DE2224662B2 - Elektromotor-Drehzahlmessung - Google Patents

Description

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 vom Motor durch Selbstinduktion erzeugte EMK oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des durch Abgleich mit der dem Motor zugeführten Span-Abtastverstärkers (35) die unmittelbar vor dem 40 nung erfaßt wird. Die Genauigkeit des Abgleichs hängt letzten Antriebszeitraum vorhandene Gegen-EMK aber vom Widerstand des Motorankers ab, welcher speicherbar und einerseits einem Spannungs- seinerseits von der Innentemperatur des Motors betnzeiger (37 a), andererseits einem Summierglied stimmt wird. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, (55) zuführbar ist. daß die Gegen-EMK abgetastet wird, während der

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, da- 45 Motor unter Last steht, so daß ein wesentlicher Andurch gekennzeichnet, daß sie aus galvanisch ge- kerstrom fließt und bei jedem Kommutationsvorkoppelten Operationsverstärkern (AR 1... A R 3). gang eine hohe Spannungsspitze induziert wird, deren logischen NAND-Gattera (Z 1A ... Z3C) so- Amplitude dem Ankerstrom proportional ist. Da der wie Transistcrschaltern (61, 23, 25, 15, 38, 43) Ankerwiderstand zum Zeitpunkt der Kommutation aufgebaut ist und daß das Summierglied (55) ein 50 beträchtlichen Änderungen unterliegt, führen solche Widerstandsnetzwerk (R 1, R2; RS, R6) ist, Spannungsstöße im Abgleichkreis zu erheblichen Abinsbesondere mit einem Stellwiderstand (R 6, gleichsstörungen.

F i g. 3). Weiters gibt es bereits elektronische Drehzahlmes-

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 ser, bei denen mit der Motorwelle jeweils eine Scheibe oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rege- 55 mechanisch verbunden ist, die pro Wellenumdrehung lung mittels eines Unterbrechers (59) abschalt- eine bekannte Anzahl von abtastbaren Impulsen erbar ist. zeugt. Diese codierten Impulse entsprechen der Stel-

8. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem lung der Welle und können mittels geeigneter Schalder Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, tungsanordnungen differenziert werden, so daß man daß dem Verstärker (15) ein als Widerstandsnetz- 60 ein Geschwindigkeitsmaß erhält. Nachteilig ist jewerk (R 9, R10, R 23) ausgebildetes Dämp- doch, daß die Scheibe zur Trägheit des Motor-Läufungsglied (31) und ein Verzögerungsglied (32) fers beiträgt, daß sie genau fluchten muß und daß vorgeschaltet sind. sie verhältnismäßig teuer ist.

9. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem Es ist auch bekannt, die Spannungsquellc für den der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, 65 Motor periodisch abzuschalten und die Motor-Gegendaß eine Anzahl von Elektromotoren (10 a EMK zu erfassen, beispielsweise unter Vergleich ... 10 n) und eine Anzahl von Umschaltern (76 α mit einem Bezugssignal zwecks Erzeugung einer Re-... 76 n, 77 α ... 77 π) zum Anschluß des Ver- gelabweichung. Hierbei ist es sehr ungünstig, daß

man Schalter hoher Leistung benötigt und daß infolge Abfragezeit jeweils zur Verfügung steht und die Abäer periodischen Unterbrechung großer Ströme und tastspannung unverfälscht gewonnen wird. Ein wich-Spannungen nachteilig hohe Spannungs- bzw. Strom- tiger Vorteil besteht darin, daß man am Impulsstöße in unkontrollierter Weise auftreten. ffrmcreingang die Eingangsspannung mittels eines Eine Schaltungsanordnung dei eingangs genann- 5 ÄC-Gliedes formen kann, dessen Zeitkonstante derten Art ist in der GB-PS 1212 264 beschrieben. Da- jenigen am R/L-Glied des Motors gleichkommt, so mit ist jedoch nur der Betrieb eines Gleichstrom- daß Ausschwingvorgänge der Ausgangsspaunung motors mit Impulsen konstanter Amplitude uud ver- kurz vor dem Zeitpunkt des Abtastvorgangs entgnderlicher Breite (Weite) möglich, d. h., es wird die fallen.

Impulsweitenmodulation (PWM) angewandt. Im io Der Ausgang des Verstärkers kann in Weiterbil-

Falle hoher Drehmomentbelastung kann hierbei die dung der Erfindung mit den Abtasteinrichtungen über

Zeit fehlen, welche zur Abtastung der Rückspannung eine Trennstufe verbunden sein. Vorteilhaft ist es,

notwendig wäre. Diese Abfragezeit muß stets lang wenn zwischen dem Motor und dem Abtastverstärker

genug sein, um sicherzustellen, daß dabei der Anker- ein Abtastschalter angeordnet ist, der einen weiteren

strom nahe Null ist, weil sonst der abgetastete Span- 15 Umschalter aufweisen kann, mittels dessen ein Schalt-

nungswert stark fehlerhaft sein kann. Mittels der kontakt des Abtastschalters mit Masse verbindbar

Falsweitenmodulation läßt sich jedoch dieser Ab- ist, wenn sich sein Schaltarm in Offenstellung befin-

fragezustand nicht gewährleisten. det, so daß Stromverluste verhindert oder doch wei-

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Oberwindung testgehend herabgesetzt werden,
der Nachteile des Standes der Technik mit ein- ao Bei Verwendung einer Schaltungsanordnuni» der fachen, wirtschaftlichen Mitteln eine Schaliungs- angegebenen Art in Verbindung mit einem Sumnüeranordnung zu schaffen, mit welcher die Drehzahl glied, das von einem Bezugssignal und dem Rückeines Gleichstrommotors in zuverlässiger Weise auch kopplungssignal beaufschlagbar ist, besteht eine Weibei hoher Drehmomentbelastung fortlaufend gemes- terbildung der Erfindung darin, daß mittels des Absen bzw. geregelt werden kann. as tastverstärker die unmittelbar vor dem letzten An-Erfindungsgemäß ist bei einer Schaltungsanord- triebszeitraum vorhandene Gegen-EMK speicherbar nung der eingangs genannten Art vorgesehen, daß und einerseits einem Spannungsanzeiger, andererseits der Verstärker als mit Impulsamplitudenmodulation dem Summierglied zuführbar ist. Die der Motordrehbetriebener Leistungs-Operationsverstärker ausge- zahl proportionale Speicherspannung kann dann über bildet ist, daß von der anderen Ankerzuleitung des 30 das Summierglied zu dem Bezugssignal algebraisch Motors eine Rückkopplungsleitung zum zweiten Ein- hinzuaddiert werden, und das Ausgangssignal bzw. gang des Verstärkers führt und daß dessen einer die Regelabweichung wird erneut in die Schaltungs-Eingang sowie die Eingänge der Steuer- und Ab- anordnung eingegeben.

tasteinrichtungen synchron mittels eines Zeitgebers Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann umschaltbar sind. 35 eine Regelschleife aufweisen, die mittels eines Schal-Ais Stromquelle bedient sich die Erfindung also ters unterbrochen werden kann. Nur bei geschlosseeines Leistungs-Operationsverstärkers, der über nem Unterbrecher läßt sich also ein Regelvorgang einen Impulsformer-Eingang wechselnd mit Signalen einleiten.

ungleicher Amplitude beaufschlagt wird, also mit Um zu verhindern, daß der Verstärker mit zu gro-

Pulsamplitudenmodulation (PAM) arbeitet. Hierbei 40 ßen Spannungsspitzen belastet wird, kann ihm ein

findet kein Leistungsschalter Verwendung, welcher Däinpfungs- und ein Verzögerungsglied vorgcschal-

bekanntlich auf Grund einer Eingangsspannung eine tet werden.

nichtlinear gesteuerte Ausgangsspanrv ng abgibt, die Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine lastunabhängig auf einem von zwei verschiedenen Anzahl von Elektromotoren und eine Anzahl von Spannungspe^eln gehalten wird. Vielmehr ist ein 45 Umschaltern zum Anschluß des Verstärkers an die linearer Stromverstärker vorhanden, der bei einer Motoren vorhanden. Man erzielt so ein wenig auf-Eingangsspannung einen linear gesteuerten, last- wendiges System zum Regeln einer ganzen Anzahl unabhängigen Ausgangsstrom abgibt und als hohe von Motoren, wobei an jeder Regelstelle nur die Impedanz wirkt. Mit entsprechend gesteuerten Ein- beiden Motorleitungen geschaltet werden müsien. gangssignalen ermöglicht die Erfindung daher in 50 Das ist besonders vorteilhaft, wo zur Regelung einer überraschend einfacher Weise die sichere Einhaltung Anzahl von Bandtransporteinrichtungen jeweils viele der wichtigen Voraussetzungen dafür, daß der Anker- Transportvorgänge gleichzeitig in einem beispielsstrom nahe Null ist. Hierzu dürfen nämlich die den weise durch Wählbetrieb betätigten System auszufüh-Motor speisenden oder abtastenden Stromkreise ihm ren sind. Die gemeinsame Ausnutzung einer einzelkeine Leistung zuführen, sondern sie müssen eine 55 nen elektronischen Anordnung mit einfachem Schalhohe Impedanz haben, damit auch die Motor-Rück- tungsaufbau ist wesentlich billiger als eine Vielfachspannung keine nennenswerte Leistung einspeisen anordnung von elektronischen Einheiten ohne Schaltkann. Außerdem muß die Abfragezeit ausreichend möglichkeit.

lang sein, damit der Motorstrom unmittelbar vor dem Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an

Abtastvorgang entsprechend der elektrischen Zeit- 60 Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

konstante des Motors abfließen konnte, so daß die F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zum

bis dahin in der Motorinduktivität gespeicherte Ener- Abtasten der Motordrehzahl in einer Regelschlleife,

gie dann abgegeben ist. Beide Bedingungen sind er- F i g. 1 a und 2 Diagramme des zeitlichen Ablaufs

findungsgemäß gewährleistet. Die mittels des Zeit- von Impulsfolgen,

gebers synchron umschaltbaren Eingänge der Steuer- 65 F i g. 3 ein Schaltbild von Bestandteilen der Re-

bzw. Abtasteinrichtungen bewirken die ausschließ- gelschleife gemäß F i g. 1,

liehe Verwendung von Impulsen konstanter Breite F i g. 4 eine schematische Draufsicht auf eine Vor- und veränderlicher Amplitude, so daß die notwendige richtung und

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Fig.5 ein Schema einer Schaltungsanordnung zur dem Verstärkereingang 18 des Verstärkers 15 ver-

Mehrfach-Motorregelung. bunden, z.B. über eine Fonnungsstufe 32, mittels

Im Blockschaltbild der F i g. 1 ist schematisch ein deren Schwankungen, Einschwingvorgänge oder ison-

Gleichstrommotor 10 mit Anschlüssen 11 und 12 stige Unregelmäßigkeiten in der Stromzuführung zum

dargestellt, von denen letzterer über einen Wider- 5 Motor 10 weitestgehend unterdrückt werden, wie sie

stand RS an Masse liegt. Die Motor-Abtriebswelle durch das Ein- und Ausschalten der Schaltanord-

ist über eine mechanische Verbindung 13 mit einer nung 23 entstehen, also beispielsweise infolge der

Last 14 verbunden. Ein Leistungsverstärker 15 ist Bewegung des Schaltarmes 24 zwischen den Kcin-

über Verbindungsleitungen 16, 17 stromspeisend mit takten 26 und 27. In der Praxis wird der Eingangs-

dem Motoranker sowie mit einer Rückkopplungs- io Schalter 23 vorteilhaft als elektronischer Schalter

leitung 12 α verbunden. ausgebildet.

Zur Motor-Drehzahlmessung ist eine Eingangs- Zum Abfragen der Motor-Gegen-EMK während Schaltungsanordnung vorgesehen, mittels welcher ein der Zeiträume T₂ sind Abtasteinrichtungen vorge-Verstärkereingang 18 abwechselnd zwischen zwei sehen, die einen Abtastverstärker 35 mit einem Ein-Signalpegeln steuerbar ist, nämlich zwischen einem 15 gang 36 und einem Ausgang 37 sowie einen Abtastersten Signalpegel 18 a während erster Zeitdauern Γ,, schalter 38 aufweisen, der zum Abfragen und Speiin denen der Leistungsverstärker 15 den Motor 10 cheni der Gegen-EMK dient und elektrisch einerseits zum Antrieb der Last 14 steuert, und einem zweiten mit dem einen Ankeranschluß Il entweder direkt Signalpegel 18 b, im allgemeinen OV, während zwei- oder über eine Trennstufe 42 und andererseits mit ter Zeitdauern T₂, in denen sich der Motoranker im ao dem Verstärkereingang 36 verbunden ist.
Leerlauf bewegt. Der Leistungsverstärker 15 ist so Gemäß dem gezeichneten Beispiel weist der ausgebildet, daß er dabei einen Ausgang hoher Im- Schalter 38 einen Schaltarm 39 oder ein vergleichpedanz hat und dem Motor 10 einen vernachlässig- bares Element auf, das gleichfalls durch die Steuerbar kleinen Strom zuführt, anordnung 25 zwischen Umschaltkontakten 40 und

Ein Beispiel der gewählten Zeitdauern ist aus 35 41 umsteuerbar ist und mit dem Verstärkereingang Fig. la ersichtlich, wobei die ersten Signalpegel 36 in Verbindung steht. Der »Ein«-Kontakt ist wie 18a in der Zeitdauer T₁ und die zweiten Signalpegel gezeichnet über die Trennstufe 42 mit den Leitungen 18 b in der Zeitdauer T₂ auftreten. Ein anderes Bei- 16, 17 verbunden, wogegen der »Aus«-Kontakt unspiel der Zeitfolgen ist in Form des Wellenzuges B benutzt ist. Ein weiterer Umschalter 43 kann voraus F i g. 2 ersichtlich, die zur Erläuterung der An- 30 gesehen sein, um Stromverluste am Abtast-Schalter wendung der erfindungsgemäßen Anordnung in 38 bei Anlage des Schaltarmes 39 am Umschaltkoneinem Regelsystem dient. Mit 20 α bis 20 h ist dabei takt 41 zu verhindern oder weitestgehend herabzudie während der Zeitdauern T₁ am Motor 10 anlie- setzen. Der Umschalter 43 weist einen gleichfalls gende Spannung dargestellt, während die in den Zeit- durch die Steueranordnung 25 betätigbaren Schalträumen T₁ auftretende Motor-Gegen-EMK mit 21 a 35 arm 44 auf, der einen mit dem Kontakt 40 verbundebis 21 g bezeichnet ist. Dieser Verlauf wird weiter nen Umschaltkontakt 45 betätigt, so daß bei Anlage unten des näheren diskutiert. des Schaltarms 39 am Kontakt 41 der Umschalt-

Die Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung kontakt 40 geerdet wird. Kommt hingegen der Schalt-

von Gleichstrommotoren sieht ferner Abtasteinrich- arm 39 am Kontakt 40 zur Anlage, so gibt «ler

tungen, insbesondere hoher Impedanz vor, mit wel- 40 Schaltarm 44 den Umschaltkontakt 45 frei und gsht

chen die Motor-Gegen-EMK während der Zeitin ter- an den unbenutzten Umschaltkontakt 46 über. In

valle T₂ abgefragt werden kann. Die Wiederkehr- der gezeichneten Stellung, in welcher der Schaltarm

frequenz der Zeitdauern T₂ kann innerhalb weiter 44 am Kontakt 45 anliegt, verhindert die Trennstufe

Grenzen veränderlich sein; zur Verwendung der 42 eine Belastung des Verstärkers 15. Auch die Drehzahl-Meßanordnung in einer Regelschleife, wie 45 Schalter 38 und 43 können als elektronische Schalter

nachfolgend beschrieben, kann sie vorteilhaft sehr ausgebildet sein.

hoch gewählt werden. Die Impulsdichte oder Folge- Im folgenden wird die Betriebsweise der Motorfrequenz kann in diesem Zusammenhang genügend Drehzahlmeßanordnung beschrieben. Während dei hoch gewählt werden, so daß der Motor nicht auf den »Motorantriebs«-Zeiträume T₁ wird dem Motor 10 pulsierenden Ankerstrom anspricht. 30 Strom zugeführt, so daß er mechanische Leistung

Die erwähnte Steuereinrichtnng weist einen Ein- entwickelt. In diesem Betriebszustand sind weder die

gangs-Schalter 23 auf, mittels welchem der Verstär- Temperaturen noch Strom- bzw. Spannungsspitzen

kereingang 18 zwischen den beiden erwähnten Si- beim Kommutieren irgendwie problematisch, da die

gnalpegeln umsteuerbar ist. Beispielsweise kann der Motordrehzahl nicht abgetastet wird. Während dei Eingangs-Schalter 23 ein Schaltarm 24 oder ein ver- 55 »Drehzahlmeß«-Zeiträume T₂ wird die Motor-Gegen-

gleichbares Element aufweisen, das von einer als EMK abgetastet Da kein Motorstrom fließt und die

Zeitgeber ausgebildeten Steueranordnung 25 zwischen Abtastschaltung hohe Impedanz hat, sind Kommu-

Umschaltkontakten 26 und 27 hin- und herbeweg- tationsspannungs- bzw. Stromspitzen vernachlässigbai

bar ist Der erste, verhältnismäßig hohe Signalpegel klein, und auch Schwankungen des Widerstandes im wird dem Kontakt 26 auf einer Ausgangsleitung 28 60 Motoranker sind infolge der hohen Impedanz de,

von einem Steuerverstärker 29 zugeführt, der im Abtastschaltung praktisch gleich 0.

unten erläuterten Beispiel der Anwendung bei einem Die Folgefrequenz soll genügend hoch sein, clamii

Regelsystem zur Regelung und Stabilisierung des der Motor nicht auf den pulsierenden Ankerstroir

Verstärkers 15 dient. Der zweite, verhältnismäßig anspricht. Im allgemeinen ist die »Abschalt«-Zeit Γ, niedrige Signaipegel wird dem Kontakt 27 auf einer 65 durch die Zeitdauer bestimmt, weiche der Motor

Ausgangslcitung 30 eines Dämpfongsgliedes 31 zu- ankerstrom benötigt um von seinem Lastwert au!

geführt, das seinen Eingang von der Leitung 28 er- einen Mindestwert abzusinken. Die »Anschalt«-Zei

hält. Der Schaltarm 24 ist seinerseits elektrisch mit ist festgelegt durch die erforderliche Mindesn-Ab

tastfrequenz des Systems. Zweckmäßig wird die Summe von »Abschalt«- und »Anschalt«-Zeit so gewählt, daß sie im Bereich von V₈ bis V₁₀ der Motor-Zeitkonstanten liegt.

Zum weiteren Verständnis sei die nachfolgende Ableitung der Übertragungsfunktion WJE₁ unter der Annahme betrachtet, daß die Abtastfrequenz erheblich größer ist als die Bandbreite des Systems. Dann kann die Abtastanordnung mit linearen Methoden angenähert werden, wobei die folgenden Parameter benutzt werden:

E₁ = Spannung am Verstärkereingang 18 (in V), W₀ = Motordrehzahl bzw. -winkelgeschwindigkeit, K_a = Motor-Drehmomentkonstante ¹S

(z.B. in 72,0 ψ-).

K_g = Motor-Gegen-EMK (in V/Rad/s),
J_m = Motor-Trägheitsmoment

(z. B. in 72,0cm·g·s²), ^ao

R_a = Motor-Ankerwiderstand (in Ohm),
S = Laplace-Operator,

T₀ = I = T_{1 +} T₂,

/ = Abtastfrequenz,
R_s = Widerstand,
T = Drehmomentausgang am Motor.

Gemäß klassischer Motor-Berechnung läßt sich zeigen, daß

W —

Tl

SJ_n

(i)

ist.

Man erkennt daraus, daß die Übertragungsfunktion des Systems durch die Konstante T₁ZT₀ verändert ist, wodurch zwar der Verstärkungsfaktor des Motors herabgesetzt wird, was aber für das System ohne Bedeutung ist, da diese Herabsetzung bequem durch erhöhte elektronische Verstärkung ausgeglichen werden kann.

Während der Zeiträume T₂ ist der Ankerstrom auf 0 herabgesetzt, da der Eingang am Verstärker 15 entweder 0 ist oder nahe 0 liegt. Infolge der Stromansteuerung wird der Motor während der Zeiträume T₂ nicht gedämpft, er rotiert vielmehr im Leerlauf. Bei mechanischer Belastung sinkt die Motordrehzahl während der Zeiträume T₂ ab; sind jedoch die Zeitdauern T₂ kurz, so hat die Belastung nur einen unbedeutenden Einfluß auf die Drehzahl, so daß die an den Motoranschlüssen auftretende Gegen-EMK ein genaues Maß seiner Drehzahl ist.

Aus F i g. 1 geht ferner die Art und Weise hervor, in welcher die Motor-Drehzahl-Meßanordnung in einer Regelschleife angeordnet ist, um die Drehzahl der Motor-Abtriebswelle und somit den Antrieb einer Last 14 auf einem vorgegebenen Wert konstant zu halten. Eine wichtige Anwendung einer solchen Regelanordnung sieht den Antrieb eines Antriebs- 6a elements für Informationsmedien vor, z. B. einer Antriebsrolle für Magnetband, für Platten ud.dgl. Im gezeichneten Anwendungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist eine Antriebsrolle 50 für ein auf Wickelspulen 51. 52 auf- bzw. abwickelbares Magnetband 53 vorgesehen. das an einem Magnetkopf (Schreib- bzw. Lesekopf) 54 vorbeigeführt wird. Die am Ausgang 37 (Fig. 1) auftretende Spannung ist ein Maß für die Motordrehzahl und mittels eines an den Ausgang 37 angeschlossenen Spannungsanzeigers 37 α zur Sichtanzeige der Motordrehzahl anzeigbar bzw. überwachbar.

Die erwähnte Steuereinrichtung weist ferner ein Summierglied 55 (F i g. 1) auf, das einen Bezugssignaleingang 56 und einen Kopplungs-Eingang 57 für ein von der Abtasteinrichtung kommendes Rückkopplungssignal hat. Insbesondeie kann der Ausgang 37 des Abtastverstärkers 35 über eine Leitung 58 und einen Unterbrecher 59 an den Eingang 57 des Summiergliedes 55 geführt sein. Bei geschlossenem Unterbrecher 59 wird daher ein Regelvorgang eingeleitet, wenn ein Bezugssignal aus einer Bezugsspannungsquelle 60 über einen Umschalter 61 dem Eingang 56 zugeführt wird.

Während der Zeiträume T₁ ist der Eingang zum Verstärker 35 über den Schalter 38 geöffnet, so daß der Abtastverstärker 35 die Motor-Gegen-EMK speichert, welche unmittelbar vor dem betreffenden Zeitraum T₁ vorhanden war. Die der Motordrehzahl proportionale Speicherspannung wird dann über das Summierglied 55 zu dem Bezugssignal hinzuaddiert, und das Ausgangssignal bzw. die Regelabweichung ε wird dem Verstärker 29 zugeführt. In der Praxis ist dieser Summiervorgang eine Subtraktion, da die Polarität des des Ausgangs des Abtastverstärkers 35 jener des Bezugssignals entgegengerichtet ist. Der Ausgang des Verstärkers 29 ist nun proportional zur Differenz oder Regelabweichung zwischen dem Bezugssignal und der gespeicherten Motor-Gegen-EMK. Über die Leitung 28 gelangt das Ausgangssignal an den Leistungsverstärker 15, dessen Ausgang den Motor 10 in solchem Drehsinn antreibt, daß die Regelabweichung f abnimmt. Während dieser Zeit wird außerdem ein Abfall der dem Motor zugeführten Spannung durch den Schalter 38 verhindert.

Die Regelanordnung arbeitet stets in der angegebenen Betriebsweise, wobei die Motor-Gegen-EMK auf eine solche Amplitude eingeregelt wird, daß der Ausgang des Summiergliedes 55 nahe 0 liegt. Ist der Schalter 61 offen und liegt die Leitung 56 an dem unbenutzten Kontakt 61 b, so hat die Bezugsspannung am Eingang 56 den Betrag 0. Die Motor-Gegen-EMK kann dann nur 0 sein, wenn der Motor nicht mehr läuft. Tatsächlich findet jedoch im allgemeinen noch ein langsamer Umlauf oder eine Kriechbewegung des Motors statt, die auf Driftspannungen zurückzuführen ist, welche von Spannungsverschiebungen an Verstärkern und/oder Schaltern herrühren können. Um eine solche Trägheits- oder Schleichbewegung zu verhindern, ist eine Abschaltung des Zeitgebers 25 vorgesehen, so daß die Schaltungsanordnungen 23, 38, 43 die zur gezeichneten, den Zeiträumen T₂ entsprechenden Lage entgegengesetzte Stellung einnehmen. Unter diesen Umständen wird die Regelverstärkung durch das Dämpfungsglied 31 so weit herabgesetzt, daß der Motoranker nicht umläuft; andererseits kann jedoch der Verstärkungsfaktor des Systems hoch genug bleiben, um die Schaltungsanordnung(en) im linearen Betriebsbereich zu halten. Dies ist vorteilhaft, um sicherzustellen, daß die Ansprechzeit nicht wegen schon anfangs in der Sättigung befindlicher Elemente zurückgeht.

Die hauptsächlichen Wellenzüge A, B, C und D der Regelanordnung sind in Fig. 2 dargestellt. Det Wcllcnzug,! zeigt den Spannungsverlauf am Eingang 56. wenn der Umschalter 61 ein Bezugssignal zuführt und am Summiereingang 55 OVoIt anliegen,

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Der Verlauf der am Eingang des Motors anliegen- da beim ersten Einschalten sowohl ZA als auch ZE den Spannung 20a bis 20Λ ist im Wellenzug B ge- in der Sättigung sein können, so daß die Schleifen· zeichnet. Während der Zeiträume T₁ wird der Motor verstärkung des Multivibrators zur Schwingungsgemäß der durch die Summe der Wellenzüge A und C erzeugung zu gering sein kann. Tritt dieser Zustand dargestellten Fehlerspannung bzw. Regelabweichung 5 ein, so ist der Ausgang von Z3C niedrig, wodurcli angetrieben, die am Ausgang 37 des Abtastverstär- der Ausgang ZlB hoch geht. Infolgedessen geräl kers 35 auftritt. Während der Zeitdauern Γ., erreicht das System in Schwingungen, und Z 3 C bleibt oben, die Spannung am Motor die Beträge der Gegcn-EMK. da sich Z2/1 und ZlB gegenseitig ergänzen. Sobald

Eine Möglichkeit der praktischen Verwirklichung Z 3 C hoch liegt, hat es keine Wirkung auf Z 2 B.
der Regelanordnung gemäß F i g. 1 ist in F i g. 3 dar- io Kondensatoren C 4 und C 5 sind so gewählt bzw. gestellt. Alle mit AR bezeichneten Elemente sind eingestellt, daß ein Tastverhältnis von etwa 1 : 3 entgalvanisch gekoppelte Operationsverstärker, die steht, so daß T₁ s2Tj ist. Der Ausgang des Mulli-Z-Elemente sind logische NAND-Gatter und mit Q vibrators wird dem Gatter Z 1 C zugeführt, und dessind Transistoren bezeichnet. Als gestrichelte Käst- sen Ausgang wird durch das Bcfehlssignal in ZlB chen sind jeweils Bausteine umrahmt, die den mit 15 eingegeben. Beträgt der Eingang an Z 1 B OV, so gleichen Bezugszahlen bezeichneten Elementen der kann das Mullivibratorsignal durch ZlC hindurch-Fig. 1 entsprechen. laufen. Dadurch wird dem System die Regelmöglich-

Bei der Umschalter-Einheit 61 ist für einen Fin- keit verliehen. Ist der Eingang zu Z1 B bei * 5 V, so gang von OV an ZlA dessen Ausgang bei ■+ 5 V, wird der Ausgang von ZlC konstant bei + 5 V geso daß Ql sperrt. Bei gesperrtem Transistor Ql %° halten und die Regelung abgestellt. Der Ausgang von beträgt die Spannung an der Anode der Diode Z1 C wird im Pegel von Q 8 auf + 5 V und --12V CR 3 — 4 V. so daß Q 1 sperrt. Infolgedessen kann verschoben, und Q 9 bewirkt eine weitere Verschiedas Eingangssignal U_n., an dem einen Ende des bung auf ±12V, so daß dem Feldeffekttransistor-Summiergliedes 55 zugeführt werden. Q 1 bleibt für schalter Q 7 in der Einheit 38 die passende Spannung alle Eingangssignale <Ξ ± 10 V gesperrt. Die Po- 25 zugeführt wird. Infolge der Aufladung an den Widerlarität des Eingangssignal legt den Drehsinn des ständen R 7 und R 8 geht die Spannung am Kollek-Motors 10 fest. Die Diode CR 3 gewährleistet, daß tor Q 9 von -12 V auf +11 V über,
die Gegen-Vorspannung von der Basis zum Emitter Die Einheit 31 stellt ein Dämpfungsglied dar, das

des Transistors Q1 unterhalb des Durchbruchswer- als Widerstandsnetzwerk aus den Widerständen R 9, tes bleibt. Wenn an ZlA +5V anliegen, beträgt 30 R 10 und R 23 zusammengesetzt ist. Sperrt Q3, so die am Ausgang von Ql auftretende Spannung geht der Ausgang von ARl ohne Dämpfung un- + 5 V, so daß Q1 in die Sättigung gelangt und den mittelbar an den Eingang von AR 3 in der Einheit 15. Verbindungspunkt zwischen R 1 und R 2 nahe Masse- Befindet sich Q 3 in der Sättigung, so wird der Einpotential festlegt. Die Umkehrverbindung von Ql gang zu AR 3 im Verhältnis
bewirkt eine Festlegespannung von wenigen mV über 35

dem Massepotential. Ist Q1 in der Sättigung, so be- R 23 + R_sut

trägt die Eingangsspannung am Summierglied 55 R9 + R13 + R ~

praktisch 0 V. Gemäß dem Befehlssignal-Eingang ^ia/

an ZlA wird daher die Bezugs-Eingangsspannung abgeschwächt, wobei R_sal der Sättigungswiderstand

der Regelanordnung vom Eingangswert bzw. Masse- 40 von Q 3 ist. Die Dämpfung ist typisch eingerichtet

potential umgeschaltet. für 1 : 100 bis 1 :1000.

Das Summierglied 55 besteht aus einem Wider- Die Einheit 32 besteht einfach aus einem Konden-

standsnetzwerk. Die Regelanordnung stellt sich selbst sator C 2, der zusammen mit den Widerständen R 9 nach, bis die Motor-Gegen-EMK, die am Ausgang und R 10 ein Verzögerungsglied bildet. Dieses be-37 von AR 2 gespeichert ist, der folgenden Bedin- 45 wirkt am Eingang von AR 3 einen exponentiell gung genügt: Anstieg und Abfall, wenn Q 3 an- bzw. abgeschaltet

_ R 5 + R 6 wird. Diese Exponentialspannung verringert die Αιγίδος - ^urcf ·-— · (2) plitude der am Motor durch seine Induktivität er-

"*" zeugten Spannungs- bzw. Stromstöße auf ein

5° Minimum.

Man erkennt hieraus, daß U₀₂ durcch Verände- Die Einheit 15 besteht aus einem Operationsver-

rung entweder von U_ret oder des Widerstandsnetz- stärker mit einer ergänzenden Ausgangs-Leistungswerkes geändert werden kann. Dadurch ist ein be- stufe, die einen bipolaren Ausgang zum Antrieb des quemes Verstellen der Motordrehzahl gegeben. Wie Motors in beiden Drehrichtungen liefert. Die aus in der Baueinheit 55 angedeutet ist, kann die Ver- 55 dem Motor, einem Stromabfrage-Widerstand All stellung durch ein Potentiometer R 6 bewirkt werden. und einer Leitung 12 b bestehende Rückkopplungs-Die Einheit 29 ist ein Operationsverstärker mit schleife transformiert den Verstärker derart, daß er einem sehr hohen statischen Verstärkungsfaktor von gegenüber dem Motor 10 als Stromquelle erscheint, beispielsweise 50 000 und einem vom Ausgang zum Die Impedanzspeisung für den Motor ist daher stets Eingang wirksamen Frequenzfilter (frequency roll 60 außerordentlich hoch. Dadurch ist gewährleistet, daß off network), das die vollständige Regel-Stabilisie- der Motor 10 nicht elektrisch gedämpft wird, wenn rung gewährleistet. der Transistor β 3 nahe Erdpotential festgelegt wird.

Die Einheit 25 bildet den Zeitgeber für die elek- Die Einheit 42 besteht nur aus einem einzelnen

tronischen Schalter. ZlA und ZlB sind im Quer- Widerstand R 12. Während der Zeitdauer J₁, in welschluß bzw. über Kreuz verbunden, so daß sie einen 65 eher der Motor 10 durch den Verstärker 15 seine herkömmlichen Multivibrator mit einem Auslöse- Stromversorgung erhält, sorgt der Transistor Q 6 da-Schaltkreis darstellen, der von Z3A,Z3B und Z 3 C für, daß die Quellenspannung am Transistor Q 7 nahe gebildet wird. Der Auslöse-Schaltkreis ist notwendig, Massepotential bleibt So ist sichergestellt, daß die

Haltespannung am Kondensator C 3 sich nicht verändert, wenn die Gegcn-EMK über Ql durchkommt. Der in den Einzclwiderstand R 12 fließende Strom ist verglichen mit dem Motorstrom vernachlässigbar klein.

Die Einheit 38 stellt einen Reihenschalter dar, der einen Feldeffekttransistor enthält. Während der Abfragezeil T., liegt der Kollektor von Q 9 auf -I-11 V, Q 6 sperrt, und die Gegen-EMK des Motors lädt C 3 über R 12 und Q 7 auf. Während der Zeitdauer T₁ befindet sich der Kollektor von Q 9 auf — 12 V, so daß Q 6 leitet und über die Diode CR 2 der Steuerelektrode von Q 7 eine Spannung von - 12 V zuführt. Ist die Quellenspannung nahe 0 V und die Steuerspannung — 12 V, so ist der Feldeffekttransitor Ql wirksam gesperrt, und die Spannung am Kondensator C 3 bleibt gespeichert.

Die Einheit 43 enthält einfach einen Transistor Q 6, der entweder sperrt oder in der Sättigung ist und somit die Funktion eines Parallelschalters ausübt.

Ein Operationsverstärker mit der Rückkopplung Eins ist von der Einheit 35 gebildet, die in bezug auf die beim Kondensator C 3 gespeicherte Spannung als hohe Impedanz wirkt und dem Summierglied 55 Strom bzw. Spannung zuführt, ohne daß C 3 entladen würde.

Die in F i g. 5 dargestellte Anordnung enthält eine Anzahl von Motoren 10 a bis 10«, welche beispielsweise jeweils den Antrieben von Bandtransporteinrichtungen 70 α bis 70 η oder irgendwelchen anderen angetriebenen Einheiten zugeordnet sein können. Die Motorzuleitungen sind mit 71 α bis 71 π bzw. mit 72 α bis 72 η bezeichnet. Zum paarweisen Umschalten dieser Leitungen nach Bedarf an Verbindungsleitungen 74 bzw. 75, welche ihrerseits mit den Leitungen 17 bzw. 12a in Fig. 1 verbunden sind, ist ein Umschalter 73 vorgesehen. Befinden sich dessen Schleifkontakte in der gezeichneten Stellung, in welcher sie an den Umschaltkontakten 76 a bzw. 77 a anliegen, so wird der Motor 10 a wie erläutert gesteuert. Von den übrigen Anschlußpunkten des Umschalters 73 sind die Kontaktpaare 76 b, 77 b und 76 n, 77 η eingezeichnet.

Die dargestellte Anordnung ist ein wenig aufwendiges System zum Regeln einer ganzen Anzahl von Motoren, weil an jeder Regelstation nur die beiden Motorleitungen geschaltet werden müssen. Dies ist beispielsweise dort besonders vorteilhaft, wo zur Regelung einer Anzahl von Bandtransporteinrichtungen jeweils viele Transportvorgange gleichzeitig in einem beispielsweise durch Wählbetrieb betätigten System auszuführen sind. Es ergibt sich ohne vveiteres, daß die gemeinsame Ausnutzung einer einzelnen elektronischen Anordnung mit einfachem Schaltungsaufbau wesentlich billiger ist als eine Vielfachanordnung von elektronischen Einheilen ohne Schaltmöglichkeit.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

_ stärkers (15) an die Motoren vorhanden sind Patentanspruchs: (F i g. 5). 10. Verwendung einer Schaltungsanordnung

1. Schaltungsanordnung für die Drehzahhnes- nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 zur

sung und/oder -Regelung an einem Gleichstrom- 5 Drehzahlregelung wenigstens eines Motors (10; motor, in dessen einer Ankerzuleitung ein Ver- 10a ... 10n) für den Antrieb (14) wenigstens

stärker liegt, der am Ausgang eine Impulsspan- «ines Informationsträgers, insbesondere einer An-

nung führt, die Antriebs-und Meßzeiträume auf- triebsrolle (50) für ein Magnetband (53), das

weist, wobei die in letzteren erfaßte Gegen-EMK mittels Wickelspulen (51, 52) an einem Magnet-

der Steuerung von Abtasteinrichtungen dient, io kopf (54) vorbeiführbar ist (F i g. 4). welche den Verstärker außerhalb der Antriebszeiträume beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (15) als mit Impuls-Amplitudenmodulation betriebener Leistungs-Operationsverstärker ausgebildet ist, daß 15

von der anderen Ankerzuleitung (12) des Motors Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungs-(10) eine Rückkopplungsleitung (12 a) zum zwei- anordnung für die Drehzahlmessung und/oder -Reten Eingang des Verstärkers (15) führt und daß gelung an einem Gleichstrommotor, in dessen einer dessen einer Eingang (18) sowie die Eingänge Ankerzuleitung ein Verstärker liegt, der am Aus-(36; 56) der Steuer- und Abtasteinrichtungen (29, ao gang eine Impulsspannung führt, die Antriebs- und 23; 35, 38) synchron mittels eines Zeitgebers (25) Meßzeiträume aufweist, wobei die in letzteren erumschaltbar sind. faßte Gegen-EMK der Steuerung von Abtasteinrich-

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- tungen dient, welche den Verstärker außerhalb der durch gekennzeichnet, daß der Ausgang (16) des Antriebszeiträume beaufschlagen.

Verstärkers (15) mit den Abtasteinrichtungen as Za Drehzahlmessungen wird herkömmlicherweise (35, 38) über eine Trennstufe (42) verbunden ist. ein Tachometergenerator benutzt, der an dem be-

3. Schaltungsanordnung nach Ansprach 1 treffenden Motor angebracht wird und der keine und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen äußere Stromzufuhr benötigt. Die von dem Tachodem Motor (10) und dem Abtastverstärker (35) metergenerator erzeugte elektrische Spannung ist ein ein Abtastschalter (38) angeordnet ist. 30 Maß für die Motordrehzahl. Die Anordnung erfor-

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprü- dert jedoch einen beträchtlichen Aufwand an Konchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der struktion und Kosten, weil praktisch zwei Motore Abtastschalter (38) einen weiteren Umschalter erforderlich sind, nämlich einer als mechanischer (43) aufweist, mittels dessen ein Schaltkontakt Antrieb und der andere zum Erfassen der Drehzahl. (40) des Abtastschalters (3K) mit Masse verbind- 35 Ein derartiges System mit zwei Motoren besitzt eine bar ist, wenn sich sein Schaltarm (39) in Offen- nachteilig hohe Gesamtträgheit.

stellung an Kontakt (41) befindet. Üblich ist auch der Brückenabgleich, wobei eine