DE2745368A1

DE2745368A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlregelung eines kollektormotors

Info

Publication number: DE2745368A1
Application number: DE19772745368
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Hornung
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-10-08
Filing date: 1977-10-08
Publication date: 1979-04-12
Also published as: GB1586006A; FR2405585B1; DE2745368C2; NL190134B; IT1098991B; IT7828398A0; NL190134C; NL7810121A; FR2405585A1

Description

-I- /745368

^R· A\? 3

Robert Bosch GmbH 15. Sepiember 1977

7000 Stuttgart 1

Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines KoII ektormo tors

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ausregeln des Einflusses von Störgrößen auf die eingestellte Drehzahl eines Kollekformotors, insbesondere eines Universalmotors,mit einem Steuerkreis zum Einstellen einer Soll-Drehzahl und mit einem Regelkreis zur Erzeugung eines von der Abweichung der Ist-Drehzahl van der Soll-Drehzahl abhängigen Regelsigncls.

Bei Motoren werden je nach dem angestrebten Verwendungszweck häufig von der Belastung unabhängige konstante Drehzahlen verlangt. Diese Forderung ist bei vielen Motortypen, insbesondere bei KoMektormotoren, im Hinblick auf die Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik derselben nur mit Hilfe spezieller Regelschaltungen - jedenfalls näherungsweise - erfüllbar, die dem Motor beispielsweise bei zunehmender Belastung eine entsprechend erhöhte Speisespannung zuführen.

Die bekannten Regelschaltungen besitzen üblicherweise Stellglieder in Form von Thyrisforen, Triacs oder Transistoren, deren Stromflußwinkel bzw. Schaltverhältnis in Abhängigkeit von Belastungsschwankungen oder Speisespannungsschwankungen bzw. ganz allgemein in Abhängigkeit von relevanten Störgrößen verändert wird. Bei Einsatz einer

909815/0459

■^;745368

solchen Regelschaltung lauft der zugehörige Motor dann beispielsweise bei einem Stromflußwinkel von 180 bzw. einem Schal !verhältnis von 1 mit einer maximal möglichen Leerlaufdrehzchl n_. Andere Leerlaufdrehzahlen bzw. SolI-Drehzahlen η lassen sich in einem Steuerkreis durch entsprechende Vorwahl von Stromflußwinkel bzw.Schaltverhältnis einstellen. Bei einer 3elasiung des Motors erhöht dann die Regelschaltung,ausgehend von diesem eingestellten Wert,den Stromilußwinkel bzw.das Schaltverhältnis und hebt somit den zeitlichen Mittelwert der dem Motor zugeführten elektrischen Leistung an, so daß dieser trotz der Belastung mit der zuvor eingestellten Soll-Drehzahl läuft.

Es hat sich nun gezeigt, daß die relative Änderung des Stromflußwinkels bzw. des Schaltverhältnisses, die die Regelschaltung zum Konstanthalten der Drehzahl erzeugen muß, von den bekannten Regelschaltungen in den einzelnen Teilbereichen des Drehzahl-Stellbereichs nicht mit der gleichen Vollkommenheit herbeigeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit deren Hilfe es möglich ist, den Einfluß von Störgrößen auf die eingestellte Drehzahl eines Kollektormotors in einem breiten Bereich von SolI-Drehzahlen mit zumindest im wesentlichen gleichbleibender Qualität auszuregeln.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Steuerkreis mechanisch und/oder elektrisch derart mit dem Regelkreis gekoppelt ist, daß sich eine zusätzliche Abhängigkeit des Regelsignals von der eingestellten SolI-Drehzahl ergibt.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß der relative Stellgrößenzuwachs bei den üblichen Kollektormotoren bei gegenüber der maximalen Leerlaufdrehzahl nur schwach reduzierten SolI-Drehzahlen wesentlich größer sein muß als.bei stark reduzierten Soll-Drehzahlen,wobei die zum Ausgleich des Einflusses der Störgrößen erforderliche Regel verstärkung der Regelschaltung je nach Drehzahl bzw. Arbeitsbereich durchaus um eine ganze Größenordnung schwanken kann.

909815/0459

-r-ζ

: 745368

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erlauisrt. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2, 3 und 6 Prinzipschaltbilder der wesentlichen Teile von

abgewandelten Ausführungsformen von Schaltungscnordnungen gemäß der Erfindung, und

Fig. 4 schematische Darstellungen von Tcndempoterifiometern für eine und 5 Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit einem Steuerkreis 10, der, wie angedeutet, beispielsweise einen Zündkondensator und ein SchwelIwertglied in Form eines Diacs enthalten kann und zu demein Potentiometer 12 gehört, an dem eine bestimmte Solldrehzahl ri eingestellt werden kann, wobei die am Abgriff des Potentiometers 12 wirksame Spannung beim Beispiel die Zeit bestimmt,innerhalb welcher sich der Zündkondensator auf die Zündspannung des SchwelIwertgliedes auflädt,und damit den Stromflußwinkel eines Triacs 14 in Serie zu einem Motor 16. Der Stromflußwinkel des Triacs 14 bestimmt seinerseits die Drehzahl des Motors 16, wobei diese Drehzahl bzw. ein damit verknüpfter elektrischer Parameter mit Hilfe eines Meßelementes 18 am Motor 16 erfaßt wird. Das Meßelement 18 liefert also ein von der Regelgröße bzw. der Ist-Drehzahl abhängiges Signal an einen Regelkreis 20, dessen Regelverstärkung mit Hilfe eines Potentiometers 22 veränderbar ist. Der Regelkreis 20 beeinflußt in an sich bekannter, hier nicht näher zu beschreibender Weise den Aufbau der Zündspannung im Steuerkreis 10, so daß der Stromflußwinkel des Triacs 14 nicht mehr allein von der Stellung des Abgriffs des Potentiometers 12, d.h. von der eingestellten Drehzahlabhängig ist, sondern außerdem von einem der Regelabweichung entsprechenden Regelsignal. Erfindungsgemäß ist nun das Potenziometer,. 12 des,S&euerkreises 10 mechanisch mit dem Potentiometer 22 des Regelkreises 20 gekoppelt, so daß die Regel verstärkung in der

909815/04BÖ

ORIGINAL INSPECTED

gewünschten Weise von der eingestellten Soll-Drehzahl abhängig ist. Dia mechanische Kopplung der Potentiometer 12 und 22 erfolgt vorzugsweise durch die Verwendung einer gemeinsamen Drehachse für beide Po tensometer bzw. durch den Einsatz eines sogenannten Tandempotentiomefers. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, Potentiometer mit getrennten Achsen und Zahnradkopplung od.dgl. einzusetzen oder auch sogenannte Tandem-Flachbahnpotentiometer. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die sechs Anschlüsse 1 -6 der beiden Potentiometer 12 und 22 derart mit dem Steuerkreis 10 und dem Regelkreis 20 verbunden, daß sich der gewünschte Zusammenhang zwischen der eingestellten Sol I-Drehzahl _n und der Regel verstärkung \^ ergibt.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, daß die beiden Potentiometer 12 und 22 nicht nur mechanisch sondern auch elektrisch gekoppelt sind, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß die Zahl der Anschlüsse für die beiden Potentiometer 12, 22 auf insgesamt drei verringert werden kann. Bei der betrachteten Schaltungsvariante wird ein dem Steuerkreis 10 zuzuführender Strom,beispielsweise der Ladestrom für den Zündkondensator, ausgehend von einem Anschluß 1 des dem Regelkreis 20 zugeordneten Potentiometers 22 über die Widerstandsbahn dieses Potentiometers 22 sowie über die Widerstandsbahn des zum Steuerkreis 10 gehörigen Potentiometers 12 einem Anschluß 3 desselben * zugeführt und in seiner Größe dadurch beeinflußt, daß dem Abgriff des Potentiometers 22 von einem Ausgangsanschluß 2 des Regelkreises 20 ein der Regelabweichung entsprechender Strom zugeführt wird, um die gewünschte^ von der Soll-Drehzahl abhängige Regelwirkung zu erreichen. Unter der Voraussetzung, daß der Innenwiderstand einer mit dem Anschluß 1 verbundenen Speisespannungsquelle klein ist gegenüber dem Widerstandswert der Widerstandsbahn des dem Regelkreis 20 zugeordneten Potentiometers 22, ist nämlich die Wirkung des der Regelabweichung entsprechenden Stroms zum Abgriff des Potentiometers 22 dann am kleinsten, wenn der Abgriff des Potentiometers 22 an dem mit dem Anschluß 1 verbundenen Ende der Widerstandsbahn des Potentiometers 22 liegt,und am größten, wenn der Abgriff am entgegengesetzten Ende dieser Widerstandsbahn liegt, was der Forderung entspricht, daß die RegeIverstärkung um so größer sein muß, je weniger die eingestellte Soll-Drehzahl von der maximal zulässigen Leerlaufdrehzahl abweicht.

909815/0459 ORIGINAL INSPECTED

745368

Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung , welche der Ausführungsform gemäß Fig. 2 elektrisch weitgehend entspricht. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind die gekoppelten Potentiometer 12, 22 durch ein Tandem-Flachbahnpotentiometsr mit vier Leiterbahnen a - d realisiert, von denen die Leiterbahnen b und d Widerstandsbahnen oder reine Kontaktbahnen sein können. Für den Fall, daß die Leiterbahn b eine Widerstandsbahn ist, kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 die der Regelabweichung entsprechende Größe am Anschluß 2 anstelle eines Stroms auch eine Spannung sein; der Anschluß kann also ein Anschlußpunkt mit einem niederohmigen Quel!widerstand sein.

Fig. 4 der Zeichnung zeigt eine besonders raumsparende und fertigungstechnisch einfache Ausführungsform eines Tandem-Flachbahnpotentiometers mit sechs Anschlüssen 1-6, wie es beispielsweise in Verbindung mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 verwendet werden kann. Wie Fig. 4 zeigt, besitzt das Tandem-Flachbahnpotentiometer vier Leiterbahnen £ - d, die sich auf der Vorder- und Rückseite eines nicht gezeichneten Isolierkörpers befinden können, wobei die Leiterbahnen £ und c: als Wider-r Standsbahnen ausgebildet sind, während die Leiterbahnen b und d reine Kontaktbahnen darstellen. In dem Isolierkörper ist ein dem Schiebeweg h entsprechender Schlitz vorgesehen, in dem ein Verbindungsstück VB läuft, über das die zwei Schleifer s. und s~ des Tandem^Flachbahnpotentiometers verbunden, geführt und federnd an die Leiterbahnen a - d angelegt sind. Ein solches Tandem-Flachbahnpotentiometer besteht im Prinzip nur aus vier Einzelteilen, nämlich dem Isolierkörper mit den Leiterbahnen a - d, den beiden Schleifern s. und s~ sowie dem Verbindungsstück VB. Die gekoppelten Potentiometer 12 und 22 , welche für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung benötigt werden, lassen sich also in Form eines einzigen,einfachen und billigen Bau-* elements verwirklichen.

Fig. 5 der Zeichnung zeigt wieder ein Tandem-Flachbahnpotentiometer der in Fig. gezeigten Art, wobei jedoch entsprechend den Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 2 und 3 nur drei äußere Anschlüsse 1-3 vorgesehen sind. Bei dem angestrebten Verwendungszweck kann gemäß Fig. 5 eine leitende Verbindung zwischen den Leiterbahnen £ und £ durch das Material des Isolierkörpers hindurch, beispielsweise durch EIn-

909815/OA59 ORIGINAL INSPECTED

745368

schlagen eines Hohlniets,hergestellt werden. Außerdem können alle vier Leiterbahnen £ - d aus dem gleichen Widerstandsmaterial bestehen und in einem Arbeitsgang auf den Isolierkörper aufgebracht werden, so daß das betrachtete Potentiometer besonders einfach hergestellt werden kann. Gleichzeitig ist es vorteilhaft, daß das Potentiometer nur drei Anschlüsse aufweist, die mit den übrigen Teilen der Schaltungsanordnung verbunden werden müssen, was nicht nur eine entsprechende Verkürzung der Montagezeit mit sich bringt, sondern gleichzeitig die Gefahr für das Auftreten von fehlerhaften Verbindungsstellen verringert.

Während bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 zwei mechanisch gekoppelte Potentiometer 12, 22 vorgesehen sind und bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 zwei mechanisch und elektrisch gekoppelte Potentiometer 12, 22, besteht erfindungsgemäß grundsätzlich auch die Möglichkeit, den Steuerkreis rein elektrisch mit dem Regelkreis zu koppeln, und zwar mit Hilfe eines einzigen Potentiometers 24 ,wie dies in Fig. 6 der Zeichnung dargestell t ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Widerstandsbahn des Potentiometers 24 mit Anschlüssen 2 und 4 des Steuerkreises 10 verbunden, während der Abgriff des Potentiometers 24 - ggf. über gestrichelt angedeutete Widerstände - mit einem Anschluß 1 des Regelkreises und einem Anschluß 3 des Steuerkreises verbunden ist. Über die Anschlüsse 1 und 3 des Regelkreises 20 bzw. des Steuerkreises 10 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 eine Widerstands-Strom- oder Spannungssteuerung zur Veränderung der Regelverstärkung bzw. des Stromflußwinkels. Die betrachtete Schaltungsvariante ist besonders dort vorteilhaft, wo Steuer- und Regelkreis aus aktiven Bauelementen ,insbesondere integrierten Schaltungen aufgebaut sind. Bei einem derartigen Aufbau bietet insbesondere der Steuerkreis 10 häufig die Möglichkeit für die Erzeugung einer Speise-Gleichspannung bzw. eines Speisegleichstroms, die bzwder dann dem Potentiometer 24 an den Anschlüssen 2 und 4 zugeführt werden kann. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 sind die gestrichelt angedeuteten Widerstände,an deren Stelle ggf. auch Dioden verwendet werden können, zur Entkopplung des Steuerkreises 10 und des Regelkreises 20 bestimmt, was wegen der gemeinsamen Verbindung beider Kreise mit dem Abgriff

909815/0459

ORIGINAL INSPECTED

⁷'5368 .

ie ι den Kreis

des Potentiometers 22 erforderlich sein kann. Es versteht sich, daß die beiden Kreise 10 und 20 durch die am Abgriff des Potentiometers 24 abgegriffene elektrische Größe so beeinflußbar sein müssen, daß sich der gewünschte Zusammenhang zwischen der Regel verstärkung und dem Stromflußwinkel ergibt.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß es erfindungsgemäß gelingt, bei einfachen Reglern mit geringem Kostenaufwand ein verbessertes Betriebsverhalten zu erreichen, nämlich eine gute Regelwirkung im 3ereich niederer SolI-Drehzahlen, ohne daß bei höheren SolI-Drehzahlen die Regelsteifigkeit nachläßt, bzw. eine gute Regelwirkung im Bereich höherer So Il -Dreh zahl en, ohne daß bei niedrigerer Soll-Drehzahlen aufgrund einer zu hohen Regel verstärkung Regelschwingungen auftreten.

Außerdem sei noch darauf hingewiesen, daß die anhand der Fig. 4 und 5 erläuterten speziellen Konstruktionen von Tandem-Flachbahnpotenfiometemnicht nur bei Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung ,sondern ganz al !gemein,selbständig , .vorteilhafte elektrische Bauteiledarstellen.

909815/0459 ORIGINAL INSPECTED

Claims

^: "45368

Robert Bosch GmbH 15. Sept. 19/7

7000 5 rungar)· 1

Patentansprüche

/ 1 . !Schaltungsanordnung zum Ausregeln des Einf!ui<;us von Störgrößen cuf die eingestellte Drehzahl eines Kollek'orniofrors, insbesondere eines Univ^rsalmotors, mit¹ einem Steuerkreis zum Einstellen einer Soll-Drehzahl und mit einem Regelkreis zur Erzeugung eines von der Abweichung der Ist- Drehzchl von der Soll-Drehzahl abhängigen Regelsignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (10) mechanisch und/oder elektrisch derart mit dem Regelkreis ( 20 ) gekoppelt ist, daß sich eine zusätzliche Abhängigkeit des Regelsignals von der eingestellten Soll-Drehzahl ergibt.

ι 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, mit einem als Stellglied dienenden Potentiometer des Steuerkreises, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis ( 20 ) einen Regelverstärker aufweist, dessen Regelverstärkung in Abhängigkeit von der Stellung des Abgriffs des Potentiometers ( 12 ) des Steuerkreises ( 10 ) veränderbar ist.

3. Scha!tungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel verstärkung des Regelkreises ( 20 ) mit Hilfe eines Potentiometers ( 22 ) einstellbar ist, dessen Abgriff mechanisch mit dem Abgriff des Potentiometers ( 12 ) des Steuerkreises ( 10 ) gekoppelt ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiometer (12, 22 ) des Steuerkreises ( 10 ) und des Regelkreises (22) zusätzlich elektrisch miteinander gekoppeli sind.

9815/0459 IMSPECTED

-7*5368

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß ( 1 ) des Regelkreises ( 20 ) mir dem Abgriff des Porantiomerers ( 24 ) des Steuerkreises ( 10 ) gekoppelt ist.

6. Schahungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff des Potentiometers ( 24 ) mit dem Steuerkreis und/oder dem Regelkreis über ein [inikop;-jlungselerr;eni veibunac-ri ist.

7. Schal iungsanordnung nGch einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch ge kennzeichnet, daß zur mechanischen und/oder elektrischen Kopplung ein Tandem-Flachbahnpotentiometer ( Fig. 4 und 5) vorgesehen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tandem-Flachbahnpotenriometer einen Isolierkörper mi'r jeweils zwei Leiterbahnen ( a, b; c, d) auf seiner Ober- und Unterseite aufweist und daß zwisehen der Ober- und Unterseite des Isolierkörpers ein Schlitz vorgesehen ist, in welchem ein Verbindungsstück ( VB) verschiebbar ist, welches einen Schleifer (s, ) auf der Oberseite des Isolierkörpers zum Zusammenwirken mit den dort befindlichen Leiterbahnen (a, b) mit einem Schleifer (s~) auf der Unterseite des Isolierkörpers mit den dort befindlichen Leiterbahnen (c, d) verbindet.

909815/0459
ORIGINAL INSPECTED