DE3025995C2 - Motordrehzahl-Regelschaltung - Google Patents

Description

Verbesserung des Regelverhaltens bei niedrigen Motordrehzahlen nicht in Betracht gezogen wird.

Schließlich ist es bekannt (DE-AS 10 77 760). bei der Regelung eines mit einem Tachogenerato ? gekoppelten Stellmotors die Rückführung für den Regelvorgang zu begrenzen, um bei großen Regelabweichungen eine höhere Regelgeschwindigkeit zu erreichen. Hierbei ist in den Erregungskreis des Tachogenerators ein magnetischer Verstärker mit zwei Steuerwicklungen eingeschaltet, di ren eine durch einen vorgegebenen, konstanten Strom im öffnenden Sinne und deren andere durch den von dem Tachogenerator gelieferten Strom im sperrenden Sinne durchflossen wird. Wegen des sprunghaften Verhaltens in der Kennlinie des Ausgangsstromes in Abhängigkeit vom Steuerstrom wird bei Überschreitung einer gewissen Regelabweichung der magnetische Verstärker geschlossen und damit die Erregung des Tachogenerators herabgesetzt, was die für große Regelabweichungen erwünschte kleine Rückführung ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motordrehzahl Regelschaltung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Ansprechzeit bei niedrigen Motordrehzahlen verkürzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gegeninduktionsspannung durch die EM K-Abtastschaltung nur während der Sperrperioden der beiden Thyristoren auf den zweiten Kondensator durchschaltbar ist, wobei dem Kondensator ein Entladewiderstand mit hohem Widerstandswert parallelgeschaltet ist, daß eine Begrenzerschaltung zur Begrenzung der Ladespannung des zweiten Kondensators auf einen durch die Bezugsgleichspannung bestimmten Höchstwert vorgesehen ist, und daß der erste Kondensator des Sägezahngenerators an die Bezugsgleichspannung zum Laden anlegbar ist.

Durch die bei der Erfindung vorgesehene Begrenzerschaltung ergibt sich auch im Falle eines raschen Lastwechsels nur eine sehr kurze Ansprechzeit. Da ferner die EMK-Abtaschaltung den zweiten Kondensator nur während der Sperrperioden der beiden Thyristoren mit der Gegeninduktionsspannung beaufschlagt, ist diese von den sonst während der Leistungszuführperioden auftretenden Spannungsspilzen frei, so daß die anderenfalls mit einer Glättung dieser Spannungsanstiege verbundenen Ungenauigkeiten und Trägheiten nicht auftreten. Der hohe Widerstand des dem zweiten Kondensator zugeordneten Ladewiderstandes trägt ferner dazu bei, einen Empfindlichkeitsverlust bei niedrigen Drehzahlen zu vermeiden. Wegen der raschen Ansprechgeschwindigkeit eignet sich die erfindungsgemäße Motordrehzahl-Regelschaltung besonders zur Anwendung auf die Motordrehzahlregelung bei Nähmaschinen. Schließlich zeichnet sich die Erfindung durch einen verhältnismäßig einfachen Aufbau aus.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Sägezahngenerator einen Komparator aufweist, dessen einem Eingang die in beiden Halbwellen gleichgerichtete Spannung der Wechselstromquelle und dessen anderem Eingang eine daraus gebildete geglättete Spannung über eine Brückenschaltung zuleitbar ist, und daß der über einen ersten Widerstand von der Bezugsgleichspannung aufladbare erste Kondensator über einen zweiten Widerstand entladbar ist, wobei das Laden und Entladen des ersten Kondensators zum Erzeugen der Sägezahnwelle durch einen Ein-Aus-Ausgang des Komperators gesteuert ist.

Durch die bei dieser Ausführungsform verwendete Brückenschaltung ist das Tastverhältnis dec Ausgangssignals des Komparator unabhängig von Änderungen der Netzspannung und der Netzfrequenz, so daß derartige Schwankungen die Stabilität der eingeregelten Motordrehzahl nicht wesentlich beeinflussen.

Iu der folgenden Beschreibung ist eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt
F i g. 1 ein Schaltbild einer Motordrehzahl-Regelschaltung,

F i g. 2 Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten der in F i g. 1 dargestellten Motordrehzahl-Regelschaltung,

Fig.3 die Verläufe verschiedener Betriebsgrößen der in Fig. 1 dargestellten Motordrehzahl-Regelschaltur.g in Abwesenheit einer Begrenzerschaltung,

Fig.4 die Verläufe verschiedener Betriebsgrößen der in F i g. 1 dargestellten Motordrehzahl-Regelschaltung in Anwesenheit einer Begrenzerschallung, und

F i g. 5 ein Schaltbild eines herkömmlichen Sägezahngenerators.

In einer in F i g. 1 dargestellten Motordrehzahl-Regelschaltung bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Wechselstromquelle, während mit den Bezugszahlen 2 und 3 Dioden zur Erzeugung eines Steuersynchronisationssi-. gnals bezeichnet sind. Bei dem Block A handelt es sich um eine herkömmliche, in Phasenanschnittsteuerung betriebene Vollwellengleichrichterschaltung mit Thyristoren 6 und 7 sowie Dioden 4 und 5. Sie steuert einen Gleichstrommotor 13. Die Bezugszahlen 9,10,11 und 12 bezeichnen Widerstände zum Teilen von über einer Sekundärspule 8 eines Impulstransformators erzeugten Triggerimpulsen und zu deren Zuleitung zu den Thyristoren 6 und 7.

Bei einem Block B handelt es sich um eine EMK-Abtastschaltung für die von dem Gleichstrommotor 13 induzierte Gegeninduktionsspannung. Sie trennt einen von der Vollwellengleichrichterschaltung A gelieferten Antriebsspannungsverlauf für den Gleichstrommotor 13, nämlich die an einem Punkt a in F i g. 1 erscheinende Spannung, von einem Spannungsverlauf an einem Punkt b, der die Summe der Gegeninduktionsspannung des Gleichstrommotors 13 und der Antriebsspannung des Gleichstrommotors 13 angibt, durch eine Diode 14 und entnimmt an einem Punkt c nur die induzierte Spannung durch einen Transistor 18, um die entnommene Gegeninduktionsspannung oder ein Demodulationssignal über eine Diode 20 in einem zweiten Kondensator 23 zu speichern.

so Die Bezugszahl 17 bezeichnet einen Widerstand, der einen geeigneten Spannungsabfall vermittelt. Mit den Bezugszahlen 15 und 16 sind Widerstände zum Teilen einer Spannung während der Einschaltdiuer der Thyristoren 6 und 7 und zu deren Anlegen an den Transistor 18 bezeichnet. Die Bezugszahl 21 bezeichnet eine temperaturkompensierende Diode für die Diode 20, während die Bezugszahlen 19 und 22 Widerstünde zur entsprechenden Vorspannung der erfaßten Gegeninduktionsspanhung zur Erleichterung der anschließenden Signalverarbeitung bezeichnen. Die Bezugszahl 24 bezeichnet einen Entladewiderstand für den zweiten Kondensator 23, der zur Zuleitung eines Eingangsvorspannungsstroms zu einem Komparator 36 dient und einen honen Widerstandswert in der Größenordnung von einigen hundert Ohm hat.

Bei dem Block C handelt es sich um eine Begrenzerschaltung mit einem Transistor 25 sowie Widerständen 26 und 27. Sie soll verhindern, daß die Ladespanrr.'ng

des zweiten Kondensators 23 über die Summe des an dem Transistor 25 anliegenden Basispotentials und der Basis-Emitter-Spannung V_Bi: des Transistors 25 (annähernd 0,6 Volt) ansteigt. Das Basispotential des Transistors 25 wird durch ein Potential an einem Punkt e, nämlich eine der Motor-Solldrehzahl entsprechende Bezugsgleichspannung bestimmt, die durch Teilung einer Speisespannung für die Motordrehzahl-Regelschaltung mittels eines Potentiometers 29 und eines Widerstandes 28 erhalten wird. Die Widerstände 26 und 27 dienen zum Teilen des Potentials an dem Punkt e um die Begrenzerspannung für einen gewünschten Betriebsvorgang einstellen zu können.

F i g. 2 zeigt die Arbeitsspannungsverläufe an den Punkten a bis k in der in Fig. 1 dargestellten Motordrehzahl-Regelschaltung.

Unter Bezugnahme auf F i g. 3 und 4 soll nun darauf eingegangen werden, wie es sich auswirkt, wenn die Begrenzerschaltung Cvorgesehen ist und wenn sie nicht vorgesehen ist. In F i g. 3 sind die Spannungsverläufe für den Fall wiedergegeben, daß die Begrenzerschaltung C nicht vorgesehen ist, während F i g. 4 die Spannungsverläufe bei vorhandener Begrenzerschaltung Czeigt.

In F i g. 3 und 4 ist bei / der Arbeitsstrom des Gleichstrommotors 13 dargestellt, bei Nseine Umdrehungsgeschwindigkeit, bei V_s die dem Potential an dem Punkt e in F i g. 1 entsprechende Bezugsgleichspannung, und bei K- die erfaßte Gegeninduktionsspannung, die dem Potential an dem Punkt din F i g. 1 entspricht.

In bezug auf F i g. 3 und 4 ist zu bemerken, daß es sich bei einem plötzlichen Motorlastwechsel von starker zu schwacher Belastung sehr unterschiedlich auswirkt, ob die Begrenzerschaltung Cvorgesehen oder nicht vorgesehen ist. fn Abwesenheit der Begrenzerschaltung C kommt es zu einer vorübergehenden erheblichen Schwankung der Umdrehungsgeschwindigkeit ab einem Zeitpunkt £>, an dem die Belastung herabgesetzt wird, bis zu einem Zeitpunkt c, an dem eine gewünschte Umdrehungsgeschwindigkeit wieder erreicht wird. In Anwesenheit der Begrenzerschaltung Ckann diese zeitweilige Schwankung demgegenüber auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Eine direkte Ursache hierfür liegt in der Speicherwirkung des in der EMK-Abtastschaltung B für den Motor vorgesehenen zweiten Kondensators 23, dessen Enlladezeit nicht in einer zum einwandfreien Betrieb erforderlichen Weise verkürzt werden kann. Infolgedessen unterscheidet sich die Ansprechzeit beim Beschleunigen des Gleichstrommotors 13 wesentlich von der beim Senken der Motorgeschwindigkeit, d. h. das Ansprechverhalten ist bei der Verzögerung weit schlechter als das Ansprechverhalten bei der Beschleunigung. Bei einer Motorbelastung unter geringer Geschwindigkeit und stark schwankender Last, wie beispielsweise bei einem Nähmaschinenmotor, soll jedoch die Drehzahlregelung so schnell wie möglich ansprechen. Dies kann durch die Begrenzerschaltung C erreicht werden.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Block D handelt es sich um eine Impulsgeneratorschaltung zur Triggerung der in Phasenanschnittsteuerung betriebenen Thyristoren 6 und 7 der Vollwellengleichrichterschaltung A. Mit der Bezugszahl 30 ist die Primärspule des mit seiner Sekundärspule 8 in die Vollwellengleichrichterschaltung A geschalteten Impulstransformators bezeichnet. Die Bezugszahl 31 bezeichnet einen Transistor zum Ansteuern der Primärspule 30, wobei das Ausgangssignal des Komparator 36 durch einen Kondensator 34 und Widerstände 32,33 und 35 zur Erzeugung eines pulsierenden Basisstroms differenziert wird.

Ein Block F stellt einen Sägezahngenerator dar, in dem eine von den Dioden 2, 3, 4 und 5 in beiden Haibwellen gleichgerichtete Wellenform einer Widerstände 43,44,46 und 47) aufweisenden Brückenschaltung zugeleitet wird. Eine in beiden Halbwellen gleichgerichtete Speisespannung und die dazugehörige, durch einen Kondensator 45 geglättete Spannung werden auf einem Komparator 48 gegeben, um ein mit der Netzfrequenz synchronisiertes ausgangsseitiges EIN-AUS-Signal mit festem EIN/AUS-Tastverhältnis zu erzeugen. Die der Motor-Solldrehzahl entsprechende Bezugsgleichspannung, nämlich die Gleichspannung an dem Punkt e, wird über einen ersten Widerstand 37 in einen ersten Kondensator 39 geladen und durch das von dem Komparator 48 herrührende EIN-AUS-Signal über einen zweiten Widerstand 38 entladen, so daß die mit der Netzfrequenz synchronisierte Sägezahnwelle erzeugt wird.

Die Sägezahnwelle dient sowohl als Geschwindigkeitsbezugsgröße als auch zur Synchronisation.

In Fig. 5 ist ein herkömmlicher Sägezahngenerator dargestellt, bei dem Transistoren vorgesehen sind. In Fig.5 dient als Bezugsspannung die Basis-Emitter-Spannung Vbe (annähernd 0,6 Volt) eines Transistors 58. Infolgedessen ändert sich das EIN/AUS-Tastverhältnis des Ausgangssignals eines Transistors 56 mit den Temperatur- und Speisespannungsänderungen. Er eignet sich daher nicht für die Motordrehzahl-Regelschaltung, bei der die Sägezahnwelle selbst als Geschwindigkeitsbezugsspannung dient.

In Fig.5 sind mit der Bezugszahl 51 eine Gleichstromquelle, mit der Bezugszahl 52 eine Wechselstromquelle, mit dem Bezugszahlen 53, 55, 57, 59 und 60 Widerstände, mit der Bezugszahl 54 ein Kondensator und mit den Bezugszahlen 61,62,63 und 64 Dioden bezeichnet, die eine Vollweggleichrichterschaltung bilden. Auf eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise sei hier verzichtet.

Demgegenüber dient bei dem Sägezahngenerator F die Speisespannung als Bezugsspannung, wobei der Komparator 48 durch die Verwendung der Brückenschaltung 43,44,46,47 unabhängig von Änderungen der Netzspannung und -frequenz ein Ausgangssignal mit festem EIN/AUS-Tastverhältnis liefert. Es kann demgemäß eine konstange Sägezahnwelle erzeugt werden.

Bei dem Block E handelt es sich um eine den Komparator 36 aufweisende Vergleichsschaltung, die das von der EM K-Abtastschaltung B herrührende Erfassungssignal mit dem aus dem Sägezahngenerator F erhaltenen Sägezahnwellensignal, das sowohl als Bezugsspannung als auch zur Synchronisation dient, vergleicht. Die Impulsgeneratorschaltung D erzeugt die zur Zündung der Thyristoren in der Vollwellengleichrichterschaltung A dienenden Triggerimpulse.

In Fig. 1 ist mit der Bezugszahi 40 eine Zenerdiode bezeichnet, mit der Bezugszahl 41 ein Kondensator und mit der Bezugszahl 42 ein Widerstand.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Motordrehzahl-Regelschaltung für einen Gleichstrommotor (13), mit einer von einer Wechsel-Spannungsquelle (1) gespeisten, zwei in Phasenanschnittsteuerung betriebene Thyristoren (6, 7) aufweisenden Vollwellengleichrichterschaltung (4, 5, 6,

7) zur Leistungsversorgung des Gleichstrommotors (13), mit einer einen durch die Frequenz der Wechselspannungsquelle (1) synchronisierten Sägezahngenerator (79 aufweisenden Bezugsspannungsquelle, deren Ausgangssignal durch eine in Abhängigkeit von einer der Motor-Solldrehzahl entsprechenden Bezufesgleichspannung (e) und einer in dem Sägezahngenerator an einem ersten Kondensator (39) autgebauten Sägezahnspannung (!) erzeugte Bezugsspannung (g) gebildet ist, mit einer EMK-Abiastschaltung (B), durch die die von dem Gleichstrommotor (13) induzierte Gegeninduktionsspannung (d) in einem zweiten Kondensator (23) speicherbar ist, mit einer Vergleichsschaltung (E), in der die von der Bezugsspannungsquelle gelieferte Bezugsspannung (g) mit der im zweiten Kondensator (23) gespeicherten Gegeninduktionsspannungen (d) vergleichbar und ein entsprechendes Ausgangssignal (h) erzeugbar ist, und mit einer vom Ausgangssignal (h) der Vergleichsschaltung (E) gesteuerten Impulsgeneratorschaltung (D) zur Erzeugung der Triggerimpulse (i) für die Thyristoren (6,7) der Vollwellengleichrichtcrschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegeninduktionsspannung (d) durch die EMK-Abtastschaltung (B) nur während der Sperrperioden der beiden Thyristoren (6,7) auf den zweiten Kondensator (23) durchschaltbar ist, wobei dem Kondensator (23) ein Entladewiderstand (24) mit hohem Widerstandswert parallelgeschaltet ist, daß eine Begrenzerschaltung (C) zur Begrenzung der Ladespanr.ung des zweiten Kondensators (23) auf einen durch die Bezugsgleichspannung (e) bestimmten Höchstwert vorgesehen ist und daß der erste Kondensator (39) des Sägezahngenerators (F) an die Bezugsgleichspannung (e) zum Laden anlegbar ist.

2. Motordrehzahl-Regelschaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator feinen Kompa rator (48) aufweist, dessen einem Eingangdie in beiden Halbwellen gleichgerichtete Spannung (i) der Wechselstromquelle (1) und dessenanderemEingangeinedarausgebildetegeglättete Spannung(k)über eine Brückenschaltung(43,44, 46, 47) zuleitbar ist, und daß der über einen ersten Widerstand (37) von der Bezugsgleichspannung (e) aufladbare erste Kondensator(39) über einen zweiten Widerstand (38) entladbar ist, wobei das Laden und Entladen des ersten Kondensators (39) zum Erzeugen der Sägezahnwelle durch einen Ein-Aus-Ausgang des Komparators(48)gesteuert ist.

3. Motordrehzi'hl-Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaluing (C) einen mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke über den zweiten Kondensator (23) der EMK-Abtastschaltung geschalteten stromaufnehmenden Transistor (25) aufweist, dessen Kollektor geerdet und dessen Basispotential durch die Bezugsgleichspannung (e)steuerbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motordrehzahl-Regelschaltung für einen Gleichstrommotor, mit einer von einer Wechselspannungsquelle gespeisten, zwei in Phasenanschnittsteuerung betriebene Thyristoren aufweisenden Vollwellengleichrichterschaltung zur Leistungsversorgung des Gleichstrommotors, mit einer einen durch die Frequenz der Wechselspannungsquelle snychronisierten Sägezahngenerator aufweisenden Bezugsspannungsquelle, deren Ausgangssignal durch eine in Abhängigkeit von einer der Motor-Solldrehzahl entsprechenden Bezugsgleichspannung und einer in dem Sägezahngenerator an einem ersten Kondensator aufgebauten Sägezahnspannung erzeugte Bezugsspannung gebildet ist, mit einer EMK-Abtastschaltung, durch die die von dem Gleichstrommotor induzierte Gegeninduktionsspannung in einem zweiten Kondensator speicherbar ist, mit einer Vergleichsschaltung, in der die von der Bezugsspannungsquelle gelieferte Bezugsspannung mit der im zweiten Kondensator gespeicherten Gegeninduktionsspannung vergleichbar und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugbar ist, und mit einer vom Ausgangssignal der Vergleichsschaltung gesteuerten Impulsgeneratorschaltung zur Erzeugung der Triggeriinpuise für die Thyristoren der Vollwellengleichrichterschaltung.

Bei einer derartigen bekannten Motordrehzahl-Regelschaltung (DE-OS 22 04 435) erfolgt di'rch die EMK-Abtastschaltung ein kontinuierlicher Abgriff der an dem Gleichstrommotor anliegenden Spannung, wobei zur Ermittlung der während der Sperrperioden der Thyristoren auftretenden tatsächlichen Gegeninduktionsspannung der während der Leitungsperioden der Thyristoren auftretende Spannungsanstieg kapazitiv mit Hilfe des zweiten Kondensators ausgedämpft wird, was aber sowohl eine Ungenauigkeit als auch eine Trägheit des Regelverhaltens nach sich zieht. Zwar ist bei der bekannten Motordrehzahl-Regelschaltung zur Verbesserung des bei kleinen Motordrehzahlen unzureichenden Regelverhaltens eine Rückkopplung zwischen dem Gleichstrommotor und der Bezugsspannungsquelle vorgesehen, wodurch die von der Bezugsspannungsquelle gelieferte Bezugsspannung selbsttätig verstellt wird. Diese Rückkopplung besteht aus einem mit dem Gleichstrommotor in Reihe geschalteten kleinen ohmschen Widerstand, dessen Spannungsabfall bei niedrigen Motordrehzahlen im Verhältnis zur Gegeninduktionsspannung groß wird, so daß das Regelverhalten durch die entsprechende Beeinflussung der Bezugsspannung eine gewisse Anpassung an die bei niedrigen Motordrehzahlen herrschenden Verhältnisse erfährt. Dennoch wird damit noch kein befriedigendes Regelverhalten bei niedriger Motordrehzahl unter rasch wechselnder Motorlast erreicht.

Zwar ist bei einer Motordrehzahl-Regelschaltung anderer Gattung (DE-OS 21 31 864) vorgesehen, die Gegeninduktionsspannung ausschließlich während Abschaltintervallen des Motorstromkreises abzufragen, wobei ein in dem Motorstromkreis vorgesehenes, der getakteten Leistungszufuhr dienendes Stellglied sowie ein an den Motorstromkreis angeschlossener, der Abfrage der Gegeninduktionsspannung dienender Schalter von einem gemeinsamen Impulsgenerator derart angesteuert werden, daß sich die Zeitintervalle der Leistungszufuhr und der Abfrage gegenseitig ausschließen, jedoch erfolgt bei dieser Motordrehzahl-Regelschaltung lediglich ein Vergleich der abgefragten Gegeninduktionsspannung mit einer von außen fest vorgegebenen Bezugsspannung, so daß dort das Problem einer