CIRCUIT FOR REGULATING THE NUMBER OF REVOLUTIONS OF SEPARATELY EXCITED DIRECT CURRENT MOTORS

Abstract: 1. Circuit for the speed control of a separately excited direct-current motor (1) with a comparator circuit (6), to which on the one hand the armature voltage (5) and on the other hand a reference voltage (7) can be supplied and which is connected to a release circuit (8, 10, 11) which includes a trigger circuit (8), connected to the comparator circuit (6), and serves for release of the transfer of direct voltage pulses of a pulse source to the motor armature (2) in each case independently of the output signals of the comparator circuit (6) meeting the release condition, characterized in that the trigger circuit (8) also has clock pulses (A) of a predetermined duration applied to it and is designed in such a way that the transfer of the direct voltage pulses to the motor armature (2) only takes place if the duration of the output signals of the comparator circuit (6) meeting the release condition is at least equal to the duration of the clock pulses.

Description: Verfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren und Schaltung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren und auf eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens, beispielsweise für den Nodelleisenbahnantrieb, jedoch auch für andere Anwendungsgebiete. Bekannte Regelschaltungen zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren erfordern eine Drehzahlmesseinrich tung, von welcher der Drehzahlmesswert zu einem Regler übertragen wird, der die Ankerspannung in Abhängigkeit von der Abweichung des Drehzahl-Istwertes von einem Drehzahl-Sollwert verstellt. Diese herkömmliche Art der Regelung ist manchmal zu aufwendig, da es Schwierigkeiten bereitet, in beengter Umgebung ausreichend genau arbeitende Drehzahlmesseinrichtungen unterzubringen und ein gesonderter Signalübertragungsweg von der Drehzahlmesseinrichtung zu einem in einer Zentrale angeordneten Regler vorgesehen erden müsste. Aus diesem Grunde sieht man oftmals lediglich eine Steuerung der Drehzahl vor, wobei die dem Anker zugeführte Gleichspannung eingestellt wird und der Motor eine der Spannung im wesentlichen proportionale Drehzahl annimmt. Eine andere, bekannte Möglichkeit der Drehzahleinstellung fremderregter Gleichstrom-Antriebsmotoren besteht darin, dem Anker Gleichstromimpulse konstanter Wiederholungsfrequenz, jedoch jeweils einstellbarer Dauer zuzuführen. Bei beiden bekannten Drehzahleinstellverfahren ist offensichtlich der Drehzahl-Istwert einem gewünschten Sollwert der Drehzahl nur für einen bestimmten Belastungsfall oder Betriebsfall gleich, während im allgemeinen bei verschiedenen Belastungen des Antriebs Abweichungen zwischen Istwert und Sollwert auftreten. Die Wahl der Drehzahl des Gleichstrommotors durch Zuführung einer entsprechend einstellbaren Ankerspannung hat ausserdem den Nachteil, dass bei gegebener Verlor gungsspannung und eingestellter kleiner Ankerspannung zur Verwirklichung einer niedrigen Drehzahl hohe Verlustleistungen in entsprechenden Steuerwiderständen verlorengehen und Erwärmung verursachen und dass bei niedri ger Ankerspannung das Drehmoment, insbesondere also das Anfahrmoment, gering ist. Die Zuführung von Ankerstrom-Gleichspannungsimpulsen konstanter Wiederholungsfrequenz, jedoch unterschiedlicher Dauer, hat den Vorteil der geringen Verluste, ermöglicht jedoch keine präzise Geschwindigkeitsregelung, insbesondere bei stark wechselnder Belastung. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 27 o6 230 ist ferner ein Verfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren bekannt, bei welchem der Motoranker mit Gleichstromimpulsen beaufschlagt wird, wobei während der Impulsintervalle die generatorische Ankerspannung gemessen, mit einem Sollwert verglichen und das Vergleichsergebnis zur Steuerung der Impulsbeaufschlagung des Motorankers verwendet wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Laufzeit des Motors in eine Folge von miteinander abwechselnden Arbeitstakten und Messtakten zerlegt und das während der Messtakte gewonnene Messergebnis dient zur Steuerung der Energiezufuhr zum Motor während der Arbeitstakte. Diese Steuerung der Energiezufuhr kann mittels einer Pulsenergiemodulation während des jeweiligen Arbeitstaktes vorgenommen werden. Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren die Notwendigkeit eines gesonderten Takt generators zur Aufteilung der Motorlaufzeit in Messtakt und Arbeitstakt. Weiter ergibt sich bei dem bekannten Verfahren die Schwierigkeit, dass innerhalb des vorgegebenen Arbeitstaktes die Pulsenergiemodulation den gesamten Regelbereich erfassen muss. Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren, bei welchem der Motoranker mit Gleichstromimpulsen beaufschlagt wird, wobei während der Impulsintervalle die generatorische Ankerspannung gemessen, mit einem Sollwert verglichen und das Vergleichsergebnis zur Steuerung der Impulsbeaufschlagung des Motorankers verwendet wird, derart auszugestalten, dass mit geringem apparativem Aufwand eine präzise Regelung in einem sehr weiten Bereich möglich ist. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der soeben genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass abhängig vom genannten Vergleichsergebnis der jeweils nächstfolgende Gleichspannungsimpuls ausgelöst wird. Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist somit der Rhythmus der Folge von den Motoranker beaufschlagenden Gleichstromimpulsen abhängig von dem während der Impulsintervalle gewonnenen Vergleichsergebnis, derart, dass ein regelmässiger Arbeitstakt nicht vorgesehen und daher, für diese Zwecke, ein Taktgenerator entbehrlich ist. Dabei haben die Gleichspannungsimpulse vorzugsweise jeweils gleiche Dauer und jeweils gleiche Amplitude. Die Wiederholungsfrequenz der Gleichspannungsimpulse wird jedoch abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem gemessenen generatorischen Ankerspannungs- wert und einem Sollwert verändert. Dieser Sollwert kann digital vorgegeben werden. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine Miniaturisierung der zur Durchführung des Verfahrens erforderli chen Schaltung, so dass eine Unterbringung in beengter Umgebung keine Schwierigkeiten bereitet. Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Auslösung des jeweils nächstfolgenden Gleichspannungsimpulses erst dann erfolgt, wenn das Vergleichsergebnis während einer vorbestimmten Zeitdauer die Auslösebedingung erfüllt. Auf diese Weise wird vermieden, dass transiente Vorgänge bzw. das daraus resultierende Ver gleichsergebnis den nächstfolgenden Gleichstromimpuls auslösen. Es wird auch eine Schaltung zur Durchführung des vorstehend angegebenen Verfahrens vorgeschlagen, welche gekennzeichnet ist durch eine Vergleicherschaltung, der einerseits die Ankerspannung und andererseits eine Refe renzspannung zuführbar ist und die an eine Auslöseschaltung angeschlossen ist, welche zur Auslösung der Weitergabe von Impulsen einer Impulsquelle an den Motoranker dient. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, dass die Auslöseschaltung eine von Taktimpulsen beaufschlagte Kippschaltung enthält, welche ausserdem an die Vergleicher schaltung angeschlossen ist und nur im Falle einer bestimmten Dauer der Ausgangssignale der Vergleicherschal- tung relativ zu der Dauer der Taktimpulse ein Ausgangssignal im Sinne der Auslösung der Gleichspannungsimpulse abgibt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegeiide Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 ein Schaltbild einer Regelschaltung zur Drehzahlregelung fremderregter Gleich strommotoren und Fig. 2 eine Reihe von Zeitdiagrammen, welche den Spannungsverlauf oder Signalverlauf an be stimmten Schaltungspunkten der Schaltung nach Figur 1 zeigen. In Figur 1 ist schematisch ein fremderregter Gleichstrommotor 1 dargestellt, dessen Anker 2 über einen Gleichrichter 3 mit Gleichspannungsimpulsen beaufschlagt werden kann. Ein weiterer Gleichrichter 4 liegt zu den Bürsten des Ankers 2 parallel. Die Ankerspannung wird über eine Leitung 5 abgenommen und einem Vergleicher 6 zugeführt, in welchem ein Vergleich dieser Ankerspannung mit einem Sollwert erfolgt, der über einen Signalübertragungskanal in digitaler Form bezogen, in einem Digital-/Analogwandler 7 in einen Analogwert umgewandelt und dem jeweils anderen Eingang des Vergleichers 6 zugeführt wird. Der Ausgang des Vergleichers 6 speist eine aus zwei Gattern mit WEDER-Funktion gebildete Kippstufe 8, deren Schaltungsaufbau aus Figur 1 zu entnehmen ist und deren Wirkungsweise weiter unten im Zusammenhang mit Figur 2 näher erläutert wird. Die Kippstufe 8 wird mit über einen Inverter 9 geführten Taktimpulsen konstanter Dauer von der Klemme A aus beaufschlagt und ist mit ihrem Ausgang E an zwei hintereinandergeschaltete Kippschaltungen 10 und 11 angeschlossen. Diese wiederum speisen ein Gatter 12 mit WEDER-Funktion und einen nachgeschalteten Inverter 13, insgesamt also ein ODER-Schaltelement, dessen Ausgang an den Gleichrichter 3 gelegt ist. Taktimpulse zur Synchronisierung der Schaltung werden, wie bereits angedeutet, über den Anschluss A in die Schaltung eingegeben und haben einen zeitlichen VerlaVR welcher qualitativ in Figur 2a wiedergegeben ist. Die hintereinandergeschalteten Kippschaltungen 10 und 11 in Zusammenwirkung mit dem Gatter 12 und dem Inverter 13 haben die Aufgabe, Gleichspannungsimpulse von vorliegend einer Dauer entsprechend zwei Taktperioden von den Taktimpulsen abzuleiten und dem Anker des Gleich-strommotors zuzuführen, sobald dessen Drehzahlabfall eine solche Impulsbeaufschlagung notwendig macht. Die Ausgänge der Kippschaltungen 10 und 11 an den Schaltungspunkten F bzw. G sowie das Yerknupfunssergebnis durch das Gatter 12 am Schaltungspunkt H sind in den Diagrammen 2f, g und h dargestellt. Eine Untersuchung von Figur 2b zeigt, dass der Vergleicher 6 immer dann eine Spannung abgibt, wenn die am Anker des Gleichstrommotors auftretende Spannung den in Figur 2b durch eine unterbrochene Linie angedeuteten Pegel der Referenzspannung übersteigt. Dies ist jedenfalls während der Impulsbeaufschlagung des Motorankers über den Gleichrichter 3 von dem Inverter 13 aus der Fall. Wird die Impulsbeaufschlagung beendet, so sinkt die Spannung an dem Schaltungspunkt B kurzzeitig aufgrund transienter Vorgänge stark ab, steigt jedoch dann aufgrund des Überganges des Gleichstrommotors 2 in den generatorischen Betrieb über den Referenzwert an, um dann allmählich aufgrund des Verbrauches der in den Schwungmassen gespeicherten Energie unter den Referenzwert abzusinken. Hierbei kann es vorkommen, dass die an dem Schaltungspunkt B messbare Spannung kurzzeitig auf Null abfällt, wenn nämlich der Kontakt der Bürsten zu den Kollektorlamellen aufgrund von Erschütterungen oder durch Fremdkörper oder dergleichen verlorengeht. Diese kurzzeitigen Einbrüche der Spannung an dem Schaltungspunkt B verursachen am Ausgang des Vergleichers im Schaltungspunkt C entsprechende Unterbrechnungen. Damit aber vermieden wird, dass kurzzeitige Unterbrechungen der Verbindung zum Anker jeweils eine volle Impulsbeaufschlagung auslösen, ist die Kippschaltung 8 so ausgestaltet, dass sie die hintereinandergeschalteten Kippschaltungen 10 und 11 nur auslöst, wenn sich der Eingang zum Vergleicher 6 über die Leitung 5 während einer vollen Taktimpulszeit nicht geändert hat und kleiner als der Sollwert geblieben ist. Schon ein kurzdauernder Anstieg der Spannung auf der Leitung 5 über den Sollwert während der betreffenden Taktimpulsperiode löscht also den Befehl zur Auslösung der Impulsbeaufschlagung, wie aus Figur 1 in Verbindung mit den Figuren 2d und' 2e zu entnehmen ist. Es sei hier darauf hingewiesen, dass der Spannungsverlauf am Schaltungspunkt A dem Diagramm 2a entspricht, der Spannungsverlauf am Schaltungspunkt B gemäss Figur 1 dem Diagramm 2b entspricht usw.. In Figur 2b sind die Zeitdauern der Referenzspannungsunterschreitung, welche zur Auslösung eines neuen Gleichspannungsimpulses zur Beaufschlagung des Motorankers führen, mit I bezeichnet. Es versteht sich, dass in einer Anordnung, in welcher eine Unterbrechung zwischen den Ankerwicklungen des Gleichstrommotors und dem Eingang des Vergleichers 6 nicht zu befürchten ist, die Kippschaltung 8 nicht erforderlich ist. Vielmehr kann in diesen Fällen der Ausgang des Vergleichers 6 unmittelbar an eine entsprechend dimensionierte monostabile Kippschaltung gelegt werden.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Drehzahlregelung fremderregter Gleichstrommotoren, bei welchem der Motoranker mit Gleichstromimpulsen beaufschlagt wird, wobei während der Impulsintervalle die generatorische Ankerspannung gemessen, mit einem Sollwert verglichen und das Vergleichs ergebnis 2ur Steuerung der Impulsbeaufschlagung des Motorankers verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Vergleichsergebnis der jeweils nächstfolgende Gleichspannungsimpuls ausgelöst wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspanriungsimpulse jeweils gleiche Dauer aufweisen. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsimpulse jeweils gleiche Amplitude besitzen. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert digital vorgegeben und vor Vergleich mit der generatorischen Ankerspannung in einen Analogwert umgeformt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslösung des jeweils nächstfolgenden Gleichspannungsimpulses erst dann erfolgt, wenn das Vergleichsergebnis während einer vorbestimmten Zeitdauer die Auslösebedingung erfüllt. 6. Schaltung zur Durchführung des Verfahreris nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Vergleicherschaltung (6) der einerseits die Ankerspan- nung (5) und andererseits eine Referenzspannung (7) zu führbar ist und die an eine Auslöseschaltung (8, 10, ii) angeschlossen ist, welche zur Auslösung der Weitergabe von Impulsen einer Impulsquelle an den Motoranker dient. 7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseschaltung eine von Taktimpulsen (A) beaufschlagte Kippschaltung (8) enthält, welche ausserdem an die Vergleicherschaltung (6) angeschlossen ist und nur im Falle einer bestimmten Dauer der Ausgangssigriale der Vergleicherschaltung (6) relativ zu der Dauer der Taktimpulse ein Ausgangssignal im Sinne der Auslösung der Gleichspannungsimpulse abgibt.

Inventors: HAASS, ADOLF
Applicants: DOEHLER, PETER, DIPL.-KFM.
Application year: 1982
Main classification: H02P5
IPC codes: H02P7