DE2719200A1

DE2719200A1 - Schaltungsanordnung zum steuern eines gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2719200A1
Application number: DE19772719200
Authority: DE
Inventors: Gerard W R Van Der Dipl Woerd
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1978-11-02
Also published as: DE2719200C2

Description

Schaltungsanordnung zum Steuern eines Gleichstrommotors.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Gleichstrommotors, dessen Drehbewegung von der Differenz zwischen einer Steuerspannung und einer Bezugsspannung abhängt.
Es wäre denkbar, die Drehrichtung eines Gleichstrommotors dadurch zu steuern, daß der Gleichstrommotor in Abhängigkeit von der gewünschten Drehrichtung mit Betriebsspannungen unterschiedlicher Polarität verbunden wird. Beispielsweise kann ein Anschluß des Gleichstrommotors mit einem Punkt verbunden werden, an dem ein Bezugspotential anliegt, während der zweite Anschluß über Steuerglieder mit einer positiven oder einer negativen Betriebs spannung verbunden wird. In Abhängigkeit davon, welches Steuerglied angesteuert wird, ändert der Gleichstrommotor seine Drehrichtung.
Die Drehzahl des Gleichstrommotors wird dabei durch den Betrag der an seinen Anschlüssen anliegenden Spannung bestimmt. Bei einer Verwendung des Gleichstrommotors in Steuer- oder Regelkreisen ist diese Spannung beispielsweise abhängig von der Differenz zwischen einer Steuerspannung und einer Bezugsspannung.
Eine derartige Schaltungsanordnung hat jedoch den Nachteil, daß zwei Betriebsspannungen unterschiedlicher Polarität erforderlich sind. Falls als Steuerglieder Transistoren vorgesehen sind, müssen diese außerdem für die Beträge der Betriebsspannungen ausgelegt sein und in den Steuergliedern wird eine große Verlustleistung umgesetzt.
-Ret 1 Ram / 28.4.1977 Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Gleichstrommotors anzugeben, die nur eine einzige Betriebsspannung für den Gleichstrommotor erfordert und bei der die Drehbewegung des Gleichstrommotors von der Differenz zwischen einer Steuerspannung und einer Bezugs spannung abhängt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine aus vier Steuergliedern gebildete Brückenschaltung vorgesehen ist, in deren einem Brückenzweig der Gleichstrommotor angeordnet ist und an deren zweitem Brückenzweig eine Betriebs spannung für den Gleichstrommotor anliegt und daß die Steuerglieder mit den Ausgängen von Differenzverstärkern verbunden sind, an denen die Steuerspannung und die Bezugs spannung anliegen und die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Steuerspannung und der Bezugsspannung jeweils zwei einander gegenüberliegende Steuerglieder ansteuern.
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie einen geringen Aufwand erfordert, da nur eine einzige Betriebsspannung benötigt wird. An den Steuergliedern liegt nicht die volle Betriebsspannung an und es können damit hierfür kostengünstigere Bauteile verwendet werden. In den Steuergliedern wird außerdem weniger Verlustleistung umgesetzt.
Ein besonders einfacher und übersichtlicher Aufbau der Schaltungsanordnung wird erreicht, wenn die Brückenschaltung aus jeweils zwei Steuerglieder enthaltenden Gegentaktstufen gebildet wird, an denen die Betriebsspannung des Gleichstrommotors anliegt und bei denen als Steuerglieder Transistoren des einander entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps vorgesehen sind.
Eine einfache Ansteuerung der Gegentaktstufen wird erreicht, wenn jeder Gegentaktstufe ein Differenzverstärker zugeordnet ist, dessen Eingängen die Steuerspannung und die Bezugs spannung zugeführt werden und an dem Versorgungsspannungen anliegen, deren Bezugspotentiale von dem der Betriebs spannung des Gleichstrommotors unabhängig sind. Insbesondere ist es ~günstig, wenn die Gegentakt- stufen gleichartig aufgebaut sind und wenn die Steuerspannung und die Bezugs spannung den Differenzverstärkern zueinander invers zugeführt werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung enthält zwei Differenzverstärker D1 und D2 und eine aus vier Steuergliedern T1 bis T4 gebildete Brückenschaltung. Als Steuerglieder T1 bis T4 sind beispielsweise Transistoren vorgesehen. In einem ersten Brückenzweig ist zwischen den Schaltungspunkten S1 und S2 der Gleichstrommotor M angeordnet und an dem zweiten Brückenzweig liegt die Betriebsspannung UM für den Gleichstrommotor M an. Jeweils zwei Transistoren T1 und T2 bzw. T3 und T4 bilden eine Gegentaktstufe. Die aus den Transistoren T1 und T2 gebildete Gegentaktstufe wird durch den Differenzverstärker D1 angesteuert. In entsprechender Weise wird die aus den Transistoren T3 und T4 gebildete Gegentaktstufe durch den Differenzverstärker D2 angesteuert.
An den Differenzverstärkern D1 und D2 liegen potential freie Versorgungsspannungen U1 bis U4 an. Die Bezugspotentiale dieser Versorgungsspannungen U1 bis U4 sind getrennt von dem Bezugspotential der Betriebsspannung UM.
An dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers D1 liegt über einen aus zwei Widerständen R1 und R2 gebildeten Spannungsteiler eine Bezugsspannung UB an. Die Bezugsspannung UB liegt außerdem über einen aus zwei Widerständen R3 und R4 gebildeten Spannungsteiler an dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers D2 an. Eine Steuerspannung US liegt in entsprechender Weise über einen aus zwei Widerständen R5 und R6 gebildeten Spannungsteiler am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers D1 und über einen aus zwei Widerständen R7 und R8 gebildeten Spannungsteiler am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers D2 an.
Die Bezugsspannung UB kann beispielsweise aus der Betriebs spannung UM des Gleichstrommotors M erzeugt werden. Sie kann beispielsweise gleich der halben Betriebsspannung UM sein. Unter der Annahme, daß die Betriebs spannung gleich + 40 V ist, hat die Bezugs spannung UB dann einen Wert von + 20 V.
Die Versorgungsspannungen U1 und U3 sind beispielsweise positive Spannungen und die Versorgungsspannungen U2 und U4 sind beispielsweise negative Spannungen. Das Bezugspotential für die Versorgungsspannungen U1 und U2 liegt an dem Schaltungspunkt S1 an, der auch mit einem ersten Anschluß des Gleichstrommotors M verbunden ist.
In entsprechender Weise liegt das Bezugspotential der Versorgungsspannungen U3 und U4 an dem Schaltungspunkt S2 an, der mit einem zweiten Anschluß des Gleichstrommotors M verbunden ist.
Die Drehbewegung des Gleichstrommotors M wird in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Bezugs spannung UB und der Steuerspannung US gesteuert. Falls die Steuerspannung US größer ist als die Bezugsspannung UB, erzeugt der Differenzverstärker D1 ein auf den Schaltungspunkt S1 bezogenes positives Signal, das den Transistor T1 leitend steuert. Gleichzeitig wird der Transistor T2 gesperrt. Da die Bezugsspannung UB und die Steuerspannung US dem Differenzverstärker D2 gegenüber dem Differenzverstärker D1 invers zugeführt wird, erzeugt der Differenzverstärker D2 gleichzeitig ein auf den Schaltungspunkt S2 bezogenes negatives Ausgangssignal, das den Transistor T3 sperrt und den Transistor T4 leitend steuert. Ober den Transistor T1, über den Gleichstrommotor M und über den Transistor T4 fließt nun ein Strom, der den Gleichstrommotor M zu einer Bewegung in einer ersten Drehrichtung veranlaßt. Die Drehzahl des Gleichstrommotors hängt ab von der Spannung an den Schaltungspunkten S1 und S2.
Falls die Steuerspannung US kleiner ist als die Betriebs spannung UB, gibt der Differenzverstärker D1 ein negatives Signal ab, das den Transistor T2 leitend steuert und gleichzeitig den Transistor T1 sperrt. Da der Differenzverstärker D2 wieder invers zu dem Differenzverstärker D1 angesteuert wird, erzeugt dieser nun ein positives Ausgangssignal, das den Transistor T3 leitend steuert und gleichzeitig den Transistor T4 sperrt. Es fließt nun ein Strom über den Transistor T3, durch den Gleichstrommotor M und über den Transistor T2. Da sich die Richtung des Stroms durch den Gleichstrommotor M nun umgekehrt hat, kehrt sich auch die Drehrichtung des Gleichstrommotors M gegenüber der ersten Drehrichtung um. Die Drehzahl ist wiederum abhängig von der Spannung an den Schaltungspunkten S1 und S2.
Die Drehbewegung des Gleichstrommotors M wird somit durch die Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Steuerspannung US und der Betriebsspannung UB gesteuert. Die Drehrichtung des Gleichstrommotors M wird durch das Vorzeichen der Differenz zwischen der Steuerspannung US und der Bezugsspannung UB festgelegt, während die Drehzahl durch den Betrag der Differenz bestimmt wird.
Die Transistoren T1 und T2 bzw. T3 und T4 sind vom jeweils entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp. Beispielsweise sind die Transistoren T1 und T3 als NPN-Transistoren ausgebildet, während die Transistoren T2 und T4 als PNP-Transistoren ausgebildet sind.
Durch die Verwendung von Transistoren des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in jeder Gegentaktstufe können die Transistoren auf einfache Weise durch die an den Ausgängen der Differenzverstärker D1 bzw. D2 abgegebenen Signale unmittelbar angesteuert werden.
4 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1»Schaltungsanordnung zum Steuern eines Gleichstrommotors, dessen Drehbewegung von der Differenz zwischen einer Steuerspannung und einer Bezugsspannung abhängt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine aus vier Steuergliedern (T1 bis T4) gebildete Brückenschaltung vorgesehen ist, in deren einem Brtckenzweig (S1, S2) der Gleichstrommotor (M) angeordnet ist und an deren zweitem Brückenzweig eine Betriebs spannung (UM) für den Gleichstrommotor (UM) anliegt und daß die Steuerglieder (T1 bis T4) mit den Ausgängen von Differenzverstärkern (D1, D2) verbunden sind, an denen die Steuerspannung (US) und die Bezugsspannung (UB) anliegen und die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Steuerspannung (US) und der Bezugsspannung (UB) jeweils zwei einander gegenüberliegende Steuerglieder (T1 und T4 bzw. T2 und T3) ansteuern.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung aus jeweils zwei Steuerglieder (T1 und T2 bzw. T3 und T4) enthaltenden Gegentaktstufen gebildet wird, an denen die Betriebsspannung (UM) des Gleichstrommotors (M) anliegt und bei denen als Steuerglieder Transistoren des einander entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps vorgesehen sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gegentaktstufe (T1 und T2 bzw. T3 und T4) ein Differenzverstärker (D1 bzw. D2) zugeordnet ist, dessen Eingängen die Steuerspannung (US) und die Bezugsspannung (UB) zugeführt werden und an dem Versorgungsspannungen (U1 und U2 bzw. U3 und U4) anliegen, deren Bezugspotentiale von dem der Betriebsspannung (UM) des Gleichstrommotors (M) unabhängig sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegentaktstufen (T1 und T2 bzw. T3 und T4) gleichartig aufgebaut sind und daß die Steuerspannung (US) und die Bezugsspannung (UB) den Differenzverstärkern (D1, D2) zueinander invers zugeführt werden.