DE2000497B2 - Einrichtung zur selbsttaetigen drehzahlregelung eines batteriegespeisten gleichstrommotors - Google Patents

Description

größer ist als die Nennfrequenz des Wechselspannungs-Hilfsgenerators, also beispielsweise im Kilobertzbereicn liegt, wenn die Frequenz der Generatorspannung einige hundert Hertz beträgt.

Durch die hohe Grundfrequenz des Multivibrators wird erreicht, daß in den meist sehr kleinen und wenig Schwungmasse aufweisenden Motoren infolge der impulsweisen Speisung keine Stoßwirkung auftritt, welche die geforderte hohe Gleichmäßigkeit der Ankerumdrehungen beeinflussen könnte. Außerdem kann dadurch bei Tonband-Antriebsmotoren gewährleistet werden, daß von der Regeleinrichtung und vom Motor her keine Störgeräusche in der Tonschaltung auftreten, denn die Grundfrequenz des astabilen Multivibrators läßt sich beliebig wählen und speziellen Anwendungsverhältnissen anpassen.

Eine Einrichtung gemäß der Erfindung erlaubt auch eine gute Ausnutzung der in der Batterie gespeicherten Energie bei kleinem Aufwand an Regelleistungen.

Einzelheiten der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, ergeben sich aus dem folgenden Teil der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung zeigt.

Die Zeichnung zeigt die Ankerwicklung 10 eines konstant erregten Gleichstrommotors, einen in nicht dargestellter Weise mit der Motorwelle gekuppelten Wechsclspannungs-Hilfsgenerator 11 und die Plusklemme 12 sowie die Minusklemme 13 einer nicht dargestellten Batterie. Die Ankerwicklung 10 des Motors ist über einen Leistungstransistor 14, dem ein Vortransistor 15 in Treiberschaltung zugeordnet ist. an die Klemmen 12 und 13 der Batterie gelegt.

Kernstück der Schalteinrichtung ist ein mit strichpunktierten Linien umrahmter astabiler Multivibrator 16 üblicher Bauart mit zwei Transistoren 17 und 18. Diesem astabilen Multivibrator 16 ist eine einen Regeltransistor 19 aufweisende Verstärkerstufe vorgeschaltet, die ihrerseits von einer Spannungsvergleichsstufe für den Soll- und Istwert gesteuert wird, die mit dem Hilfsgenerator 11 in Verbindung steht und einen gleichzeitig zur Gleichrichtung und zur Verstärkung dienenden Transistor 20 enthält. Die Spannungsvergleichsstufe weist außerdem ein an den Hilfsgenerator angeschlossenes Potentiometer 21, eine zwischen den verstellbaren Schleifer 211 dieses Potentiometers und die Basis des Transistors 20 geschaltete Zenerdiode 22 sowie einen aus zwei in Reihe zwischen die Klemmen 12 und 13 gelegten ohmschen Widerständen 23 und 24 bestehenden Spannungsteiler auf, dessen Spannungsabgriffspunkt 25 über einen Widerstand 26 mit der Basis des Transistors 20 verbunden ist.

Die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 20 ist in einer Serienschaltung zwischen zwei Widerständen 27 und 28 an die Batterie gelegt. Außerdem ist zur Absiebung der Hilfsgeneratorfrequenz zwischen den Kollektor des Transistors 20 und die Plusklemme 12 der Batterie parallel zum Widerstand 28 ein Kondensator 29 gelegt.

Die Koppelung der den Transistor 20 aufweisenden Spannungsvergleichsstufe mit der durch den Regeltransistor 19 gebildeten Verstärkerstufe erfolgt über einen zwischen den Kollektor des Transistors 20 und die Basis des Regeltransistors 19 gelegten Widerstand 30. Auch die Emitter-Kollektorstrecke des Regeltransistors 19 ist in einer Reihenschaltung zwischen zwei Widerständen 31 und 32 an die Klemmen 12 und 13 gelegt. Währecd der Kollektor des Regeltransistors 19 über einen Widerstand 33 mit dem einen Eingang des astabilen Multivibrators 16. nämlieh mit der Basis des Transistors 17 verbunden ist steht der zweite Eingang des Multivibrators, also die Basis des Transistors 18, über einen Widerstand 34 mit dem Emitter des Regeltransistors 19 in Verbindung. Die beiden Ausgänge des astabilen Multi-

vibrators 16 stehen mit dem Kollektor von jeweils einem der beiden Transistoren 17 ueJ 18 in Verbindung und sind über Widerstände 35 und 36 an die Plusklemme 12 der Batterie gelegt. Einer der Ausgänge des astabilen Multivibrators, nämlich der KoI- lektor des Transistors 17, ist über einen Kopplungswiderstand 37 mit der Basis des Vortransistors 15 für den Leistungstransistor 14 verbunden.

Parallel zur Ankerwicklung 10 des Gleichstrommotors ist in bekannter Weise eine Freilaufdiode 38 geschaltet, welche bei der impulsweisen Speisung der Ankerwicklung eine abrupte Unterbrechung des Ankerstromes und damit das Auftreten von Induktionsspannungsspitzen verhindert.

Pie Wirkungsweise der Schalteinrichtung ist folgende: An der Basis des Transistors 20 der Spannungsvergleichsstufe wird das an dem verstellbaren Schleifer 211 liegende Potential abzüglich einer durch die Zenerdiode 22 verursachten PotentialdirTerenz wirksam, sobald das am Schleifer 211 liegende Potential oder die zwischen dem Schleifer 211 um! der Minusklemme 13 der Batterie liegende Spannung die Zenerspannung der Zenerdiode 22 übersteigt. Vorher ist dagegen an der Basis des Transistors 20 ein von der Batteriespannung abhängiges Potential wirksam, das dem Potential am Schaltungspunkt 25 abzüglich der durch den Basisstrom des Transistors 20 am Widerstand 26 auftretenden Potentialdifferenz entspricht. Nach Überschreiten der Zenerspannung ist also an der Basis des Transistors 20 in erster Linie das am Schleifer 211 auftretende und vom Wechselspannungs-Hilfsgenerator 11 gelieferte drehzahlabhängige Potential wirksam. In Abhängigkeit von diesem Potential steuert der Transistor 20 den RegeltransiMor 19, der den für eine bestimmte Grundfrequenz ausgelegten astabilen Multivibrator 16 in seinem Tastverhältnis steuert. Dabei wird das Tastverhältnis des Multivibrators in Abhängigkeit von der Größe des \om Transistor 20 gelieferten Regelsignals verändert.

Zur Steuerung des Leistungstransistors 14 wird nur ein Ausgangssignal des Multivibrators verwendet. Bei der Taktfolgeveränderung des Multivibrators mit Hilfe des Ausgangssignals des Regeltransistors 19 wird bei einer Schaltdauervergrößerung des einen Transistors 17 die Schaltdauer des zweiten Transistors 18 entsprechend verkürzt und umgekehrt. Über den Widerstand 37 gelangen daher an die Basis des Vortransistors 15 Spannungsimpulse wechselnder Breite, die die Einschaltdauer und die Sperrdauer des Leistungstransistors 14 entsprechend variieren und dadurch die Drehzahl des Gleichstrommotors regeln.

Wegen der im Vergleich zur Nennfrequenz des Hilfsgenerators 11 hohen Grundfrequenz des astabilen Multivibrators 16 werden Betriebsspannungsstöße bei der impulsweisen Speisung des Motors verhindert, die seine Drehzahlkonstanz beeinflussen wurden. Außerdem sorgt die parallel zur Ankerwicklung

geschaltete Freilaufdiode für einen gleichmäßigeren Lauf des Motors, indem auch während der Sperrzeit des vorgeschalteten Leistungstransistors 14 ein abklingender Ankerstrom weiterfließen kann, mit welchem die in der Induktivität der Ankerwicklung gespeicherte Energie abgebaut wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Batterie über einen elektronischen Schalter gespeis- Patentansprüche: ten, mit einem Drehzahlistwertsignale abgebenden Hilfsgenerator gekuppelten Gleichstrommotors, mit

1. Einrichtung zur selbsttätigen Drehzahlrege- einem zwischen dem Hilfsgenerator und dem elektrolung eines aus einer Batterie über einen elektro- 5 rüschen Schalter angeordneten Multivibrator, rüschen Schalter gespeisten, mit einem Drehzahl- Bekannte Drehzahkegeleinrichtungen dieser Art istwertsignale abgebenden Hilfsgenerator gekup- (deutsche Auslegeschrift 1109 254, französische Papelten Gleichstrommotors, mit einem zwischen tentschriften 1518520 und 1332784, schweizerische dem Hilfsgenerator und dem elektrischen Schal- Patentschrift 434431) haben den Nachteil, daß die ter angeordneten Multivibrator, d a d u r c h io Impulsfrequenz des Motorstromes von der Frequenz gekennzeichnet, daß eine Spannungsver- eines als Tachogenerator verwendeten angekuppelten gleichsstufe in Abhängigkeit von der Differenz- Wechselstrom-Hilfsgenerators abhängig ist und nur spannung einer Drehzahl-Solbvertspannung und ein Bruchteil dieser Tachogeneratorfrequenz sein einer vom Hilfsgenerator (11) gelieferten Dreh- kann, die ihrerseits aus konstruktiven Gründen bezahlistwertspannung die Impulsbreite eines astabi- 15 grenzt ist. Es werden dabei monostabile oder bistalen Multivibrators (16) steuert, dessen eine Aus- bile Multivibratoren verwendet, die keine Eigengangsklemme mit dem Steueranschluß des elek- schwingungserzeuger sind, sondern deren Kippfretronischen Schalters verbunden ist. quenz durch ein zugeführtes Steuersignal bestimmt

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem ist. Durch diesen Nachteil, der außerdem zu einer Wechselspannungs-Hilfsgenerator, dadurch ge- 20 Stromversorgung des Motors mit relativ eneigickennzeichnet, daß der astabile Multivibrator (16) reichen Stromimpulsen führt, läßt sich kein gleichfür eine Grundfrequenz ausgelegt ist, die um ein mäßiger, stoßfreier Lauf des Motors erzielen, wie er Vielfaches größer ist als die Nennfrequenz des beispielsweise von Antriebsmotoren für Tonband-Wechselspannungs-Hilfsgenerators (11). geräte gefordert wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- 25 Es ist auch eine Drehzahlregeleinrichtung für einen durch gekennzeichnet, daß zwischen der Span- Gleichstrommotor bekannt, bei welcher der Motor nungsvergleichsstufe und dem astahilen Multi- impulsweise mit Strom unterschiedlicher Stärke vervibrator (16) eine Verstärkerstufe mit einem von sorgt wird, die aber keinen Multivibrator, sondern der Differenzspannung gesteuerten Regeltransistor einen spannungsabhängigen Transistor und einen (19) angeordnet ist, dessen Emitter-Kollektor- 30 elektronischen Verstärker aufweist, die als Zwei-Strecke in Reihe mit zwei Widerständen (31, 32) punktregier arbeiten (deutsche Offenlegungsschrift mit der Batterie verbunden ist und dessen 1 463 104). Infolge der Zweipunktregelung sind bei Emitter mit dem einen und dessen Kollektor dieser Einrichtung die Drehzahlschwankungen bemit dem anderen der beiden Eingänge des sonders groß.

astabilen Multivibrators (16) verbunden sind. 35 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, gekennzeichnet, daß die Basis des Regeltransi- die ohne die vorstehend genannten Nachteile ist, bei stors (19) mit dem Kollektor eines in der der also die Frequenz der Motorstromimpulse von Spannungsvergleichsstufe angeordneten, eine der Frequenz der Spannung des Tachogenerators unkombinierte Gleichrichtungs- und Verstärker- 40 abhängig ist, die energiearme Motorstromimpulse stufe bildenden Transistors (20) verbunden ist, hoher Frequenz ermöglicht und besonders geräuschdessen Basis einerseits über eine Zenerdiode (22) arm arbeitet, einen einwandfrei ruckfreien Lauf des mit dem Wechselspannungs-Hilfsgenerator (11) Motors gewährleistet und insbesondere für Gleich- und andererseits über einen Widerstand (26) mit Strommotoren geeignet ist, die wahlweise mit verschieeinem an die Batterie angeschlossenen Span- 45 dener Drehzahl umlaufen sollen und dabei in jedem nungsteiler (23, 24) oder direkt mit der Batterie Falle eine sehr genaue Einhaltung der jeweiligen verbunden ist. Solldrehzahl bei gleichmäßigem Motorlauf gewähr-

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch leisten müssen. Solche Forderungen werden beigekennzeichnet, daß die Zenerdiode (22) mit dem spiclsweise an Gleichstromkleinmotoren für batterie-Schleifer (211) eines Potentiometers (21) ver- 50 betriebene Tonbandgeräte gestellt, bei denen ein bunden ist, das an die Klemmen des Wechsel- relativ großer Drehzahlbereich vorhanden ist, in spannungs-Hilfsgenerators (11) gelegt ist. welchem Drehzahlverhältnisse von beispielsweise 1 :4

6. Einrichtung nacn Anspruch 1, dadurch zwischen den einzelnen Solldrehzahlen auftreten,
gekennzeichnet, daß die eine Ausgangsklemme Diese Aufgabe wird bei einer solchen Einrichtung des astabilen Multivibrators (16) mit der Basis 55 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Spaneines in Treiberschaltung dem Leistungstransi- nungsvergleichsstufe in Abhängigkeit von der Diffestor (14) vorgeschalteten Vortransistors (15) ver- renzspannung einer Drehzahl-Sollwertspannung und bunden ist. einer vom Hilfsgenerator gelieferten Drehzahlistwert-

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch spannung die Impulsbreite eines astabilen Multigekennzeichnet, daß der Ankerwicklung (10) 60 vibrators steuert, dessen eine Ausgangsklemme mit des Gleichstrommotors eine Freilaufdiode (38) dem Steueranschluß des elektronischen Schalters parallel geschaltet ist. verbunden ist. Durch die Steuerung der Motorstromimpulse durch einen astabilen Multivibrator, also

einen auf eine gewünschte Kippfrequenz tinstell-

65 baren Schwingungserzeuger, wird die Regeleinrichtung unabhängig von der Hilfsgeneratorfrequenz.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung Der astabile Multivibrator wird zweckmäßig für eine zur selbsttätigen Drehzahlregelung eines aus einer Grundfrequenz ausgelegt, die um ein Vielfaches