DE2636589C2 - Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines GleichstrommotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines aus einer Wechselspannungsquelle
gespeisten Gleichstrommotors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Eine solche ist bekannt durch die DE-OS 22 04 435.
Aus der DE-OS 21 55 996 ist eine Schaltung zum Stabilisieren der Drehzahl eines Universalmotors
bekannt, bei der der Temperatureinfluß, insbesondere auf die Zünd-Daten eines Thyristors, durch mehrere, in
einen Spannungsteiler eingefügte Dioden kompensiert wird, so daß eine temperaturunabhängige Vorgabe
einer Kleindrehzahl möglich wird.
Weiterhin ist aus der DE-OS 22 03 827 eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines
durch eine Wechselspannungsquelle gespeisten Gleichstrommotors bekannt, bei der mehrere Widerstände
kurz geschlossen werden können und dadurch die Drehzahl geändert werden kann. Dabei wird aus dem
Spannungsabfall an einem Widerstand ein dem Motorstfom
proportionales Signal abgeleitet, um dem Motor bei höherer Belastung eine entsprechende, höhere
Spannung zuzuführen, so daß der durch die höhere Belastung bedingte Drehzahlabfall zumindest teilweise
kompensiert wird.
Aus der DE-OS 17 63 006 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines der Drehgeschwindigkeit eines Reihenschlußmotor!!
entsprechenden Signals bekannt, das dann in einem Regler benutzt werden soll. Dabei geht es
insbesondere um das Problem, die Zündung von Thyristoren bei großeti Leitwinkeln zu gewährleisten.
Die DE-AS 15 88 073 zeigt eine Einrichtung zur Drehzahlregelung eines konstant erregten Gleichstrommotors,
bei der ein erstes Potentiometer für die Einstellung des Sollwertes sowie weitere Widerstände
vorgesehen sind;die am ersten Widerstand abgegriffene
Spannung ist proportional zum Ankerstrom und dadurch zur Motorbelastung.
Schließlich geht eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines aus einer Wechselspannungsquelle
gespeisten Gleichstrommotors der angegebenen Gattung aus der DE-OS 22 04 435 hervor und
weist eine steuerbare Gleichrichteranordnung, eine Einrichtung zum Steuern der Gleichrichteranordnung in
Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an einem durch den Motorstrom beaufschlagten Widerstand, eine
is Drehzahlbezugsschaltung und eine mit dem Widerstand
verbundene Lastkompensationsschaltung zum Beeinflussen der Drehzahlbezugsschaltung durch den Motorstrom
auf.
Eine solche Lastkompensationsschaltung ist jedoch nur auf die Durchschnittswerte des Betriebs des
Gleichstrommotors, insbesondere auf durchschnittliche Drehzahlen, abgestellt. Aufgrund verschiedener Einflüsse,
beispielsweise der inneren Verluste, des scheinbaren Spannungsabfalis in dem Gleichstrommotor, aber auch
aufgrund des Verhaltens einer solchen Schaltungsanordnung bei großen Drehzahlbereichen, hat sich jedoch
in der Praxis herausgestellt, daß die Auslegung der Lastkompensatiovisschaltung auf durchschnittliche
Drehzahlen für einen optimalen Betrieb nicht ausreicht. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
eine Schaltungsanordnung der angegebenen Gattung zu schaffen, die eine drehzahlabhängige Lastkompensation
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß dur-'h die beanspruchte
Anschaltung der beiden Potentiometer der Lastkompensationsschaitung über eine Diode bzw. eine Z-Diode
an die Bezugsschaltung eine selbsttätige Umstellung der Kompensation, unabhängig von der Grundeinstellung.
von dem für niedrige Drehzahlen optimalen Wert auf den für hohe Drehzahlen günstigeren Wert durchgeführt
werden kann. Dabei wird die Grundeinstellung von dem ersten Potentiometer vorgegeben, während
die Einstellung auf die Lastkompensation bei hohen so Drehzahlen über das zweite Potentiometer erfolgt, das
über die Z-Diode mit der Drehzahlbezugsschaltung verbunden ist.
Ein weiterer Vorteil dieser Schaltungsanordnung ergibt sich durch die Verwendung der Diode, die noch
zusätzliche, auf Temperaturänderungen zurückzuführende Schwankungen ausgleicht, da sie das thermisch
bedingte Driften der elektronischen Bauelemente, beispielsweise der Transistoren und Dioden, kompensiert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 den Aufbau einer Schaltungsanordnung nach
der vorliegenden Erfindung, und
(,5 F i g. 2 einen Teil einer Modifiaktion der Schaltungsanordnung
nach Fig. I.
Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die in Fig. I dargestellte Schaltungsanordnung in mehrere Funk-
tionsgruppen unterteilt. Zu diesen Funktionsgruppen gehören eine Gieichrichterbrücke 10 mit Leistungshalbleitern,
ein Impulsgenerator 20, ein Fehler-Vergleicher/-verstärker 30, ein Motor 40 und eine Drehzahlbezugsschaltung
50, Außerdem sind in F i g. 1 eine Drehzahl-Rückkopplungsschaltung
90, über die dem Vergleicher 30 die Motorankerspannung zugeführt wird und eine IR-Belastungsausgleichsschaltung 60 dargestellt, durch
die der Drehzahlbezugsschaltung 50 der Motorankerstrom zugeführt wird; die Drehzahlbezugsschaltung 50
liegt in Reihe zu dem Fehler-Vergleicher/-Verstärker 30. Der Impulsgenerator 20 weist einen Synchronisations-
oder Ansteuerteil 80 auf. Schließlich ist in F i g. 1 noch eine Strombegrenzer 70 zu erkennen.
Die aus Leistungshalbleitern aufgebauten Brücken 10 erhalten Energie von einer Wechselspannungsquelle 2.
Dioden 11 bis 12Λ bilden eine Brücke, um einen vollweggleichgerichteten Strom einer Motorfeldwicklung
41 und über eine Leitung 15 dem Impulsgenerator 20 zuzuführen. Die Dioden 11 und 11/t arbeiten mit
gesteuerten Gleichrichtern 13 und 13Λ zusammen, um einen einstellbaren, vollweggleichgerichteten Strom
dem Motoranker 42 über Leitungen 16 bir-18 und über
einen Widerstand 4 zuzuführen. Am Widerstand 4 liegt eine Spannung an, die dem Ankerstrom proportional ist.
In dem Impulsgenerator 20 wird die zeitliche Steuerung der Impulse durch die Größe des Stromes auf
einer Leitung 21 reguliert. Wie dargestellt, wird mittels des Stroms, der vom Kollektor eines Transistors 31 in
dem Vergleicher 30 abgenommen wird, ein Kondensator 22 geladen. Wenn die Ladung und Spannung an dem
Kondensator 22 einen kritischen Wert erreichen, wird ein Unijunctiontransistor 23 leitend, der dann d^n
Kondensator 22 über die Primärwicklung eines Transformators 24 entlädt. Die Sekundärwicklungen
des Transformators sind mit den Steuerelektroden der gesteuerten Gleichrichter 13 und \3A verbunden, um
diese zu zünden.
Eine Z-Diode 25 hält die Basisspannung des Unijunctiontransistors 23 auf einem entsprechenden
Pegel. Dt Betrieb des Impulsgenerators 20 wird mit der
Stromversorgung mittels eines Ansteuerteils 80 mit einem Transistor 81 synchronisiert. Der Transistor 81
wird durch Ansteuern seiner Basis leitend, die von der Leitungsspannung aus über Widerstände 82 bis 84
gespeist wird. Während des größten Teils der Stromv^rsorgungsperiode ist der Transistor 81 in
Sättigung gesteuert: am Ende der Periode geht der die Basis steuernde Strom jedoch durch null; wenn der
Transistor 81 nicht mehr leitend ist, liegt keine Basisspannung an den Unijunctiontransistor 23 an. Bei
Wegfall der Basisspannung wird der Kondensator 22 beim Bsginn der folgenden Halbperiode der Speisespannung
auf einen gleichbleibenden niedrigen Pegel entladen.
Der Fehlerverglcichcr-Verstärker 30 spricht über einen Widerstand 8 auf ein Signal von der Drehzahlbezugsschaltung
50 an und vergleicht dieses Signal mit einem Signal, das die Motorankerspannung darstellt und
über einen Rückkopplungswiderstand 90 zugeführt wird. Die positive Leitung 17 stellt hierbei den
gemeinsamen Bezugspegel dar. Das Drehzahlbezugspotential, das die gewünschte Motordrehzahl darstellt,
wird an die Basis des Transistors 31 angelegt, der dadurch mit einem höheren Ladestrom, welcher über
eine Leitung 21 von dem Kondensator 22 entnommen wird, leitend gesteuert wird. Durch den höheren
Ladestrom wird der Zündzeitpunkt des Impulsgenerators 20 vorverstellt, wodurch die an den Motoranker 42
angelegte Spannung zunimmt. Das der Ankerspannung entsprochende Signal, das über den Widerstand 90
rückgekoppelt wird, führt zu einem Spannungsabfall an Widerständen 32 und 33 in der Emitterschaltung des
Transistors 31, Dieses Potential an der Emitterschaltung führt zu einer Verringerung der Basisspannung bezüglich
der Emitteransteuerung, woJurch das Leitvermögen
vermindert und ein Gleichgewicht zwischen einer
ίο vorgegebenen Drehzahl-Bezugssignalspannung einer
bestimmten Motorankerspannung hergestellt wird. Ein Kondensator 34 dient zum Ausgleich der Wirkung der
Rückkopplungswelligkeit und arbeitet mit dem Widerstand 8 zusammen, um einen weichen, zeitlich
gesteuerten Anstiegsbeginn zu schaffen.
Die Drehzahlbezugsschaltung 50 weist ein Potentiometer 51 für die Auswahl der Drehzahl auf, das zwischen
einstellbare Widerstände 52 und 53 geschaltet ist, um maximale bzw. minimale Drehzahlgren?.werte einzustel-
2» len.
Der Widerstand 52 ist mit der Lastkompensationsschaltung
60 über eine Diode l>^ verbunden, um eine
thermische Kompensation des Sysiems zu erreichen. Die an die Serienschaltung mit dem Potentiometer 51
angelegte Spannung wird mittels einer Diode 54 reguliert, die mit der Lastkompensationsschaltung 60
verbunden ist. Die Drehzahlbezugsschaltung 50 wird über einen Widerstand 7 durch den Strom gespeist,
welcher die Zwischenbasen des Unijunctiontransisiors
JO 23 und eine Z-Regeldiode 25 des Impulsgenerators
passiert. In manchen Fällen kann es angebracht sein, im Hinblick auf eine bestimmte Auslegung und Ausführung
den Wert des Widerstandes 7 auf null zu verringern.
Die Lastkompensationsschaltung 60 weist Potentiometer 61 und 62 auf, die mit der Spannung gespeist
werden, die von dem den Widerstand 4 durchfließenden Ankerstrom gebildet wird. Das Potentiometer 61 stellt
die Grundausgieichseinstellung dar; üblicherweise ist die Z-Diode an eine gemeinsame positive Leitung
zurückgeführt, wodurch die vorgenommene Korrektur bei niedrigen Drehzahlen größer und bei höheren
Drehzahlen schwächer wird. Wenn die Z-Diode zu dem Schleifarm des Potentiometers 61 zurückgeführt ist,
wird die dadurch erzielte Korrektur unabhängig von der Drehzahleinstellung. Außerdem ist das Phasensteuerungsverhalten
bei hohen Leitungswinkeln und Drehzahlen weniger empfindlich. Ferner erfordern die
Motore unterschiedliche Korrekturen bei verschiedenen Drehzahlen, und zwar in Abhängigkeit von
Dimensionen bzw. Proportionen, die sich von einer Ausführung zur anderen ändern.
Um diese Erfordernisse aufeinander abzustimmen, ist die programmierte Lastkompensation vorgesehen Dies
wird durch Einbringen eines zweiten Potentiometers 62
si erreicht, mit dem die Kathode der Z-Diode 54
verbunden ist. Hierdurch kann die Kompensation unabhängig von der Grundeinstelluiig oder der
Einstellung bei niedriger Drehzahl wirksam auf hohe Drehzahlen verstellt werden. Üblicherweise wird sie,
um die vorerwähnten Wirkungen auszugleichen, eingestellt, indem ein größeres Kompensationssignal an den
Schleifarm des Potentiometers als an das Potentiometer 61 angelegt wird, obwohl in besonderen Fällen ein
unterschiedliches Drehzahl/Belastungs-Kompensationsverhalten ohne weiteres programmiert werden
könnte.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Hauptursache für das thermische Driften eine Besonderheit und
Eigentümlichkeit des Basis-Rmitter-Übergangs in dem Transistor 31 ist. Diese Übergangsgegen- oder Kompensationsspannung
von 0,65 V nimmt mit zunehmender Temperatur ab und ist der Grund, weshalb die
Drehzahl langsam zunimmt, wenn die Schaltungsanordnung wärmer wird. Dieser Einfluß kann ausgeglichen
werden, indem ein ähnlicher Halbleiterübergang in der Drehzahlbezugsschaltung 50 in Form einer Diode 55
vorgesehen wird. Wenn sie während des Betriebs derselben Temperatur ausgesetzt ist. verringert sie die
Drchzahl-ßezugssignals-pannung um einen Betrag, wel
eher der Ubergangsgegenspannung im Transistor 31
entspricht.
Die Aufgabe der Anstcuerschaltung besteht darin, die
Ladung am Kondensator 22 am Ende jeder llalbperiode
der zugeführten Energie auf einen gleichförmigen bzw. konstanten niedrigen Pegel zurückzustellen, was man
am Durchlaufen der Nullspannungslinie erkennen kann.
BiMicr μ ι tu vciMincuciic ΓίίΊί iCniüi'fgcM V'OTWcfiuci
worden, um dieses Syehronisieren zu erreichen. Im
allgemeinen wird der Basis des Unijunctiontransistors
2.3 eine ungefilterte, gleichgerichtete Spannung zugeführt,
wobei die Ansteuerung durch die Eigenverzögerung um dem durch die Diode 25 geschaffenen Z-Pegel
auf null erreicht ist. Diese Maßnahme ist jedoch einer gelegentlichen Störung bei einer Unterbrechung des
Net/schahers unterworfen, wenn die Kontakte zerkratzt
sind oder beim Öffnen prellen. Ein kurzzeitiger •\usfall oder eine I nterbrechiing der Basisspannung des
I 'nijunctionstransistors 23 kann die vorzeitige Zündung
lies Impulsgenerator«, in einer Periode zur Polge haben,
was dann zu einem übermäßig großen, nicht gewollten
l.eitungsimpuls führt. Ein ähnlicher Fehler kommt vor.
wenn die Stromversorgung durch Einsehwingstörungen
beeinflußt ist. die sich in der Periodenmitte momentan
0 V nahern. Diese Störungen werden als »Einbrechen« bezeichnet und auf Regcnerierungserschcinungen in
den Halbleitern großer Umformeinrichtungen, die
demselben Stromversorgungsnetz zugeordnet sind,
zurückgeführt. Diese Einbrüche dauern im allgemeinen in der Größenordnung von 15 bis 30 iisek. Durch die
dargestellte Schaltungsanordnung wird die Verträglichkeit
mit der gestörten Stromversorgung erreicht: das
Schalten aufgrund einer Störung wird durch die dargestellte Schaltungsanordnung ebenfalls beseitigt,
indem ein Kondensator 9 mit Widerstanden 5 und 6 zusammenwirkt, wodurch eine Entladungszeitkonstante
von Millisekundendauer geschaffen wird, um die Spannung während der Schaltungsunrcgelmäßigkeiien
aufrechtzuerhalten. Die mittels des Transistors 81
ί geschaffene Ansteuerung ist unempfindlich gegenüber
Störungen in Form von Einbrüchen durch die in dem Kondensator 85 gespeicherte Ladung, die über die
zugeordneten Widerstände mit einer Zeitkonstanten abfließt, die im allgemeinen in der Größenordnung von
ίο etwa 100 μ5ε!<. liegt.
Wie dargestellt, wird die Leitung 89 des Impulsgenerators
20 auf einer Spannung gehalten, die um die Spannung der Drehzahlbezugssehalhmg und um den
Spannungsabfall am Widerstand 7 inner dem gemeinsa·
I) men positiven Bezugspegcl auf der Lotung 17 liegt, um
diesen Unterschied zu vergrößern, der während des Nulldurchgang-Ansteuerintervalls durch die Wirkung
des Kondensators 9 erhalten wird. Wenn sich ein N'JÜdiifCh^iin0 nähert. νν!Γ'.Ι '.!'.!Τ^ ''"' ' pitlina«n:in
:o nung der Transistor 81 über den Widerstand 83 oder 84
in Abhängigkeit davon angesteuert, ob die Leitung negativ ist. während die positive Leitung wirksam mit
der gemeinsamen positiven Leitung 17 über die Diode 11 oder IM verbunden ist. Wenn die Lcitungsspannung
:■< sofort kleiner wird als tier Spannungswert, der auf der
Leitung 89 erhallen wird, vergeht jede Möglichkeit
einer Ansteuerung, bis die Leitungsspannung wieder durchlieft, und zwar unabhängig von den Werten der
Bauelemente 82 bis 88. Bei der bisherigen Herstellung
in ähnlicher Ansteuerschaltungen, die jedoch parallele
Einspeistingen für die DrehzaMbezugsschaltung und den Impulsgenerator aufweisen, ist die Leitung 89 mit
der gemeinsamen Plusleitung 17 verbunden. Bei dieser Anordnung nähert sich die Basisansteuerung null, läuft
π aber nicht vorbei, und infolgedessen müssen Bauteile
mit sehr genauen Toleranzen gewählt werden.
Die Serienspeisung des Impulsgenerators 20 führt zu einem geringeren Energieverbrauch: die Erwärmung in
dem Vorwiderstand 5 überwiegt bei der herkömmlichen
*r> Parallelanordnung mit zwei Vorwiderständen.
In F i g. 2 ist eine geringfügige Abwandlung dargestellt,
wobei der Basis-Emitterübergang eines bipolaren Siliziumtransistors 55 7" anstelle der Diode in der
Drehzahlbezugsschaltung 50 verwendet ist. Durch diese
■ti Schaltungsabwandlung wird Symmetrie zwischen den
Transistoren 31 und 557~erreicht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten
Gleichstrommotors mit einer steuerbaren Gleichrichteranordnung, mit einer Einrichtung zum Steuern
der Gleichrichteranordnung in Abhängigkeit von dem Spannungsabfall an einem durch den Motor
beaufschlagten Widerstand, mit einer Drehzahlbezugsschaltung und mit einer mit dem Widerstand
verbundenen Lastkompensationsschaltung zum Beeinflussen der Drehzahlbezugsschaltung durch den
Motorstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastkompensationsschaltung (60) aus zwei,
dem Widerstand (4) parallel geschalteten Potentiometern (61,62) besteht, von welchen der verstellbare
Abgriff des ersten (61) Ober eine Diode (55) in einem ersten Eingang und der verstellbare Abgriff des
zweiten (62) über eine Z-Diode (54) in einem zweiten Eingang der Drehzahlbezugsschaltung (50) verbunden
sind
Z Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch
gekennzeichnet, daß die Drehzahlbezugsschaltung (50) ein Potentiometer (51) für die Auswahl der
Drehzahl aufweist, das zwischen einstellbare Widerstände (52,53) geschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung rvjch Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Diode (55) mit einem der einstellbaren Widerstände (52) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Z-Diode '54) mit dem anderen einstellbaren Widerstand (53) verbunden ist.
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