DE4437750C2 - Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines ElektromotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl
eines Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Um die Drehzahl eines Elektromotors zu messen, besteht neben der
Anordnung zusätzlicher Drehzahlsensoren die Möglichkeit, die im Motor
erzeugte Generatorspannung, auch elektromotorische Kraft oder EMK
genannt, zu messen. Bei pulsierend mit Betriebsspannung beaufschlagten
Motoren ist es bekannt, die Intervalle zwischen den Impulsen für derartige
Messungen zu verwenden (GB-PS 12 12 264). Während der Messungen
darf jedoch kein Strom durch den Elektromotor fließen, damit der ohmsche
Spannungsabfall an der Motorwicklung nicht das Ergebnis verfälscht.
Gemäß Sax, H: "Drehzahl eines Gleichstrommotors ohne Tachogenerator
geregelt", Steuer- und Regelungstechnik, Elektronik 23/1981, Seite 73 ff wird
deshalb zur Drehzahlmessung eines Motors dieser vom Versorgungskreis
abgetrennt, wobei die Generatorspannung abgetastet wird. Außerdem stellt
sich wegen der Induktivität der Motorwicklung bei Stromänderungen eine
induzierte Spannung ein, die ebenfalls das Ergebnis
verfälschen kann. Die Messung in den Impulsintervallen ist deshalb nur bei
einer niedrigen Impulsfrequenz möglich.
Ein Betrieb eines Elektromotors mit einer pulsierenden und in der Regel
pulsbreitenmodulierten Betriebsspannung ist jedoch mit einer geringen
Verlustleistung nur mit einer relativ hohen Frequenz möglich, bei welcher der
Strom durch den Elektromotor während der Intervalle nur geringfügig abfällt.
Durch das Aufrechterhalten des Stromflusses durch den Freilaufkreis
verbleibt die magnetische Energie auch während der nicht bestromten
Phase in den Motorwicklungen. Die für einen derartigen Betrieb erforderliche
Frequenz ist von den Eigenschaften des Elektromotors, insbesondere von
der Induktivität der Wicklung, abhängig und kann beispielsweise 10 kHz
betragen.
Aus der DE 33 07 547 A1 ist eine Einrichtung zur Drehzahlregelung von
Gleichstrommotoren bekannt, bei welcher in einer Abtastphase zwei
Schaltglieder invertierend von einem Taktgenerator angesteuert werden. Da
sich die Abtastphase nicht mit der Frequenz des Impulsbreitenmodulators
wiederholen soll, wird die Abtastphase durch einen Taktgenerator getaktet,
welcher eine zum Impulsbreitenmodulator abweichende Frequenz aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung
zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors anzugeben, welche mit
geringem technischen Aufwand für einen pulsierenden Betrieb mit hoher
Frequenz anwendbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.
Wie bei dem bekannten getakteten Betrieb des Elektromotors richtet sich die
Frequenz nach Eigenschaften des Motors. Die Häufigkeit der Unterbrechung
zur Durchführung der Drehzahlmessung kann vom Fachmann je nach
Umständen des Einzelfalles gewählt werden. Je seltener Unterbrechungen
erfolgen, desto weniger wird die maximale Leistung gegenüber einem ohne
Unterbrechung vorgenommenen getakteten Betrieb geschmälert. Jedoch ist
eine minimale Häufigkeit der Unterbrechung, das heißt der Messung der
Drehzahl, durch die Eigenschaften des die Drehzahlmessung auswertenden
Regelkreises bestimmt.
Bei einem praktisch ausgeführten Beispiel hat es sich bewährt, daß die
Betriebsspannung mit einer Frequenz von etwa 10 kHz getaktet und nach
jeweils etwa 50 ms für 5 ms unterbrochen wird.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist
schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und
nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannung U am Elektromotor
und
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Stroms I.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird ein Elektromotor 1 über zwei
steuerbare Schalter 2, 3 von einem Mikrocomputer 4 gesteuert. Die
steuerbaren Schalter 2, 3 können vorzugsweise von MOS-
Feldeffekttransistoren gebildet sein. Während der Schalter 2 zwischen dem
von Masse abgewandten Anschluß des Motors und einem Anschluß 5 für die
Betriebsspannung +Ub geschaltet ist, überbrückt der Schalter 3 den
Elektromotor 1. Steuereingänge der Schalter 2, 3 sind an Ausgänge des
Mikrocomputers 4 angeschlossen, wobei der Schalter 2 ein
pulsbreitenmoduliertes Signal PWM und der Schalter 3 ein dazu invertiertes
Signal PWM erhält. Über die Impulsbreite kann die Drehzahl bzw. das
Drehmoment des Elektromotors 1 gesteuert werden. Derartige
Schaltungsanordnungen sind für verschiedene Anwendungen bekannt.
Zu einer Regelung der Drehzahl ist eine Messung der Ist-Drehzahl
erforderlich. Dazu wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
die Spannung U über
einen aus zwei Widerständen 7, 8 bestehenden Spannungsteiler
einem Eingang eines im Mikrocomputer 4 enthaltenen
Analog/Digital-Wandlers 9 zugeführt.
Die Messung der Drehzahl erfolgt über die Messung der im
Motor erzeugten elektromotorischen Kraft Ue (EMK). Um diese
frei von anderen Spannungen, beispielsweise der am
Innenwiderstand des Motors abfallenden stromproportionalen
Spannung oder der in der Induktivität der Motorwicklung
durch Änderungen des Stroms erzeugten Spannung, messen zu
können, werden die dem Elektromotor 1 zugeführten
Spannungsimpulse für eine Zeit T (Fig. 2) unterbrochen. In
dieser Zeit sinkt der Strom durch den Elektromotor 1 auf 0,
während die Spannung nach einer Übergangszeit den Wert Ue
der EMK einnimmt. Durch eine begrenzte Anzahl von Polen des
Elektromotors 1 weist die EMK eine Welligkeit auf.
Die Drehzahl kann nun über die Größe der Spannung Ue mit
Hilfe eines geeigneten Programms im Mikrocomputer 4
ermittelt werden, wobei innerhalb der Meßzeit Tm mehrere
Abtastwerte erfaßt und gemittelt werden. Eine andere
Möglichkeit besteht darin, durch an sich bekannte
Frequenzanalyseverfahren die Frequenz der Wechselspannung zu
messen.
Claims (1)
1. Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors, dem eine
getaktete Betriebsspannung für eine Vielzahl von Impulsen zugeführt wird, wobei
während der Unterbrechung der Betriebsspannungszufuhr die Spannung am
Elektromotor ausgewertet wird, mit zwei steuerbaren Schaltern, die zu einander
invertiert ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei, von einem
Mikrocomputer (4) angesteuerten Schalter (2, 3) derart mit dem Elektromotor (1)
verbunden sind, dass der eine Schalter (3) den Elektromotor (1) kurzschließt und
der andere Schalter (2) den Elektromotor (1) mit Betriebsspannung beaufschlagt
und dass der Verbindungspunkt (6) zwischen den Schaltern (2, 3) und dem
Elektromotor (1), vorzugsweise über einen Spannungsteiler (7, 8), mit einem
Analogeingang des Mikrocomputers (4) zur Auswertung der Spannung am
Elektromotor (1) verbunden ist.
Priority Applications (1)
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DE4437750A DE4437750C2 (de) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors |
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DE4437750A Expired - Fee Related DE4437750C2 (de) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl eines Elektromotors |
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DE102009058869B4 (de) * | 2009-12-18 | 2014-07-17 | Alexander Binzel Schweisstechnik Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Steuern des Vorschubes der abnutzbaren Drahtelektrode von Schweiß-und/oder Lötanlagen sowie eine solche Schweiß-und/oder Lötanlage |
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Also Published As
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DE4437750A1 (de) | 1996-04-25 |
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