsverstärkers. Daher verursacht eine Verringerung des DrehzahlsoHwerts keine überschüssige Ladung am Rückkopplungskondensator, so daß ein Oberschwingen vollkommen vermieden wird.

Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur Drehzahlregelung und

Fig. 2 ein schematischcs Schaltbild eines Regelverstärkers in der Anordnung nach Fig. 1.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstromreihenschiußmotors, wobei der Ankerwicklung 20 des Motors elektrische Energie über einen Hauptstromkreis 21 zugeführt wird. dem seinerseits dreiphasige Wechselstromenergic über drei Speiseleitungen 22, 23 bzw. 24 zugeführt wird. Die dem Motor zugeführte Energie wird durch die Öffnungszeiten von gesteuerten Halbleitern 25, 26 und 27 bestimmt, die durch Steuersignale von Zündschaltungen 28, 29 und 30 gesteuert werden. Die Zündschaltungen werden von einem Regelverstärker 32 durch Ausgangssignale über eine Verbindung 31 gesteuert. Die Steuerung des Regelverstärkers 32 hängt von verschiedenen Eingangssignalen ab.

Die Ankerwicklung 20 wird gespeist, wenn Gleichstrom dem zwischen den beiden Leitungen 33 und 34 angeordneten Anker 20 durch den Hauptstromkreis 21 zugeführt wird. Wenn die Schalter 35 und 36 geschlossen sind, durchfließt der Strom den Anker 20 in der einen Richtung und bewirkt eine Motordrehung in einem vorgegebenen Drehsinn. Wenn die Schalter 35, 36 geöffnet und die Schalter 37, 38 geschlossen sind, durchfließt der Strom den Anker 20 in der anderen Richtung und bewirkt eine Motordrehung im entgegengesetzten Drehsinn.

Die Erregerwicklung 40 des Motors ist zwischen den Leitungen 22 und 33 angeordnet. Mit den stcu-

erbaren Halbleitern 25, 26 und 27 ist jeweils eine Piode 41, 42 und 43 in Reihe geschaltet. Die Speiseleitungen 22 bis 24 sind jeweils mit den gemeinsamen Verbindungspunkten zwischen einer Diode und dem zugehörigen steuerbaren Haitieiter verbunden. Dem steuerbaren Halbleiter 25 werden Steuersignale über zwei Leitungen 44, 45 von der Zündschaltung 28, dem Halbleiter 26 werden Steuersignale über zwei Leitungen 46 und 47 von der Zündschaltung 29 ^und dem Haltleiter 27 werden Steuersignale über zwei Lekangen 48, 49 von der Zündschaltung 30 züge führt.

Zwischen der Leitung 33 und der Leitung 34 ist über einen Widerstand 51 eine Freilaufdiode 50 angeordnet. Infolge der induktiven Reaktanz der Ari- i;, kerwicklung 20 fließt in bekannter Weise auch bei Ausschaltung der gesteuerten Halbleiter noch weiter Strom durch den Anker, weil die Freilaufdiode 50 einen Strompfad für diesen S;rom aufrechterhält. Die Leitung zwischen der Leerlaufdiode 50 und dem W iderstand 51 ist mit Masse verbunden. Parallel zum Widerstand 51 ist ein Potentiometer 52 angeordnet. Der bewegliche Angriff dieses Potentiometers 52 ist über einen Widerstand 53 mit einer Leitung 54 verbunden, die ihrerseits mit dem Regelverstärker 32 und mit einer Strombegrenzungsanordnung 55 verbunden ist. Der aus Leitung 54, Widerstand 53 und einem Teil des Potentiometers 52 bestehende Stromkreis führt dem Regelverstärker 32 ein dem Ankerstrom des Motors proportionales Signal zu.

Zwischen der Leitung 33 und Masse sind zwei Widerstände 57. 58 in Reihe geschaltet, und eine Leitung 60 verbindet den \ crbindungspunkt dieser beiden Widerstünde 57, 58 rr.it einer Eingangskicmmc des Regelversiärkers 32. Die aus der Leitung 60 und den Widersländen 57 und 58 bestehende Anordnung führt der einen Eingangsklemme de« Regel- \ ι stärkers 32 ein proportional zur Ankerspannung ULS Motors stehendes Signal zu. Einer anderen Eintiangsklemme des Regelverstärkers 32 wird ein Drehzahl-SolIwertsignal über eine Leitung 61 von einer Stufe für lineare Beschleunigung 62 zugeführt, die ihrerseits ein Eingangssignal von dem beweglichen Abgreifer eines Potentiometers 63 erhält. Die Stufe für lineare Beschleunigung 62 dien¹ dazu, eine stufenweise Veränderung der Einstellung des Potentiometers 63 in einen allmählichen, glatten Übergang eines Drchzahl-Sollwertsignals umzusetzen, das über die Leitung 61 dem Regelverstärker 32 zugelührt wird.

Zwischen der Leitung 54 und Masse sind drei Dioden 64, 65 und 66 in Reihe geschaltet und dienen zum Schutz gegen ein übermäßig hohes Signal, das über die Leitung 54 dem Regelverstärker 32 zugeführt werden könnte, wenn der Widerstand 51 unterbrochen ist oder aus einem anderen Grunde ein sehr großer Strom durch den Widerstand 53 fließt. Zwischen Masse und einer mit den Kathoden aller Halbleitergleichrichter 25, 26 und 27 verbundenen gemeinsamen Leitung 68 ist ein Widerstand 67 geschaltet. Eine Leitung 70 verbindet die gemeinsame Lutung 68 mit dem Regelverstärker 32.

Einzelheiten des Regelverstärkers 32 sind in F i g. 2 dargestellt. Sein wesentlichstes Bauelement ist ein Operationsverstärker 80. Verschiedene Anschlußklemmen des Operationsverstärkers in Fig. 2 sind innerhalb der schematischen Darstellung mit Zahlen bezeichnet, mit Ausnahme der Anschlußklemme 7, die auf der Außenseite angegeben ist.

Die Leitung 60,. über welche das der Anierspan^ nung proportionale Signal zugeführt wird, ist über einen Widerstand 81 mit der ersten Eingangsklemme 10 des Operationsverstärters 80 verbunden. Eine aus einem Widerstand 82 und einem Kondensator 83 bestehende Reihenschaltung ist parallel zum Wider-Stand 81 geschaltet. Ein weiterer Widerstand 84 liegt zwischen der ersten Einganssklemme 10 und Masse. Ein Rückkopplungskondensator 85 ist zwischen der ersten Eingangsklemme 10 und der gemeinsamen Verbindung zwischen zwei in Reihe geschalteten Widerständen 86 und 87 angeordnet, welche zwischen der Ausgangsklemme 7 des Operationsverstärkers 8Q und einer Ausgangsleitung 110 angeordnst sind. Zur Stabilisierung des Operationsverstärkers dienen ein Kondensator 88, der zwischen die Ausgangsklemme 7 und die Klemme 5 geschaltet ist, und eine Reihenschaltung aus einem weiteren Kondensator 90 und einem Widerstand 91, welche die Anschlüsse 1 und 14 miteinander verbindet.

Zur Bildung des Ankerstromistwerts werden Signale über Leitungen 54 und 70 und Widerstände 92 und 94 einem gemeinsamen Verbindungspunkt 93 zugeführt. Zwischen den Verbindungspunkt 93 und Masse ist ein Potentiometer 95 geschaltet. Eine aus einem Widerstand 98 und einem Kondensator 99 bestehende Reihenschaltung ist parallel zum Widerstand 97 zwischen einen gemeinsamen Verbindungspunkt ICO und den beweglichen Abgriff des Potentiometers 95 geschaltet, während ein Kondensator 101 zwischen dem Verbindungspunkt 100 und Masse und ein Widerstand 102 zwischen der Leitung 61 und dem Verhindungspunkt 100 liegt. Das Potentiometer 63 (F i g. 1) dient zur Bildung eines Drehzahlsollwertsignals, das über die Stufe für lineare Beschleunigung 62 der Leitung 61 zugeführt wird. Die Widerstände 102 und 97 dienen dazu, das am Verbindungspunkt 93 erhaltene Summensignal mit dem über die Leitung 61 zugeführten Drehzahlsolhvertsignal zu kombinieren und an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 100 ein zusammengesetztes Summensignal zu erzeugen. Zur Erklärung der Wirkungsweise ist es lediglich erforderlich, das Drehzahlsollwertsignal zu betrachten.

Das in der Ausgangsleitung 110 vorhandene Steuersignal steht in Beziehung zu dem Leitfähigkeitswert des Operationsverstärkers 80 und wird dem Emitter eines npn-Transistors 111 zugeführt. Der Kollektor dieses Transistors 111 ist mit der einen Seite eines Widerstandes 112 verbunden, der zwischen Leitungen 31 a, 31 b geschaltet ist, welche dazu dienen, allen Zündschaltungen 28 bis 30 ein Signal zuzuführen. Dieses Signal, das die Zündverzögerung der steuerbaren Halbleiter 25 bis 27 bestimmt, kann im wesentlichen gleichgesetzt werden dem Steuersignal in der Ausgangsleitang 110, es sei denn, daß über die Leitung 59 von der Strombegrenzungsanordnung 55 ein Signal erhalten wird, wenn ein Überlastungszustand des Motors vorliegt. Bei Vorhandensein eines solchen Signals kann das Steuersignal der Ausgangsleitung 110 keinen der steuerbaren Halbleiter 25 bis 27 ansteuern. Zwischen der Leitung 59 und einer gemeinsamen Masseieitung 115 sind ein Widerstand 113 und ein Kondensator 114 parallel zueinander angeordnet. Zwischen dem Emitter des Transistors 111 und der Leitung 115 sind zwei Dioden 116. 117 in Reihe geschaltet.

Bei der dargestellten Schaltungsanordnung ist eine

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Vorrichtung zum Anlegen eines Vorspannungspoten- vermeiden. Die Dynamik des Regelverstärkers wird tials an die Ausgangsleitung 110 vorgesehen, um zu durch die RC-Netzwerke mit den Bauelementen 81 gewährleisten, daß der Operationsverstärker 80 auf bis 85 und 97 bis 99 bestimmt und eingestellt,
einem im wesentlichen seinem Sättigungswert ent- Es ist außerdem wünschenswert, daß der operasprechenden Wert leitfähig ist, wenn das über die 5 tionsverstärker 80 die Ausgangsspannung Null ab-Leitung 61 erhaltene, den Drehzahlsollwert anzei- gibt, wenn an seinen beiden Eingangsklemmen ein gende Signal eine sehr niedrige Drehzahl und damit Eingangssigna] Null anliegt. In der Praxis wird das auch eine sehr kurze Öffnungszeit der Halbleiter 25 jedoch nicht verwirklicht, und es besteht bereits von bis 27 vorgibt. Mittels dieser Vorspannungsanord- Anfang an eine kleine Verschiebung aus dem NuIlnung verringert ein über die Leitung 61 und den io punkt. Das heißt, daß die zwischen den Eingangs-Widerstand 102 an die zweite Eingangsklemme 12 klemmen 10 und 12 des Operationsverstärkers angedes Operationsverstärkers 80 angelegtes größer wer- legten Signale ursprünglich bereits um einen kleinen dendes Drehzahlsollwertsignal den Leitfähigkeitswert Betrag verschoben sein müssen, damit ein Ausgangsdes Operationsverstärkers 80 allmählich gegen Null. signal Null erscheint. Zur Vermeidung dieser Abwei-Dies erfolgt dadurch, daß ein Stellwiderstand 118 15 chung ist ein Potentiometer 122 zwischen den Klem- und ein fester Widerstand 120 in Reihe zwischen die men 123 und 121 der Gleichspannungsquelle sowie Ausgangskitung 110 und die negative Klemme 121 ein Widerstand 124 zwischen dem beweglichen Ab- ί einer Gleichspannungsquelle geschaltet sind. Der griff des Potentiometers 122 und der Eingangs- \ Wert des Stellwiderstands 118 wird so eingestellt, klemme 14 des Operationsverstärkers 80 angeordnet, daß der Operationsverstärker 80 nahezu an seinem 20 Die Klemme 123 ist positiv, und der bewegliche AbSättigungspunkt leitfähig ist, wenn ein minimales griff des Potentiometers 122 wird so eingestellt, daß Drehzahlsollwertsignal vorliegt, bei dem die Halblei- sich am Ausgang 7 des Operationsverstärkers 80 ein ter 25 bis 27 nur einen kleinen öffnungswinkel ha- Signal Null ergibt, wenn an seinen beiden Eingangsben. Das Anlegen eines veränderten Drehzahlsoll- klemmen 10, 12 ein Signal Null anliegt. Das Potenwertsignals zur Verringerung der Drehzahl über den as tiometer 122 stellt somit eine Vorrichtung dar, die Widerstand 102 an die Klemme 12 des Operations- eine Vorspannung an die Eingangsklemme 14 des Verstärkers 80 führt dann nicht zu einer überschüssi- Operationsverstärkers 80 legt, damit an dessen Ausgen Ladung des Rückkopplungskondensators 85, so gang 7 das gewünschte Ausgangssignal Null erhalten daß ein überschwingen der Drehzahl, bevor die An- wird, ohne daß die Signale an den Eingangsklemmen Ordnung auf die neue niedrigere Motordrehzahl 30 10, 12 eine Abweichung aufweisen müssen. In der übergeht, nicht stattfindet, Praxis wird das Potentiometer 122 so eingestellt, daß Die dynamischen Eigenschaften des Regelverstär- es gerade die Drehzahl Null ergibt, wenn sich das kers 32 müssen mit denen des Motors übereinstim- Ausgangssignal des Potentiometers 63 auf Null bemen, um Eigenschwingungen des ganzen Systems zu findet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Drehzahlregelung eines über steuerbare Halbleiter aus einer Wechselstrom- oder Drehstromqueile gespeisten Gleichstrommotors mit einem Drehzahlregelverstärker, enthaltend einen Operationsverstärker, dessen erste Eingangsklemme mit dem Drehzahlsollwertgeber und dessen zweite Eingangsklemme sowohl mit dem Drehzahlistwertgeber als auch, über einen Rückkopplungskondensator, mit seiner Ausgangsklemme verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Widerstandsanordnung (118, 120) zwischen der Ausgangsklemme (7) des Operationsverstärkers (80) und einer Gleichspannungsquelle (121, 123) liegt, die eine solche Vorspannung liefert, daß der Leitfähigkeitswert des Operationsverstärkers (80) bei niedrigem Drehzahlsollwert nahezu seiner vollen Sättigung entspricht und bei Vergrößerung des Drehzahlsollwerts gegen Null verringert wird und daß bei Verkleinerung des Drehzahlsollwerts eine überschüssige, ein Überschwingen der Istdrehzahl bewirkende Aufladung des Rückkopplungskondensators (85) vermieden wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (80) eine dritte Eingangsklemme (14) aufweist und daß eine weitere einstellbare Widerstandsanord- 3= nung (122, 124) an der Gleichspannungsquelle (121, 123) liegt, die eine solche Vorspannung an die dritte Eingangsklemme (14) liefert, daß an der Ausgangsklemme (7) des Operationsverstärkers (80) die Ausgangsspannung Null erscheint, wenn an der ersten und zweiten Eingangsklemme (10,12) ein Eingangssignal Null anliegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemme (7) des Operationsverstärkers (80) über ein steuerbares Halbleiterelement (111) mit den Ziindschaltungen (28, 29, 30) für die steuerbaren Halbleiter (25, 26, 27) verbunden ist und daß das steuerbare Halbleiterelement (Hl) derart von einer Strombegrenzungsanordnung (55) steuerbar ist, daß sie dieses sperrt, wenn der Motorstrom einen vorgegebenen Wert überschreitet.