DD264330A1 - Elektronische ansteuereinrichtung fuer gleichstrommotore mit konstantem erregerfeld - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronische Ansteuereinrichtung fuer Gleichstrommotore mit konstantem Erregerfeld. Die Einrichtung ist ueberall dort einsetzbar, wo entsprechende Motore mit guten dynamischen Eigenschaften drehzahlgeregelt werden sollen, insbesondere zum Betreiben diverser Transporteinrichtungen an Naeharbeitsplaetzen und Naehautomaten. Die Einrichtung besteht aus einer Leistungsendstufe, welche durch 2 alternativ schaltbare Transistoren ein Beschleunigen wie auch Kurzschlussbremsen des Gleichstrommotors ermoeglicht. Zur Reduzierung der Verlustleistung in der Leistungsendstufe wird diese im Impulsbetrieb angesteuert. Die Regelung der Motordrehzahl wird durch die Regelung des Mittelwertes der Motorspannung mit einer Stoergroessenaufschaltung des Mittelwertes des Motorstromes realisiert. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Abfeuereinrichtung für Gleichstrommotore mit konstantem Erregerfeld. Zweckmäßigerweise kommt die Erfindung zum Einsatz, wenn die Motordrehzahl trotz Botriobsspannungs- und Lastmomentändorungon konstant gehalten werden muß, sowie der schnollen Reaktion auf Änderung der Solldrehzahl besondere Bedeutung zukommt, wie es z. B, bei geregelten Zusatztransporteinrichtungen zur Unterstützung des nähmaschineninternen Transportes bei Nähanlagen der Fall ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte technische Lösungen benutzen stabilisierte Betriebsspannungen, welche als Hauptnachteil eine vom Lastrnoment abhängige Motordrehzahl besitzen und aus diesem Grund als Lösung ausscheiden.

Weiterhin sind technische Lösungen bekannt, die zur Messung der Motordrehzahl Tachogenoratoren bzw. Impulsgeber verwenden. Derartige Lösungen sind aufwendig.

Es ist weiterhin eine Einrichtung zur lastunabhängigen Drehzahlstabilisierung von Gleichstrommotoren bekannt (Schriftenreihe „Mikroelektronik Information/Applikation", Heft 27 „Integrierter UF-Verstärker A 2030 H/V" VEB Halbleiterwerk Frankfurt lOderl, S.88-89), bei der ein Leistungsoperationsverstärker mit Gegontaktendstufe zur Ansteuerung des Motors genutzt und durch Erzeugung eines „negativen Innenwiderstandos des Ausganges" die Lastunabhängigkeit der Motordrehzahl realisiert wird.

Hauptnanhteil dieser Einrichtung ist, daß die Endstufe zur Motoransteuerung im Analogbetrieb arbeitet. Für das genannte Anwendungsgebiet ist diese Einrichtung aufgrund der entstehenden Verlustleistung nicht einsetzbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist dio Schaffung e'ner elektronischen Ansteuereinrichtung für Gloichstrommotoro, welche die Drehzdhikonstanz trotz Botriobsspannungs· und Lastmomentänderung gewährleistet sowie gute dynamische Eigenschnften in bezug auf vorgegebene Drehzahländerungen aufweist und somit zur Vervollkommnung bekannter Nöhgutführungs- und Nähgutzusatztransporteinrichtungen geeignet ist.

-2- 264 330 k Darstellung des Wesens der Erfindung ir,

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrundo, eine elektronische Ansteuereinrichtung für Gleichstrommotor zu schaffen, bei der 1

Drehzahlkonstanz und gute dynamische Eigenschaften bei gewünschten Drehzehländerungen durch Änderung der Solldrehzahl '

von entscheidender Bedeutung sind. '

Erfindungsgemäß wird das durch eine elektronische Ansteuereinrichtung für den Gleichstrommotor gelöst, welche die Funktionseinheiten Leistungsendstufe, Motorspannungsregelung und Laststromkompensation enthält. Die nach dem Gegentaktprinzip arbeitende Leistungsendstufe Ist zur Realisierung der Funktionen Lauf· und Kurtschlußbremsung des Gleichstrommotors geeignet. Um die Verlustleistung der Einrichtung gering zu halten, wird die erforderliche Drehzahlabstufung durch Impulsbreitenmodulation der Betriebsspannung des Gleichstrommotors realisiert. Durch die erfindungsgemäße Zusammenschaltung der beidon Endstufentransistoren erfolgt eine Zwangssteuerung In dor Form, daß stets einer der beiden. Transistoren gesperrt Ist. Querströme in der Endstufe werden somit vermieden, wodurch die Umschaltvorgänge keine Verlustleistung erzeugen. Das Ansteuersignal für die Leistungsendstufe wird In der Funktionseinheit Motorspbnnungs^regelung erzeugt. Dazu wird aus der Motorspannung durch Glättung ein Istwertsignal gewonnen und einem Soll-Istwertvergleich zugeführt. Das daraus entstehende Regelabweichungssignal wird in einem Komparator mit einer konstanten Sägezahnspannung verglichen, wodurch das impulsbreitenmodulierte Ansteuerslgnal für die Leistungsondstufe entsteht. Zur Realisierung der Laststromkompensation wird über einem in Reihe zum Motor befindlichen Widerstand ein ' ' ;

laststrompro.jortionales Spannungssignal gewonnen, welches nach entsprechender Glättung einer spannungssteuerbaren Konstantstromquelle zugeführt wird. Das somit erzeugte laststromproportionele Stromsignal wird In der Funktionseinheit Motorspannungsregelung als Störgrößensignal dem Soll-Istwertvergleich aufgeschaltet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an dem folgenden Ausführungsbeieplel erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die

Ansteuereinrichtung für den Gleichstrommotor 2. Dur Anschluß 1 ist mit einer aus der Netzspannung gewonnenen i

Gleichspannung verbunden. Über den pnp-Transistor V1, in dessen Kollektorkreis sich der Gleichstrommotor 2 befindet, ist

dieser mit der Betriebssoannung UB verbunden. Bei entsprechender Ansteuerung des Transistors V1 fließt ein Laststrom durch ι

den Gleichstrommotor 2. ;

Dor dabei über die, in Reihe zum Gleichstrommotor 2 liegendo Diodo V4 entstehende Spannungsabfall sperrt den, mit Emitter j

und Kollektor parallel zum Gleichstrommotor 2 liegenden pnp-Tranulstur V2. Wird der Transistor V1 durch entsprechende !

Ansteuerung in den Sperrzustand gebracht, führt die aus der Drehzahl dos Gleichstrommotors 2 resultierende '

Generatorspannung zum Sperren der Diode V4 und 2um Leiten des Transistors V2 durch den Strom über R1. Im Kollektorkrels j

dieses Transistor? V2 fließt somit ein Motorbremsstrom, solange die drehzahlproportionale Generatorspannung des I

Gleichstrommotors 2 größer als die Basis-Emitter-Sättigungsspannung des Transistors V2 ist. Beim Unterschreiten dieses |

Spannungswertes geht der Transistor V2 in den Sperrzustand über. Da die Regelung der Motordrehzahl durch Impulsbreitenmodulation dor Betriebsspannung UB erfolgt, ist die Gru idfrequenz der Impulsspannung sinnvollerweise so hoch

zu wählen, daß bei Betrieb mit festgelegter Motordrehzahl die, in der. -.nkerinduktivität des Gleichstrommotors beim Sperren |

von Transistor V t erzeugte Induktionsspannung den Transistor V2 während der Sperrphaso des Transistors V1 ebenfalls Im Sperrzustand hält. Damit wird das Entstehen von Verlustleistung in Leistungsendstufe und Gleichstrommotor durch nicht funktionsbedingt erforderlichen Bremsstrom vaimioden.

Zur Konstanthaltung dei gewählten Drehzahl des Gleichstrommotors werden die Mittelwerte von Motorspannung und Laststrom ermittelt und in einer Regelschaltung z'im Ansteuersignal für die Leistungsendstufe verarbeitet.

Dabei wird die Motorspannung am Punkt A der Leistungsendstufe abgegriffen, in dem Tiefpaß R5, C2, R6 in ein Gleichsignal gewandelt unci dem Summutionspunkt S zugeführt.

Mit diesem Punkt S ist weiterhin der voränderbare Widerstand RS zum Zwecke der Sollwerteinstellung verbunden. Das Im Punkt ;

S gebildete Signal, welches ein Maß für die Regelabweichung der Motordrehzahl darstellt, wird dem Operationsverstärker N1

zugeführt. Dieser arbeitet als starr gegengekoppelter invertierender Vorstärker. In dem nachgeschalteten Komparator N 2 wird ι

das Ausgangssignal des Operationsverstärkers N1 mit einer Sägezahnspannung konstanter Amplitude, welche am invertierenden Eingang des Komparators N 2 in geeigneter Weise zur Verfügung gestellt wird, verglichen. Am Ausgang des Komparators N 2 entsteht somit ein Rechteckimpulssignal, dessen Impulsbreite vom eingestellten Sollwert und der Regelabweichung bestimmt wird. Dieses Rechteckimpulssignal wird in einer 2stufigen Transistorschaltung für die Ansteuerung

des Transistors V1 der Leistungsendstufe aufbereitet. ,

Um Drehzahländerungen des Gleichstrommotors durch unterschiedliche Belastungsverhältnisse auszugleichen, ist erfindungsgemäß eine Laststromkompensation in Form einer Störgrößenaufschaltung vorgesehen. Zu diesem Zweck wird über den Widerstand R 2 ein laststromproportionaler Spannungsabfall erzeugt, dessen Wert über die vom Strom I in Flußrichtuny vorgespannte Diode V5 um den Betrag der Flußspannung dieser Diode V5 engehoben wird. Die so aufbereitete Spannung wird Im Tiefpaß R3, C1 geglättet und in der stromgegengekoppelten Emitterstufe V3, R4 in ein, dem Motorlaststrom proportionales

Stromsignal gewandelt. Der Gegenkopplungswiderstand R4 ist so zu dimensionieren, daß der aus dem Kollektorstrom des ·

Transistors V3 resultierende Spannungsabfall über den Widerstand R 5 den gleichen Wert hat, wie der Spannungsabfall, welchen der Laststrom über den ohmschen Anteil dos Ankerwiderstandos und den Widerstand R 2 erzeugt. Damit wird erreicht, daß das Spannungssignal, welches dem Vergleichspunkt S zugeführt wird, nur noch von der Drehzahl des Gleichstrommotors abhängig ist und von Belastungsänderungen des Gleichstrommotors unbeeinflußt bleibt.

Claims (3)

1. Elektronische Ansteuereinrichtung für Gleichstrommotore mit konstantem Erregerfeld, insbesondere für Motore zum Betreiben diverser Transporteinrichtungen an Nähmaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß die Leistungsendstufe der Ansteuereinrichtung für den Gleichstrommotor (2) einerseits aus einer von Betriebsspannung (UB) nach Masse führenden Reihenschaltung besteht, bei der die Schaltglieder Transistor (V 1), Diode (V4), Gleichstrommotor (2) und Widerstand (R2) in der genannten Reihenfolge liegen und andererseits ein Transistor (V2) vom gleichen Leitfähigkeitstyp mit seinen Anschlüssen Emitter und Kollektor parallel zum Gleichstrommotor (2) und mit seinem Basisanschluß an die Verbindungsstelle von Transistor (V 1) und Diode (V4) der genannten Reihenschaltung sowie gleichfalls über einen Widerstand (R 1) an Masse geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekonnzeichnet dadurch, daß der Transistor (V 1) der Leistungsendstufe in geeigneter Weise mit dem Ausgang eines Komparators (N 2) zusammengeschaltet ist, dessen invertierender Eingang mit einer konstanten Sägezahnspannung beaufschlagt ist und dessen nichtinvertlerender Eingang mit dem Ausgang eines starr gegengekoppelten Operationsverstärkers (N 1) verbunden ist, der nichtinvertierende Eingang dieses Operationsverstärkers (N 1j mit einer konstanten Referenzspannung (Urof) beaufschlagt ist und der Invertierende Eingang desselben einerseits über einen veränderbaren Widerstand (RS) an Masse und andererseits über einen Tiefpaß (R 6, C2, R 5) an die Verbindungsstelle (A) zwischen Diode (V4), Gleichstrommotor (2) und Transistor (V2) geführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß von der Verbindungsstelle von Gleichstrommotor (2) und Widerstand (R2) der Leistungsendstufe über eine in Flußrichtung vorgespannte Diode (V5) und einen nachfolgenden Tiefpaß (R3, C1) eine Verbindung zu einer spannungsgesteuerten Konstantstromquelle (V3, R4) besteht und diese Stromquelle parallel zu dem Kondensator (C 2) des in Anspruch 2 genannten Tiefpasses geschaltet ist.