DE1301398B - Selbstabgleichende Kompensationseinrichtung, insbesondere fuer Kompensographen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstabglei- selrichters gewählt wird, wobei ein die Steuerstromchende Kompensationseinrichtung, bei der eine Meß- wege der Hallgeneratoren koppelnder Stelltransistor spannung mit einer Ausgangsspannung einer mit im Takt der Halbwellen der Verstärkerspannung konstanter Spannung gespeisten Widerstandsbrücke ein- und ausgeschaltet wird. Je nach Phasenlage verglichen wird, die Diflerenzspannung von einem 5 dieser Schaltpulse zum Oszillatortakt wird dann der Wechselrichter in eine Wechselspannung umgeformt Motor zum Rechts- oder Linkslauf veranlaßt, wobei und nach Verstärkung einem als Demodulator arbei- seine Drehzahl sich nach dem Aussteuerungsgrad tenden Stellmotor zugeführt wird, welcher ein Ab- des Stelltransistors richtet. Das erfindungsgemäße gleichpotentiometer der Widerstandsbrücke verstellt. Prinzip läßt sich bei allen Nachlaufsteuerungen mit Derartige Kompensationseinrichtungen werden bei- io Vorteil verwenden.

spielsweise für Kompensographen verwendet, um den An Hand der Zeichnung, in der ein Ausführungszeitlichen Verlauf einer wenig belastbaren, kleinen beispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist, Meßgröße festhalten zu können. In diesem Fall über- wird die Erfindung näher erläutert; es zeigt nimmt der Stellmotor des Brückenpotentiometers F i g. 1 das Prinzip einer selbstabgleichenden

gleichzeitig die Einstellung des Schreibapparates. 15 Kompensationseinrichtung,

Bei den bekannten Kompensationseinrichtungen Fig.2 die Schaltung des kollektorlosen Stellwird als Stellmotor ein Zweiphasen-Asynchronmotor motors und verwendet, dessen eine Phase von der Modulations- Fig. 3 ein Steuerdiagramm,

spannung des Wechselrichters und dessen andere In Fig. 1 ist eine selbstabgleichende Kompen-

Phase von der Ausgangsspannung des Wechsel- ao sationseinrichtung dargestellt. Beim elektronischen Stromverstärkers gespeist wird. Je nach Phasenlage Kompensationsverfahren wird die als kleine Gleichder beiden Spannungen und Spannungshöhe der spannung auftretende Meßgröße U_M gegen eine gleich Ausgangsspannung des Verstärkers läuft der Stell- große entgegengerichtete Spannung TJ_K ausgewogen, motor entweder nach rechts oder links bzw. schneller Stimmen die beiden Spannungen U_M und U_K nicht oder langsamer. Ein solcher Stellmotor hat den 25 überein, so tritt eine Differenzspannung A U auf. Nachteil, daß er mit relativ geringer Stellsteilheit Wegen der einzig an den Verstärker zu stellenden arbeitet und daß deshalb die mit der Zeit veränder- Forderung einer hohen Nullstabilität wird diese liehe Stillstandsreibung die Genauigkeit einer solchen Differenzspannung A U von einem Wechselrichter 1 Kompensationsschaltung wesentlich begrenzt. Außer- in eine Wechselspannung umgeformt, dessen Amplidem ist es nachteilig, daß der Oszillator für die 30 tude proportional der angelegten Gleichspannung A U Modulationsfrequenz die Leistung des Stellmotors ist. In einem elektronischen Verstärker 2 wird diese aufbringen muß. Wechselspannung entsprechend verstärkt und einem

Diese Nachteile einer solchen Kompensations- Demodulator 3 zugeführt, der über ein Stellglied den einrichtung können gemäß der Erfindung dadurch Schleifkontakt eines Abgleichpotentiometers 4 einer vermieden werden, daß als Stellmotor ein kollektor- 35 gleichstromgespeisten Widerstandsbrücke S verstellt, loser Gleichstrommotor mit elektronischer Kommu- Es ist bekannt, als Demodulatoren zweiphasige tiereinrichtung verwendet wird, welche von der Asynchronmotoren zu verwenden, bei denen eine Ausgangswechselspannung des Wechselstromverstär- Phase von der Modulationsfrequenz eines Oszillakers gesteuert wird. Der Oszillator für die Modu- tors 6 und die andere Phase von der Ausgangsspanlationsfrequenz braucht also nicht mehr die Motor- 40 nung Ua des Verstärkers 2 gesteuert wird. Mit 7 ist leistung aufzubringen, da die Stromversorgung des ein Netzteil zur Stromversorgung der Schaltglieder 1 Motors von einer Hilfsspannungquelle übernommen bis 6 bezeichnet. Die Speisespannung der Widerwird, so daß die Modulationsfrequenz des Oszillators Standsbrücke 5 muß konstant gehalten werden. Zu nicht direkt an die Konstruktion des Motors gebun- diesem Zweck wird in an sich bekannter Weise die den ist, sondern in weiten Grenzen frei wählbar 45 Speisespannung periodisch mit der Spannung eines bleibt. Besonders geeignet als Modulator ist ein Normalelementes oder einer Zenerspannung verGleichstrommotor mit elektronischer Kommutier- glichen und bei Abweichungen selbsttätig nacheinrichtung, bei dem jede Phase der Ständerwicklung gestellt.

durch Mittlung in zwei Teilwicklungen unterteilt ist, F i g. 2 zeigt die Schaltung des erfindungsgemäß

die Mittelpunkte der Phasenwicklungen miteinander 50 verwendeten kollektorlosen Gleichstrommotors. Jede verbunden sind und in Reihe mit jeder Teilwicklung der beiden um 90° versetzten Phasen I und II der die Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors Ständerwicklung ist durch Mittlung in je zwei Teilliegt, wobei die Basen der zu je einer Phase ge- wicklungen 10, 11 und 12, 13 unterteilt. Die Mittelhörigen Schalttransistoren über die Hallelektroden je punkte 14 und 15 der Phasenwicklungen 10 bis 13 eines vom Motorfeld beeinflußten Hallgenerators 55 sind miteinander verbunden. Jeder Teilwicklung 10 und die Steuerelektroden der Hallgeneratoren über bis 13 ist je ein Schalttransistor 16 bis 19 zugeordnet, einen Widerstand derart miteinander verbunden sind, wobei die Transistoren 16 und 17 pnp- und die Trandaß über sämtliche Schalttransistoren ein eingepräg- sistoren 18 und 19 npn-Schalttransistoren sind. Die ter Emitter-Basis-Strom fließen kann. Eine Änderung Basen der je zu einer Phase gehörigen Schalttransider Drehrichtung des Motors ergibt sich, wenn sich 6° stören 16,17 und 18, 19 sind über die Hallelektroden die Richtung des Steuerstromes ändert. Ein solcher je eines Hallgenerators 20 bzw. 21 miteinander verMotor weist gegenüber Asynchronmotoren einen bunden. Die Steuerelektroden der Hallgeneratoren erheblich besseren Wirkungsgrad auf, so daß der stehen mit je einer Sekundärwicklung 22 und 23 eines Aufwand für die Gleichstromversorgung relativ Ausgangstransformators 24 des Oszillators 6 in Verklein ist. 65 bindung. Eine weitere Sekundärwicklung 25 dient zur

Gemäß der Erfindung wird diese Schaltung derart Modulation des Wechselrichters 1. Mit einer Wickabgeändert, daß für die Steuerspannung eine Wech- lung 26 ist die Primärwicklung des Ausgangstransselspannung mit der Modulationsfrequenz des Wech- formators des Oszillators 6 angedeutet. Die Steuer-

elektroden der Hallgeneratoren 20 und 21 werden also im Takte der Modulationsfrequenz des Wechsel- , richters 1 getaktet.

Die Steuerelektroden der Hallgeneratoren 20 und 21 stehen über einen Widerstand 27 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines Stelltransistors 28 miteinander in Verbindung. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Stelltransistors 28 sind eine Diode 29, ein Widerstand 30 und die Ausgangswicklung 31 des Wechselstromverstärkers 2 angeschlossen; Dioden 32 in Antiparallelschaltung dienen zur Spannungsbegrenzung.

Die beiden Hallgeneratoren 20 und 21 liegen um 90° gegeneinander versetzt, z. B. im Luftspalt der permanenterregten Gleichstrommaschine. Sie werden von dem permanentmagnetischen Läufer derart durchsetzt, daß die Spannungen an den Hallelektroden daher ebenfalls um 90° gegeneinander versetzt sind. Die Hallelektroden können aber auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, beispielsweise in einem Lagerschild, wobei dann ein mit der Motorwelle verbundener permanentmagnetischer Steuerkopf umläuft. Die Polung der Ausgangsspannung der Hallgeneratoren ist derart, daß die Transistoren eines jeden Systems entsprechend der gewünschten Drehrichtung des Läufers wechselweise über je eine volle Halbwelle der induzierten Gegenspannung aufgesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt in einer Weise, daß immer diejenige Teilwicklung Strom führen kann, deren induzierte Spannung der angelegten Betriebsspannung entgegengerichtet ist.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung in Verbindung mit F i g. 1 ist wie folgt:

Ist der Stelltransistor 28 durchlässig, so fließt ein Basisstrom vom Pluspol über die Emitter der beiden Transistoren 16 und 17 zu den Hallelektroden des Hallgenerators 20, tritt an der einen Steuerelektrode aus, fließt über den Widerstand 27 und über die Kollektor-Emitter-Strecke des Stelltransistors 28, Steuerelektrode des anderen Hallgenerators 21 und teilt sich über die Basen der Schalttransistoren 18 und 19 wieder auf. Durch den über den Widerstand 27 fließenden Basisstrom erhalten die Transistoren 16 bis 19 einen entsprechenden Vorstrom, der die Schwellspannung leichter zu überwinden gestattet. Die Transistoren öffnen stets dann, wenn sich zu diesem Vorstrom der von der Spannung der Hallgeneratoren 20 oder 21 getriebene Hallstrom mit richtigen Vorzeichen addiert. Da die beiden Hallgeneratoren 20 und 21 um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, sind auch die Steuerfelder der beiden Hallgeneratoren und damit die Spannungen an den Hallelektroden um 90° el. gegeneinander versetzt. Die Polung der Ausgangsspannung der Hallgeneratoren ist derart, daß die Transistoren eines jeden Systems entsprechend der gewünschten Drehrichtung des Läufers wechselweise über je eine volle Halbwelle der induzierten Gegenspannung aufgesteuert werden. Die Ansteuerung erfolgt in einer Weise, daß immer diejenige Teilwicklung Strom führen kann, deren induzierte Spannung der angelegten Betriebsgleichspannung U entgegengerichtet ist.

Da normalerweise die Differenzspannung der Δ U gemäß F i g. 1 und damit auch die Ausgangsspannung Ua des Verstärkers 2 Null sind, ist der Stelltransistor 28 gesperrt. In diesem Fall kann der die Transistoren 16 bis 19 vorsteuernde Strom nicht fließen, so daß die Hallspannung der Hallgeneratoren 20 und 21 allein nicht ausreicht, die Transistoren 16 bis 19 aufzusteuern. Die Teilwicklungen 10 bis 13 halten somit keinen Strom, d. h., der Motor bleibt in Ruhe.

Da für die Steuerspannung der Hallgeneratoren 20 und 21 keine Gleichspannung, sondern eine Wechselspannung mit der Taktfrequenz des Oszillators verwendet ist, können auch die Hallgeneratoren 20 und und damit auch die Wicklungen 10 bis 13 nur entsprechend diesem Takt Spannung führen. In F i g. 3 oben sind diese Taktpulse dargestellt. Da auch der Wechselrichter 1 entsprechend getaktet wird, so sind bei einer positiven Abweichung der Fehlerspannung Δ U die Ausgangsspannung Ua und die Steuerspannung Ul in Phase. Bei einer negativen Abweichung der Fehlerspannung Δ U tritt zwischen der Ausgangsspannung Ua und der Taktfrequenz ein Phasensprung auf, so daß nunmehr die negative Halbwelle der Taktfrequenz gesteuert wird. F i g. 3 Mitte zeigt die Modulation in Abhängigkeit von den positiven Halbwellen der Ausgangsspannung Ua. In diesem Rhythmus erhält eines der Teilwicklungspaare 10 und 12, und 13, 11 und 12 oder 11 und 13 Spannung und führt den Läufer entsprechend dieser Spannung nach.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Selbstabgleichende Kompensationseinrichtung, insbesondere für Kompensographen, bei der eine Meßspannung mit einer Ausgangsspannung einer mit konstanter Spannung gespeisten Widerstandsbrücke verglichen wird, die Differenzspannung von einem Wechselrichter in eine Wechselspannung umgeformt und nach Verstärkung einem als Demodulator arbeitenden Stellmotor zugeführt wird, welcher zusätzlich ein Abgleichpotentiometer der Widerstandsbrücke verstellt, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmotor ein kollektorloser Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutiereinrichtung verwendet wird, welche von der Ausgangswechselspannung des Wechselstromverstärkers gesteuert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gleichstrommotors mit elektronischer Kommutierung, bei dem jede Phase der Ständerwicklung durch Mittlung in zwei Teilwicklungen unterteilt ist, die Mittelpunkte der Phasenwicklungen miteinander verbunden und in Reihe mit jeder Teilwicklung die Kollektor-Emitter-Strecke eines Schalttransistors liegt, wobei die Basen der je zu einer Phase gehörigen Schalttransistoren über die Hallelektroden je eines läuferstellungsabhängig beeinflußten Hallgenerators und die Steuerelektroden der Hallgeneratoren über einen Widerstand und Stelltransistor derart miteinander verbunden sind, daß bei stromführendem Stelltransistor über sämtliche Schalttransistoren ein eingeprägter Emitter-Basis-Strom fließen kann.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung der Hallgeneratoren in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz des Wechselrichters getaktet wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Steuerkreise der Hallgeneratoren über einen Widerstand verbindende Stelltransistor von der Ausgangswechselspannung des Wechselstromverstärkers gesteuert wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Basisstromkreis des Stelltransistors nur eine bestimmte Halbwelle der Ausgangswechselspannung des Wechselstromverstärkers durchlassende Diode geschaltet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Stelltransistors zur Amplitudenbegrenzung Dioden in Antiparallelschaltung angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen