DE2443023A1

DE2443023A1 - Drehzahl-konstantregler fuer einen gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2443023A1
Application number: DE2443023A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Minakuchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-09-10
Filing date: 1974-09-09
Publication date: 1975-04-03
Also published as: CA1002587A; DE2443023C2; FR2243545A1; JPS538888B2; FR2243545B1; US3970909A; GB1481063A; JPS5052519A; IT1021188B

Description

DR. BERG DIPL.-IMG. STAPF DIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 860245

Dr Rery Ui|'l -Ing Siapf und Partner. 8 München 86, P O. Box 860245

Ihr Zeichen Unser Zeichen 25 355 8 MÜNCHEN 80'

Your ref Our ref. sss MauerkircherstraOe

Anwaltsakte 25 355 g SEP. 1974

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Kadoma-shi, Osaka-fu, Japan

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Drehzahl-Konstantregler für einen Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft einen Drehzahl-Konstantregler für einen Gleichstrommotor.

Bei einem herkömmlichen Drehzahl-Konstantreglers für einen Gleichstrommotor wird ein Transistor entsprechend dem Ausgang eines mechanisch an einen Gleichstrommotor 'angekuppelten Generators an- und abgeschaltet, und der Ausgang

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(089) 98 82 72 Telegramm* BERGSTAPFPATENT MOnchen Banken: Bayerische Vatiasbank Manchen 453100

987043 TELEX: 0524560 BERGd Hype-Bank MOnchen 3192623

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des Transistors wird an eine Differenzierschaltung angelegt, um dadurch den Steuerimpuls zum Ansteuern eines monostabilen Multivibrators zu bilden. Der monostabile Multivibrator schafft einen Ausgang in Form von Rechteckwellen, deren Tastverhältnis sich mit der Frequenz der Steuerimpulse ändert, und der Ausgang des monostabilen Multivibrators wird mittels eines Integrators integriert, um eine. Gleichspannung zu erhalten, welche sich entsprechendeder Umlaufgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Gleichstrommotors ändert. (Im folgenden wird im allgemeinen nur noch von Drehzahl gesprochen). Entsprechend der Gleichspannung am Ausgang des Integrators wird ein Steuertransistor so gesteuert, daß bei einer Zunahme der Drehzahl des Gleichstrommotors der Steuertransistor diese Drehzahl verringert bzw. herabsetzt, während bei einer Abnahme der Drehzahl der Steuertransistor die Drehzahl entsprechend erhöht.

Die Gleichspannung am Ausgang des Drehzahlreglers weist einen Welligkeitsanteil auf, dessen Frequenz von der Ausgangsfrequenz des mechanisch an den Gleichstrommotor angekuppelten Generators abhängt. Wenn die Frequenz des Welligkeitsanteils so hoch ist, daß dieser von der Trägheit des Rotors aufgenommen werden kann, beeinflußt der Welligkeitsanteil den Betrieb des Gleichstrommotors nicht nachteilig. Wenn dagegen die Ausgangsfrequenz des Generators entsprechend niedrig ist, hat der Welligkeitsanteil Schwingungen des

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Rotors des Gleichstrommotors zur Folge.

Die Erfindung soll daher einen Drehzahl-Konstantregler für einen Gleichstrommotor schaffen, bei welchem der Welligkeitsanteil in der Gleichspannung, welche sich entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl des Gleichstrommotors ändert, im wesentlichen beseitigt iet. Ferner soll gemäß der Erfindung ein Drehzahl-Konstantregler geschaffen werden, bei welchem eine stabilisierte Drehzahl-Konstantreglung eines Gleichstrommotors mit einem Rotor mit geringer Trägheit bzw. Schwungmasse oder eines mit niedriger Drehzahl laufenden Gleichstrommotors gewährleistet ist. Darüber hinaus soll gemäß der Erfindung ein Drehsahl-Konstantregler für einen Gleichstrommotor geschaffen werden, bei welchem die stabilisierte Drehzahl-Konstantreglung auch dann noch gewährleistet ist, wenn sich die Versorgungsspannung plötzlich stark ändert.

Um dies zu erreichen, ist gemäß der Erfindung ein Drehzahl-Konstantregler geschaffen, welcher eine Drehzahl-Fühlschaltung, an deren Ausgang eine Gleichspannung anliegt, die sich entsprechend der Drehzahländerung eines Gleichstrommotors ändert, eine eine konstante Spannung schaffende Schaltung oder eine die Spannung regulierende Schaltung, durch welche der Drehzahl-Fühlschaltung eine konstante Spannung zugeführt wird, einen Steuertransistor, mit welchem der in den Gleichstrommotor fließende Strom entsprechend den

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Ausgang der Drehzahl-Fühlschaltung gesteuert wird, und eine Rückkopplungsschaltung aufweist, welche zwischen die Ver< bindung zwischen dem Gleichstrommotor und dem Steuertransistor und einem Schaltungspunkt der Drehzahl-Fühlschaltung geschaltet ist.

Die Erfindung schafft also einen Drehzahl-Konstantregler für einen Gleichstrommotor, bei welchem der Ausgang eines an den Gleichstrommotor mechanisch angekuppelten Generators in^rtShteckwellenförmigen Ausgang umgesetzt wird, dessen Impulsdauer oder -breite konstant ist, dessen Tastverhältnis sich jedoch entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl des Gleichstrommotors ändert; der rechteckwellenförmige Ausgang wird dann integriert, so daß die Drehzahl des Gleichstrommotors entsprechend dem integrierten Ausgang gesteuert werden kann. Ferner ist j gemäß der Erfindung eine Reihenschaltung aus einem Eonden-

J sator und einem Widerstand zwischen den Ausgangsanschluß des Integrators und des Gleichstrommotors und eine eine konstante Spannung schaffende Schaltung oder eine die konstante Spannung regelnde Schaltung geschaltet, welche im Nebenschluß zu einer Gleichstrom- bzw. -spannungsquelle liegt, wodurch der Velligkeitsanteil im Ausgang des Integrator« beseitigt und eine stabile Drehzahlregelung des Gleichstrommotors gewährleistet ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten

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Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. Λ ein Schaltbild eines herkömmlichen Drehzahl-konstantreglers;

Fig. 2 eine Darstellung von Ausgangswellenformen an verschiedenen Punkten der in Fig. 1 dargestellten y -

Schältung; und

Fig. 3 ein Schaltbild eines Drehzahl-Konstantreglers gemäß der Erfindung.

Bei dem bekannten, in Fig., 1 dargestellten Drehzahl-Konstantregler ist ein Gleichstrommotor mechanisch an einen Generator 2 angekuppelt, dessen Ausgangsanschluß über einen Widerstand 3 an die Basis eines Transistors 4 angekoppelt ist. Der Emitter des Transistors 4- ist mit einer negativen Versorgungsleitung verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand 5 an eine positive Versorgungsleitung angeschaltet ist. Eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 6 und einem Widerstand 7 ist zwischen den Kollektor des Transistors 4· und die negative Versorgungsleitung geschaltet; die Verbindung zwischen dem Kondensator 6 und dem Widerstand 7 ist an den Eingangsanschluß eines monostabilen Multivibrators 8 angekoppelt. Eine weitere Reihenschaltung aus einem Widerstand 9 void.

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einem Kondensator 10 ist zwischen den Ausgangsanschluß des. monostabilen Multivibrators und die negative Versorgungsleitung geschaltet, wobei die Verbindung zwischen dem Widerstand 9 und dem Kondensator 10 mit der Basis eines Transistors 11 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors 11 ist über einen Widerstand 13 mit der negativen Versorgungsleitung verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand 12 an die positive Versorgungsleitung und unmittelbar an die Basis eines Transistors 14 angekoppelt ist. Der Kollektor des Transistors 14 ist an die positive Versorgungsleitung angeschaltet, während sein Emitter über einen Widerstand 15 an die Basis eines Transistors 16 angeschaltet ist, dessen Emitter mit der negativenVersorgungsleitung verbunden ist. Der Gleichstrommotor 1 ist zwischen den Kollektor des Transistors 16 und die positive Versorgungsleitung geschaltet. Der Generator 2 erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Frequenz der Drehzahl bzw. der Umlaufgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 1 proportional ist.

Im folgenden wird nunmehr anhand der Kurven in Fig. 2 die Arbeitsweise der Schaltung beschrieben. Wenn die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 infolge einer Belastungsänderung -allmählich bzw. schrittweise abnimmt, gibt der Generator 2 ein Ausgangssignal mit der in Fig. 2 (a) dargestellten Wellenform ab, welche als Ausgangssignal an dem Schaltungs-

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punkt a in Fig. 1 anliegt. Wenn das Ausgangssignal positiv wird, wird der Transistor 4 angeschaltet, während wenn das Ausgangssignal negativ wird, der Transistor 4 abgeschaltet wird. Die Wellenform des am Kollektor des Tranistors 4 anliegenden Signals ist in Fig. 2(b) dargestellt. (Die Wellenform dieses Ausgangssignals liegt an dem Schaltungspunkt b in Fig. 1 an). Das .Kollektorsignal durchläuft eine Differenzierschaltung aus dem Kondensator 6 und dem Widerstand 7t so daß das Ausgangssignal an dem Schaltungspunkt c in Fig. 1 die in Fig. 2 (c) dargestellte Wellenform aufweist. Entsprechend den negativen Nadelimpulsen des Auegangssignals der Differenzierschaltung wird der monostabile Multivibrator 8 angesteuert, so daß das Ausgangssignal (am Schaltungspunkt d in Fig. 1) die in Fig. 2(d) dargestellte Wellenform hat. Das heißt, das Ausgangesignal des monostabilen Multivibrators 8 ist eine Sechteckwelle, deren Tastverhältnis sich in Abhängigkeit von de? Frequenz der an den Multivibrator 8 angelegten Steuerimpulse ändert. Die Impulsdauer oder -breite des in Fig. 2(d) dargestellten Ausgangssignals hängt von einer Konstanten des monostabilen Multivibrators 8 ab. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 8 durchläuft dann einenlntegrator aus dem Widerstand 8 und dem Kondensator 10, so daß das Ausgangssignal (am Schaltungspunkt e in Fig. 1) die in Fig. 2(e) * dargestellte Wellenform aufweist. Wie hieraus zu ersehen ist, nimmt, wenn die Brehsahl des Gleichstrommotors Λ allmählich abnimmt, auch di© Gleichspannung an dem Schaltungspunkt e

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in Fig. 1 ab. Folglich ändert sich auch der Kollektorstrom des Transistors 11, und dessen Emitterstrom (an dem Schaltungspunkt f in Fig. 1) hat eine Wellenform, welcher der in Fig. 2(e) dargestellten ähnlich ist bzw. dieser entspricht. Die Wellenform des KollektorstronP des Transistors 11 (an dem Schaltungspunkt g in Fig. 1) ist in Fig. 2(g) dargestellt. Die Gleichspannung an dem Schaltungspunkt g in Fig. 1 steigt somit an und nimmt zu, wenn die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 abnimmt. Infolgedessen nimmt der Kollektorstrom des Transistors 14 zu, so daß auch der Basisstrom des Transistors 16 zunimmt. Auf diese Weise bewirkt dann der Transistor 16, daß die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 um einen vorbestimmten Wert ansteigt.

Wenn dagegen die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 zunimmt, nimmt auch die Spannung an dem Schaltungspunkt e in Fig. 1 zu, während die Spannung an dem Schaltungspunkt g in Fig. sinkt und abnimmt. Hierdurch wird dann über den Transistor 16 auch die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 verringert.

In Fig. 1 sind noch zusätzliche Widerstände 3 und 15 vorgesehen, um die Basisströme an den Transistoren 4 bzw. 16 zu begrenzen.

Wie in Fig. 2(e) dargestellt ist, weist der Gleichspannungsanteil, welcher sich entsprechend der Drehzahl des Gleichstrommotors 1 ändert, einen Welligkeitsanteil auf, dessen

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Frequenz sich in Abhängigkeit von der Frequenz des Generatorausgangs ändert. Hierdurch ergeben sich keine Schwierigkeiten, wenn die Frequenz des Welligkeitsanteils so hoch ist, daß dieser von der Trägheit des Rotors des Motors 1 aufgenommen wird. Wenn dagegen der Rotor nur eine geringe Trägheit aufweist, oder wenn die Ausgangsfrequenz des Generators 2 entsprechend niedrig ist, ergeben sich Schwierigkeiten, da der Rotor des Motors 1 durch den Welligkeitsanteil in Schwingungen versetzt werden kann.

Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, ist eine Maßnahme vorgeschlagen worden, bei welcher eine.örtlich festgelegte Rückkopplung in einer Steuerschaltung vorgesehen ist, um den Welligkeitsanteil zu beseitigen. Beispielsweise ist vorgeschlagen worden, eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand zwischen die ßchaltungspunk* g und h in Figur 1 zu schalten, um dadurch eine Wechselstrom-Gegenkopplung zu bilden. Dadurch kann der Welligkeitsanteil an dem Schaltungspunkt g verringp^t werden.

Wenn sich jedoch die Spannung einer Gleichspannungsquelle 17 plötzlich stark ändert, ändert sich auch die Spannung an den Schaltungspunkten g und h genauso plötzlich und stark, so daß die Lade- und Entladeströme in und von dem Kondensa tor fließen, was eine unstabile Drehzahlregelung zur Folge

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hat. Die vorbeschriebene Schwierigkeit ist mit der Erfindung beseitigt.

In Fig. 3 ist der Drehzahl-Konstantregler gemäß der Erfindung dargestellt, bei welchem die Bauelemente, welche den in Fig. 1 dargestellten entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind; ferner ist die Anordnung und die Arbeitsweise dieser Bauelemente in Verbindung mit der folgenden Beschreibung der Erfindung nicht noch einmal beschrieben.

Der Emitter des Transistors 14 ist über den Widerstand 15 an die negative Versorgungsleitung angeschaltet. Eine für eine konstante Spannung vorgesehene Diode 18 ist zwischen die positiven und negativen Versorgungsleitungen geschaltet, während ein Transistor 19 in die positive Versorgungsleitung geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 14 ist an die Basis eines Steuerstransistors 20 angekoppelt, dessen Emitter mit der positiven Versorgungsleitung verbunden ist, während sein Kollektor an einen Anschluß des Gleichstrommotors 1 angeschaltet ist. Der andere Anschluß des Gleichstrommotors 1 ist mit der negativen Versorgungsleitung verbunden. Eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 21 und einem Widerstand 22 ist zwischen die Basis des Transistors 11 und den Kollektor des Transistors 20 geschaltet.

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In Fig. 3 bilden der Generator 2, die Widerstände 3 und 5» der TraiöLstor 4, der Kondensator 6, der Widerstand 7» der monostabile Multivibrator 8, der Widerstand 9» der Kondensator 10, der Transistor 11, die Widerstände 12 und 13, der Transistor 14 sowie der Widerstand 15» (welche alle durch eine gestrichelte Linie eingeschlossen sind) eine insgesamt mit 23 beeeichnete Drehzahl-Fühlschaltung. Der Gleichspannungsausgang der Drehzahl-Fühlschaltung 23 ändert sich entsprechend einer Drehzahländerung des Gleichstrommotors 1. Die negative Versorgungsleitung stellt hierbei

eine gemeinsame Leitung für die Energieversorgung dar.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Schaltung in Fig. beschrieben. Der Transietor 20 hat dieselbe Aufgabe wie der in Fig. 1 dargesteLlte Transistor 16. Das heißt, er steuert die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 entsprechend dem Gleichspannungsausgang der Drehzahl-Fühlschaltung

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist das Signal an dem Schaltungspunkt e¹ in Fig. 3 in der Phase umgekehrt und legt an dem Schaltungspunkt g¹ an. Dementsprechend ist auch das Signal an dem Schaltungspunkt g¹ in der Phase umgekehrt und liegt am Kollektor des Transistors 14 an. Das Signal an dem Schaltungspunkt h¹ liegt in Phase mit dem Signal des Schaltungspunktes g'. Die Reihenschaltung aus dem Kondensator 21 und dem Widerstand 22 ist zwischen die Schaltungspunkte e¹ und h¹ geschaltet und stellt eine

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Wechselstrcnt-Gegenkopplungsschleife dar. Infolgedessen kann der Welligkeitsanteil an dem Schaltungspunkt e¹ zu null gemacht werden, wenn die Werte des Kondensators 21 und des Widerstands 22 entsprechend gewählt werden. Auf diese Weise ist dann eine stabilisierte Drehzahl-Konstantregelung gewährleistet.

Selbst wenn die Spannung an der Gleichspannungsquelle sich plötzlich stark ändert, wird die Spannung an dem Schaltungspunkt e¹ auf einem konstanten Pegel gehalten, wenn sich nicht die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 ändert. Die Spannung an dem Schaltungspunkt g¹ wird ebenfalls auf einem konstanten Pegel gehalten, da die für eine konstante Spannung vorgesehene Diode 18 zwischen die Versorgungsleitungen geschaltet ist, und die Spannung ändert sich nicht, wenn sich nicht die Drehzahl des Gleichstrommotors 1 ändert. Infolgedessen findet keine Spannungsänderung an den Schaltungspunkten e¹ und h* statt, so daß eine stabile Regelung immer gewährleistet ist.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Drehzahl-Konstantregler für einen Gleichstrommotor, gekennzeichnet durch eine Drehzahl-Fühlschaltung (23) an deren Ausgang eine Gleichspannung anliegt, welche sich entsprechend einer Drehzahländerung des Gleichsstrommotors (1) ändert, durch eine Schaltung, über welche der Drehzahl-Fühlschaltung (23) eine konstante Spannung zugeführt wird, durch einen Steuertransistor (20), welcher den in dem Gleichstrommotor (1) fließenden Strom entsprechend dem Ausgang der Drehzahl-Fühlschaltung (23) steuert, und durch eine Rückkopplungs— schaltung (21,22), welche zwischen die Verbindung zwischen dem Gleichstrommotor (1) und dem Steuertransistor (20) und einen Schaltungspunkt (e') der Drehzahl-Fühlschaltung (23) geschaltet ist.

2. Drehzahl-Konstantregler nach Anspruch 1, dadurch g β— kennzeichnet, daß die Drehzahl-Fühlschaltung (23) einen Schalttransistor (4), welcher entsprechend dem Ausgang eines mechanisch an den Gleichstrommotor (1) angekuppelten Generators (2) an- und abschaltbar ist, eine Differenzierschaltung (6,7) zum Differenzieren des Ausgangs des Schalttransistors (4), einen monostabilen Multivibrator (8), welcher sm Erzeugen eines rechteckwellenförmigen Ausgangs von dem Ausgang der Differensier-

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schaltung (6,7) gesteuert wird, einen Integrator (9» zum Integrieren des Ausgangs des monostabilen Multivibrators (8) und einen Verstärkertransistor (11) zum Verstärken des Integratorausgangs aufweist.

3. Drehzahl-Konstantregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (21) und einem Widerstand (22) aufweist, und zwischen die Verbindung zwischen dem Gleichstrommotor (1) und dem Steuertransistor (20) einerseits und den Ausgangs anschluß des Integrators (9,10) der Drehzahl-Fühlschaltung (23) andererseits geschaltet ist.

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