DE4426309A1 - Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor - Google Patents
Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger GleichstrommotorInfo
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- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
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- H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
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Description
Die Erfindung geht aus von einem drehzahlgeregeltem
mehrpolpaarigen Gleichstrommotor, der in zumindest zwei
Arbeitspunkten betreibbar ist.
Es ist allgemein bekannt, daß verschiedene Möglichkeiten zur
Drehzahlregelung, Drehzahlsteuerung und Drehzahlerfassung
bestehen. So ist beispielsweise die Drehzahlsteuerung mit
Erfassung der Versorgungsspannung und /oder des Laststroms
bekannt. So ist es auch bei der Drehzahlregelung mit
Drehzahlerfassung über Sensoren, wie z. B. Hallsensoren,
Lichtschranken, Tachometerwicklung oder ähnliches. Bekannt ist es
auch, die Drehzahlregelung durch Takten durchzuführen, wobei die
Drehzahlerfassung in der ausgeschalteten Phase der Schalter
erfolgt.
Der erfindungsgemäß gestaltete drehzahlgeregelte, mehrpolpaarige
Gleichstrommotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
1 hat demgegenüber den Vorteil der einfachen Gestaltung der
Drehzahlregelung, Drehzahleinstellung und Drehzahlerfassung. Dazu
ist erfindungsgemäß den Polpaaren eine elektronische Schaltung
vorgeschaltet, welche die einzelnen Polpaare in Abhängigkeit von
der angeforderten Last und in Abhängigkeit von der an nicht Strom
führenden Bürsten abgenommenen Spannung, welche der Drehzahl des
Motors proportional ist, zu- bzw. abgeschaltet.
Die einfache Nutzung der sich an nicht Strom führenden Bürsten
einstellenden Spannung als Drehzahlistwert, ermöglicht eine
Drehzahlregelung, die ohne Sensoren arbeitet. Die
Drehzahlerfassung ist kontinuierlich, so daß kein Abtast-
Halteglied notwendig ist. Dies vereinfacht die Schaltung und
damit den notwendigen Aufwand.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch l
angegebenen drehzahlgeregelten mehrpolpaarigen Gleichstrommotors
möglich.
In vorteilhafter Weise enthält gemäß einer zweckmäßigen
Ausgestaltung der Erfindung die elektronische Schaltung eine
Logik zur Verarbeitung der Eingangssignale und Schalter zur Zu-
und Abschaltung der Polpaare.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die sich zwischen Bürsten einstellende und an der nicht Strom
führenden Bürste abnehmbare drehzahlproportionale Spannung über
einen Meßwertverstärker der Logik verstärkt zugeführt wird.
Wird der erfindungsgemäß gestaltete Gleichstrommotor in zwei
Arbeitspunkten betrieben, dann sieht eine besonders zweckmäßige
Ausgestaltung der Erfindung vor, daß bei dem ersten Arbeitspunkt
der Motor im Leistungsoptimum betrieben wird, wobei sich die
Drehzahl aus der Last ergibt, und bei dem zweiten Arbeitspunkt
der Motor unter wesentlich schwächerer Last eine voreinstellbare
Drehzahl einnehmen soll, wobei Schalter in den Zuleitungen zu den
Bürsten vorgesehen sind, die von der Logik der
Elektronikschaltung geschlossen bzw. geöffnet werden, in
Abhängigkeit von Steuersignalen betreffend den gewünschten
Arbeitspunkt und der drehzahlproportionalen Spannung zwischen der
nicht Strom führenden Bürste und einer benachbarten Strom
führenden Bürste.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
sieht vor, daß die Logik aus zugeführtem Drehzahlsollwert und der
als Drehzahlistwert wirkender, abgenommener Spannung, eine
Regelabweichung generiert, mit welcher das Tastverhältnis
gesteuert wird, mit dem ein oder mehrere Polpaare mittels der
Schalter taktend zu- bzw. abgeschaltet werden.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Die einzige Figur zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß
gestalteten zweipolpaarigen Gleichstrommotors.
Die Erfindung wird anhand des in Fig. 1 dargestellten
schematischen Blockschaltbildes eines vierpoligen
Gleichstrommotors, bei dem die Polpaarzahl also zwei ist,
nachfolgend dargestellt. Der Motor 1 weist vier Bürsten 11, 12,
13 und 14 auf, von denen die Bürsten 11 und 13 mit einem Pol
einer Batterie 5, welche die Versorgungsspannung für den Motor 1
liefert, verbunden sind. Zur Verbindung der beiden anderen
Bürsten 12 und 14 mit dem anderen Pol der Batterie 5 ist diesen
Teilen der beiden Polpaare eine elektronische Schaltung 6
vorgeschaltet.
Die elektronische Schaltung 6 enthält eine Logikschaltung oder
kurz Logik 7 genannt, einen Meßwertverstärker 3 und zwei
Schalter 21 und 22. Mittels des Schalters 21 ist die Bürste 14
über eine Leitung 4 und mittels des Schalters 22 ist die Bürste
12 mit dem anderen Pol der Batterie 5 verbindbar. Die beiden
Schalter 21 und 22 erhalten ihre Schaltbefehle von der Logik 7
der elektronischen Schaltung 6. Somit bestimmt die elektronische
Schaltung 6 das Zu- und Abschalten der einzelnen Polpaare des
Motors 1.
Der in Fig. 1 dargestellte vierpolige Motor 1 soll in zwei
Arbeitspunkten 10 und 20 betrieben werden. Im ersten
Arbeitspunkt 20 wird der Motor im Leistungsoptimum betrieben.
Die Drehzahl n ergibt sich dabei zum einen aus der Last, die der
Motor 1 antreiben muß, und zum anderen aus der
Versorgungsspannung der Batterie 5. Bei dieser Betriebsweise ist
der Motor 1 dauerbestromt. Die beiden Schalter 21 und 22 sind
demnach geschlossen. Allgemein gilt für einen solchen
Arbeitspunkt, daß alle Polpaare des Motors zugeschaltet sind. Im
zweiten Arbeitspunkt 10, man kann ihn auch den unteren
Arbeitspunkt nennen, ist die dem Motor 1 abverlangte Leistung
wesentlich kleiner als im Arbeitspunkt 20. Bei dieser
Betriebsweise ist der Schalter 21 dauernd geöffnet, das heißt,
daß demnach das zugehörige Polpaar, zu dem die Bürste 14 gehört,
nicht Strom führend ist. Zwischen den Bürsten 13 und 14 bzw.
11 und 14 stellt sich eine Spannung Un ein, die der Drehzahl n
proportional ist.
Die an der nicht Strom führenden Bürste 14 abnehmbare
drehzahlproportionale Spannung Un wird mittels eines
Meßwertverstärkers 3 verstärkt und als Eingangsgröße 8,
Drehzahlistwert Un, der Logik 7 zugeführt. Andere Eingangsgrößen
der Logik 7 sind die Angaben, in welchem Arbeitspunkt der Motor
betrieben werden soll. Diese Anwahl des Arbeitspunktes erfolgt
über den mit 10/20 bezeichneten Eingang der Logik 7 der
elektronischen Schaltung 6.
Soll im zweiten, d. h. dem unteren, Arbeitspunkt 10 eine
konstante voreinstellbare Drehzahl nsoll gefahren werden, dann
wird in der Logik 7 aus diesem Drehzahlsollwert nsoll und dem
Drehzahlistwert Un eine Regelabweichung generiert, die das
Tastverhältnis korrigiert und mit deren Hilfe der Schalter 22
getaktet wird. Die Eingabe des Drehzahlsollwertes nsoll ist in
Fig. 1 nicht extra dargestellt.
Generell ist es möglich, bei Vorhandensein von Motoren mit mehr
als zwei Polpaaren, die einzelnen Polpaare entsprechend der
abverlangten Leistung, in Abhängigkeit des gewünschten
Arbeitspunktes und der sich an einer oder mehreren nicht Strom
führenden Bürsten abnehmbaren, der Drehzahl proportionalen
Spannung, mittels der vorgeschalteten und entsprechend
dimensionierten elektronischen Schaltung 6, einzeln bzw.
mehrfach zu- bzw. abzuschalten.
Mit Hilfe der Erfindung ist es somit auf sehr einfache Weise
möglich, eine Drehzahlregelung, insbesondere im unteren
Leistungsbereich, eines Gleichstrommotors ohne Sensoren zu
realisieren. Dabei arbeitet die Drehzahlerfassung kontinuierlich
und bedarf somit keines Abtast-Haltegliedes.
Claims (5)
1. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor,
der in zumindest zwei Arbeitspunkten (10, 20)
betreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
den Polpaaren des Motors (1) eine elektronische
Schaltung (6) vorgeschaltet ist, und daß mittels der
elektronischen Schaltung (6) die einzelnen Polpaare
in Abhängigkeit von der angeforderten Last und in
Abhängigkeit von der an nicht Strom führenden
Bürsten (11-14) abgenommenen Spannung, welche der
Drehzahl (n) des Motors (1) proportional ist, zu
bzw. abgeschaltet werden.
2. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektronische Schaltung (6) eine Logik (7) zur
Verarbeitung der Eingangssignale (8, 10, 20)
und Schalter (21, 22) zur Zu- bzw. Abschaltung der
Polpaare enthält.
3. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich
zwischen Bürsten (11 und 14 bzw. 13 und 14)
einstellende und an der nicht Strom führenden Bürste
(14) abnehmbare, drehzahlproportionale Spannung (Un)
über einen Meßwertverstärker (3) verstärkt der Logik (7)
als Eingangsgröße (8) zugeführt wird.
4. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor,
der in zwei Arbeitspunkten (10, 20) betrieben wird, nach
einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
bei dem ersten Arbeitspunkt (20) der Motor (1) im
Leistungsoptimum bzw. bei hoher Last, betrieben wird,
wobei sich die einstellende Drehzahl (n) aus der
abverlangten Last ergibt, und bei dem zweiten
Arbeitspunkt (10) der Motor (1) unter wesentlich
schwächerer Last eine voreinstellbare Drehzahl (nsoll)
annehmen soll, wobei Schalter (21, 22) in den Zuleitungen
(2, 4) zu den Bürsten (11-14) der Polpaare vorgesehen
sind, die von der Logik (7) der elektronischen Schaltung
(6) geschlossen bzw. geöffnet werden, in Abhängigkeit von
Steuersignalen betreffend den gewünschten Arbeitspunkt
(10, 20) und in Abhängigkeit von der
drehzahlproportionalen Spannung zwischen der nicht Strom
führenden Bürste (14) und einer benachbarten Strom
führenden Bürste (11 oder 13).
5. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor
nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Logik (7) aus zugeführtem
Drehzahlsollwert und aus als Drehzahlistwert
wirkender, an einer nicht Strom führenden Bürste
(14) abgenommener Spannung (Un) eine Regelabweichung
generiert, mit welcher das Tastverhältnis gesteuert wird,
mit dem ein oder mehrere Polpaare mittels der Schalter (21,
22) zu- bzw. abgeschaltet werden.
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