DE3225540C2

DE3225540C2 -

Info

Publication number: DE3225540C2
Application number: DE3225540A
Authority: DE
Inventors: Georges Andre Maintenon Fr Grave; Jean-Pierre Caen Fr Gaslonde
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1991-05-23
Also published as: GB2103393B; IT1151696B; US5005207A; CA1186368A; JPH02125593U; JPS5819176A; IT8222267A0; FR2509543B1; FR2509543A1; GB2103393A; DE3225540A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl eines Gleich strommotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3.

Das Regelverfahren und die Schaltungsanordnung nach der Erfindung können besonders vorteilhaft bei Geräten zur Aufnahme und Wiedergabe von Ton, insbesondere bei solchen in Kraftfahrzeugen benutzten Geräten, verwendet werden.

Ein Regler eines Gleichstrommotors, der nach dem in der Einleitung beschriebenen Verfahren wirkt, ist aus der US-PS 32 34 447 bekannt. In dieser Patentschrift wird ein Drehzahlregler vorgeschlagen, bei dem ein von der Drehung des Motors induziertes impulsförmiges Signal durch die magnetische Induktion erzeugt wird, die in einer festen Spule durch zwei Dauer magneten hervorgerufen wird, die mit der Welle des Motors verbunden sind. Das von der Drehung des Motors indu zierte impulsförmige Signal wird dann von einer Verarbeitungsschaltung geformt und integriert, und steht an ihrem Ausgang als eine Gleich spannung, die der Geschwindigkeit des Motors proportional ist, zur Verfügung. Diese Gleichspannung wird dann mit einer Bezugsspannung mit Hilfe einer Vergleichsschaltung verglichen, die eine Spannung zur Steuerung des durch den Motor fließenden Stromes liefert.

Mit Drehzahlreglern dieses bekannten Typs können auf befriedigende Weise die langsamen Änderungen der Dreh zahl des Motors, die z. B. durch die Änderungen des Innenwiderstandes des Motors mit der Temperatur herbeigeführt werden, ausgeglichen werden. Dagegen können mit einem solchen Regler im allgemeinen nicht die schnellen Änderungen der Drehzahl ausgeglichen werden, wobei sich dies insbesondere bemerkbar macht, wenn das von der Drehung des Motors induzierte impulsförmige Signal ein Signal niedriger Frequenz, vorzugs weise von weniger als 1000 Hz, ist. In diesem Falle ist durch die beschränkte Anzahl von Impulsen pro Zeiteinheit für die Verarbeitungsschaltung eine große Integrationskonstante erforderlich, die mit einem schnellen Ansprechen des Regler inkompatibel ist.

Aus der Monographie "Samuel Weber: Circuits for Electronics Engineers, New York: Mc Graw-Hill Publications Co.", 1977, Seite 81, ist eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Permament-Gleichstrommotors bekannt, die die Drehzahl des Motors proportional zu einer Eingangsspannung unabhängig von der Last steuert. Diese Schaltungsanordnung umfaßt einen Operationsverstärker zum Treiben des Motors sowie eine positive Stromrückkopplung zum Erzeugen eines negativen Widerstandes, der mit dem Ankerwiderstand des Motors übereinstimmt.

Aus der DE-OS 23 10 739 ist eine Anordnung zur Drehzahl regelung einer elektrischen Kommutatormaschine bekannt, bei welcher der Istwert der Drehzahl als Frequenz einer Wechselspannung abgebildet ist, welche auf ein der elektrischen Maschine zugeordnetes Steuerglied einwirkt. Um die Wechselspannung mit drehzahlproportionaler Frequenz ohne zusätzliche Einrichtungen zu erzeugen, wird sie an einer vom Ankerstrom durchflossenen Impedanz abgegriffen.

Aus der DE-OS 28 49 216 ist eine Vorrichtung zur Drehzahl regelung von Gleichstrommotoren bekannt, in der ein Differentialverstärker über eine spiegelbildliche Schaltung aus Transistoren, deren Basisanschlüsse zusammengeschaltet sind, mit dem Motor verbunden ist. Dabei fließt der gesamte Kollektorstrom der zweiten Transistoren der spiegelbildlichen Schaltung durch den Gleichstrommotor, während der Kollektoranschluß des ersten Transistors der spiegelbildlichen Schaltung über einen Widerstand mit dem positiven Anschluß der Stromquelle verbunden ist, aus der auch der Gleichstrommotor gespeist wird.

Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors zu schaffen, durch die sowohl schnelle als auch langsame Drehzahländerungen ausgeglichen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Gleich strommotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit dessen kennzeichnenden Merkmalen ausgebildet. So ist, wie aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung hervor gehen wird, die Gegen-EMK des Motors praktisch von dem durch den Motor fließenden Strom unabhängig, wodurch die Dreh zahl scheinbar unempfindlich für die augen blicklichen Schwankungen der Belastungen ist.

Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird das von der Drehung des Gleichstroms induzierte, impulsförmige Signal aus Impulsen gewonnen, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des Gleichstrommotors erzeugt werden. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, daß es besonders einfach ist, weil kein einziges mit dem Motor gekuppeltes Hilfsglied erforderlich ist.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ist nach der vorliegenden Erfindung ferner eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 mit dessen kennzeichnenden Merkmalen ausgebildet.

Bei einer besonders günstigen Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird das von der Drehung des Gleichstrommotors induzierte, impulsförmige Signal durch Impulse gebildet, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des Gleichstrommotors erzeugt werden, wobei die Impulse an einem Zweig der Schaltung mit negativem Widerstand, der von dem Motorstrom durchflossen wird, abgenommen werden.

Schließlich ist in einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung die Schaltung mit negativem Widerstand eine Stromspiegelschaltung.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsschaltbild einer Schaltungsanordnung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet;

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors nach der Erfindung, und

Fig. 3 eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung der in Fig. 2 dargestellten Art.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl N eines Gleichstrommotors M, im weiteren einfach als Motor bezeichnet, bei dem die Speisespannung V durch eine Gleichspannung gesteuert wird, die als Steuerspannung Vo bezeichnet wird. Diese Steuerspannung Vo wird von einer Vergleichsschaltung 11 zum Vergleichen eines Bezugssignals S_ref mit einem Signal S_v zum Messen der Drehzahl N des Motors M geliefert, wobei dieses Signal S_v von einer Schaltung zur Verarbeitung 21 eines von der Drehung des Motors M induzierten impulsförmigen Signals S_M geliefert wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, erfolgt die Regelung der Speisespannung V des Motors M durch die Steuerspannung Vo mit Hilfe einer Schaltung mit negativem Widerstand 31, die wenigstens teilweise den Innenwider stand r des Motors M ausgleicht. Diese Maßnahme ist be sonders günstig, wenn das von der Drehung des Motors M indu zierte impulsförmige Signal S_M von niedriger Frequenz, z. B. von weniger als 1000 Hz, ist, weil in diesem Falle die geringe Anzahl der vom Motor M stammenden Impulse es notwendig macht, daß die Verarbeitungsschaltung eine große Zeitkonstante aufweist, die mit einem befriedigenden Ausgleich der schnellen Änderungen der Drehzahl N inkompatibel ist. In bezug auf die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kann nämlich geschrieben werden, daß die Gegen- EMK E′ des Motors M die Beziehung:

E′ = V - (r-R) I_m (1)

prüft. Wird, wenn der Widerstand R in der Nähe des Innen widerstandes r des Motors liegt, die Drehzahl N des Motors M, die zu E′ proportional ist, gegeben durch:

N = k (V-ε (I_m)) (2)

wobei k eine Proportionalitätskonstante und ε (I_m) einen Restterm infolge des unvollkommenden Ausgleichs des Innen widerstandes r durch den Widerstand R darstellen. Die Regelung besteht im wesentlichen daran, daß die Speisespannung V derart eingestellt wird, daß sie von dem Restterm ε (I_m) befreit wird, wodurch die Steuerspannung Vo erhalten wird. Die Beziehung (2) zeigt, daß dann die Drehzahl N von dem den Motor M durchlaufenden Strom I_m unabhängig ist, wodurch letzterer für die schnellen Schwankungen der Be lastung unempfindlich gemacht wird.

Dann kann dafür gesorgt werden, daß das von der Drehung des Motors M induzierte impulsförmige Signal S_M aus Impulsen ge wonnen wird, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des Motors M erzeugt werden. Diese Lösung er gibt den Vorteil, daß sie viel wirtschaftlicher als z. B. die Anwendung eines Tachometergenerators ist.

Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Schaltungs anordnung nach der Erfindung. Diese Schaltungsanordnung enthält eine Schaltung zur Verarbeitung 21 eines von der Drehung des Motors M induzierten impulsförmigen Signals S_M, die eine Formungs schaltung 22 und eine sich daran anschließende Integrations schaltung 23 enthält, die ein Signal S_v zum Messen der Drehzahl N des Motors M liefert, das durch eine der Drehzahl N des Motors M proportionale Gleichspannung ge bildet wird. Diese Gleichspannung wird dann mit einem Be zugssignal S_ref mit Hilfe einer Vergleichsschaltung 11 verglichen, die insbesondere einen Operationsverstärker 12 enthält, der an einer Ausgangsklemme 13 eine Steuerspannung Vo zur Steuerung der Speisespannung V des Motors M liefert. Wie sich aus Fig. 2 erkennen läßt, enthält die Schaltungsanordnung nach der Erfindung weiter eine zwischen der Vergleichs schaltung 11 und dem Motor M angeordnete Schaltung mit ne gativem Widerstand 31, die wenigstens teilweise den Innen widerstand r des Motors M ausgleicht, wobei die Steuerspan nung Vo an eine Eingangsklemme 32 der Schaltung mit negativem Widerstand 31 angelegt wird. In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist die Schaltung mit negativem Widerstand 31 eine Stromspiegelschaltung. In dieser Schaltung wird der den Widerstand R₁ durchlaufende Strom I₁ am Knotenpunkt 33 in zwei Zweige aufgeteilt, wobei einer der Zweige von einem Strom I₂ und der andere Zweig von dem Strom I_m/K durchlaufen wird, wobei I_m der durch den Motor M fließende Strom und K eine für die Schaltung 31 kennzeichnende Zahl ist.

So erhält man:

Dadurch, daß die Punkte 33 und 34 auf demselben Potential liegen, folgt:

E′ + r I_m = R₁I₁ (4)

d. h., daß durch Kombination von (3) und (4) erhalten wird:

Aus einem Vergleich der Beziehungen (1) und (5) ergibt sich, daß der "negative Widerstand" der Schaltung 31 durch die Größe R₁/K definiert wird und daß die Speise spannung V des Motors M durch den Term R₁I₂ dargestellt ist.

Wenn der Widerstand R₁ derart eingestellt wird, daß R₁/K größtenteils den Innenwiderstand r des Motors M ausgleicht, wird die Drehzahl N des Motors M gegeben durch:

N = k(R₁I₂ - ε(I_m)) (6).

Bei festem Widerstand R₁ besteht die Regelung der Drehzahl N darin, daß I₂ durch Vo korrigiert wird, derart, daß der Restterm ε(I_m) ausgeglichen wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der Fig. 2. Die For mungsschaltung 22 wird durch eine Schmitt-Kippschaltung 221 und eine sich daran anschließende monostabile Kippschaltung 222 gebildet. Die Integrationsschaltung 23 enthält einen Widerstand und einen Kondensator. Die Vergleichsschaltung 11 enthält einen Operationsver stärker 12, der die Steuerspannung Vo zur Regelung des Stromes I₂ mit Hilfe des am Eingang der Schaltung mit nega tivem Widerstand 31 angeordneten Transistors T liefert. Diese Schaltung 31 ist eine Stromspiegelschaltung mit einem Koeffizienten K in der Größenordnung von z. B. 10.

Wie sich aus Fig. 3 erkennen läßt, wird das von der Drehung des Motors M induzierte impulsförmige Signal S_M durch Impulse gebildet, die durch die Unter brechung des Stromes I_m an den Bürsten des Motors M erzeugt werden. Diese Impulse werden an einem Zweig der Schaltung mit negativem Widerstand 31, der von dem Motorstrom durch flossen wird, abgenommen; im Falle der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 wird das impulsförmige Signal S_M an einer Klemme des Widerstandes R₀ entnommen.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die einzige in Fig. 3 beschriebene Schaltungsanordnung beschränkt, mit deren Hilfe eine besondere Art von Vergleichsschaltung in Betrieb gesetzt wird. Es versteht sich, daß sie auch durch jede beliebige andere bekannte Vergleichsanordnung in Betrieb gesetzt werden kann, wie z. B. durch eine Vergleichsanord nung, bei der die Frequenz der vom Motor M gelieferten Impulse mit der festen Frequenz eines Quarzoszillators verglichen wird. Ebenso kann das von der Drehung des Motors induzierte impulsförmige Signal auch durch die magnetische Induktion erhalten werden, die in einer festen Spule durch mit der Motorwelle verbundene Dauermagneten erzeugt wird, oder dieses Signal kann von einer optischen Vorrich tung geliefert werden, die eine Lichtquelle und einen De tektor enthält.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Gleich strommotors (M), nach dem die Speisespannung (V) des Gleichstrommotors (M) durch eine Steuerspannung (Vo) eingestellt wird, die von einer Vergleichsschaltung (11) zum Vergleichen eines Bezugssignals (S_ref) mit einem Signal (S_v), das der Drehzahl des Gleichstrommotors (M) proportional ist, geliefert wird, wobei das Signal (S_v), das der Drehzahl des Gleichstrommotors (M) proportional ist, von einer Schaltung zur Verarbeitung (21) eines von der Drehung des Gleichstrommotors (M) induzierten impuls förmigen Signals (S_M) geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das von der Drehung des Gleichstrommotors (M) induzierte impulsförmige Signal von niedriger Frequenz ist, die Einstellung der Speise spannung (V) des Gleichstrommotors (M) durch die Steuer spannung (Vo) mit Hilfe einer Schaltung mit negativem Widerstand (31) erfolgt, die wenigstens teilweise den Innenwiderstand (r) des Motors ausgleicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Drehung des Gleichstrommotors (M) induzierte impulsförmige Signal (S_M) aus Impulsen gewonnen wird, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des Gleichstrom motors (M) erzeugt werden.

3. Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl eines Gleichstrommotors (M), die eine Schaltung zur Verarbei tung (21) eines von der Drehung des Gleichstrommotors (M) induzierten impulsförmigen Signals (S_M) enthält, die eine Formungsschaltung (22) und eine sich daran anschließende Integrationsschaltung (23) enthält, die ein Signal (S_V), das der Drehzahl des Gleichstrommotors (M) proportional ist, liefert und das mit einem Bezugs signal (S_ref) mit Hilfe einer Vergleichsschaltung (11) verglichen wird, die einen Operationsverstärker (12) enthält, der an einer Ausgangsklemme (13) eine Steuer spannung (Vo) zur Einstellung der Speisespannung (V) des Gleichstrommotors (M) liefert, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn das von der Drehung des Gleichstrommotors (M) induzierte impulsförmige Signal (S_M) von niedriger Frequenz ist, sie weiter eine zwischen der Vergleichsschaltung (11) und dem Gleichstrom motor (M) angeordnete Schaltung mit negativem Wider stand (31) enthält, die wenigstens teilweise den Innen widerstand (r) des Gleichstrommotors (M) ausgleicht, wobei die Steuerspannung (Vo) an eine Eingangsklemme (32) der Schaltung mit negativem Widerstand (31) angelegt wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Drehung des Gleichstrommotors (M) induzierte impulsförmige Signal (S_M) durch Impulse gebildet wird, die durch die Unterbrechung des Stromes an den Bürsten des Gleich strommotors (M) erzeugt werden, wobei die Impulse an einem Zweig der Schaltung mit negativem Widerstand (31), der von dem Motorstrom durchflossen wird, abgenommen werden.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mit negativem Widerstand (31) eine Stromspiegelschaltung ist.