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Schaltungsanordnung zum Steuern von Drehmoment und Dreh-
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richtung eines Induktionsmotors
Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zum Steuern von Drehmoment und Drehrichtung eines Induktionsmotors,
insbesondere eines Wirbelstromläufermotors, mit n Motorsträngen, wobei n > 2.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die eine Steuerung der vorstehend genannten Art mit robusten, vergleichsweise
kostensparenden Schaltungskomponenten zuläßt, die sich auf kleinem Raum unterbringen
lassen.
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Es bietet sich zunächst eine Relaissteuerung an. Das Umsteuern der
Drehrichtung über ein Relais erfordert jedoch einen großen Kondensator. Zur Vorgabe
von Drehmoment und Drehrichtung sowie zum Bremsen des Motors sind bei einer Relaissteuerung
außerdem mehrere Relais erforderlich. Dadurch wird die Steuerung aufwendig, platzraubend
und störanfällig.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird demgegenüber dadurch
gelöst, daß die Motorstränge unmittelbar aus Leistungsoperationsverstörkern gespeist
sind, der Leistungsoperationsverstörker mindestens eines Motorstranges von invertierendem
auf nichtinvertierenden Betrieb umschaltbar ist, dem Eingang von ( n - 1 ) Operationsverstärkern
jeweils ein Phasenschieber vorgeschaltet ist, die Amplitude der Steuerspannung der
Operotionsverstärker
einstellbar ist und die Operationsverstärker zum Bremsen derart übersteuerbar sind,
daß eine Beaufschlagung der Motorstränge mit Gleichstrom erfolgt.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung läßt sich aus kostensparenden
marktgängigen Halbleiterkomponenten aufbauen.
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Sie kann insgesamt auf kleinem Raum untergebracht werden. Die Schaltungsanordnung
ist robust und arbeitet wesentlich zuverlössiger als eine Relaissteuerung. Da sie
ohne bewegte Teile auskommen kann, hat sie eine hohe Lebensdauer.
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Zum Zwecke des Bremsens ist der invertierende Eingang der Operationsverstärker
vorzugsweise über Schalter unmittelbar an die Versorgungsspannung legbar.
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Vorteilhafterweise ist die Amplitude der Steuerspannung der Operationsverstärker
digital einstellbar und ist als Digital-Analog-Wandler ein Spannungsteiler vorgesehen,
dessen. Teilungsverhältnis über Schalter änderbar ist.
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Zweckmäßig sind zum Umschalten von invertierendem auf nichtinvertierenden
Betrieb, zum Anlegen der invertierenden Operotionsverstärkereingänge an die Versorgungsstufe
und/oder zum Umschalten des Spannungsteilerverhöltnisses elektronisch ansteuerbare
Schalter vorgesehen. Derartige Schalter können einfach computer- oder ferngesteuert
werden, wobei nur kleine
Steuersignale erforderlich sind.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich unter anderem
für eine Wickelmotorsteuerung für Kassettenlaufwerke.
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Sie erlaubt es beispielsweise, im Falle von Sprachlaborgeräten die
Amplitude der Wickelmotorantriebsspannung beim Übergang von Wickeln auf Spielen
umzusteuern.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher
erläutert. In der beiliegenden Zeichnung ist ein Prinzipschaltbild einer Steuerung
für einen zweisträngigen WiF belstromläufermotor dargestellt.
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Die Schaltungsanordnung nach der einzigen Figur weist einen Digital-Analog-Wandler
10 bestehend aus einem Potentiometer 11 und Widerständen 12,13 auf. Das Potentiometer
11 und die Widerstände 12, 13 bilden einen Spannungsteiler, dessen Teilungsverhältnis
über zwei elektronisch ansteuerbare Schalter 14, 15 geändert werden kann. An einem
Eingang 16 des Digital-Analog-Wandlers 10 liegt ein Wechselspannungssignal, beispielsweise
ein 50 Hz-Signal an. Die in der Figur unteren Anschlüsse der Widerstände 12 und
13 lassen sich mit Masse verbinden, indem die Schalter 14, 15 durch digitale Signale
an Eingängen 17 bzw. 18 geschlossen werden.
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Der Ausgang 19 des Digital-Analog-Wandlers 10 steht zum einen unmittelbar
mit dem invertierenden Eingang 20 eines insgesamt mit 21 bezeichneten Le istungsope
rat ionsve rstärkers in Verbindung. Zum anderen ist der Ausgang 19 über einen 900-Phasenschieber
22 an den invertierenden Eingang 23 eines zweiten Leistungsoperationsverstärkers
24 angeschlossen. Je nach der Schaltstellung eines elektronisch ansteuerbaren Schalters
25 steht der Phasenschieber 22 unmittelbar oder über einen Inverter 26 mit dem Eingang
23 in Verbindung.
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Die beiden Leistungsoperationsverstärker 21, 24 umfassen eine Eingangsstufe
27 bzw. 28 sowie eine aus jeweils zwei Transistoren 29, 30 bzw. 31, 32 aufgebaute
Leistungsstufe. An den Ausgang der Leistungsoperationsverstärker 21, 24 sind die
beiden Stränge 33 bzw. 34 eines Wirbelstromläufermotors angeschlossen, der im übrigen
nicht veranschaulicht ist und in bekannter Weise aufgebaut sein kann. Über elektronisch
ansteuerbare Schalter 35 und 36 läßt sich der invertierende Eingang 20, 23 der Leistungsoperationsverstörker
21 bzw. 24 unmittelbar an die negative Seite UB der Versorgungsspannung legen. Der
Schalter 25 wird über einen Eingang 37 angesteuert, während die Schalter 35 und
36 gemeinsam über einen Eingang 38 angesteuert werden.
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Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Bei der in
der Figur gezeigten Stellung der verschiedenen Schalter gelangt die zwischen dem
Eingang 16 und Masse anliegende Wechselspannung, gegebenenfalls nach geeigneter
Schwächung mittels des Potentiometers 11, unmittelbar zum Eingang 20 des den Strang
33 speisenden Leistungsoperationsverstärkers 21 sowie über den Phasenschieber 22
und den Inverter 26 zum Eingang 23 des dem Strang 34 vorgeschalteten Leistungsoperationsverstärkers
24. Die Stränge 33, 34 werden mit verhältnismäßig hohen, um 900 phasenverschobenen
Wechselströmen beaufschlagt. Der Wirbelstromiäufermotor läuft in der einen Dreh
richtung mit hoher Drehzahl um. Im Falle eines Kassettenlaufwerks kann es sich dabei
um die Wickeldrehzahl handeln.
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Soll die Drehrichtung des Motors gesondert werden, wird an den Eingang
37 ein Signal angelegt, das den Schalter 25 umstellt.
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Dadurch wird der Ausgang des Phasenschiebers 22 unmittelbar mit dem
Eingang 23 des Leistungsoperationsverstärkers 24 verbunden. Im Vergleich zu dem
zuvor erläuterten Betriebszustand ändert sich die Phase des Stroms im Strang 34
um 1800. Der Motor rotiert in entgegengesetzter Richtung.
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Geht auf den Eingang 18 ein Signal, schließt der Schalter 15.
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Zwischen den Ausgang 19 und Masse wird der Widerstand 13 gelegt. Das
Wechselspannungssignal am Ausgang 19 sinkt ab. In die Motorstrange 33, 34 werden
entsprechend verminderte Wechselströme eingespeist. Der Motor rotiert mit niedrigerer
Drehzahl. Bei einem Kassettenlaufwerk ist dies die Drehzahl für Aufnahme oder Wiedergabe.
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Mittels eines dem Eingang 17 zugeführten Signals wird der Schalter
14 geschlossen. Das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers nimmt weiter zu. Das
Signal am Ausgang 19 wird so klein, daß die Stränge 33, 34 nahezu stromlos sind.
Der Motor bleibt stehen.
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Um den laufenden Motor schnell herunterzubremsen, wird der Eingang
38 mit einem Signal beaufschlagt. Die Schalter 35, 36 schließen. Die invertierenden
Eingänge 20, 23 der Eingangsstufen 27, 28 werden unmittelbar an die negative Versorgungsleitung
-UB angeschlossen. Die Leistungsoperationsverstärker 21, 24 werden so weit übersteuert,
daß in den Strängen 33, 34 Gleichstrom fließt. Dies hat eine starke Abbremsung des
Motors zur Folge.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf eine Anwendung bei zweisträngigen
Motoren beschränkt ist, sondern allgemein in Verbindung mit Motoren mit beliebiger
Strangzahl eingesetzt
werden kann.
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Während bei der veranschaulichten Ausführungsform der Operationsverstärker
24 durch wahlweises Vorschalten des Inverters 26 von invertierendem auf nichtinvertierenden
Betrieb geschaltet werden kann, versteht es sich, daß eine entsprechende Umschaltung
auch innerhalb der Eingangsstufe 28 vorgenommen werden kann.