DE3603924C2

DE3603924C2 -

Info

Publication number: DE3603924C2
Application number: DE3603924A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Shinohara; Shun Katsuta Ibaraki Jp Suzuki
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1986-02-07
Filing date: 1986-02-07
Publication date: 1989-09-14
Also published as: US4803410A; DE3603924A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahl regelung für einen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer derartigen bekannten Schaltungsanordnung für einen Gleichstrommotor (DE-OS 30 13 402) ist dieser von einer Gleichspannungsquelle beaufschlagt. Mit dem Motor ist ein Halbleiterschalter in Reihe geschaltet, um die Verbindung des Motors mit der Gleichspannungsquelle zu schließen oder zu trennen. Parallel zum Motor ist eine Zeitkonstantenschal tung gelegt, die einen Kondensator und einen Ladewiderstand umfaßt. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und dem Ladewiderstand ist mit dem Eingang einer Komparatorschal tung verbunden, die ein Ausgangssignal an den Halbleiter schalter abgibt, um diesen zu öffnen oder zu schließen.

Bei geschlossenem Halbleiterschalter fließt durch den Motor ein Strom, wobei gleichzeitig der Kondensator über den Lade widerstand aufgeladen wird. Erreicht die der Komparatorschal tung zugeführte Kondensatorspannung eine erste Schaltschwel le, so erzeugt die Komparatorschaltung ein Ausgangssignal, das den Halbleiterschalter öffnet. Nun wird der Kondensator solange entladen, bis die andere Schaltwelle der Kompara torschaltung erreicht ist und diese ein Einschaltsignal an den Halbleiterschalter abgibt.

Die Entladung des Kondensators ist dabei von der Drehzahl des Gleichstrommotors in der Art abhängig, daß der Kondensa tor sich bei einer erhöhten Belastung des Motors schneller entlädt als bei einer geringen Belastung. Da die Zeitkonstan tenschaltung parallel zum Motor liegt, ist die Ladezeit und damit die EIN-Schaltzeit des Halbleiterschalters von der Motorbelastung unabhängig.

Wenn nun kleine Motorlasten auftreten, so kann es vorkommen, daß der Motor weiter mit Strom beaufschlagt wird, obwohl er bereits die erforderliche Drehzahl erreicht hat. Der Motor wird somit länger als nötig mit Strom beaufschlagt. Anderer seits kann beim Auftreten einer hohen Motorbelastung der Fall eintreten, daß die Stromzufuhr bereits vor Erreichen der erwünschten Drehzahl unterbrochen wird, so daß der Motor den erforderlichen Drehzahlbereich erst relativ spät er reicht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung der eingangs genann ten Art zu schaffen, die unabhängig von der herrschenden Mo torbelastung stets einen optimalen Motorbetrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Schaltung der Zeitkon stantenschaltung wird erreicht, daß nicht nur die Ausschalt zeit des Motors, sondern auch seine Einschaltzeit in Abhän gigkeit von der Motorbelastung variiert wird. Dadurch wird sichergestellt, daß der Motor bei kleinen Belastungen stets nur so lange mit Strom beaufschlagt wird, wie dies für einen optimalen und wirtschaftlichen Motorbetrieb erforderlich ist. Umgekehrt wird bei großen Motorbelastungen die Ein schaltzeit des Motors entsprechend verlängert, so daß sicher gestellt ist, daß der Motor in seinem optimalen Betriebsbe reich arbeitet.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispiels weise näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Dreh regelung eines Gleichstrommotors,

Fig. 2 ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb der Schaltungs anordnung aus Fig. 1 bei leichter Belastung des Motors anzeigt, und

Fig. 3 ein Wellenformdiagramm ähnlich Fig. 2, das den Betrieb der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 bei schwerbelastetem Motor anzeigt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 weist eine Gleich-Spannungsquelle 1 zur Beaufschlagung eines Gleichstrommotors 2 auf. Ein Halb leiterschalter 3 steuert das Anlegen der Speisespannung an den Gleichstrommotor 2. Dabei wird der Halbleiter schalter durch einen N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor gebil det.

Eine Klemme 2 a des Motors 2 ist mit einer Klemme der Spannungs quelle 1 verbunden, während die andere Klemme 2 b mit dem Drain- Anschluß des Transistors 3 verbunden ist. Eine Komparatorschaltung 4 mit Hysterese-Eigenschaft enthält einen Funktionsverstärker 6, ein Potentiometer 7 zum Einstellen der gewünschten Drehzahl des Gleich strommotors 2, einen Widerstand 8 und Widerstände 9 und 10 zum Vorspannen eines als Schalter dienenden Transistors 11. Der Widerstand 8 und das Potentiometer 7 sind in Reihe über die Versorgungsspannung gelegt. Die am Potentiometer 7 entwickelte Spannung wird als variable Referenzspannung an den invertieren den Eingang des Funktionsverstärkers 6 angelegt. Die Komparatorschaltung 4 enthält weiter den Transistor 11, der parallel zum Widerstand 8 liegt und diesen kurzschließt, wenn der Transistor 11 eingeschaltet wird, um die Referenzspannung am Potentiometer 7 von einer höhe ren Spannung V _AUS auf eine geringere Spannung V _EIN umzu schalten.

Eine Zeitkonstantenschaltung 5 enthält eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 12 und einem Kondensator 13 und liegt parallel zum Transistor 3, so daß die Zeitkonstantenschaltung 5 durch den Transistor 3 kurzgeschlossen wird und eine abfallende Spannung entwickelt, wenn der Motor 2 beaufschlagt ist, und geöffnet wird, um eine ansteigende Span nung zu entwickeln, wenn der Motor 2 nicht beaufschlagt ist. Diese Spannungen werden an den nicht invertierenden Eingang des Funktions verstärkers 6 zum Vergleich mit der variablen Vergleichsspannung angelegt.

Der Funktionsverstärker 6 wird in einen hohen Ausgangszustand geschaltet, wenn die am Kondensator 13 entwickelte Spannung unter die niedrige Vergleichsspannung V _EIN abfällt, und wird in einen niedrigen Ausgangszustand geschaltet, wenn die Kondensatorspan nung über die hohe Vergleichsspannung V _AUS ansteigt.

Wenn der Komparator 4 ein hohes Ausgangssignal führt, sind die Transistoren 3 und 11 leitend. Bei leitendem Transistor 11 ist der Widerstand 8 kurzgeschlossen, so daß die Vergleichsspannung von der hohen Spannung V _AUS auf die niedrige Spannung V _EIN umschaltet.

Bei leitendem Transistor 3 wird der Motor 2 beaufschlagt durch einen Strom, der von der Spannungsquelle 1 geliefert wird, und der Kondensator 13 wird über den Widerstand 12 und den Transistor 3 entladen. Da der Motorstrom proportional zur Größe der Motorlast ist und da dieser Strom eine entsprechende Spannung über der Source-Drain-Strecke des Transistors 3 entwickelt, wird diese Spannung, die proportional zur Motorbelastung ist, dem Entla den des Kondensators 13 entgegenwirken, so daß die Spannung am Kondensator 13 bei hoher Belastung langsamer abfällt als bei leichter Belastung. Die EIN-Schaltzeit des Transistors 3 ist so proportional zum Motorstrom und damit zur Motorlast. So ergibt sich, daß der Transistor 3 bei schwerer Motorlast länge re Zeit im EIN-Schaltzustand bleibt und ein größeres Drehmoment im Motor 2 erzeugt, als es bei leichter Belastung der Fall ist.

Wenn die Komparatorschaltung 4 sich im niedrigeren Ausgangssignalzustand befindet, sind die Transistoren 3 und 11 abgeschaltet. Bei abge schaltetem Transistor 11 ist der Motor 2 nicht beaufschlagt und der Widerstand 8 wird in Reihe mit dem Potentiometer 7 gehalten, so daß die Vergleichsspannung auf den hohen Pegel V _AUS geht. Bei abgeschaltetem Transistor 3 wird der Kondensator 13 mit einer Spannung aufgeladen, die gleich der Größe (E-v) ist, wobei E die Gleichspannung der Spannungsquelle 1 und v die im Motor 2 indu zierte Gegen-EMK ist. Da die Gegen-EMK proportional zur Drehzahl des Motors und damit umgekehrt proportional zur Motorlast ist, steigt die Kondensatorspannung während der AUS-Zeiträume mit der Motorbelastung an. Damit ist die AUS-Zeit des Transistors 3 pro portional zur Gegen-EMK. Damit steigt die Kondensatorspannung (E-v) bei schwerer Belastung schneller an, und läßt so den Transistor 3 während kürzerer Zeiträume im AUS-Zustand verweilen, als es bei geringerer Last der Fall ist.

Wie in Fig. 2 gezeigt, steigt bei geringer Motorbelastung die Kondensatorspannung am nicht invertierenden Eingang des Funk tionsverstärkers 6 langsamer an, während der Motor 2 nicht beaufschlagt ist, und fällt schneller ab, während der Motor beaufschlagt ist. Bei schwerer Motorbelastung steigt die Kondensatorspannung bei ausgeschaltetem Motor 2 schneller an, und fällt langsamer ab, während der Motor be aufschlagt ist, wie in Fig. 3 zu sehen.

Wenn die Motorlast ansteigt, steigt auch die EIN-Schaltzeit an und die AUS-Schaltzeit nimmt ab, und umgekehrt, bei abnehmender Motorbelastung nimmt die EIN-Schaltzeit ebenfalls ab und die AUS-Schaltzeit steigt an. Dieses variable Einschaltverhältnis betreibt den Motor so, daß er bei sich ändernder Last mit kon stanter Drehzahl läuft.

Da es nicht notwendig ist, einen Tachogenerator anzubringen und auch kein energieverschwendender Widerstand angesetzt werden muß, ergibt sich durch die beschriebene Motorregelung eine kom pakte, energiesparende Steuereinrichtung.

Bevorzugterweise wird die Zeitkonstante, die durch den Wider stand 12 und den Kondensator 13 bestimmt wird, so festgesetzt, daß ein Filter gebildet ist, das die Brummspannungskomponente der Gegen-EMK ausfiltert.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung für einen Gleichstrommotor, die die Drehzahl des Motors bei sich ändernder Motor belastung auf einem konstanten Wert hält,
mit einem in Reihe zum Motor angeschlossenen Halb leiterschalter, der die Verbindung zwischen dem Motor und einer ihn beaufschlagenden Spannungsquelle schließt oder trennt,
mit einer Komparatorschaltung, die ein Schaltsignal an den Halbleiterschalter abgibt, und
mit einer Zeitkonstantenschaltung, die ein Ausgangs signal an die Komparatorschaltung abgibt,
dadurch gekennzeichnt, daß die Zeitkonstantenschaltung (5) in Reihe mit dem Motor (2) und parallel zum Halbleiterschalter geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die einen Kondensator (13) umfassende Zeitkon stantenschaltung (5) an einen Eingang eines Komparators (6) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit einer variablen Referenzspannungsquelle (7, 8, 9, 10, 11) verbunden ist, die eine zwischen hohen und niedrigen Spannungen (V _AUS bzw. V _EIN) variable Vergleichsspannung liefert, und daß das von der Komparatorschaltung (4) abgegebene, einen hohen oder einen niedrigen Spannungswert besitzende Schaltsignal zum Umschalten der variablen Vergleichs spannung an die Referenzspannungsquelle (7, 8, 9, 10, 11) angelegt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Zeitkonstantenschaltung (5) einen zum Konden sator (13) in Reihe geschalteten Widerstand (12) enthält und so ein Filter zum Ausfiltern der Brumm-Bestandteile in der durch den Gleichstrommotor (2) erzeugten Gegen-EMK bildet.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Referenzspannungsquelle ein Potentiometer (7), einen in Reihe dazu geschalteten Festwert-Widerstand (8) und einen Schalter (11) enthält, der in Abhängigkeit vom Schaltsignal des Komparators (6) einen Kurzschluß über dem Festwert-Widerstand (8) erzeugt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Transistor (3) ist, dessen erste und zweite gesteuerte Elektroden in Reihe zum Gleichstrommotor (2) und parallel zur Zeitkon stantenschaltung (5) geschaltet sind und an dessen Steuer elektrode das Schaltsignal der Komparatorschaltung (4) an gelegt ist, wobei der Transistor (3) eine zum Strom pro portionale Spannung entwickelt und diese auf die Zeitkon stantenschaltung (5) in einer Richtung aufprägt, die der Laderichtung des Kondensators (13) entspricht, wenn der Transistor (3) EIN-geschaltet ist.