DE2064422A1 - Steuervorrichtung für einen Gleichstrommotor - Google Patents

Description

• Steuervorrichtung für einen Gleichstrommotor Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Gleichstrommotor zur Begrenzung des Ankerdrehmomentes auf einen vorgegebenen Wert, vorzugsweise für Wickelantriebe.
• Zur Begrenzung des Ankerdrehmomentes von Gleichstrommotoren ist es bekannt, zwischen den anzutreibenden Teilen und dem Motor eine nach dem Friktionsprinzip arbeitende Kupplung anzuordnen, so daß bei Überschreitung eines bestimmten Drehmomentes die Friktionskupplung durchrutscht.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Steuer-Vorrichtung der eingange genannten Art zu schaffen, bei der solche Priktionskupplungen bzw. andere mechanische Elemente zur Konstanthaltung des Drehmomentes des Motors vermieden werden.
• Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Ankerkreis des Gleichstrommotors im Ausgangskreis einer innerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbereiches einen annähernd konstanten Strom bzw. ein. konstantes Drehmoment liefernden Transistorstufe angeordnet ist, und daß der Strom bzw. das Drehmoment mittels eines im Strompfad des Ankerkreises des Motors befindlichen veränderbaren Widerstandes der Transistorstufe einstellbar ist. Das dem Gleichstrommotor entnehmbare Drehmoment ist abhängig von der Größe des magnetischen Erregerflusses. In der Regel werden für kleinere Motoren Permanentmagnete zur Erregung benutzt. Demzufolge ist bei solchen Gleichstrommotoren der magnetische Erregerfluß konstant. Bei anderen magnetischen Erregungen kann durch geeignete Maßnahmen der Erregerfluß ebenfalls konstant gehalten werden. Demzufolge ist das entnehmbare Drehmoment direkt proportional dem durch den Anker des Gleichstrommotors fließenden Strom. So ist das von dem Gleichstrommotor abgebbare Drehmoment seiner Größe nach bestimmt, wenn der Ankerstrom den entsprechenden Wert aufweist. Dieser Ankerstrom ist nun einstellbar durch den veränderbaren Widerstand der den konstanten Strom liefernden Transistorstufe.
• Der Drehzahlyerlauf in Abhängigkeit vom Drehmoment ergibt bei einem Gleichatrommotor mit konstanter Pelderregung eine zu größeren Drehmomentenwerten hin abfallende Gerade. Durch das Anschließen des Gleichstrommotors an die einen konstanten Strom liefernde Steuerstufe wird nun der Ankerstrom bzw.
• das von dem Gleichstrommotor abgebbare Drehmooment mit zunehmender Belastung des Gleichstrommotors konstant gehalten.
• Die Drehzahl des Ankers nimmt jedoch mit zunehmender Belastung ab und erreicht im Grenzfall den Wert Null.
• Je nach der Größe des in der Steuerstufe einstellbaren Ankerstroms ergibt sich also ein oberer Drehmomentwert, der unabhängig von der Größe der Belastung des Gleichstrommotors nicht überschritten wird. Dies erweist sich z. B. besonders vorteilhaft beim Antrieb von Wickeln, wie z. B. von Filmwickeln, um z. B. eine Beschädigung eines Filmes zu verhindern.
• Gemäß weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist der Ankerkreis des Motors im Kollektorkreis eines Transistors angeordnet, in dessen Emitterkreis der veränderbare Widerstand liegt und dessen Basis mit einem aus einem Widerstand und einer annähernd eine konstante Spannung liefernden Einrichtung bestehenden Spannungsteiler verbunden -ist. Zweckmäßigerweise ist die die konstante Spannung liefernde Einrichtung eine Zenerdiode. Mittels dieses einzigen Transistors wird in vorteilhafter Weise der Ankerstrom des G)iichstrommotors eingestellt.
• Gemäß weiterer Ausbildung ist der Widerstand des Spannungsteilers so groß bemessen, daß der größtmögliche, durch ihn fließende Strom kleiner als der noch zulässige Basisstrom ist. Dies hat den Vorteil, daß wenn die Belastung des Gleichstrommotors kleiner als das Nenndrehmoment ist, der Transistor nicht übersteuert wird. Wird nämlich der Gleichstrommotor im Leerlauf betrieben, dann wächst die Drehzahl auf ihren höchsten, den Leerlaufwert an. Bei der Beerlaufdrehzahl ist die durch den Gleichstro tors induzierte Spannung am größten. Der durch den Anker des Gleichstrommotors fliessende Ankerstrom sinkt auf seinen Leerlaufwert ab. Der Transistor ist dann soweit aufgesteuert, daß seine Kollektor-Emitterspannung den niedrigsten Wert aufweist.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 die Steuervorrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 die Ankerstrom-Drehmoment-Kennlinie des Gleichstrommotors und Fig. 3 die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Gleichstrommotors.
• Das einen konstanten Strom liefernde Steuergerät ist mit 1 bezeichnet. Es weist eine Spannungsquelle 2 auf, zu der parallel ein Spannungsteiler bestehend aus einem hochohmigen Widerstand 3 und einer Zenerdiode 4 geschaltet ist. Der Abgriff zwischen dem Widerstand 3 und der Zenerdiode 4 ist mit der Basis eines Steuertransistors 5 verbunden, in dessen Emitterkreis ein veränderbarer Widerstand 6 angeordnet ist. Im Kollektorkreis des Transistors 5 befindet sich der Anker eines Gleichstrommotors 7. Seine Anschlußstellen an die Steuervorrichtung sind mit A und B bezeichnet. Zwischen den Anschlüssen A und B fällt eine Spannung ab, die sich zusammensetzt aus der Summe der induzierten Spannung und der Spannung, die durch das Produkt aus Ankerstrom und Ankerwiderstand bestimmt ist.
• Die induzierte Spannung ist nun direkt proportional der Drehzahl. Durch Einstellen des Widerstandswertes des Widerstandes 6 im Emitterkreis des Transistors 5 wird der Emitterstrom und, da der Basisstrom relativ gering ist, der Ankerstrom des Gleichstromotors eingestellt. Somit ist das Nenndrehmoment bestimmt, das nicht überschritten werden kann. Die am Widerstand 6 abfallende Spannung ist zuzüglich der Basis-EXitter-Spannung gleich der an der Zenerdiode 4 abfallenden Spannung. Da letztere oberhalb ihres Kennlinien-Knicke konstant ist und da weiterhin im allgemeinen die Basis-Emitter-Spannung vernachlässigt werden kann, ist die am Widerstand 6 abfallende Spannung ungefähr gleich der Zenerspannung. Der Ankerstrom ist demzufolge bestimmt durch die Zenerspannung und dem Widerstandswert des Viderstandes 6.
• Gemäß Fig. 2 ist ein bestimmter Ankerstrom iA eingestellt worden, so daß sich am Motor ein Drehmoment MdA ergibt.
• Für dieses Drehmoment MdA ergibt sich bei einem Belastungsdrehmoment, welches gleich dem Motordrehmoment ist, eine Drehzahl n1. Wird nun der Gleichstrommotor stärker belastet, so wird bei konstant bleibendem Motordrehmoment MdA die Drehzahl n bis auf den Wert Null verringert. Dies ist aus der Fig. 3 ersichtlich. In diesem Drehzahlbereich n = 0 bis n = ni behält der Ankerstrom seinen Wert bei, so daß das vom Motor abgegebene Drehmoment unabhängig von d er Drehzahl konstant gehalten wird.
• Nimmt ausgehend von der Nenndrehzahl nl die Drehzahl zu kleineren Werten hin ab, so nimmt auch die induzierte Spannung ab. Demzufolge sinkt die am Gleichstrommotor 7 abfallende Spannung. Damit verschiebt sich auch die Arbeitegerade im Kennlinienfeld des Transistors 5. Zum Ausgleich vergrößert sich demzufolge die Kollektor-3mitter-Spannung.
• Verringert sich nun auagehend vom Nenndrehmoment MdA das BelastungßdRehmoment zu kleineren Wert hin, so hat dies zur Folge, daß sich die Drehzahl vergrößert. Ist die Belaetung z. B. gleich Null, hat also derMotor nur sein Leerlaufmoment zu überwinden, so stellt sich die Leerlaufdrehzahl n0 ein. Bei dieser Leerlaufdrehzahl n0 ist der Ankerstrom am geringsten, wie dies Fig. 2 zeigt. Die induzierte Spannung hat jedoch ihren größten Wert erreicht.
• Die Spannung zwischen Kollektor und Emitter des Transistors ist verschwindend klein. Die Spannung am Widerstand 6 ist auf einen geringeren Wert abgesunken, da der durch ihn fließende Strom sich auf den gemäß Fig. 2 geringsten Wert vermindert hat. Infolge des erhöht fließenden Basisstromes, der auch durch den Widerstand 3 fließt, fällt an diesem Widerstand 3 eine solche Spannung ab, daß die Spannung an der Zenerdiode 4 auf einen unterhalb der Knickspannung liegenden Wert abgesunken ist. Demzufolge fällt an der Zenerdiode 4 nicht mehr die volle Zenerspannung ab, sondern eine entsprechend verminderte Spannung.

Claims (4)

1. Ansprüche

   Steuervorrichtung für einen Gleichstrommotor zur Begrenzung des Ankerdrehmomentes auf einen vorgegebenen Wert, vorzugsweise für Wickelantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkreis des Gleichstrommotors (7) im Ausgangskreis einer innerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbereiches einen annähernd konstanten Strom bzw. ein konstantes Drehmoment liefernden Transistorstufe (5) angeordnet ist, und daß der Strom bzw. das Drehmoment mittels eines im Strompfad des Ankerkreises des Motors (7) befindlichen veränderbaren Widerstandes (6) der Transistorstufe (5) einstellbar ist.
2. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkreis des Motors (7) im Kollektorkreis eines Transistors (5) angeordnet ist, in dessen Emitterkreis der veränderbare Widerstand (6) liegt und dessen Basis mit einem aus einem Widerstand (3) und einer annähernd eine konstante Spannung liefernden Einrichtung (4) bestehenden Spannungsteiler verbunden ist.
3. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die konstante Spannung liefernde Einrichtung eine Zenerdiode (4) ist.
4. 4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (3) des Spannungsteilers so groß bemessen ist, daß der größtmögliche, durch ihn fließende Strom kleiner als der noch zulässige Basisstrom des Transistors (5) ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen L e e r s e i t e