DE2000497A1 - Elektrische Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines batteriegespeisten Gleichstrommotors - Google Patents

Description

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Anmelder: Firma

Gebr. BUhler Nachfolger GmbH 8500 Nürnberg - 15
Körnerstraße 141 - 143

Elektrische Einrichtung zur Regelung der Drehgahl eines batteriegespeisten Gleichstrommotors

Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines über einen elektronischen Schalter batteriegespeisten Gleichstrommotors mit einem Hilfsgenerator. Der Hilfsgenerator ist vorzugsweise auf der Motorwelle montiert und mit dem Motor zu einer Einheit zusammengefaßt.

Elektronische Schaltungen der vorstehend genannten Art sind bereits bekannt. Die Anmelderin hat bereits eine elektronische Schaltung für batteriegespeiste Gleichstrommotoren vorgeschlagen, mit welcher eine gewünschte

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Solldrehsahl über einen sehr breiten Spannungebereich unabhängig von der Batteriespannung gewährleistet werden kann und welche eine sehr gute Batterieausnutzung als Energiequelle für den Gleichstrommotor bei minimalem Steuerleistungsaufwand erlaubt. Diese Schaltung ist in erster Linie für Motoren entwickelt worden, die nur eine einzige Solldrehzahl aufweisen, die sehr genau geregelt sein mußο

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Einrichtung zur Drehzahlregelung batteriegespeister Gleichstrommotoren zu schaffen, die mit verschiedenen Drehzahlen umlaufen und dabei in jedem Falle eine sehr genaue Einhaltung der jeweiligen Solldrehzahl gewährleisten müssen. Solche Forderungen werden beispielsweise an Gleichstrom-Kleinmotoren für batteriebetriebene Tonbandgeräte gestellt, wo ein relativ großer Drehzahlbereich vorhanden ist, in welohem DrehzahlVerhältnisse von beispielsweise 1:4 zwischen den einzelnen Solldrehzahlen auftreten» In diesem Fall muß die Wicklung des Motors so ausgelegt werden, daß bei größter Drehzahl die Klemmenspannung des Motors kleiner als die kleinste Vereorgungeepannung bleibt„ Bei der kleinsten Drehzahl tritt deshalb eine große Differenz zwischen Versorgungespannung und Klemmenspannung auf, weil die Klemmenspannung proportional der Drehzahl ist. Diese Differenz wird üblicherweise an Vortransistoren vernichtet, was bei Batteriebetrieb einen untragbar schlechten Wirkungsgrad der Anordnung bedingt. Aufgabe der Erfindung ist es, die-

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sen Nachteil su vermeiden bei guten Gleiohlaufwerten und geringer Geräuschbildung·

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Einrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen astabilen Multivibrator aufweist, der in Abhängigkeit von dem Differenzspannungswert zwischen einer eingestellten Sollwertspannung und einer vom Hilfegenerator gelieferten Istwertepannung in seiner Impulsbreite geregelt ist, und dessen einer Ausgang den elektronischen Schalter, beispielsweise einen Leistungstransistor, steuert. Sie Gleichstromversorgung des Motore wird dabei beim Überschreiten einer gewünschten Solldrehzahl nur noch in Intervallen mit Gleichstrom aus der Batterie versorgt. Die Energiezuführung zum Gleichstrommotor wird also gedrosselt, ohne daß dabei ein Teil der aus der Batterie entnommenen Energie nutzlos in Wärme umgesetzt wird, wie dies bei vielen bekannten Regelschaltungen der Fall ist.

Die Schaltung wird erfindungsgemäß zweckmäßig so ausgelegt, daß die Grundfrequenz des Multivibrators um ein Vielfaches größer als die Drehfrequenz eines verwendeten Wechselspannungs-Hilfsgenerators ist, also beispielsweise im Kilohertzbeveich liegt, wenn die Generator-Drehfrequenz einige hundert Hertz beträgt. Durch die hohe Grundfrequenz des Multivibrators wird erreicht, daß an den meist sehr kleinen und wenig Schwungmasse aufweisenden Motoren bei der impulsweisen Speisung kei-

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ne Stoßwirkung auftritt, welche die geforderte hohe Gleichlaufgenauigkeit beeinflussen könnte. Außerdem wird dadurch bei Tonband-Antriebemotoren gewährleistet, daß von der Schaltung und vom Motor her keine Störgeräusche in der Tonechaltung auftreten. Die Frequenz läßt eich durch den Aufbau der Schaltung beliebig wählen und damit speziellen Anwendungsverhältnissen anpassen.

Eine elektrische Einrichtung gemäß der Erfindung erlaubt eine optimale Ausnutzung der in einer Batterie gespeicherten Energie bei minimalen Regelleistungsaufwand,

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die das Schaltbild einer Aueführungeform einer erfindungegemäfi ausgebildeten elektrischen Einrichtung zeigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung zeigt einen Gleichstrommotor 10, einen in nicht dargestellter Welse mit der Motorwelle gekuppelten Wechselspannungs-Hilfsgenerator 11 und die Plusklemme 12 sowie die Minusklemme 13 einer nicht dargestellten Batterie. Die Wicklung des Motors 10 ist über einen Leistungstransistor 14, dem ein Vortransistor 15 in Treiberschaltung zugeordnet ist, an die Pole 12 und 13 der Batterie gelegt.

Kernstück der Schaltung ist ein mit strichpunktierten Linien umrahmter astabiler Multivibrator 16 üblicher Bau-

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art Bit den beiden Transistoren 17 und 18. Diesem «stabilen Multivibrator 16 ist eine einen Regeltransistor 19 aufweisende Verstärkerstufe vorgeschaltet» die ihrerseits von einer Soll/Ietwert-Spannungsvergleiche-8tufe gesteuert wird, die mit den Hilfegenerator 11 in Verbindung steht und einen gleichzeitig zur Gleichrichtung und sur Verstärkung dienenden Transitor 20 enthält, sie 3pannungsvergleioh88tufe weist außerdem ein in den Hilfsgeneratorstromkreis gelegtes Potentiometer 21, eine zwischen den verstellbaren Kontakt 211 des Potentiometers und die Basis des Transistors 20 geschaltete Zener-Diode 22 sowie einen aus den beiden in Reihe zwisohen die Gleichspannungeklemmen 12 und 13 gelegten Widerständen 23 und 24 bestehenden Spannungsteiler auf, dessen Spannungsabgriffspunkt 25 über einen Widerstand 26 mit der Basis des Transistors 20 verbunden ist«

Die Emitter/Kollektoratrecke des Transistors 20 ist in einer Serienschaltung zwischen zwei Widerständen 27 und 28 an die Batterie gelegt. Außerdem ist zur Absiebung der Hilfegeneratorfrequenz zwisohen den Kollektor des Transistors 20 und den Pluspol 12 der Batterie parallel zu» Widerstand 28 ein Kondensator 29 gelegt·

Die Koppelung der den Traneistor 20 aufweisenden Spannungevergleicheatufe mit der durch den Regeltransistor 19 gebildeten Verstärken tufe erfolgt über einen zwischen den Kollektor des Transistors 20 und die Basis des Regeltransistors 19 gelegten Widerstand 30· Auch

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die EDltter/Kollektor-Streoke des Regeltranaietors 19 let in einer Reihenschaltung zwischen zwei Widerständen 31 und 52 an die Batteriepole 12 und 1? gelegt· Während der Kollektor dee Regeltraneistore 19 über einen Widerstand 33 mit dem einen Eingang des astabilen Multlvibrators 16, nämlich mit der Basis des Iransietore 17 verbunden 1st* steht der zweite Eingang de· Multivibrators, also die Basis des Transistors 18, über einen Widerstand 34 Bit' dem Emitter des Regel transistors 19 in Verbindung < > Die beiden Ausgänge des aetabilen Multivibrator· 16 stehen mit dem Kollektor von Jeweils einem der beiden Transistoren 17 und 18 in Verbindung und sind über Widerstände 35 und 36 an die Plueklemme 12 der Batterie gelegt. Einer der Ausgänge des astabilen Multivibrators» nämlich der Kollektor des Transistors 17, ist über einen Kopplungewiderstand 37 mit der Basis des Vortransistors 15 für den Le istungetraneistor U verbunden.

Parallel zum Gleichstrommotor 10 ist eine sogenannte Freilaufdiode 38 geschaltet, welche bei der Impulsspeisung des Motors das Auftreten von Induktionsspannungsspitsen verhindert, welche den Gleichlauf des Motor· sturen könnten.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgendet an der Basis des Transistors 20 der Soll/Istwert-Spannungevergleichsstufe wird die Spannungsdifferenz zwisohen der am Schaltungspunkt 25 auftretenden batterieabhängigen Spannung und der über das Potentiometer und die Zener-

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diode 22 abgegriffenen, drehzahlabhängigen Hilfegenerator-Teilspannung wirksam. Xn Abhängigkeit von dieser Spannungsdifferens steuert der Transistor 20 den Regeltraneistor 19, der den auf eine bestimmte Grundfrequenz ausgelegten astabilen HaltiTibrator 16 in seinem Tastverhältnis steuert. Dabei wird das Tastverhältnis des Multivibrators in Abhängigkeit von der Größe und der Richtung des vom Transistor 20 gelieferten Regelsignalee verändert·

Zur Steuerung des Leistungstransistors 14 wird nur eine Phase des Multivibrators verwendet. Bei der Taktfolgeveränderung des Multivibrators mit Hilfe des Regeltransietors 19 wird bei einer Schaltdauervergrößerung dee einen Transistors 17 die Schaltdauer des zweiten Transistors 18 entsprechend verkürst und umgekehrt. Über den Widerstand 37 gelangen daher an die Basis des Vortransistors 15 Spannungeimpulse wechselnder Breite, die entsprechend die Schaltdauer und die Sperrdauer des Leistungstranslstors H variieren und damit die Drehzahl des Gleichstrommotors 10 regeln.

Wegen der im Vergleich zur Drehfrequenz des Hilfegeneratore 11 hohen Grundfrequenz des astabilen Multivibrators 16 werden den Gleichlauf dee Gleichstrommotors 10 beeinflussende Betriebsepannungestoee bei der Impulsepeieung des Motors verhindert. Außerdem sorgt auch die parallel zum Motor geschaltete Freilaufdiode für einen einwandfreien drehzahlgeregelten Gleichlauf des Motors_β

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Eine Umschaltung für verschiedene Motordrehsahlen kann leicht dadurch erfolgen, daß parallel sum Potentiometer 21 weitere Potentiometer gelegt sind, die durch einen einfachen Stufenschalter wahlweise mit der Zenerdiode verbunden werden»

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   Elektrische Einrichtung »ur Regelung der Drehzahl eines über einen elektronischen Schalter batterie· gespeisten Gleichstrommotors mit einen Hilfegenerator, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen aatabilen Multivibrator (16) aufweist, der in Abhängigkeit von den Differensspannungstrert zwischen einer eingestellten Sollwertapannung und einer von Hilfegenerator (11) gelieferten Istwertspannung in seiner Impulsbreite geregelt ist und dessen einer Ausgang den elektronischen Schalter, beispielsweise einen Leistungstransistor (14)» steuert.

   Elektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennseiohnet, daß der Multivibrator (16) für eine Grundfrequens ausgelegt ist, die um ein Vielfaches größer ist als die Drehfrequen* des Wechselspannungs-Hilfegeneratore (11)«

   3ο Elektrische Einrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Verstärkerstufe mit einen von der Differensspannung gesteuerten Regeltransistor (19) aufweist, dessen Emitter/Kollektor-Strecke in Reihe zwischen zwei Widerstände (32,33) geschaltet an die Betriebsgleichspannungsquelle (12,13) gelegt ist und dessen Emitter mit den einen und dessen Kollektor mit dem anderen der beiden Ein· gang· des astabilen Multivibrators (16) verbunden sind«

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   4« Elektrische Einrichtung nach Anepruoh 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Baeie des Regeltransistors (19) nit den Kollektor eines eine kombinierte Gleichrichtunge- und Verstärkerstufe darstellenden Tranelotore (20) verbunden ist, dessen Basis einerseits über eine Zenerdiode (22) an eine vom Hilfegenerator (11) gelieferte Spannung und anderseits Über einen Widerstand (26) an einen an die Betriebsgleichstromquelle (12,13) angeeohloesenen Spannungsteiler (23,24) oder direkt an die Betrlebsgleiohspannungequelle (12,13) gelegt ist.

   5. Elektrische Einrichtung nach Anepruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (22) mit dem Schleifer (211) eines Potentiometers (21) verbunden ist, das an die Klemmen des Wechselspannungs-Hilfsgenerators (11) gelegt ist.

   6. Elektrische Einrichtung nach Anepruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Auegang des astabilen Multivibrators (16) mit der Basis eines in bekannter Weise in, Treiberschaltung dem Leistungstransis« tor (14) vorgeschalteten Vortransistors (15) verbunden ist.

   ο Elektrische Einrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß dem Gleichstrommotor (10) in bekannter Weise eine Diode (38) parallelgesohaltet ist.

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