DE2930559A1 - METHOD AND CIRCUIT FOR CONTROLLING THE SPEED OF A DC MOTOR - Google Patents
METHOD AND CIRCUIT FOR CONTROLLING THE SPEED OF A DC MOTORInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Drehzah eines Gleichstrommotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.The invention relates to a method for controlling the speed of a DC motor according to the preamble of claim 1 and a circuit arrangement for performing this method according to the preamble of claim 4.
Derartige Systeme zur Steuerung von Motoren werden üblicherweise insbesondere bei Präzisionsservomechanismen verwendet. Sie stellen die Geschwindigkeitssteuerung des Motors in beiden Drehrichtungen sicher. Die Leitung der Steuerelemente wird durch Signalfolgen kontrolliert,welche von Choppern abgegeben werden. Das zyklische Verhältnis dieser Signalfolgen wird durch die Größe des Betriebssignals bestimmt, welches zum Motor geleitet wird. Unter den unterschiedlichen Arten, die Brücke zu betreiben, welche von den erwähnten vier Zweigen gebildet wird, sei z.B. diejenige zitiert, bei welcher die Steuerelemente der ersten beiden Zweige von einem ersten Signal, welches von einem Chopper ausgeht, leitend gemacht werden, während die Steuerelemente des zweiten Zweigpaares in Phasenopposition zur Leitung der Steuerelemente in dem ersten Arm leitend gemacht werden.Such systems for controlling motors are commonly used in particular in precision servo mechanisms. they provide the speed control of the motor in both directions of rotation safely. The direction of the controls is through signal sequences controls which are given by choppers. The cyclical ratio of these signal sequences is determined by the size of the operating signal that is sent to the motor. Among the different Ways to operate the bridge that is formed by the four branches mentioned, for example, the one cited at which the control elements of the first two branches are made conductive by a first signal emanating from a chopper, while the control elements of the second pair of branches are conductive in phase opposition to the conduction of the control elements in the first arm be made.
Bei dieser Schaltungsart sind die beiden Steuerelemente in einem ersten Zweigarm gleichzeitig leitend bzw. gesperrt. Wenn diese beiden Elemente demzufolge leitend werden, beginnt sich der Strom vom positiven Pol zum negativen Pol der Versorgungsquelle durch eines der Steuerelemente, den Motoranker und das andere SteuerelementWith this type of circuit, the two control elements in a first branch arm are simultaneously conductive or blocked. If those As a result, both elements become conductive, the current starts from the positive pole to the negative pole of the supply source one of the controls, the motor armature and the other control
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aufzubauen. Wenn diese beiden Elemente nicht leitend gemacht werden, kann der Strom nur unter Rückgewinnung von Energie zur Quelle weiterfließen/ wobei die Spannung des Motors notwendigerweise höher als diejenige der Versorgungsquelle wird.build up. If these two elements are not made conductive, the current can only continue to flow to the source with recovery of energy / whereby the voltage of the motor is necessarily higher than that of the supply source.
Wenn die Versorgungsquelle keine ausreichend niedrige Widerstandsoder Selbstinduktionsimpedanz bietet, können beträchtliche Überspannungen an den Motoranschlüssen auftreten. Diese führen zu Störungen und sind für die Halbleiter, welche die Steuerelemente bilden, gefährlich. Dieser Effekt kann außerdem im Verlauf einer Phase auftreten, welche die "Brems"-Phase genannt wird und in welcher der durch den Motoranker fließende Strom diesen in einer Richtung zu drehen sucht, welche der tatsächlichen Drehrichtung des Motors entgegengesetzt ist.If the supply source does not have a sufficiently low resistance or Self-induction impedance, considerable overvoltages can occur at the motor connections. These lead to Interferences and are dangerous for the semiconductors that make up the control elements. This effect can also occur in the course of a Phase occur, which is called the "braking" phase and in which the current flowing through the motor armature this in a Seeks to rotate in the opposite direction to the actual direction of rotation of the motor.
Die oben beschriebene Schaltungsanordnung hat weiter den Nachteil, daß der Motor gleichzeitig mit der Chopperfrequenz Polaritätsumkehrungen ausgesetzt ist, was nicht wünschenswert ist.The circuit arrangement described above also has the disadvantage that the motor is subjected to polarity reversals at the same time as the chopper frequency, which is undesirable.
Da schließlich alle Steuerelemente der Brücke konstant im Chopperbetrieb laufen, ergeben sich erhebliche Energieverluste während der Übergänge aus demgesperrten und dem leitenden Zustand.Since, after all, all control elements of the bridge are constantly in chopper mode running, there are significant energy losses during the transitions from the locked and the conductive state.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die oben erwähnten, verschiedenen Nachteile auszuräumen.The object of the present invention is to meet the various above mentioned To eliminate disadvantages.
Diese Aufgabe wird, was das erfindungsgemäße Verfahren angeht,As far as the method according to the invention is concerned, this task is
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durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.solved by the invention described in the characterizing part of claim 1; advantageous developments of this method are in claims 2 and 3 specified.
Was die Schaltungsanordnung selbst angeht, so ist die erfindungsgemäße Lösung im Kennzeichen des Anspruchs 4 beschrieben; vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 5-16 angegeben.As far as the circuit arrangement itself is concerned, the one according to the invention Solution described in the characterizing part of claim 4; advantageous embodiments of the invention are in claims 5-16 specified.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Versorgungseinrichtung.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG Drawing explained in more detail; the single figure shows a circuit diagram of a supply device according to the invention.
In der Zeichnung ist mit der allgemeinen Bezugszahl 1o eine Versorgungseinrichtung für einen Gleichstrommotor 12 gezeigt, der eine Ankersteuerung besitzt. Dieser ist in eine Brücke geschaltet, welche den Motor so mit Strom versorgt, daß dessen Drehung in erster oder zweiter Richtung je nach den Wünschen des Benutzers erfolgt.In the drawing, the general reference numeral 1o denotes a supply device for a DC motor 12 having an armature control. This is connected in a bridge, which powers the motor so that it rotates in the first or second direction depending on the user's preference.
Der Strom wird aus einer Versorgungsquelle gespeist, die aus einer Spannungsquelle besteht. Diese liefert über eine Leitung 14 eine positive Spannung. Die Brücke enthält zwei Zweige 16,18, die mit den Enden des Motors 12 und der Versorgungsquelle verbunden sind. Hierdurch wird ein Stromfluß im Motor in einer ersten Richtung möglich. Ein pnp-Transistor 2o ist in den Arm 16 geschaltet, der als "Alles-Oder-Nichts"-Steuerung des Stromflusses dient. In derselben Weise ist ein npn-Transistor 22 in den Arm 18 geschaltet, der als "Alles-Oder-Nichts"-Steuerelement für denThe current is fed from a supply source, which consists of a voltage source. This delivers via a Line 14 has a positive voltage. The bridge contains two branches 16,18 that connect to the ends of the motor 12 and the supply source are connected. This enables a current to flow in the motor in a first direction. A pnp transistor 2o is in the arm 16 switched, the "all-or-nothing" control of the current flow serves. In the same way, an npn transistor 22 is connected into arm 18, which acts as an "all-or-nothing" control element for the
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Stromfluß dient. Die Brücke enthält darüber hinaus ein zweites Paar von Armen 24,28, die mit den Enden des Motors 12 und mit der Versorgungsquelle so verbunden sind, daß ein Stromfluß im Motor in einer zweiten Richtung, entgegen der ersten Richtung, möglich ist. Ein pnp-Transistor ist im Arm 24 angeordnet und bildet ein "Alles-Oder-Nichts"-Steuerelement für den Stromfluß. In ähnlicher Weise ist im Arm 18 ein npn-Transistor 3o vorgesehen, dessen Sehaltfunktion derjenigen der Transistoren 2o,22,28 identisch ist. Wie zuvor erwähnt, ist diese Brückenart dem Fachmann auf dem Gebiet der Steuerung von Gleichstrommotoren, insbesondere bei Präzisionsservomechanismen , bekannt. Die Beschreibung der Brücke wird mit der Bemerkung abgeschlossen, daß jedes Ende des Motors 12 mit der Versorgungsleitung 14 über die gegensinnig geschalteten Dioden 32,34, die parallel zu den Emitter-Kollektor-Strecken derCurrent flow is used. The bridge also includes a second pair of arms 24,28, which with the ends of the motor 12 and with the Supply source are connected so that a current flow in the motor in a second direction, opposite to the first direction, is possible is. A pnp transistor is arranged in arm 24 and forms a "All-or-nothing" control element for current flow. Similarly, an npn transistor 3o is provided in the arm 18, its Sehaltfunktion that of the transistors 2o, 22,28 is identical. As previously mentioned, this type of bridge is known to those skilled in the art of controlling DC motors, particularly at Precision servo mechanisms, known. The description of the bridge concludes with the remark that each end of the motor 12 to the supply line 14 via the oppositely connected diodes 32,34, which are parallel to the emitter-collector paths of the
ist. Transistoren 2o,28 liegen, verbunden/ Wie später ausführlicher erläutert wird, besteht die Aufgabe dieser Dioden darin, die vom Motor in der Bremsphase gelieferte Energie zur Versorgungsquelle abzuführen. Jedes Ende des Motors 12 ist außerdem in entsprechender Weise mit einem Widerstand 36 verbunden, der seinerseits über gegensinnig geschaltete Dioden 38 und 4o mit Masse verbunden ist. Zusätzlich ist jeweils der Emitter der Transistoren 22,3o über einen Widerstand 42 mit Masse bzw. Erde verbunden. Die Dioden 38,4o werden, wie dies bei Servomechanismen bekannt ist, auch "Freilauf"-Dioden genannt.is. Transistors 2o, 28 are connected / As in more detail later explained, the task of these diodes is to transfer the energy supplied by the motor in the braking phase to the supply source to dissipate. Each end of the motor 12 is also connected in a corresponding manner to a resistor 36, which in turn has opposite directions connected diodes 38 and 4o is connected to ground. In addition, each of the emitters of the transistors is 22.3o over one Resistor 42 connected to ground. The diodes are 38.4o, as is known from servomechanisms, also "freewheeling" diodes called.
Die soeben beschriebene Brücke wird als Funktion der Größe eines Steuersignals, welches von einem Spannungsgenerator 44 erzeugtThe bridge just described is generated as a function of the size of a control signal generated by a voltage generator 44
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wird, durch ein elektronisches Gerät betrieben. Die Größe des Signals, welches vom Generator 44 abgegeben wird, läßt sich auf gegenüberliegenden Seiten eines mittleren Wertes (bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel O) entwickeln, wodurch die Richtung und dieGeschwindxgkeit der Motordrehung als Funktion dieser Größe gesteuert werden kann. Wenn der Wert des Signals, welches vom Generator 44 abgegeben ist, gleich dem mittleren Wert ist, wird der Motor 12 nicht gedreht. Wenn, allgemein gesprochen, der Motor in einer ersten Drehrichtung betrieben wird, welche dem Stromfluß in den Zweigen 16,18 entspricht, so werden durch die elektronische Einrichtung die Transistoren 2o,3o in komplementärer Weise leitend gemacht, d.h. in Phasen-Opposition durch Folgen zyklischer Impulse; gleichzeitig werden die Transistoren 22,28 so betrieben, daß der Transistor 22 leitend und der Transistor 28 gesperrt ist. Wenn dagegen der Motor in der zweiten Drehrichtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, betrieben wird, werden die Transistoren 28,22 in komplementärer Weise, also in Phasenopposition, durch Folgen zyklischer Impulse leitend gemacht und die Transistoren 2o,3o werden entsprechend gesperrt bzw. leitend. Die elektronische Einrichtung enthält einen ersten Generator, der einen ersten Komparator 5o und einen zweiten Komparator 52 umfaßt. Diese vergleichen das vom Generator 44 abgegebene Signal mit einem periodischen, sägezahnförmigen Signal, welches von einem Generator 54 abgegeben wird. Der Komparator 5o gibt ein Betriebssignal ab, welches die Leitfähigkeit des Transistors 2o steuert, wenn das vom Generator 54 abgegebene Signal kleiner als das vom Generator 44 abgegebene Signal ist. Andererseits gibt der Komparator 52 ein Betriebssignal ab, welches die Leitung des Transistors 3o steuert,is operated by an electronic device. The size of the signal which is emitted by the generator 44 can be determined opposite sides of a mean value (in the described embodiment O) develop, thereby the direction and the speed of motor rotation can be controlled as a function of this quantity. If the value of the signal which from the generator 44 is equal to the mean value, the motor 12 is not rotated. If, generally speaking, the Motor is operated in a first direction of rotation, which corresponds to the flow of current in the branches 16,18, so are through the electronic device made the transistors 2o, 3o conductive in a complementary manner, i.e. in phase opposition by following cyclical pulses; At the same time, the transistors 22, 28 are operated so that the transistor 22 is conductive and the transistor 28 Is blocked. If, on the other hand, the motor is operated in the second direction of rotation, which is opposite to the first direction, the transistors 28, 22 are made conductive in a complementary manner, that is to say in phase opposition, by following cyclic pulses the transistors 2o, 3o are correspondingly blocked or conductive. The electronic device includes a first generator that a first comparator 50 and a second comparator 52. These compare the signal emitted by the generator 44 with a periodic, sawtooth-shaped signal generated by a generator 54 is delivered. The comparator 5o outputs an operating signal which controls the conductivity of the transistor 2o, if the The signal output by the generator 54 is smaller than the signal output by the generator 44. On the other hand, the comparator 52 inputs Operating signal which controls the conduction of transistor 3o,
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wenn das sägezahnförmige Signal, welches vom Generator 54 abgegeben wird, größer als das vom Generator 44 abgegebene Signal ist. Die elektronische Einrichtung enthält außerden einen zweiten Generator, der einen dritten Komparator und einen vierten Komparator 58 umfaßt. Diese vergleichen das vom Generator 54 erzeugte Sägezahnsignal mit einem Referenzsignal, welches von einem Verstärker 6o mit der Verstärkung -1 erzeugt wird. Dessen Eingang empfängt das Betriebssignal, welches am Ausgang des Generators 44 entwickelt wird. Der Komparator 56 gibt ein Signal ab, das die Leitung des Transistors 28 bewirkt, wenn das vom Generator 54 erzeugte Signal kleiner als das vom Verstärker 6o gelieferte Signal ist. In entsprechender Weise gibt der Komparator 58 ein Signal zur Betätigung der Leitung des Transistors 22 ab, wenn das vom Generator 54 abgegebene Signal größer ist als das vom Verstärker 6o erzeugte Signal. Es ist zu erkennen, daß die beiden Generatoren nur jeweils einen Komparator umfassen könnten, deren Ausgangssignal dann die Leitung der Transistorenpaare, die jedem Generator zugeordnet sind, in Phasenopposition steuern würden. Gleichwohl wird aus Gründen, die im Lauf der nachfolgenden Beschreibung noch deutlich werden, vorgezogen, wenn jeder Komparator zwei Komparatoren enthält.when the sawtooth-shaped signal emitted by the generator 54 is greater than the signal output by the generator 44. The electronic device also contains a second generator, which comprises a third comparator and a fourth comparator 58. These compare the sawtooth signal generated by the generator 54 with a reference signal which is generated by an amplifier 6o with the gain -1. Whose entrance receives the operating signal which is developed at the output of the generator 44. The comparator 56 outputs a signal that the line of the The effect of transistor 28 is when the signal generated by generator 54 is less than the signal supplied by amplifier 6o. In appropriate The comparator 58 outputs a signal for actuation of the conduction of the transistor 22 when the output from the generator 54 is output Signal is greater than the signal generated by the amplifier 6o. It can be seen that the two generators only each could comprise a comparator whose output signal then the line of the transistor pairs, which are assigned to each generator, would steer in phase opposition. Nevertheless, for reasons that will become clear in the course of the following description, preferred when each comparator contains two comparators.
Wenn das von dem Spannungsgenerator 44 erzeugte Signal einen positiven Wert besitzt, welcher dem mittleren durch den Motor 12 gelangenden Strom entspricht, der durch die Arme 16,18 fließt, dann werden die Transistoren 2o,3o durch "Choppen" (Zerhacken) in Phasenopposition betrieben, während die Transistoren 28,22 gesperrt bzw. leitend sind. Wenn dagegen das vom Generator 44If the signal generated by the voltage generator 44 has a positive value which corresponds to the mean value by the motor 12 corresponding current that flows through the arms 16,18, then the transistors 2o, 3o by "chopping" (chopping) operated in phase opposition, while the transistors 28, 22 are blocked or conductive. If, on the other hand, the generator 44
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abgegebene Signal einen negativen Wert besitzt, der einem mittleren Strom im Motor 12 entspricht, welcher in den Armen 24,26 fließt, werden die Transistoren 28,22 durch "Choppen" in Phasenopposition betrieben, während die Transistoren 2o,3o gesperrt bzw. leitend sind.output signal has a negative value, which is a mean Current in the motor 12 corresponds to which flows in the arms 24,26, the transistors 28,22 are in phase opposition by "chopping" operated while the transistors 2o, 3o are blocked or conductive.
Kurz gesprochen, gibt die erste Generatoreinrichtung 5o,52 an die Steuerelemente 2o,3o, welche in den Armen 16,26 liegen (die mit dem ersten Ende des Motors verbunden sind), mindestens ein Betriebssignal, welches die Leitung der Elemente 2o,3o in komplementärer Weise, d.h. in Phasenopposition, steuert. In ähnlicher Weise gibt die zweite Generatoreinrichtung 56,58 an die Steuerelemente 28,22, die in die Zweige 24,18 geschaltet sind (die ihrerseits mit dem zweiten Ende des Motors 12 verbunden sind), mindestens ein zweites Betriebssignal ab, welche die Leitung der Elemente 28,22 in komplementärer Weise steuert. Die beiden Generatoreinrichtungen sprechen auf die Größe des Steuersignals an, welches vom Generator 44 abgegeben wird. Auf diese Weise wird normalerweise das erste Betriebssignal zyklisch und das zweite Betriebssignal permanent oder umgekehrt erzeugt, je nachdem, ob dLe Größe des Steuersignals für den Betrieb des Motors in der ersten Drehrichtung oder in der zweiten Drehrichtung steht.In short, the first generator device indicates 50, 52 the control elements 2o, 3o, which lie in the arms 16,26 (which are connected to the first end of the motor), at least an operating signal which the line of the elements 2o, 3o in in a complementary manner, i.e. in phase opposition. The second generator device indicates 56, 58 in a similar manner the control elements 28,22 which are connected in the branches 24,18 (which in turn are connected to the second end of the motor 12), at least one second operating signal which controls the conduction of the elements 28, 22 in a complementary manner. The two generator devices respond to the magnitude of the control signal emitted by generator 44. That way will normally the first operating signal is generated cyclically and the second operating signal is generated permanently or vice versa, depending on whether the size of the control signal stands for the operation of the motor in the first direction of rotation or in the second direction of rotation.
Die Schaltungsanordnung enthält außerdem einen Komparator 7o, welcher die Spannung an den Anschlüssen des Widerstands 36 (die für den gesamten durch die "Freilauf"-Dioden strömenden Strom repräsentativ ist) mit einer Bezugsspannung vergleicht, die auf seinen negativen Eingang gegeben ist. Hierdurch wird ein Ausgangs-The circuit arrangement also contains a comparator 7o, which the voltage at the terminals of the resistor 36 (the is representative of the total current flowing through the "free wheeling" diodes) to a reference voltage based on its negative input is given. This creates an initial
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signal erzeugt, das die Komparatoren 52,58 in einem Zustand sperrt, bei dem die Transistoren 22 und 3o nicht leitend sind. Da die Spannung an den Anschlüssen des Widerstands 36 für den Bremsstrom reprä-sentativ ist, ist somit eine Einrichtung verwirklicht, bei welcher die Intensität des Bremsens begrenzt ist. Selbstverständlich kann der Bremsstrom auch auf andere Weise als durch einen Widerstand, z.B. durch ein optoelektronisches Gerät, gemessen werden.signal generated that locks the comparators 52,58 in a state in which the transistors 22 and 3o are not conductive. As the voltage at the terminals of the resistor 36 for the braking current is representative, a device is thus realized in which the intensity of braking is limited. Of course the braking current can also be measured in a way other than a resistor, e.g. an optoelectronic device.
Die Schaltungsanordnung enthält außerdem einen Komparator 8o. Dieser vergleicht die Spannung an den Anschlüssen des Widerstands 42 mit einer weiteren Bezugsspannung, die am Inverteranschluß 82 abgegeben wird. Hierdurch wird ein Ausgangssignal erzeugt, welches die Komparatoren 5o,56 in einem Zustand blockiert, in dem die Transistoren 2o,28 nicht leitend sind. Da die Spannung an den Anschlüssen des Widerstands 42 für die Antriebsintensität repräsentativ ist, hat die Sperrung der Transistoren 2o,28, die erfolgt, wenn die Antriebsintensität größer als ein bestimmter Wert ist, einen Stromfluß zur Folge, der durch den Motor über die Diode 38 und den Transistor 22 oder auch über die Diode 4o und den Transistor 3o strömt. Wenn der Antriebsstrom unter den Schwellwert, bei dem der Komparator 8o ausgelöst wurde, zurückfällt, werden die Transistoren 2o,28 nicht mehr vom Komparator 8o blockiert.The circuit arrangement also contains a comparator 8o. This compares the voltage at the terminals of the resistor 42 with a further reference voltage which is present at the inverter terminal 82 is delivered. As a result, an output signal is generated which blocks the comparators 5o, 56 in a state in which the transistors 2o, 28 are not conductive. As the voltage at the terminals of the resistor 42 for the drive intensity is representative, has the blocking of the transistors 2o, 28, which takes place when the drive intensity is greater than a certain one Value is, a current flow results that through the motor through the diode 38 and the transistor 22 or through the diode 4o and the transistor 3o flows. If the drive current falls below the threshold value at which the comparator 8o was triggered, the transistors 2o, 28 are no longer blocked by the comparator 8o.
Da im Betrieb die Transistoren 2o,3o in Phasenopposition betrieben werden, wie auch die Transistoren 22,28, ist es notwendig, Vorsichtsmaßnahmen für den Fall eines Kurzschlusses zu treffen. Dieser könnte z.B. erzeugt werden, wenn der Transistor 3o leitend wird,Since the transistors 2o, 3o operated in phase opposition during operation as well as the transistors 22, 28, it is necessary to take precautionary measures in the event of a short circuit. This could e.g. be generated when transistor 3o becomes conductive,
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bevor der Transistor 2o aufgehört hat zu leiten, oder umgekehrt. Zu diesem Zweck sind die Komparatoren 52,58 so geschaltet,daß sie mit einer geringen Hysterese aus dem sperrenden in den leitenden Zustand schalten, verglichen mit dem Augenblick, in dem das Sägezahnsignal größer als das Bezugssignal wird. D.h. der Übergang erfolgt in einem Augenblick, in dem sichersteht, daß entweder der Transistor 2o oder der Transistor 28 gesperrt ist. In ähnlicher Weise enthält das elektronische Gerät eine Unterdrückungseinrichtung, welche die Übertragung der gesamten, gepulsten Betriebssignale verhindert, die von den Komparatoren 52,54 abgegeben werden und aus dem Vergleich des sägezahnförmigen Signals mit den vom Generator 44 und dem Inverter 6o abgegebenen Signalen resultieren. Genauer: Die Unterdrückungseinrichtung blockiert die Übertragung eines Impulses von den Transistoren 22,3o kurz vor dem Ende dieses Impulses. Hierzu enthält die Unterdrückungseinrichtung eine Einrichtung, welche den Augenblick erfaßt, in welchem der Wert des sägezahnförmigen Signals gleich dem oder in der Nähe des Spitzenwertes ist, d.h. kurz bevor ein Befehl zur Leitungsbewirkung zum Transistor oder zum Transistor 28 übertragen wird. Auf diese Weise wird auf die Verstärker 52,58 derart eingewirkt, daß die Transistoren 22, 3o blockiert werden. Die erwähnte Erfassungseinrichtung wird von einem Komparator 9o gebildet, welcher das sägezahnförmige Signal mit einem Bezugssignal vergleicht und momentan ein Signal abgibt, welches mittels der Komparatoren 58,52 die Transistoren 22,3o sperrt, wenn das sägezahnförmige Signal einen Wert besitzt, der größer als das Referenzsignal ist. Dies geschieht bis zu dem Augenblick, in dem das sägezahnförmige Signal klsinar als das Steuersignal wird, welches vom Generator 4 4 geliefert wird,before transistor 2o has stopped conducting, or vice versa. For this purpose, the comparators 52,58 are connected so that they switch from the blocking to the conductive state with a low hysteresis compared to the moment in which the The sawtooth signal becomes larger than the reference signal. This means that the transition takes place at a moment when it is certain that either the Transistor 2o or transistor 28 is blocked. Similarly, the electronic device contains a suppressor, which prevents the transmission of the entire, pulsed operating signals that are output from the comparators 52,54 and off the comparison of the sawtooth-shaped signal with the signals emitted by the generator 44 and the inverter 6o result. More accurate: The suppression device blocks the transmission of a pulse from the transistors 22,3o shortly before the end of this pulse. For this purpose, the suppression device contains a device which detects the instant in which the value of the sawtooth-shaped Signal is equal to or near the peak value, i.e. just before a command to effect conduction to the transistor or transmitted to transistor 28. In this way, the amplifiers 52, 58 are acted upon in such a way that the transistors 22, 3o be blocked. The aforementioned detection device is formed by a comparator 9o, which the sawtooth-shaped signal compares with a reference signal and momentarily emits a signal which blocks the transistors 22,3o by means of the comparators 58,52, when the sawtooth signal has a value that is greater than the reference signal. This happens until the moment in which the sawtooth signal becomes klsinar as the control signal, which is supplied by generator 4 4,
909886/OsOO - -5 ~909886 / OsOO - -5 ~
- 18 Die oben beschriebene Versorgungseinrichtung arbeitet folgendermaßen:- 18 The supply facility described above works as follows:
Zunächst sei angenommen, daß der Motor in einem stationären Zustand läuft, d.h. daß ein Steuersignal konstanten Wertes (z.B. ein positives Steuersignal) vom Generator 44 derart erzeugt wird, daß die Drehzahl des Motors stabilisiert ist. Unter der Annahme, daß der Wert des Steuersignals positiv ist, folgt, daß die Komparatoren 5o,52 den Transistoren 2o,3o zerhackte Betriebssignale Zuspeisen, welche diese in Phasen-Opposition leitend machen. Angesichts der Polarität der Transistoren 2o,3o ist zu erkennen, daß die an ihre Basis-Anschlüsse gelegten Betriebssignale identisch sind, wenn diese Transistoren in Phasenopposition leitend gemacht werden sollen. Gleichwohl kann eine Brücke gebaut werden, bei denen die Zerhackungssignale in strengem Sinn komplementär sind.First, assume that the engine is in a steady state is running, i.e. a constant value control signal (e.g., a positive control signal) is generated by the generator 44 such that the Engine speed is stabilized. Assuming that the value of the control signal is positive, it follows that the comparators 5o, 52 feed chopped operating signals to the transistors 2o, 3o, which make them conductive in phase opposition. Given the The polarity of the transistors 2o, 3o can be seen that the operating signals applied to their base connections are identical if these transistors are to be made conductive in phase opposition. Nevertheless, a bridge can be built where the Chopping signals are complementary in a strict sense.
Andererseits folgt aus der Größe der Spannungen, welche an die Eingangsanschlüsse der Komparatoren 56,58 gelegt sind, daß der Transistor 28 normalerweise permanent gesperrt ist und daß der Transistor 22 im Gegensatz dazu permanent leitend ist. Der Motor wird somit mit einer Drehzahl betrieben, die eine Funktion des zyklischen Verhältnisses des zerhackten Signals ist, welches an die Transistoren 2o,3o gelegt ist, d.h. welches eine Funktion der Größe des vom Generator 44 abgegebenen Betriebssignals ist.On the other hand, it follows from the magnitude of the voltages which are applied to the input terminals of the comparators 56, 58 that the Transistor 28 is normally permanently blocked and that transistor 22, in contrast, is permanently conductive. The motor is thus operated at a speed which is a function of the cyclic ratio of the chopped signal which is on the transistors 2o, 3o is connected, i.e. which is a function of the size of the operating signal output by the generator 44.
Der permanente Zustand unterteilt sich in zwei alternierende zyklische Phasen: Wenn der Transistor 2o leitend gemacht ist, und der Transistor 3o gesperrt ist, fließt der Strom von der LeitungThe permanent state is divided into two alternating cyclical phases: when transistor 2o is made conductive, and the transistor 3o is blocked, the current flows from the line
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14 über den Transistor 2o, den Motor 12, den Transistor 22 und den Widerstand 42 zur Erde. Der Strom, der durch den Motor läuft, erhöht sich mit einer Rate, die im wesentlichen durch die Induktivität des Motors begrenzt ist. Wenn der Transistor 2o gesperrt wird und der Transistor 3o leitend gemacht wird, ist der Selbstinduktionseffekt, der sich ergibt, größer als die gegenelektromotorische Kraft des Motors; der Strom fließt dann weiter durch den Motor, während er abnimmt. Der Strom fließt dann über die Freilaufdiode 38, den Motor 12 und den Transistor 22. Es ist zu erkennen, daß der npn-Transistor 3o keinen Strom von der Erde zum Motor leiten kann, obwohl er leitend gemacht ist. Das Ergebnis ist, daß der gesamte Strom durch die Diode 38 fließt.14 through transistor 2o, motor 12, transistor 22 and resistor 42 to ground. The current running through the motor increases at a rate that is essentially limited by the inductance of the motor. When the transistor 2o blocked and the transistor 3o is made conductive, is the self-induction effect, which results is greater than the back electromotive force of the motor; the current then continues to flow through the engine while it takes off. The current then flows through the freewheeling diode 38, the motor 12 and the transistor 22. It is to recognize that the npn transistor 3o cannot conduct any current from earth to the motor, although it is made conductive. The result is that all of the current flows through diode 38.
Wenn das vom Generator 44 abgegebene Betriebssignal verringert wird, dabei aber dieselbe positive Polarität behält, können zwei Betriebsarten erzeugt werden: In der ersten Betriebsart, in welcher die Größe des Signals nur wenig modifiziert ist, reicht die Modifikation des zyklischen Verhältnisses des Chopper-Signals, welches an die Transistoren 2o,3o gelegt wird, nicht aus, die Richtung des Stroms, der durch den Motor fließt, umzukehren. Es wird dann eine Folge von Vergrößerungen und Verringerungen im Antriebsstrom auf eine Weise erzeugt, die im wesentlichen identisch mit dem Betrieb im stationären Zustand ist, wobei jedoch der mittlere Wert des Stroms progressiv abnimmt, bis ein neuer stationärer Zustand erreicht ist. Bei der zweiten Betriebsart reicht die Modifikation des zyklischen Verhältnisses aus, die Richtung des Stroms im Verlauf der Zeitperioden umzukehren, wenn der Transistor 3o leitend gemacht wird. Der Bremsstrom fließt dann durch dieWhen the operating signal output by the generator 44 decreases is, but retains the same positive polarity, two operating modes can be generated: In the first operating mode, in which the size of the signal is only slightly modified, the modification of the cyclic ratio of the chopper signal is sufficient, which is applied to the transistors 2o, 3o does not act to reverse the direction of the current flowing through the motor. It a sequence of increases and decreases in drive current is then generated in a manner which is substantially identical with the operation in the steady state, however the mean value of the current decreases progressively until a new steady one State is reached. In the second operating mode, it is sufficient to modify the cyclic ratio, the direction of the Reverse current over the course of time periods when transistor 3o is rendered conductive. The braking current then flows through the
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- 2ο -- 2ο -
Diode 4ο, den Motor 12, den Transistor 3o und den Widerstand 42. Diese Betriebsphase entspricht dann einer Periode der rheostatischen Bremsung. Wenn im Verlauf dieser Bremsperiode der am Widerstand anliegende Bremsstrom einen Wert erreicht, der höher als die festgelegte Schwelle ist, sperrt der Komparator 7o die Einschaltung des Transistors 3o in den leitenden Zustand? der Strom fließt dann unter Energierückgewinnung durch die Diode 32 zur Quelle zurück.Diode 4ο, the motor 12, the transistor 3o and the resistor 42. This operating phase then corresponds to a period of rheostatic braking. If during this braking period the one at the resistor applied braking current reaches a value that is higher than the specified one Threshold, does the comparator 7o block the switching on of the transistor 3o into the conductive state? the current then flows back to the source with energy recovery through diode 32.
Wenn die Polarität des vom Generator 44 abgegebenen Betriebssignals verändert wird (aus dem Positiven ins Negative), wird der Transistor 2o permanent gesperrt und der Transistor 3o permanent leitend gemacht. Die Transistoren 2 8,22 werden dagegen in Phasenopposition leitend gemacht.When the polarity of the operating signal output by the generator 44 is changed (from the positive to the negative), the transistor 2o is permanently blocked and the transistor 3o is made permanently conductive. The transistors 2 8, 22, on the other hand, are made conductive in phase opposition.
Solange die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft des Motors von entgegengesetztem Vorzeichen wie der mittlere Wert der neuen Betriebsspannung des Motors ist, die vom zyklischen Verhältnis des an die Basiselektroden der Transistoren 2 8,22 gelegten Choppersignales bestimmt ist, wird der Motor von einem Bremsstrom durchströmt, welcher in der Diode 4o, dem Motor 12 und dem Transistor 3o fließt. Diese Bremsphase hält bis zu dem Augenblick an, in welchem die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft ihr Vorzeichen ändert. Dann wird der Motor in der entgegengesetzten Richtung von der Energie, die von der Quelle ausgeht, gedreht.As long as the voltage of the back electromotive force of the motor is of opposite sign than the mean value of the new one The operating voltage of the motor is determined by the cyclic ratio of the chopper signal applied to the base electrodes of the transistors 2, 8.22 is determined, the motor is traversed by a braking current, which in the diode 4o, the motor 12 and the transistor 3o flows. This braking phase lasts until the moment in which the voltage of the counter-electromotive force has its sign changes. Then the motor is rotated in the opposite direction by the energy coming from the source.
Es ist ganz offensichtlich, daß die Funktion der Versorgungseinrichtung, die soeben beschrieben wurde, vollständig symmetrisch ist. Mit anderen Worten: Die Schaltungsanordnung arbeitet ebenso, wennIt is quite obvious that the function of the utility, which has just been described is completely symmetrical. In other words: the circuit arrangement works as well if
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sich der Motor in einem stationären Zustand bei einem negativen Wert des Betriebssignals befindet und wenn dieses Signal in Richtung positiver Werte verändert wird. In diesem Fall werden zu Beginn die Transistoren 2 8,22 durch Zerhacken leitend gemacht, während die Transistoren 2o,3o gesperrt bzw. leitend sind.the engine is in a steady state with a negative value of the operating signal and when this signal is in the direction of positive values is changed. In this case, the transistors 2 8,22 are made conductive by chopping at the beginning, while the transistors 2o, 3o are blocked or conductive.
Die Elemente, welche den Stromfluß bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel steuerten, sind zwar Transistoren; es ist jedoch offensichtlich, daß andere äquivalente Einrichtungen, z.B. Thyristoren oder Triacs, ebenso geeignet sind.The elements which the current flow in the described embodiment controlled are transistors; however, it will be apparent that other equivalent devices such as thyristors or triacs, are also suitable.
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ORIGINAL INSPECTED909886/0900
ORIGINAL INSPECTED
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