DE1638099A1 - Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors - Google Patents
Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines GleichstrommotorsInfo
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Description
POTTER INSTRUMENT COMPANY, INC., Plainview, New York, U.S.A.
betreffend
Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors.
Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Motors, und sie betrifft insbesondere
eine neuartige Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors mit geringer Massenträgheit.
Gleichstrommotoren mit geringer Massenträgheit werden bekanntlich z.B. auf vorteilhafte Weise als Antriebsmotoren
für Transportrollen bzw. sogenannte Tonwellen bei bestimmten Magnetbandgeräten verwendet. Solche Motoren können direkt mit
der Tonwelle verbunden sein, die ständig an dem Magnetband angreift, und die Bewegung des Magnetbandes kann dadurch geregelt
werden, daß die Drehzahl des Antriebsmotors geregelt wird. Bekanntlich ist die gesamte Massenträgheit des Motorankers und
der Tonwelle notwendigerweise gering, damit das Magnetband schnell auf die normale Laufgeschwindigkeit beschleunigt und
nach Bedarf schnell zum Stillstand gebracht werden kann.=
Bei diesen und ähnlichen Anwendungsfällen für solche Motoren sind bereits Drehzahlregeleinrichtungen vorgeschlagen
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worden, bei denen ein Tachometer verwendet wird. Solche 'l'acho- ■
meter sind kostspielig, und es ist schwierig, sie in einem einwandfreien Betriebszustand zu halten. Derartige bekannte Einrichtungen
entsprechen daher nicht in jeder Beziehung den zu stellenden Anforderungen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors mit
geringer Massenträgheit zu schaffen, die sich mit geringeren Kosten herstellen läßt ala die Ms jetzt bekannten Einrichtungen
von vergleichbarer Mstungsfähigkeit.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung
einer elektronischen Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor mit geringer Massenträgheit, die zuverlässig
arbeitet und keine oder nur geringe Ansprüche hinsichtlich der Wartung stellt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Drehzahlregeleinrichtung für einen Gleichstrommotor
W mit geringer Massenträgheit, bei dar die gegenelektromotorische Kraft des Motors als Maß für die Drehzahl verwendet wird, so
daß es nicht erforderlich ist, ein Tachometer oder eine ähnliche Errichtung vorzusehen.
Allgemein gesprochen sieht die Erfindung eine Drehzahlregeleinrichtung
vor, bei der der Motor mit Impulsen von vorbestimmter Größe und Dauer gespeist wird, die durch Intervalle
getrennt sind, während welcher dem Motor keine Energie zugeführt wird. Während dieser sogenannten Energiezuführungspauaen
arbeitet der Motor im Freilauf, und eine Komparatorschaltung vergleicht die gegenelektromotorieche Kraft des Ankers, deren
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163809S
Größe eine Funktion der Motordrehzahl ist, mit einem Bezugspotential. Wenn die Drehzahl des Motors etwas unter die Solldrehzahl
absinkt, geht die gegenelektromoa«torische Kraft auf einen Wert zurück, der unter dem Bezugspotential liegt. Dann
wird dem Motor ein weiterer Speiseimpuls zugeführt, durch den der Motor auf eine die Solldrehzahl etwas überschreitende Drehzahl
beschleunigt wird. Auf diese Weise wird die Drehzahl des Motors, die zwar um die Solldrehzahl pendelt, mit einer Genauigkeit
aufrechterhalten, die einem kleinen Prozentsatz der Solldrehzahl entspricht.
Gemäß einem wichtigen Merkmal wird während des Zuführens von Speiseimpulsen zu dem Motor das dem Komparator zugeführte
Eingangssignal von einem Potential abhängig gemacht, das annähernd gleich der gegenelektromotorischen Kraft des Motors bei
der Solldrehzahl ist. Auf diese Weise weeden die Vergleichsschaltungen nicht in einem solchen Ausmaß überlastet, daß sie
einer langen Erholungsperiode bedürfen, und daher kann die gegenelektromotoidsche Kraft des Motors mit der Bezugsspannung
kurz nach der Beendigung eines Speiseimpulses verglichen werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung zum Regeln der
Drehzahl eines Motors.
Fig. 2 veranschaulicht in Abhängigkeit Von der Zeit .
idealisierte Wellenformen von Signalen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1 auftreten.
Fig. 2a veransdhaulicht die Drehzahl des Motorankers.
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Pig. 2b zeigt das Potential am Anker des Motors unter Einschluß der gegenelektromotorischen Kraft des Motors.
Pig. 2c gibt das Potential am Eingang des !Comparators
wieder.
Fig. 2d veranschaulicht das Ausgangssignal des Multivibrators
34.
Pig. 2e gibt das Ausgangssignal des Multivibrators 42 wieder.
Gemäß Pig. 1 ist der Anker 10 eines Gleichstrommotors mit geringer Massenträgheit, z.B. eines Motors mit einer gedruckten
Schaltung, über einen Transistorschalter 14 an eine Gleichstromquelle 12 angeschlossen. Zweckmäßigerweise kann der
Anker 10 direkt mit einer Tonwelle oder Rolle gekuppelt sein, mittels deren ein Magnetband angetrieben wird. Perner ist der
Anker 10 des Motors über einen Tiefpaßfilter mit Widerständen 18 und 22 sowie Kondensatoren 24 und 26 mit einem Eingang
einer Komparatorschaltung 15 verbunden, die z.B. durch einen Differentialverstärker gebildet werden kann. Dieser Tiefpaßfilter
dient dazu, aus dem Eingangssignal für den Komparator verschiedene Störsignale zu entfernen, die durch den sich im
Freilauf drehenden Anker erzeugt werden. An einen zweiten Eingang des Komparators 16 ist eine Quelle 28 für eine Bezugsgleichspannung angeschlossen; die Ausgangsspannung der Quelle
28 ist zweckmäßig etwas kleiner als die gegenelektromotorische Kraft des Motors 10 bei dessen Solldrehzahl.
Wenn die durch den Anker 10 erzeugte gegenelektromotorische Kraft bis unter die Bezugsspannung der Quelle 28· absinkt,
erzeugt der Komparator 16 ein Ausgangssignal, das über ein
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Eingangs-Und-Gatter 32 ala Triggeisignal einem monostabilen
Multivibrator 34 zugeführt wird. Bei seiner Triggerung schaltet sich der Multivibrator 34 während einer vorbestimmten Zeitspanne
in seinen unstabilen Zustand um, und er erzeugt ein Ausgangssignal, das über einen Verstärker 35 der Basis des Transistors
14 zugeführt wird, um den Transistor zu sättigen. Während des Intervalls, während dessen der Transistor 14 gesättigt ist,
speist die Stromquelle 12 den Motoranker 10, so daß der Anker
z.B. im Uhrzeigersinne umläuft.
Während dieses Speiseintervalls macht ein Transistorschalter 38, dessen Basis mit dem Ausgang des Multivibrators 34 über
einen Verstärker 39 verbunden ist, das Eingangssignal für den Komparator 16 von einem Bezugspotential, z.B. dem Erdpotential,
abhängig. Der Wert dieses Bezugspotentials unterscheidet sich zweckmäßig nur um einige Volt von der gegenelektromotorischen
Kraft, die durch den Anker 10 bei dessen Solldrehzahl erzeugt
wird. Es sei bemerkt, daß diese Klemmschaltung eine Verkürzung der Zeit bewirkt, welche die Einrichtung benötigt, um sich nach
dem Einschalten des Motors 10 zu stabilisieren. Beim Fehlen der Klemmschaltung würde das Eingangssignal für den Komparator
exponentiell von dem relativ hohen Motoreinschaltpotential abklingen müssen, und für dieses Abklingen würde eine erhebliche
Zeitspanne benötigt werden, da der Anker des Motors durch den beschriebenen Filter mit dem Komparator 16 verbunden ist, der
notwendigerweise eine relativ lange Zeitkonstante aufweist.
Das Und-Gatter 32 gewährleistet, daß Störsignale, die dem
Komparator 16 von dem Motor 10 aus zugeführt werden^ den Multivibrator
34 nicht vor der Stabilisierung der Einrichtung trig- gern. Es sei bemerkt, daß die gegenelektromotorische Kraft des
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Motors nur dann abgefragt werden darf, wenn der Stromfluß durch·
den Anker praktisch gleich Null ist, denn jeder Ohmsche Spannungsabfall
in dem Anker würde die gegenelektromotorische Kraft verdecken. Das Einschaltsignal für das Satter 32 wird dem Ausgang
eines zweiten Multivibrators 42 entnommen, der mit dem Multivibrator 34 über eine Umkehrungsstufe (inverter) 44 verbunden
ist und an der Hinterflanke des Ausgangsimpulses fies Multivibrators 34 gettiggert wird. Eine- weitere umkehrungsstufe
46 kehrt d$s Ausgangssignal des Multivibrators 42 umj daher
kann ein Ausgangssignal des Komparators 16 den Multivibrator 34 erst triggern, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne (Erholungsperiode, Fig. 2) nach dem Einschalten des Mtorankers 10 verstrichen
ist.
Gemäß ?ig. 2 bewirkt die Zuführung eines Speiseimpulses
zu dem Anker 10 nacli Pig. 1, deS der Anker auf eine Drehzahl
beschleunigt wird, die die Solldrehzahl um etwa 0,5$ überschreitet.
Nach der Beendigung des Speiseimpulses arbeitet der Motor
im freilauf; wenn die Drehzahl des Ankers zurückgeht, wird das
Eingangssignal für den Komparator 16 bei der Ausführungsform nach fig. 1 und 2 weniger stark negativ. Wenn die Ankerdrehzahl
um etwa 0,5$ unter der Solldrehzahl liegt, erreicht das Eingangssignal
für den Komparator 16 die Bezugsspannung der Quelle 28, und ein Ausgangssignal des Komparators 16 triggert den
Multivibrator 34. Das verstärkte Ausgangssignal des Multivibrators 34 sättigt den Transistor 14» so daß dis Stromquelle 12 mit
dem Anker 10 verbunden wird. Während dieses £:-5Si gsintervalls
ist auch der Traneistor 38 gesättigt, so daS ti,: L.:^ ::f^,signal
für den Komparator 16 auf dem Erdpotential geii<en wird.
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Wenn sich der Multivibrator 34 wieder in. seinen stabilen
Zustand zuriicsehaltet, wird der Sättigungszustand der Transistoren
14- und 38 beseitigt, und der Multivibrator 42 wird getriggert. Der Multivibrator 42 erzeugt einen Ausgangsimpuls von
νorbestimmter Dauer, der wegen des Vorhandenseins der Umkehrungsstufe
46 das Gatter 32 abschaltet, so daß eine Triggerung des Multivibrators 34 während der Erholungsperiode verhindert
wird.
Somit wird die Verbindung zwischen der Stromquelle und
dem Motoranker unterbrochen, und das Eingangssignal für den Komparator 16 wird nicht mehr auf dem Erdpotential gehalten;
das Eingangssignal des !Comparators geht anfänglich auf ein negatives Potential zurück, das etwa bei der Nenndrehzahl gleich
der gegenelektromotorischen Kraft des Ankers 10 ist. Danach erhöht sich die gegenelektromotorische Kraft allmählich, während
die Drehzahl des Motors zurückgeht, bis die Bezugsspannung der
Quelle 28 erreicht und der Multivibrator 34 erneut getriggert wird.
Man erkennt somit, daß die eingangs genannten Aufgaben durch die Erfindung erfüllt werden. Mit anderen Worten, die
Erfindung sieht eine Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors mit geringer Massenträgheit vor, bei der es
nicht erforderlich ist, ein Tachometer oder eine andere kostspielige
Vorrichtung zum Fühlen der Drehzahl zu verwenden.
Ss sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung ^u verlassen.
■ ■ Patentansprüche g
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Claims (6)
- PATENTANSPRÜCHEEinrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors, gekennzeichnet durch einen Motor mit einem eine geringe Massenträgheit aufweisenden Anker (10), Mittel (14), die auf ein Signal ansprechen, um den Motor während einer vorbestimmten Zeitspanne einzuschalten, Mittel, die ansprechen, wenn die durch den Anker erzeugte gegenelektromotorische Kraft einen bestimmten Wert erreicht, um das erwähnte Signal zu erzeugen, und Mittel, um das erwähnte Signal den auf das Signal ansprechenden Mitteln zuzuführen.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Anker (10) direkt mit einer Tonwelle oder Rolle (15) zum Antreiben eines Magnetbandes (17) gekuppelt isi.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die gegenelektromotorische Kraft ansprechenden Mittel eine Quelle- (28) für ein Bezugspotential umfassen, ferner eine Schaltung (16) mit Eingangs- und Ausgangsmitteln zum Vergleichen eines an die Eingangsmittel angelegten Potentials mit dem Bezugspotential sowie einen Tiefpaßfilter (18, 22, 24» 26) zum Verbinden des Ankers mit den Eingangsmitteln.ORIGINAL JNSPECTED163809£
- 4. Einrichtung naoh Anspruch 3» gekennzeichnet durch Mittel, um die Eingangsmittel während der erwähnten vorbestimmten Zeitspanne, wenn der Motor eingeschaltet ist, auf einem bestimmten Potential zu halten.
- 5. Einrichtung nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet , daß die auf die gegenelektromotorische Eraft ansprechenden Mittel einen Gleichstromverstärker umfassen.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 4» gekennzeichnet durch Mittel, um das erwähnte Signal nach der erwähnten vorbestimmten Zeitspanne während eines Erholungsintervalls zurückzuhalten.109823/0282Leerseite
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