-
Elektrische Einrichtung zur Konstanthaltung der Drehzahl
eines Gleichstrommotors Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung
zur Konstanthaltung der Drehzahl eines über einen Leistungstransistor versorgten
Gleichstrommotors mit Hilfsgenerator und Bezugsspannungsgeber bei schwankender Motorbelastung.
Es ist bereits bekannt, Gleichstrom-Kleinmotoren zur Drehzahlregelung mit einem
Hilfsgenerator zu koppeln,
der auf die Reihenschaltung einer Zenerdiode
als Bezugsspannungsgeber mit einem Widerstand arbeitet (DBP 1 166 904). Eine. solche
Regelung ist jedoch bei Motoren, die stärkeren Belastungsschwankungen ausgesetzt
sind,@selbst bei der Gewährleistung einer stabilen Betriebsgleichspannung durch
zusätzliche Schaltungsmaßnahmen, nicht immer befriedigend. Es gibt Anwendungsfälle
für solche Motoren, bei denen starke wechselnde Belastungen auftreten und äußerst
hohe Anforderungen an den Gleichlauf des bbiotors gestellt werden. Dies gilt beispielsweise
bei Antrieben für Informationsspeichergeräte. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde,
eine elektrische Schaltung zur Drehzahlregelung zu schaffen, mit welcher eine Erhöhung
der Empfindlichkeit der Regelung im Hinblick auf die Belastungsschwankungen des
Motors erzielt wird, so daß eine Versteifung der Solldrehzahl erreicht wird. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein von der Motorbelastung und
damit vom Motorstrom abhängiger, über einen Rückkopplungszweig auf den Leistungstransistor
direkt oder indirekt einwirkender Zusatzspannungsgeber in der Regelschaltung vorgesehen
ist. Eine geringe Abhängigkeit der hotordrehzahl von Lastwechseln «ird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß in Serie zum Yotor ein Zusatzwiderstand gelegt wird, an dem
eine strom- und somit belastungsabhängige Spannung abgenommen und zum Steuern der
h.otordrehzahl mitverwendet wird. Der
Zusatzwiderstand kann erfindungsgemäß
auch in solche Zweige der Regelschaltung gelegt werden, in denen ein dem Motorstrom
proportionaler Strom oder eine entsprechende Spannung auftritt und an welchem eine
vom Motorstrom indirekt abhängige Zusatzspannung abgegriffen und an die Basis des
den I;otor steuernden heistungstransiators oder eines vorgeschalteten Treibertransistors
gelegt ist. Als Zusatzspannungsgeber kann aber auch der innere Widerstand des Motors
selbst verwendet werden, an welchem eine vom Motorstrom abhängige Spannung abgegriffen
und über einen Rückkopplungszweig zusätzlich in die Regelschaltung ein= gegeben
werden kann.
-
Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Regelschaltung werden also die
durch die Belastung verursachten Stromschwankungen direkt als zusätzliche Regelgröße
in die Regelschaltung eingegeben und nicht über den Umweg einer durch die Belastungsschwankungen
verursachten Drehzahländerung berücksichtigt. Dadurch wird eine wesentliche Versteifung
der Solldrehzahl gegenüber den Belastungsschwankungen des Motors erzielt.
-
Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann auf verschiedene Weise aufgebaut
sein. So kann beispielsweise der als Zusatzspannungsgeber wirksame Widerstand in
Reihe mit der Zenerdiode und einem weiteren Widerstand ai. die Betriebsgleichstromquelle
gelegt sein. Der Widerstand ist in Reihe
mit der Emitter-Kollektor-Strecke
des Leistungstransistors oder des dem Leistungstransistor vorgeschalteten Treibertransistors
gelegt und liefert somit eine dem Strom des heistungs- bzw. des Treibertransistors
proportionale Zusatzspannung, die sich zur Zenerspannung aufaddiert. Die Zusatzspannung
kann auch zusammen mit einer stabilisierten und für die Solldrehzahl charakteristischen
Bezugsspannung an die Basis eines der heistungs- bzw. der Treiberstufe vorgeschalteten
Regeltransistors gelegt sein. Hierzu kann*die Basis des Regeltransistors über einen
Widerstand oder über eine Widerstandskette mit dem als Zusatzspannungsgeber dienenden
Widerstand verbunden und zwischen der Basis des heistungs- bzw. des Treibertransistors
und einem Abgriff der Widerstandskette eine Gegenkopplungsverbindung über einen
Kondensator vorgesehen sein. Der Kondensator kann aber auch zwischen den Abgriffspunkt
der Widerstandskette und einen Pol der Batterie geschaltet sein, wo er zusammen
mit mindestens einem Widerstand der Widerstandskette einen Siebschaltkreis bildet.
-
Weitere Einzelheiten über die Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf welcher einige Schaltungsbeispiele
einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung dargestellt sind.
Im
einzelnen zeigen= Fig. 1 ein erstes Schaltungsbeispiel einer Drehzahlregeleinrichtung
gemäß der Erfindung; Fig. 2 ein der Schaltung nach Figur 1 ähnliches Ausführungsbeispiel
mit Treiberstufe; Fig. 3 eine Schaltung, bei welcher der innere Widerstand des Motors
direkt als belastungsabhängiger Zusatzspannungsgeber dient; Fig. 3a eine der-Schaltung
nach Figur 3 entsprechende Schaltung, bei welcher jedoch die Zusatzspannung an einem
dem hIotor parallel gelegten Spannungsteiler abgegriffen ist; Fig. 4 eine dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 3 entsprechende Schaltung bei der die Zusatzspannung jedoch am Kollektorwiderstand
des Treibertransistors abgenommen wird; Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit Widerstandskette
und Gegenkopplungskondensator; Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit Widerstandskette
und Siebkondensator;
Fig. 7. eine Darstellung ähnlich Figur 5, jedoch
mit Treiberstufe; Fig. 8 eine abgewandelte Form der Schaltung nach Figur 7.
-
In den Figuren 1 bis 8 sind gleiche Teile mit den gleichem. Bezugszeichen
versehen. Die Schaltungen zeigen einen Gleichstrommotor 1, der in Reihe mit der
Emitter-Kollektor-Strecke eines Leistungstransistors 2 an eine Betriebsgleichstromquelle
gelegt ist, beispielsweise an eine Batterie mit der Minusklemme 4-und der Plusklemme
3. Der Motor 1 ist über eine mit gestrichelten Linien dargestellte gemeinsame Welle
5 mit einem Hilfsgenerator 6 gekoppelt, der beispielsweise aus einem auf der Welle
5 befestigten mehrpoligen Permanentmagneten und einer feststehenden Statorwicklung
besteht, die eine von der Drehzahl der Welle 5 und damit des Motors 1 abhängige
induzierte Wechselspannung liefert. Der Hilfsgenerator 6 arbeitet auf einen Hilfsgeneratorkreis,
der aus der Reihenschaltung eines Potentiometerwiderstandes 7 mit einer Gleichrichterdiode
8 besteht. Der eine Pol des Hilfsgenerators 6 und das eine Ende des Potentiometerwiderstandes
7 ist mit dem Verbindungspunkt 9 einer Zenerdiode 10 und eines Widerstandes 11 verbunden.
Die Zenerdiode dient mit ihrer Durchbruchsspannung in an sich bekannter Weise als
Bezugsspannungsgeber. Sie kann beispielsweise gemäß der Schaltung nach Figur 3 zusammen
mit
dem Widerstand 11 so in den Betriebsstromkreis gelegt sein, daß sie auch eine Stabilisierung
der auf die Regelschaltung einwirkenden Betriebsspannung der Batterie 3/4 bewirkt
Die Basis des Leistungstransistors 2 ist bei den Ausführungsbeispielen der Figuren
2, 4, 7, 8 mit dem Emitter eines vorgeschalteten Treibertransistors 12 als
an sich bekannte Treiberstufe verbunden. Dem Leistungstransistor 2 oder seinem Treibertransistor
12 ist außerdem ein Regeltransistor 13 vorgeschaltet.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist ein Widerstand 25 als
Zusatzspannungsgeber in Reihe mit dem Motor 1 und der Kollektor-Emitterstrecke des
den Motorstrom steuernden Leistungstransistors 2 geschaltet. Zwischen dem Verbindungspunkt
26 und dem Pluspol der Batterie 3 kann eine dem Motorstrom proportionale Spannung
abgegriffen werden. Diese Spannung wird zur Referenzspannung der Zenerdiode 10 addiert
und über den Verbindungspunkt 9 und das Potentiometer 7 der Basis des Regeltrensistors
13 zugeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist als Zusatzspannungsgeber
ein Widerstand 14 in Reihe mit einem zweiten Widerstand 15 und der Emitter-Kollektor-Strecke
des Treibertransistors 12, dessen Emitter in bekannter Weise mit der Basis des im
Betriebsstromkreis des botors 1 lie-
Senden Leistungstransistors
2 verbunden ist, gelegt. Am Verbindungspunkt 16 zwischen den beiden Widerständen
14 und 15 kann eine dem Emitter-Kollektor-Strom des Treibertransistors 12 proportionale,
am Widerstand 14 abfalleäde Spannung abgegriffen werden. Da der Emitter-Kollektor-Strom
abhängig von dem vom Motor 1 in Abhängigkeit von seiner Belastung aufgenommenen
Betriebsstrom ist, ist die am Widerstand 14 abgegriffene Spannung ebenfalls belastungsabhängig.
Der Verbindungspunkt 16 ist mit der Zenerdiode 10 verbunden; so daß eine Addition
der am iViderstand 14 abgegriffenen Spannung mit der Zenerspannung der Zenerdiode
10 erfolgt und diese addierte Spannung am Verbindungspunkt 9 auftritt, wo sie über
den Potentiometerabgriff 17 auch an der Basis des Regeltransistors 13 wirksam wird
und damit auch den Leistungstransistor 2 beein-, f luß t .
-
Mit den Schaltungen gemäß der Erfindung läßt sich eine wesentliche
Versteifung der Drehzahl des Ivotors 1 erzielen. Sobald eine Erhöhung des Betriebsstroms
bei zunehmender Belastung des Motors 1 auftritt, wird das Bezugspotential am Verbindungspunkt
9 der Regelschaltung durch die am Zusatzspannungsgeber 14 bzw. 25 erzielte Zusatzspannung
erhöht, wodurch über die Transistorstrecke der Schaltung eine weitere Öffnung des
Leistungstransistors 2 erreicht wird. Die Regelsteilheit wird durch die z, direkte
Berücksichtigung der Motorbelastung gegenüber
einer rein drehzahlabhängigen
Steuerung über den Hilfsgenerator 6 erhöht.
-
Im Beispiel nach Figur 3 wird anstelle eines Widerstandes 14 bzw.
25 der innere Widerstand, also der Kupferwiderstand des Gleichstrommotors 1, direkt
als Zusatzspannungsgeber verwendet. Die am Punkt 22 abgegriffene belastungsabhängige
Spannung wird über einen Widerstand 23 direkt der Basis des Regeltransistors 13
zugeführt und bewirkt-auf diesem Wege eine Erhöhung der Regelsteilheit der .Anordnung.
-
Figur 3a zeigt. eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur
3. In diesem Fall wird die am Punkt 22 abgegriffene Zusatzspannung über den Spannungsteiler
2`'j, 28 und den Widerstand 23# der Basis des Regeltransistors 13 zugeführt. Der
Spannungsteiler 27, 28 bewirkt eine Anpassung des Potentials am Punkt 221 an das
Basispotential des Regeltransistors 13.
-
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der in Reihe mit der Emitter-Kollektor-Strecke
des Treibertransistors 12 geschaltete Zusatzwiderstand 141 über den Verbindungspunkt
16' und den Widerstand 2Y# mit der Basis des Regeltransistors 13 verbunden.
-
In Figur 5 bis 8 wird die Verbindung zwischen den Abgriffen
22
bzw. 16' und der Basis des Regeltransistors 13 durch eine Kette aus den Widerständen
18 und 19 bzw. 18# und 191' hergestellt. Die Kondensatoren 20, 20f und 20#', die
als Gegenkopplungsverbindung zwischen den Verbindungspunkt 21, bzw. 21# der beiden
Kettenwiderstände 18, 19, bzw. 181, 191 und die Basis des Leistungstransistors 2,
des Treibertransistors 12 oder den Pluspol 3 der Batterie geschaltet sind, verbessern
die dynamischen Regeleigenschaften der Anordnung.
-
Figur 8 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung nach Figur 7. Der Zusatzspannungsgeber
141f ist in diesem Falle nicht mit dem Pluspol 3 der Batterie, sondern mit dem hmitteranschluß
29 des Regeltransistors 13 verbunden. Die sich daraus ergebende Gleichstromgegenkopplung
bewirkt eine Verbesserung der Regelcharakteristik.