DD240442A1

DD240442A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlmessung

Info

Publication number: DD240442A1
Application number: DD27985085A
Authority: DD
Inventors: Siegert Leuckfeld
Original assignee: Medizin Labortechnik Veb K
Priority date: 1985-08-21
Filing date: 1985-08-21
Publication date: 1986-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung von Gleichstrommotoren, insbesondere Gleichstrommikromotoren, deren Ausgangswerte zur Drehzahlregelung bzw. zur Drehzahlanzeige genutzt werden. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine beruehrungslose Drehzahlmessung fuer Motortypen mit beliebiger Kommutatorsegmenteanzahl mittels einer Brueckenschaltung zu entwickeln, deren Ausgangswert als digitales Signal zur Verfuegung steht. Die Aufgabe wird geloest, indem die Brueckenschaltung mit Gleichstrommotor ueber je ein RC-Glied mit einem Differenzverstaerker verbunden ist, dessen Ausgang ueber zwei parallele Dioden in Reihe mit einem Gegenkopplungswiderstand sowie parallel zu diesen mit einem Gegenkopplungskondensator mit dem invertierenden Eingang verschaltet ist. Weiterhin ist der Ausgang des Differenzverstaerkers mit einem Eingang eines Komparators verbunden, an dessen Ausgang eine Rechteckspannung als digitaler Messwert abgenommen werden kann.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung von Gleichstrommotoren, insbesondere von Gleichstrommikromotoren, deren Ausgangswerte zur Regelung der Drehzahl dieser Motoren benötigt bzw. einem Drehzahl-Anzeigeinstrument zugeführt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach der DE-OS 3234683 ist ein Verfahren zur Messung der Drehzahl eines Gleichstrommotors bekannt, bei dem an einer Eingangsklemme des Motors mittels eines Kondensators Spannungsspitzen abgenommen werden. Deren Frequenz wird zu einem analogen drehzahlproportionalen Signal verarbeitet, welches zur Anzeige dient. Die Schaltung besteht neben dem Gleichstrommotor und dem Koppelkondensator aus einem übersteuerten Verstärker, einem Schmitt-Trigger, einer monostabilen Kippstufe, einem Integrierglied und einem Anzeigeinstrument. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß sie störempfindlich ist gegenüber plötzlichen Lastschwankungen, wie schnelle Änderung des Motorstromes. Zum anderen ist sie ungeeignet für alle die Fälle, die mit pulsierendem Ankerstrom arbeiten, z. B. gleichgerichteter Wechselstrom, Phasenanschnittsteuerungen.

In dem EP 0090152 ist ein Verfahren zur Gewinnung einer drehzahlproportionalen Größe bei einem Gleichstrommotor mit ungerader Anzahl von Kommutatorsegmenten, möglichst drei, dargestellt. Dabei werden die höheren Frequenzanteile des Motorstromes, die in Form von Nadelimpulsen enthalten sind, als Istwert zur Drehzahlregelung genutzt. Der Motorstrom wird mittels eines I/U-Wandlers in eine proportionale Spannung überführt. Das Signal durchläuft dann eine Differenzierstufe, einen Komparator zur Impulsformung, einen f/U-Wandler und wird als Gleichspannung einem Soll/Istwertvergleicher zugeführt. Dieser beeinflußt einen Regelverstärker, dessen Ausgangsspannung den Motor speist. In einer zweiten Variante wird der Soll/Istwertvergleicher nach der Impulsformung vorgenommen, indem das Signal neben einer Sollfrequenz einer PLL-Schaltung zugeführt wird. Anschließend wird die Ausgangsgröße der PLL-Schaltung in eine Gleichspannung gewandelt und dem Regelverstärker zugeführt. Nachteil dieser Lösung ist, daß der Motor hinsichtlich der Kommutatorsegmentezahl bestimmte Bedingungen erfüllen muß. Ferner ist durch Integrierglieder zu gewährleisten, daß die Stellgröße nur noch geringe Restwelligkeiten besitzt, da sonst der Strom zu stark pulsiert und insbesondere bei höherer Segmentezahl das schwache Nutzsignal am I/U-Wandler stört und nicht mehr auswertbar macht. Zur Beseitigung der Welligkeiten muß dem f/U-Wandler ein Integrierglied mit großer Zeitkonstante nachgeschaltet werden, welches bekannterweise das Regeiverhalten verschlechtert. Weiterhin ist bekannt, für drehzahlgeregelte Kleinantriebe mit geringeren Genauigkeitsansprüchen eine Brückenschaltung zu benutzen, die eine der EMK des Motors proportionale, analoge Gleichspannung bildet. Die begrenzte Genauigkeit entsteht durch nicht auszuschließende Kompensationsfehler beim Brückenabgleich. Ferner kann der Analogwert durch Temperatur- und Alterungseinflüsse auf die elektrischen Bauelemente verfälscht werden. Außerdem ist das Ausgangssignal nicht potentialfrei, es enthält Welligkeiten. ,

Ziel der Erfindung

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Das Ziel der Erfindung ist eine berührungslose Drehzahlmessung für Gleichstrommotoren, die für Motortypen mit beliebiger Kommutatorsegmenteanzahl anwendbar ist, sich vorzugsweise für die Erfassung eines engen Drehzahlbereiches eignet und hohen Genauigkeitsansprüchen gerecht wird.

-2- 240 442 Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung mittels einer Brückenschaltung zu entwickeln, deren Ausgangswert als digitales Signal zur Verfugung steht, ohne daß unmittelbar am Motor zusätzliche konstruktive Mittel vorzusehen sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Brückenschaltung über je ein RC-Glied mit den Eingängen eines Differenzverstärkers verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist über einen Gegenkopplungskondensator parallele zum Gegenkopplungswiderstand mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verschaltet. Weiterhin ist der Ausgang des Differenzverstärkers mit einem Eingang eines Komparato.rs verbunden.

Vorzugsweise sind in Reihe zum Gegenkopplungswiderstand zwei parallel Dioden geschaltet, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers mit der Anode der einen Diode und mit der Kathode der anderen Diode verbunden ist. In der Brückenschaltung kann einem dem Gleichstrommotor gegenüberliegendem Widerstand ein Kondensator parallel geschaltet sein. . ' * -

Die induzierte Gegenspannung eines Gleichstrommotors ist ein Maß für die Motordrehzahl, solange die Erregung des Motors konstant gehalten wird. In der Brückenschaltung wird der Spannungsabfall des Motorstromes über dem ohmschen Ankerwiderstand in an sich bekannter Weise kompensiert und erscheint praktisch nicht mehr in der Brückenspannung U_Ab/ die der Motordrehzahl proportional ist. Sie enthält jedoch noch einen Wechselspannungsanteil, dessen Frequenz durch die Anzahl der Kollektorlamellen und Schleifkontakte gegeben ist. Die Frequenz ist stets ein ganzzahliges Vielfaches der Drehzahl und wird als digitaler Drehzahlwert genutzt. Dazu wird der Wechselspannungsanteil der Brückenspannung Uab über die beiden RC-Glieder kapazitiv ausgekoppelt und über den Differenzverstärker verstärkt. Noch enthaltene störende höherfrequente Spannungen werden durch den Gegenkopplungskondensator unterdrückt. Am Ausgang des Differenzverstärkers entsteht dadurch eine Wechselspannung mit Extremwerten, die aus mechanischen Gründen während des Umlaufs des Rotors schwanken. Durch das in Reihe mit dem Gegenkopplungswiderstand geschaltete Diodenpaar entsteht am Differenzverstärker eine Ausgangsspannung mit steilen Flanken in Nähe des Nulldurchganges und einem minimalen Hub von zwei Diodenflußspannungen. Anschließend erfolgt ein Triggern mit dem Komparator. An seinem Ausgang entsteht eine Rechteckspannung als digitaler Meßwert. Der Nullabgleich in der Brückenschaltung wird verbessert durch die Parallelschaltung des Kondensators, durch den der Einfluß der Wicklungsinduktivität bei Stromimpulsen auf Uab weitgehendst ausgeglichen wird.

Ausführungsbeispie!

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Schaltungsanordnung mit zugehöriger Zeichnung dargestellt werden. Ein Gleichstrommotor 1 ist Teil einer Brückenschaltung mit den Widerständen 2,3 und 4. Dem Widerstand 3 ist ein Kondensator 5 parallel geschaltet. An den Klemmen AB wird eine der Motordrehzahl proportionale Spannung U_Ab entnommen. Die Brückenschaltung ist über zwei RC-Glieder 6 und 7-in Reihe mit je einem Widerstand 8 und 9 mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 10 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 10 ist mit der Anode einer Diode 11 und parallel dazu mit der Kathode einer Diode 12 verbunden. Die Kathode der Diode 11 und die Anode der Diode 12 sind mit einem Gegenkopplungswiderstand 13 des Differenzverstärkers 10 verschaltet: Parallel zu dieser Anordnung ist ein Gegenkopplungskondensator 14 geschaltet, der mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 10 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 10 ist über einen Widerstand 15 an einen Eingang eines Komparators 16 geführt, an dessen Ausgang das digitale Meßsignal abgenommen wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß mittels eines einfachen Schaltungsaufbaus ein digitaler Meßwert der Motbrdrehzahl erhalten wird, der einem Anzeigeinstrument oder einer digitalen Drehzahlregelung zugeführt werden kann. Die Welligkeit der der EMK des Gleichstrommotors proportionalen Gleichspannung, die auf die Kommutierung zurückzuführen ist, tritt auch bei geradzahliger Kommutatorsegmentezahl auf. Durch die Kompensation des Motorstromes lassen sich auch schwache Welligkeiten der EMK bei größerer Segmentezahl als drei durch entsprechende Verstärkung auswerten. Die Schaltung eignet sich vorzugsweise für die Erfassung eines engen Drehzahlbereiches.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlmessung für Gleichstrommotoren, insbesondere Gleichstrommikromotoren, wobei der Gleichstrommotor Teil einer Brückenschaltung ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Brückenschaltung über je ein RC-Glied (6; 7) mit den Eingängen eines Differenzverstärkers (10) verbunden ist, daß der Ausgang des Differenzverstärkers (10) über einen Gegenkopplungskondensator (14) parallel zum Gegenkopplungswiderstand (13) mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (10) verschaltet ist und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (10) mit einem Eingang eines Komparators (16) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in Reihe zum Gegenkopplungswiderstand (13) zwei parallele Dioden (11; 12) geschaltet sind, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers (10) mit der Anode der Diode (11) und mit der Kathode der Diode (12) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß einem Widerstand (3) der Brückenschaltung ein Kondensator (5) parallel geschaltet ist.