DE2814768A1 - SPEED CONTROL DEVICE FOR A DC MOTOR - Google Patents
SPEED CONTROL DEVICE FOR A DC MOTORInfo
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Description
einen Gleichstrommotora DC motor
Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf die Geschwindigkeitssteuerung für Gleichstrommotoren mittels Beeinflussung des Ankerstroms. Die Erfindung ist gleichermaßen auf Motoren mit Permanentmagneterregung und auf Motoren mit Elektromagneterregung anwendbar.The present invention "relates to speed control for DC motors by influencing the armature current. The invention is equally applicable to engines with permanent magnet excitation and applicable to motors with electromagnetic excitation.
Es ist bekannt, den Anker eines Gleichstrommotors mit Spannungsimpulsen zu beaufschlagen. Die Funktionsweise des Motors hängt also von der durchschnittlichen Energie ab, welche dem Motor durch die Impulse zugeführt wird. Durch Anbringen eines Tachogenerators auf der Motorwelle kann man die Umdrehungsgeschwindigkeit erfassen und demzufolge die durchschnittliche dsm Motor zugeführte Energie beeinflussen. DieeerArt der Geschwindigkeitsregelung ermangelt es an Einfachheit und Wirtschaftlichkeit. Weiterhin ist sie nicht anwendbar bei schon installierten Anlagen, bei denen das Hinzufügen eines Tachogenerators nicht möglich ist.It is known to apply voltage pulses to the armature of a DC motor. The functioning of the engine depends that is, on the average energy that is supplied to the motor by the impulses. By attaching a tachometer generator to the motor shaft, you can determine the speed of rotation and consequently affect the average energy supplied to the dsm motor. The type of cruise control it lacks simplicity and economy. Furthermore, it is not applicable to systems that have already been installed, where adding a tachometer generator is not possible.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Geschwindigkeitsregelung zu schaffen, welche diese Nachteile beseitigt und die sich gut für die beiden genannten Anwendungsfälle eignet.It is an object of the present invention to provide cruise control to create which eliminates these disadvantages and which works well for the two mentioned use cases suitable.
Von der Anmelderin wurde festgestellt, daß, wenn der Ankerstrom zwischen zwei Speiseimpulsen spürbar abklingt, die Spannung an den Ankerklemmen nach einer Übergangsdauer den Wert der elektromotorischen Kraft des Motors annimmt (manchmal auch elektromotorische Gegenkraft genannt). Diese elektromotorische Kraft wiederum ist selbst repräsentativ für die Rotationsgeschwindigkeit des Motors.It was found by the applicant that when the armature current noticeably decays between two feed impulses that Voltage at the armature terminals after a transition period assumes the value of the electromotive force of the motor (sometimes also called counter electromotive force). This electromotive force, in turn, is itself representative of the Speed of rotation of the motor.
Somit schafft die vorliegende Erfindung einmal eine Methode zum Steuern eines Gleichstrommotors, bei dem aufeinanderfolgende Gleichspannungsimpulse dem Anker des Motors zugeführt werden. Erfindungsgemäß wird zwischen den Speiseimpulsen die an den Klemmen des Ankers anliegende Spannung festgestellt, wenn der Ankerstrom, d. h., die elektromotorische Kraft des Motors, spürbar abklingt; anschließend wird die durchschnittliche Energiemenge der Steuerimpulse in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen der so bestimmten Spannung und einem Vorgabewert (gewünschte Geschwindigkeit) beeinflußt. Dies ermöglicht eine präzise Regulierung der Motordrehzahl.Thus, the present invention once provides a method of controlling a DC motor in which successive DC voltage pulses fed to the armature of the motor will. According to the invention is between the feed pulses Voltage present at the terminals of the armature is detected when the armature current, i. i.e., the electromotive force of the Engine, noticeably decays; then the average amount of energy of the control pulses depends on the ratio between the voltage determined in this way and a default value (desired speed). this makes possible precise regulation of the engine speed.
Vorzugsweise wird die Bestimmung der Ankerspannung für jeden Speiseimpuls vollzogen.It is preferable to determine the armature voltage for each Feeding impulse completed.
Das Beeinflussen der durchschnittlichen Energie der Speiseimpulse, die dem Motoranker zugeführt werden, besteht vorteilhafterweise aus wenigstens einer der folgenden Tätigkeiten: einmal dem Einstellen der Verzögerung eines auf einen vorangehenden Impulsν folgenden Steuerimpulses, zum anderen dem Einstellen der Dauer des folgenden Steuerimpulses. In beiden Fällen wird die Amplitude der dem Motor zugeführten Speiseimpulse als konstant angenommen.Influencing the average energy of the feeding impulses, that are fed to the motor armature advantageously consists of at least one of the following activities: on the one hand the setting of the delay of a control pulse following a preceding pulse ν, on the other hand the Setting the duration of the following control pulse. In both cases, the amplitude of the feed pulses supplied to the motor assumed to be constant.
Im erstgenannten Fall kann auch die Impulsdauer selbst konstantIn the former case, the pulse duration itself can also be constant
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sein, und man "beeinflußt einfach die Impulswiederholungsrate, und zwar bei jedem Impuls. Im zweiten Fall kann die Impulsrate selbst konstant sein, und man beeinflußt einfach die Impulsdauer jedes dem Motoranker zugeführten Speiseimpulses. Schließlich kann man diese beiden Arten der Beeinflussung kombinieren.be, and you "simply influence the pulse repetition rate, with every impulse. In the second case the pulse rate itself can be constant and one simply influences that Pulse duration of each feed pulse fed to the motor armature. Finally, one can use these two types of influence combine.
Die Erfindung schafft ebenso eine Steuervorrichtung für einen Gleichstrommotor. Die Vorrichtung umfaßt einen Steuerimpulsgeber sowie Leistungsschalter zum Zuführen der Speiseimpulse zu dem Anker des Motors nach Maßgabe der Steuerimpulse.The invention also provides a control device for a direct current motor. The device includes a control pulse generator and circuit breakers for supplying the feed pulses to the armature of the motor in accordance with the control pulses.
Erfindungsgemäß ist der Steuerimpulsgeber wiederum selbst gesteuert. Die Einrichtung umfaßt eine Detektoranordnung zum Erfassen der an den Ankerklemmen anstehenden Spannung, beispielsweise ein Tiefpaßfilter, und eine Reglereinrichtung zum Steuern des Impulsgebers nach Maßgabe des Verhältnisses zwischen der erfaßten Ankerspannung und einem Vorgabewert. Vorteilhafterweise weist die Regeleinrichtung einen Komparator auf.According to the invention, the control pulse generator is itself controlled in turn. The device comprises a detector arrangement for detecting the voltage present at the anchor terminals, for example a low-pass filter, and a regulator device for controlling the pulse generator in accordance with the ratio between the detected armature voltage and a preset value. The control device advantageously has a comparator.
In einer ersten Ausführungsform umfaßt der Detektor weiterhin einen Hilfskomparator, der an die Klemmen des Motorankers angeschlossen ist, um dort die inversen Überspannungen zu erfassen, die jedem Speiseimpuls folgen, und es ist ein an diesen Hilfskomparator angeschlossener Hilfsschalter vorgesehen, welcher mit dem Tiefpaßfilter verbunden ist, um den Ausgang des Filters während der inversen Überspannungen auf einem hohen Potential zu halten, wobei die Ausgangsspannung des Filters demnach fortschreitend nach jedem Speiseimpuls bis auf einen Viert abnimmt, welcher der elektromotorischen Kraft des Motors entspricht.In a first embodiment the detector further comprises an auxiliary comparator that is connected to the motor armature terminals in order to detect the inverse overvoltages there, which follow each feed pulse, and an auxiliary switch connected to this auxiliary comparator is provided, which is connected to the low-pass filter to control the output of the filter during the inverse overvoltages keep a high potential, with the output voltage of the filter gradually decreases after each feed pulse to a fourth, which of the electromotive Power of the engine.
In einer- zweiten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Detektor weiterhin einen Hilfskomparator, der mit den Klemmen des Motorankers verbunden ist, um dort die inversen Überspannungen' zu erfassen, die auf jeden Speiseimpuls folgen, sowieIn a second embodiment of the invention comprises the Detector also has an auxiliary comparator, which is connected to the terminals of the motor armature to detect the inverse overvoltages' that follow each feed impulse, as well as
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eine Logikschaltung zum Erzeugen eines Aktivierungssignals außerhalb der Speiseimpulsintervalle des Motors und nach, den inversen Überspannungen, die auf die Speiseimpulse folgen, und eine Abtast- und Speicherschaltung, die mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters verbunden ist und durch die Logikschaltung gesteuert wird, wobei die in der Abtast- und Speicherschaltung gespeicherte Spannung somit repräsentativ ist für die elektromotorische Kraft des Motors.a logic circuit for generating an activation signal outside the supply pulse intervals of the motor and after, the inverse overvoltages that follow the supply pulses, and a sample and store circuit connected to the output of the low pass filter and through the logic circuit is controlled, the voltage stored in the sampling and storage circuit thus being representative of the electromotive voltage Power of the engine.
In einer anderen Ausführungsform umfaßt der Tiefpaßfilter einen einfachen Kondensator, um eine kritische Dämpfung der inversen Überspannung an den Ankerklemmen zu erhalten., (das äquivalente Schema des Ankers umfaßt die elektromotorische Kraft, eine Induktivität und einen Widerstand). Die Ausgangsspannung des Filters nimmt also fortlaufend nach jedem Speiseimpuls ab, und zwar bis auf einen Wert, welcher der elektromotorischen Kraft des Motors entspricht.In another embodiment, the low-pass filter comprises a simple capacitor in order to achieve a critical attenuation of the To obtain inverse overvoltage at the anchor terminals., (The equivalent scheme of the anchor includes the electromotive Force, an inductance and a resistance). The output voltage of the filter therefore increases continuously after each feed pulse down to a value which corresponds to the electromotive force of the motor.
Durch die Erfindung werden weiterhin zwei Ausführungsformen einer Regeleinrichtung und einer Steuerimpulsquelle geschaffen.The invention also provides two embodiments of a regulating device and a control pulse source.
In einer ersten Form umfaßt die Steuerimpulsquelle einen getriggerten monostabilen Multivibrator, und die Regeleinrichtung beeinflußt den Triggerzeitpunkt des Multivibrators.In a first form, the control pulse source comprises a triggered one monostable multivibrator, and the control device influences the trigger time of the multivibrator.
In einer zweiten Form umfaßt der Impulsgeber einen monostabilen Multivibrator für Impulse mit gesteuerter Impulsdauer, und die Kegeleinrichtung beeinflußt die Dauer der von dem monostabilen Multivibrator abgegebenen Impulse.In a second form, the pulse generator comprises a monostable multivibrator for pulses with controlled pulse duration, and the cone device affects the duration of the monostable Multivibrator delivered pulses.
Jede der Ausführungsformen der Detektoreinrichtung kann dem einen und/oder dem anderen Typ von Regeleinrichtung zugeordnet werden.Each of the embodiments of the detector device can be assigned to one and / or the other type of control device will.
Die Erfindung ermöglicht ebenfalls ein Regeln der Geschwindigkeit eines Gleichstrommotors durch Zuführen von Impulsen zweierThe invention also enables the speed of a DC motor to be controlled by supplying two pulses
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Polaritäten. Die Regelung betrifft demnach die Drehrichtung (bidirektionale Steuerung).Polarities. The regulation therefore affects the direction of rotation (bidirectional control).
Eine erste Ausführungsform dieser bidirektionalen Steuerung besteht darin,zwei Steuereinrichtungen des oben erläuterten Typs zu verwenden, welche mit entgegengesetzten Polaritäten arbeiten, aber durch dieselbe Vorgabespannung gesteuert werden. Es sind Einrichtungen vorgesehen, die ein gleichzeitiges Auslösen von Impulsen verschiedener Polaritäten verhindern, und zwar vornehmlich aufgrund kleiner Schwankungen um den Nullpunkt in den Komparatoren. Eine weitere Art besteht darin, die dem Motoranker über den Leistungsschalter zugeführten Speiseimpulse in ihrer Polarität wechseln zu lassen. Man erhält gleich lange und alternierende Intervalle bei geder Polarität der Zuführung. TJm am Komparator einen Abstand von Null zu erhalten, kann man dein Kotor kurze Impulse im entgegengesetzten Sinne zuführen, welche aufeinander folgen und sich aufgrund der Trägheit des Motors neutralisieren.A first embodiment of this bidirectional control is to use two control devices of the above Type that work with opposite polarities but are controlled by the same default voltage. Devices are provided to prevent simultaneous triggering of pulses of different polarities, mainly due to small fluctuations around the zero point in the comparators. Another type exists therein that fed to the motor armature via the circuit breaker To let feed impulses change polarity. You get equally long and alternating intervals with geder Feed polarity. TJm to get a distance of zero on the comparator, you can get short pulses in the opposite of your Kotor Introduce the senses, which follow one another and neutralize each other due to the inertia of the motor.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following, exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Pig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Regeleinrichtung der ersten Art das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Speiseimpulsen beeinflußt,Pig. 1 is a basic circuit diagram of a first embodiment of the invention, in which the control device of the first Type influences the interval between successive feed pulses,
Fig. 2 Signalverläufe an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1,Fig. 2 waveforms at different points in the circuit according to Fig. 1,
I1Xg. 3 ein Beispiel einer detailliert dargestellten Schaltungsanordnung auf der Basis des in Fig. 1 gezeigten Prinzipschaltbildes,I 1 Xg. 3 shows an example of a circuit arrangement shown in detail on the basis of the basic circuit diagram shown in FIG. 1,
Fig. 4 ein Prinzipschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Regeleinrichtung des zweiten Typs die Dauer der Speiseimpulse beeinflußt,4 shows a basic circuit diagram of a second embodiment the invention, in which the control device of the second type influences the duration of the feed pulses,
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Fig. 5 Signalformen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 4-, undFig. 5 waveforms at various points in the circuit according to Fig. 4-, and
Fig. 6 ein elektrisches Prinzipschaltbild einer "bidirektionalen Steuerung, die auf der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1 aufhaut.Fig. 6 is an electrical schematic diagram of a "bidirectional Control based on the embodiment Fig. 1 aufhaut.
Fig. 1 zeigt das elektrische Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Sie enthält einen Gleichstrommotor M, der symbolisch angedeutet ist. Ein monostabiler Multivibrator 10 diejit als Steuerimpulsgeber. Dieses Monoflop weist einen Eingang auf, der das Auslösen jedes Impulses ermöglicht, wodurch der Abstand zwischen diesen Steuerimpulsen definiert wird. Der Ausgang des Monoflops 10 steuert einen Schaltkreis 11, der schematisch in Form eines Schalters dargestellt ist. Bei diesem Schalter handelt es sich Uta einen verstärkenden Leistungsschalter. Der Leistungsschalter 11 liegt in Serie zwischen einer positiven Spannungsquelle von +24 V und einer Klemme der Wicklung des Motors II, die andere Klemme der Wicklung liegt auf Masse.1 shows the basic electrical circuit diagram of a first embodiment of the invention. It contains a DC motor M, which is indicated symbolically. A monostable Multivibrator 10 diejit as a control pulse generator. This monoflop has an input that enables each pulse to be triggered, whereby the distance between these control pulses is defined. The output of the monoflop 10 controls one Circuit 11, which is shown schematically in the form of a switch. This switch is a Uta one amplifying circuit breaker. The circuit breaker 11 is connected in series between a positive voltage source of +24 V and one terminal of the winding of the motor II, the other terminal the winding is grounded.
Parallel zu der Motorwicklung ist eine Amplitudenbegrenzeranordnung für die inversen Überspannungen vorgesehen. Der Amplitudenbegrenzer besteht aus einer Zenerdiode 12 und einer normalen Diode 13. Die Diode 13 läßt nur Strom durch, wenn die Ankerspannung bezüglich der durch den Schalter 11 gelieferten Spannung invers ist, was dann der Fall ist, wenn der Schalter geöffnet wird; dann liegt eine inverse Überspannung aufgrund der Induktivität des Motorankers vor. Die Zenerdiode 12 begrenzt diese inverse Überspannung.An amplitude limiter arrangement is parallel to the motor winding intended for the inverse overvoltages. The amplitude limiter consists of a Zener diode 12 and one normal diode 13. The diode 13 only lets current through when the armature voltage is inverse with respect to the voltage supplied by the switch 11, which is the case when the switch is opened; then there is an inverse overvoltage due to the inductance of the motor armature. The zener diode 12 limits this inverse overvoltage.
Der aktive Knotenpunkt C des Motorankers (diejenige Klemme, die mit dem Leistungsschalter 11 verbunden ist), ist mit einem Tiefpaßfilter verbunden, der hier aus einem Widerstand 17 und odnea. Kondensator 16 besteht. Der dem Widerstand 17 und dem Kondensator 16 gemeinsame Knotenpunkt stellt den Ausgang des TiefpaßfiltersThe active node C of the motor armature (the terminal which is connected to the circuit breaker 11) is connected to a low-pass filter, which here consists of a resistor 17 and odnea. Capacitor 16 is made. The node common to resistor 17 and capacitor 16 represents the output of the low-pass filter
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Der Punkt C des Ankers des Motors W ist weiterhin mit dem inversen Eingang eines Hilfskomparators 14-, der linlcs in der Figur dargestellt ist, verbunden. In der Darstellung werden inverse Eingänge durch, einen kleinen Kreis angedeutet. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 14- empfängt Erd-Potential, wie auch die andere Klemme des Motorankers. Auf diese Weise wird der Ausgang des Komparators 14- nur dann erregt, wenn der Punkt C des Ankers des Motors M bezüglich Masse negativ ist. In diesem Fall x^irkt der Komparator 14-auf einen Transistorschalter 15 öin, der schematisch in der Zeichnung angedeutet ist. Der Transistorschalter 15 "beaufschlagt den Kondensator mit einer Spannung von +24- V, um am Kondensator die Spannung aufrechtzuerhalten, die er während des Speiseimpulses empfangen hat, welcher soeben beendet ist.The point C of the armature of the motor W is still connected to the inverse input of an auxiliary comparator 14-, the linlcs in the Figure is shown connected. In the illustration, inverse inputs are indicated by, a small circle. Of the non-inverting input of comparator 14- receives earth potential, as well as the other clamp of the motor armature. In this way, the output of the comparator 14- is only energized when when the point C of the armature of the motor M is negative with respect to ground. In this case, the comparator 14 works a transistor switch 15 öin, which is shown schematically in FIG Drawing is indicated. The transistor switch 15 "applies a voltage of +24 V to the capacitor in order to get across the capacitor maintain the voltage it received during the feed pulse which has just ended.
Die PuGgeleinrichtung unifaßt einen Haupt-Kotaparatorverstärker 18, dessen nichtinverfcierter Singang mit dein. Ausgang des Tiefpaßfilters verbunden ist, ά. h., dieser Eingang empfängt die Spannung, die an den Elektroden des Sondensators 16 anliegt. Der inverse Eingang des Komparators 18 empfängt eine Bezugsspannung, die repräsentativ ist für die gewünschte Geschwindigkeit des Kotors. Im Fall der Gleichheit der zugeführten Signale betätigt der Ausgang des Komparators 18 das Monoflop 10, uia das Zuführen eines neuen Speiseimpulses zu der Kotorwicklung auszulösen.The PuGgel device includes a main cotaparator amplifier 18, whose unconscious singing with your. Output of the low-pass filter connected, ά. That is, this input receives the voltage that is applied to the electrodes of the probe 16. Of the inverse input of the comparator 18 receives a reference voltage, which is representative of the desired speed of the kotor. In the event that the signals supplied are identical, actuated the output of the comparator 18 the monoflop 10, uia the supply trigger a new feed pulse to the Kotorwindung.
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Fig. 2a bis 2c die Funktionsweise der in 51Xg. 1 dargestellten Anordnung erläutert werden.In the following, with reference to FIGS. 2a to 2c, the mode of operation of the in 5 1 Xg. 1 will be explained.
In Fig. 2a ist das Ausgangssignal des Monoflops 10 dargestellt. Die Ausgangsimpulse haben eine vorbestimate Impulsdauer. Fig. 2b zeigt die an den Klemmen des Ankers des Kotors M anstehende Spannung. Während der Speiseimpulse, die durch den Leistungsschalter 11 geliefert werden und die den Steuerimpulsen in Fig. 2a entsprechen, beträgt die Ankerspannung des Motors +2-1 V. Am EndeThe output signal of the monostable multivibrator 10 is shown in FIG. 2a. The output pulses have a predetermined pulse duration. Figure 2b shows the voltage present at the terminals of the anchor of the Kotors M. During the feed pulses generated by the circuit breaker 11 and which correspond to the control pulses in Fig. 2a, the armature voltage of the motor is + 2-1 V. At the end
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des Steuerimpulses fällt die Spannung schlagartig ab und nimmt negative Werte an, und awar aufgrund der Induktivität des Ankers. Wie bereits angedeutet wurde, wird die negative Überspannung 21 durch das Zusammenwirken der Zenerdiode 12 und der Diode 13 begrenzt. Fach dieser Phase der negativen Überspannung 21 steigt die Spannung wiederum bis auf einen Pegel an. Während dieser Zeitdauer leitet der Schalter 11 nicht. Die aus den Elementen 12 und 13 bestehende Begrenzerschaltung für die Überspannung leitet nach der Überspannung nicht mehr. Demzufolge entspricht der Pegel 22 der elektromotorischen Kraft des Motors, wenn dieser zwischen zwei Steuerimpulsen aufgrund seiner mechanischen Last weiterbewegt wird. Diese elektromotorische Kraft ist, wie es für sich bekannt ist, repräsentativ für die Drehzahl des Motors.of the control pulse, the voltage drops suddenly and takes on negative values, and awar due to the inductance of the Anchor. As already indicated, the negative overvoltage 21 is due to the interaction of the Zener diode 12 and the diode 13 is limited. Compartment of this phase of negative overvoltage 21 the voltage rises again up to a level. During this time the switch 11 does not conduct. the The overvoltage limiter circuit consisting of elements 12 and 13 no longer conducts after the overvoltage. As a result corresponds to the level 22 of the electromotive force of the motor when it is due between two control pulses its mechanical load is moved on. As is known per se, this electromotive force is representative for the speed of the motor.
Wie bereits gesagt wurde, wird die Spannung an den Klemmen des Motorankers durch den Widerstand 17 dem Kondensator 16 zugeführt. Der Widerstand 17 und der Kondensator 16 weisen eine Zeitkonstante, nämlich die Tiefpaßfilter-Zeitkonstante auf. Weiterhin hält der Transistorschalter 15? der durch den Komparator 14 gesteuert wird, eine positive Spannung von +24 V am Kondensator 16 während der negativen Überspannung an den Klemmen des Motorankers aufrecht. Demzufolge beträgt, wie man in Fig. 2c sieht, die Spannung am Kondensator 16 24 V, während der Leistungsschalter 11 den Motor mit einer Spannung von 24 V beaufschlagt. Zum Zeitpunkt der negativen Überspannung an den Motorklemmen bleibt die Spannung von 24 V erhalten. Dann nimmt die Spannung an den Elektroden des Kondensators 16 fortschreitend ab, bis sie asymptotisch sich der elektromotorischen Kraft des Motors annähert.As already stated, the voltage at the terminals of the motor armature is fed to the capacitor 16 through the resistor 17. The resistor 17 and the capacitor 16 have a time constant, namely the low-pass filter time constant. Furthermore, the transistor switch 15? that by the comparator 14 is controlled, a positive voltage of +24 V on capacitor 16 during the negative overvoltage on the Clamp the motor armature upright. Accordingly, as can be seen in Fig. 2c, the voltage across the capacitor 16 is 24 V, while the circuit breaker 11 applies a voltage of 24 V to the motor. At the time of the negative overvoltage on the The voltage of 24 V is retained on the motor terminals. Then the voltage on the electrodes of the capacitor 16 gradually decreases until it asymptotically approaches the electromotive force of the motor.
Wenn die Kondensatorspannung den Vorgabewert (Punkt 25 in Fig. 2c) erreicht, gibt der Komparator 18 einen Steuerimpuls an das Monoflop 10, was zur Folge hat, daß letzteres das Zuführen eines neuen Impulses von 24 V zu dem Motor veranlaßt.If the capacitor voltage exceeds the default value (point 25 in 2c), the comparator 18 emits a control pulse to the monoflop 10, with the result that the latter causes a new pulse of 24 V to be supplied to the motor.
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Nun läßt sich anhand der Fig. 2b und 2c exakt die Funktionsweise der Regelvorrichtung für die Geschwindigkeit untersuchen. Wie aus Fig. 2c hervorgeht, betrug vor dem ersten Impuls von 24- V die Spannung an den Motorklemmen soviel, wie es im Punkt angedeutet ist, wobei angenommen wird, daß dieser Wert dem Vorgabewert entspricht. Es sei angenommen, daß während der Zuführung des ersten Impulses 25 (24- V) die Belastung des Motors zugenommen hat, beispielsweise aufgrund einer vorübergehenden Trockenreibung. Dementsprechend ist nach dem ersten Impuls 23 die elektromotorische Kraft des Motors am Punkt 22 (Fig. 2b) niedriger als die elektromotorische Kraft am Punkt 26. Betrachtet man nun Fig. 2c, so erkennt man, daß das Abnehmen der Kondensatorladung nach dem Impuls 25 ziemlich schnell vonstatten geht, da der Impuls bis auf den Wert 22 der elektromotorischen Kraft abnehmen muß; letzerer ist aber niedriger als vorher (26). Folglich wird der nachfolgende Steuerimpuls für den Motor relativ früh angestoßen, näialich am Punkt 25-The mode of operation can now be shown exactly on the basis of FIGS. 2b and 2c the speed control device. As can be seen from Fig. 2c, was before the first pulse of 24- V the voltage at the motor terminals as much as it is indicated in the point, whereby it is assumed that this value corresponds to the Corresponds to the default value. It is assumed that during the application of the first pulse 25 (24-V) the load on the motor has increased, for example due to temporary dry friction. Accordingly, after the first pulse 23 the electromotive force of the motor at point 22 (Fig. 2b) is lower than the electromotive force at point 26. Considered if you now see Fig. 2c, it can be seen that the decrease in the capacitor charge happens pretty quickly after pulse 25, there the impulse must decrease to the value 22 of the electromotive force; but the latter is lower than before (26). Consequently the following control pulse for the motor is triggered relatively early, usually at point 25-
Im Gegensatz hierzu sieht man nach dem zweiten Speiseimpuls 27, daß der Motor von neuem eine elektromotorische Kraft 28 erhalten hat, die dem Anfangswart 26 entspricht. In diesem Fall geschieht, wie man in Fig. 2c erkennt, das Entladen des Kondensators 16 x-ieniger schnell, und das Auslösen des nachfolgenden Impulses erfolgt bei Punkt 29» der weiter von dem vorausgehenden Steuerimpuls entfernt ist, als es der Punkt 25 war. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeitsregelung vorgenommen, indem die durchschnittliche Energie der dem Motor zugeführten Impulse beeinflußt wird-In contrast to this, after the second feed pulse 27, one sees that the motor again receives an electromotive force 28 which corresponds to the beginning waiting 26. In this case, as can be seen in FIG. 2c, the capacitor 16 is discharged x-less fast, and the triggering of the following impulse takes place at point 29 »the next from the previous control pulse away when it was point 25. In this way the speed control is done by influencing the average energy of the pulses supplied to the motor will-
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine spezielle Ausführungsfora der in Fig. 1 schematisch dargestellten Anordnung beschrieben werden.In the following, with reference to FIG. 3, a special Implementation of the arrangement shown schematically in FIG. 1 to be discribed.
Fig. 3 zeigt den Hotor M und parallel zu dessen Ankerwicklung die Zenerdiode 12 und die Diode 13.Fig. 3 shows the Hotor M and parallel to its armature winding the zener diode 12 and the diode 13.
Die Leistungsschalteranordnung führt im angesteuerten ZustandThe circuit breaker arrangement leads in the activated state
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der Ankerwicklung des Motors M über eine Leistungsdiode 110 (vorteilhafterweise dazu verwendet, um den Leistungstransistor zu schützen) eine Spannung von 24 V zu.the armature winding of the motor M via a power diode 110 (advantageously used to protect the power transistor) to a voltage of 24 V.
Die Leistungsschalteranordnung umfaßt einen Leistungstransistor 111, einen Steuertransistor 11$ und einen Schutztransistor 112. Der Emitter des Leistungstransistors 111 ist mit der Anode der Diode 110 verbunden, während sein Kollektor mit der +24 V-Klemme über einen Widerstand 1110 verbunden ist. Weiterhin ist der Kollektor des Leistungstransistors 111 über einen Widerstand 1112 mit der Basis des Transistors 112 verbunden. Der Emitter des Transistors 112 ist direkt mit der +24 V-Kiemme verbunden; sein Kollektor ist mit der Basis des Steuertransistors 113 verschaltet, um den Steuerstrom zu begrenzen (vor allem für den Fall des Kurzschlusses). Der Kollektor des Transistors 113 ist über einen Widerstand II30 mit dem Emitter des Transistors 111 verbunden, sowie mit dessen Basis, um den Transistor zu steuern. Schließlich ist der Emitter des Transistors 113 τη it der +24 V-Klemme über einen Widerstand II3I verbunden. Die Basis des Transistors II3 ist an den Verbindungspunkt zweier Widerstände angeschlossen, nämlich eines ersten Widerstandes 1132, dessen andere Klemme mit der +24 V-Leitung in Verbindung steht und des Widerstandes 1153» dessen anderer Anschluß den Leistungsschalter mit dem Ausgang des Monoflops verbindet. The power switch arrangement comprises a power transistor 111, a control transistor 11 $ and a protection transistor 112. The emitter of the power transistor 111 is connected to the anode of the diode 110, while its collector is connected to the +24 V terminal is connected via a resistor 1110. Furthermore, the collector of the power transistor 111 is via a resistor 1112 connected to the base of transistor 112. The emitter of transistor 112 is connected directly to the +24 V terminal; be The collector is connected to the base of the control transistor 113 in order to limit the control current (especially in the event of a short circuit). The collector of transistor 113 is via a Resistor II30 connected to the emitter of transistor 111, as well as with its base to control the transistor. Finally, the emitter of transistor 113 is τη it the +24 V terminal via a Resistor II3I connected. The base of transistor II3 is on connected to the junction of two resistors, namely a first resistor 1132, the other terminal of which is connected to the +24 V line is connected and the resistance 1153 »its other Connection connects the circuit breaker to the output of the monoflop.
Die monostabiie Schaltung umfaßt zwei Verstärkez^-Komparatoren und 102 (deren Ausgang einen Schalttransistor umfaßt, der normaler- ■ weise einen Nullpegel abgibt). Der Ausgang des Komparators 101, der den Ausgang des monostabilen Schaltung bildet, ist mit dem inversen Eingang des Komparators 102 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang dieses Komparators steht mit dem inversen Eingang des Komparators 101 in Verbindung, ferner mit dem Mittelanschluß eines aus zwei Widerständen 103 und 104 gebildeten Spannungsteilers. Der Spannungsteiler liegt zwischen der +24 V-Klemme und Hasse. Schließlich ist der Ausgang des Komparators 102 über einen Widerstand 105 mit dem gemeinsamen Anschlußpunkt der Widerstaiids-Teilerbrücke verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Komparator3The monostable circuit comprises two amplification comparators and 102 (the output of which comprises a switching transistor which normally emits a zero level). The output of the comparator 101, which forms the output of the monostable circuit is connected to the inverse input of the comparator 102. The non-inverting one The input of this comparator is connected to the inverse input of the comparator 101 and also to the center connection a voltage divider formed from two resistors 103 and 104. The voltage divider is between the +24 V terminal and Hasse. Finally, the output of the comparator 102 is through a resistor 105 with the common connection point of the resistance divider bridge tied together. The non-inverting input of the comparator 3
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ist über einen Widerstand 106 mit der +24 V-Klemme verbunden und liegt über einen Widerstand 108 auf Masse. Dieser Eingang stellt den Eingang der monostabilen Schaltung dar.is connected to the +24 V terminal via a resistor 106 and is connected to ground via a resistor 108. This input represents the input of the monostable circuit.
Man sieht, daß in der Leistungsschalteranordnung der Leistungstransistor 111 gesperrt ist, vrenn der Transistor 113 selbst gesperrt ist, d. h., wenn die Basis des Transistors 113 und somit der Ausgang des Verstärkers 102 im Bereich von +24 V liegen. Dies ist genau der Ruhezustand, der vorliegt, wenn der Kondensator 108, vollständig auf 24 V aufgeladen, die Spannung am Mittelpunkt der Widerstandsbrücke 103, 104, 105 übersteigt. (Der Widerstand 105 wird durch den Komparator 102, dessen inverser Eingang positiver ist als der nichtinvertierende Eingang, auf Null gebracht und versetzt den Komparator 101 in den geöffneten Zustand; der Ausgang des Komparators 101 steigt bis auf +24 V aufgrund der Widerstände 1132 und 1133 an).It can be seen that the power transistor 111 is blocked in the circuit breaker arrangement when the transistor 113 itself is blocked, d. i.e., when the base of transistor 113 and thus the output of amplifier 102 in the +24 V range lie. This is precisely the idle state that exists when the capacitor 108, fully charged to 24V, the voltage at the center of the resistor bridge 103, 104, 105 exceeds. (The resistor 105 is made by the comparator 102, its inverse Input is more positive than the non-inverting input, on Brought to zero and sets the comparator 101 in the open state; the output of the comparator 101 rises to +24 V. due to resistors 1132 and 1133).
Die Spannung an den Ankerklemmen des Motors M wird über den Widerstand 17 dem Kondensator 16 zugeführt. Der dem Widerstand und dem Kondensator 16 gemeinsame Knotenpunkt bildet den Eingang des Verstärker-Komparators 18. Der inverse Eingang des Komparators 18 empfängt eine Referenzspannung, die ihm von einem Potentiometer 180 zugeführt wird, das an eine 24-V-Spannung, die vorzugsweise stabilisiert ist, angeschlossen ist. Es versteht sich, daß anstelle Potentiometers auch eine andere Vorgabespannungsquelle vorgesehen sein kann, die, falls notwendig, variabel ist. Wie in Fig. dargestellt ist, übernimmt ein Schalttransistor 15 für den Kondensator 16 die Solle des Inhibitors während der negativen Überspannungen, die an den Klemmen des Ankers des Motors M entstehen. Hierzu ist der Emitter des Transistors 15 mit der +24 V-Klenme verbunden, und sein Kollektor ist an den dem Widerstand 17 und dem Kondensator 16 gemeinsamen Punkt geschaltet. Die Basis des Transistors 15 ist ebenfalls mit der +24 V-Klemme über einen Widerstand 150 verbunden, und vreiterhin über einen Widerstand mit dem Ausgang des DifferentialVerstärkers 14. Der inverse Eingang des Operationsverstärkers 14 liegt auf Masse. Sein nichtin vertie render Eingang empfängt über einen Widerstand 140 dieThe voltage at the armature terminals of the motor M is via the Resistor 17 is fed to capacitor 16. The node common to the resistor and the capacitor 16 forms the input of the amplifier comparator 18. The inverse input of the comparator 18 receives a reference voltage given to it by a potentiometer 180 is fed to a 24V voltage, which is preferably is stabilized, is connected. It goes without saying that a different default voltage source is also provided instead of a potentiometer which is variable if necessary. As shown in Fig., A switching transistor 15 takes over for the capacitor 16 the should of the inhibitor during the negative overvoltages that arise at the terminals of the armature of the motor M. For this purpose, the emitter of transistor 15 is connected to the +24 V terminal connected, and its collector is connected to the resistor 17 and the capacitor 16 common point switched. The base of transistor 15 is also connected to the +24 V terminal via a Resistor 150 connected, and furthermore via a resistor to the output of the differential amplifier 14. The inverse input of the operational amplifier 14 is connected to ground. Its not in vertie render input receives through a resistor 140 the
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Spannung an den Klemmen des Motorankers. Man erkennt, daß im Gegensatz zu Fig. 1 die Spannung des Motorankers nicht direkt am Motor abgegriffen wird, sondern an der Anode der Diode 110. Somit wird der Verstärker 14 bei allen Spannungen, die über der Schwellenspannung der Diode 110 liegen, gesättigt. Der Verstärker 14 wird somit bei den negativen Überspannungen sowie bei Spannungen, die etwas positiv sind, gesperrt, was zu einer zuverlässigeren Funktionsweise führt. In dieser Zeit führt der Verstärker 14 der Basis des Transistors 15 eine niedrige Spannung zu, wodurch der. Transistor leitend wird und die Ladung des Kondensators 16 auf dem Potential von +24 V hält.Voltage at the terminals of the motor armature. It can be seen that, in contrast to FIG. 1, the voltage of the motor armature is not direct is tapped at the motor, but at the anode of the diode 110. Thus, the amplifier 14 is at all voltages above the threshold voltage of the diode 110 are saturated. The amplifier 14 is thus at the negative overvoltages as well locked at voltages that are somewhat positive, which leads to a more reliable functionality. During this time the Amplifier 14 of the base of transistor 15 has a low voltage to what the. The transistor becomes conductive and holds the charge of the capacitor 16 at the potential of +24 V.
Im folgenden soll die Punktionsweise der oben beschriebenen Schaltung erläutert werden. Der Kondensator 16 besitzt eine Spannung von +24 V, solange der Motor durch den Leistungsschalter und insbesondere durch den Leistungstransistor 111 gespeist wird. Es verbleibt die Spannung von +24 V an dem Kondensator während der negativen Überspannung, da der Transistor 15 dann leitet. Anschließend entlädt sich der Kondensator über dem Widerstand bis auf eine Restspannung, welche die elektromotorische Kraft des Motors darstellt. Eie Entlade spannung xirird durch den Verstärker-Eomparator 18 mit dem Vorgabewert, der durch das Potentiometer 180 festgelegt wird, verglichen. Solange die Spannung höher ist, befindet sich der Ausgang des !Comparators 18 auf hohem Pegel. Es wurde bereits festgestellt, daß dies die Funktion der monostabilen Kippstufe und der Leistungsschalter verhindert. Im Gegensatz dazu fällt das Ausgangssignal des Verstärkers 18 auf Erdpotential ab, sobald die Spannung an den Elektroden des Kondensators 16 gering;or wird als der Vorgabewert, wodurch der Kondensator 108 sehr schnell entladen wird, was wiederum daο Monoflop steuert. Das Wiederaufladen des letztgenannten Kondensators bis auf den durch die Teileranordnung 103» 104 und festgelegten Wert ist während dieses Intervalls ohne Wirkuno;, da der inverse Eingang des Komparators 102 einen niedrigeren Pegel auf v/eist (der Ausgang von 101 ist Kuli) als der nichtinvertierende Eingang, und demzufolge wird der Äusgangstransistor des Komparators 102 gesperrt. Es folgt ein Steuerimpuls, der von dein. Leistungs-The method of puncturing the circuit described above will be explained below. The capacitor 16 has a Voltage of +24 V as long as the motor is fed by the power switch and in particular by the power transistor 111. The voltage of +24 V remains on the capacitor during the negative overvoltage, since the transistor 15 then conducts. The capacitor then discharges through the resistor down to a residual voltage, which is the electromotive force of the engine. The discharge voltage is determined by the amplifier comparator 18 with the default value, which is set by the potentiometer 180, compared. As long as the tension is higher the output of the! Comparator 18 is high Level. It has already been established that this is the function of monostable multivibrator and the circuit breaker prevented. In contrast, the output of amplifier 18 falls to ground potential as soon as the voltage at the electrodes of the capacitor 16 is low; or is than the default value, whereby the Capacitor 108 is discharged very quickly, which in turn daο Monoflop controls. The recharging of the last-mentioned capacitor except for that by the divider arrangement 103 »104 and The specified value has no effect during this interval, since the inverse input of the comparator 102 has a lower level on v / eist (the exit of 101 is coolie) as the non-inverting one Input, and thus the output transistor of the comparator 102 blocked. This is followed by a control pulse from your. Performance
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schalter (Transistoren 113, 112 und 111) verarbeitet wird, um aufs neue dem Motor M einen Impuls von 24 V zuzuführen. Die vorbestimmte Impulsdauer x«fird im wes entlich en durch den Kondensator 108 und den Widerstand 107 festgelegt, und weiterhin durch den von dem aus den Widerständen 103, 104 und 105 bestehenden Spannungsteiler festgelegten Pegel.switch (transistors 113, 112 and 111) is processed in order to supply the motor M with a pulse of 24 V again. The predetermined pulse duration x «fird essentially by the Capacitor 108 and resistor 107 set, and further by that of the resistors 103, 104 and 105 existing voltage divider specified level.
Das hier verwendete Tiefpaßfilter besteht einfach aus einem Widerstand, an den sich ein Kondensator anschließt. Hieraus ergibt sich, daß die Ladung des Kondensators bis auf den Wert der elektromotorischen Kraft des Motors abnimmt, und zwar gemäß einem bekannten exponentiell en Verlauf. Man kann ebenso Tiefpaßfilter (oder Integratorfilter) verwenden, die komplexer aufgebaut sind und die unterschiedliche Charakteristiken aufweisen, "vorausgesetzt, diese sind bekannt und vorzugsweise monoton.The low-pass filter used here simply consists of a resistor to which a capacitor is connected. From this it is found that the charge of the capacitor decreases to the value of the electromotive force of the motor, namely according to a known exponential curve. One can also use low-pass filters (or integrator filters), which are more complex and which have different characteristics "provided these are known and are preferred monotonous.
So kann z. B. der Widerstand 17 durch eine Stromquelle ersetzt werden, die durch die Spannung des Motorankers gesteuert wird. Man erhält somit eine abnehmende Rampenspannung, die geradlinig bis auf die elektromotorische Kraft des Motors abnimmt. Der Begriff Tiefpaßfilter soll hier so verstanden werden, daß er auch eine solche Integratorschaltung miterfaßt.So z. B. the resistor 17 can be replaced by a power source controlled by the voltage of the motor armature will. A decreasing ramp voltage is thus obtained, which decreases in a straight line down to the electromotive force of the motor. The term low-pass filter should be understood here to include such an integrator circuit.
Das Filter ermöglicht es, die aufgrund der Verzögerungen in den Schaltungsteilen auftretenden Übergänge zu eliminieren, insbesondere die Übergänge, die aufgrund der Verzögerung beim Ansteigen der Überspannung auftreten, denn der Motoranker umfaßt nicht nur eine Induktivität, sondern ist auch mit Verlusten behaftet, die die Wirkung eines zu der Induktivität parallel geschalteten Widerstandes haben. (Bei NichtVorhandensein dieses -Verlustwiderstandes würde die Motorspannung im Augenblick der Auslöschung der negativen Überspannung augenblicklich wieder auf den Wert der elektromotorischen Kraft zurückgehen, während dieser Anstieg fortschreitend erfolgt, wie man es in den Fig. 2b und 5C erkennen kann).The filter makes it possible to eliminate the transitions that occur due to the delays in the circuit parts, in particular the transitions that occur due to the delay in the rise of the overvoltage, because the motor armature not only includes an inductance, but is also fraught with losses that the effect have a resistor connected in parallel to the inductance. (In the absence of this -Verlustwiderstandes would the motor voltage at the moment of extinction of the negative surge back instantly to the value of the electromotive force, while this increase takes place progressively, as can be seen in FIGS. 2b and 5 C).
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Die Filterung hat noch einen weiteren Vorteil. Die mit dem die gewünschte Geschwindigkeit repräsentierenden Vorgabewert verglichene Spannung ist nicht die elektromotorische Kraft des Motors selbst für einen Strom Null, sondern eine Spannung, die sich daran durch Überhöhung asymptotisch annähert. Diese asymptotische Annäherung durch Überhöhung erzeugt ein stufenweises Verhältnis zwischen dem Abstand (der Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft und seinem Vorgabewert) und der dem Motor zugeführten Leistung. Hierdurch wird der Verstärkungsgrad der Geschwindigkeitsregeleinrichtung und die Stabilität festgelegt.The filtering has another advantage. The one with the one desired speed representing the default value compared is not the electromotive force of the Motor itself for a current of zero, but a voltage that asymptotically approaches it by increasing it. This asymptotic Cant approximation creates a gradual relationship between the distance (the difference between the electromotive force and its default value) and the power supplied to the motor. This increases the gain of the speed control device and the stability set.
Die Verwendung des Filters bietet darüberhinaus eine Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser ist ein Komparator 14 zum Identifizieren der Periode, während der die negative Überspannung an den Ankerklemiaen erzeugt wird, verwendet vjorden. Durch Regeln der durch den Widerstand 17 und den Kondensator 16 festgelegten Zeitkonstanten derart, daß diese ein Eliminieren der negativen Überspannung des Ankers durch Ausfiltern bewirkt, und zwar praktisch schwingungsfrei, kann man die an den Elektroden des Kondensators 16 anliegende Spannung direkt verwenden, ohne während der Überspannung das Potential an dem Kondensator gezwungenermaßen auf dem Viert von +24 -V zu halten. In Fig. 1 entspricht dies dem Weglassen des Komparators 14 und des Transistorschalters 15· Dennoch ist die so erhaltene Zeitkonstante für den Widerstand 17 und den Kondensator 16 groß genug und setzt voraus, daß der Abstand zwischen den Steuerimpulsen beträchtlich ist. Dies ist jedoch nur bei Anwendungen möglich, bei denen eine schwache Leistung vorliegt, wobei die Zeit zwischen den Impulsen grundsätzlich relativ lang ist und aus dem gleichen Grund bei Anwendungsfällen, bei denen man relativ lange Ansprechzeiten der Regelung in Kauf nehmen kann; dieses Verfahren bringt ebenfalls eine Verstärkung und somit eine geringere Genauigkeit mit sich.The use of the filter also offers a variant of the first embodiment of the invention. This is a Comparator 14 is used to identify the period during which the negative overvoltage is generated on the armature terminals vjorden. By regulating the time constants established by resistor 17 and capacitor 16 such that this eliminates the negative overvoltage of the armature by filtering it out, practically vibration-free, the voltage applied to the electrodes of the capacitor 16 can be used directly without this during the overvoltage To keep the potential on the capacitor forced to the fourth of +24 -V. In Fig. 1 this corresponds to the omission of the Comparator 14 and the transistor switch 15 · Nevertheless, the time constant thus obtained for resistor 17 and capacitor 16 is large enough and assumes that the distance between the control pulses is considerable. However, this is only possible in applications that have poor performance, where the time between pulses is generally relatively long and for the same reason in applications where one can accept relatively long response times of the regulation; this method also brings a reinforcement and thus a lower accuracy with itself.
Weiterhin kann man in Fig. 5 für die Wirkung des Komparators eine Schwelle vorsehen, in dem sein nichtinvertierender EingangFurthermore, one can see in FIG. 5 for the effect of the comparator to provide a threshold in which to be non-inverting input
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über einen. Widerstand (nicht dargestellt) mit der +24V-Klemme verbunden wird.about a. Resistance (not shown) to the + 24V terminal is connected.
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 4- die zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Die Barstellung zeigt den Gleichstrommotor M, die Leistungsschaltervorrichtung 11, die den Motor mit der +24-V-Spannung speist. Weiterhin ist dem Motoranker die Begrenzerschaltung für Überspannungen parallelgeschaltet; sie besteht aus der Zenerdiode 12 und der Diode 13·In the following with reference to Fig. 4- the second embodiment of the invention will be explained. The bar position shows the DC motor M, the circuit breaker device 11, which feeds the motor with +24 V voltage. Furthermore is the Motor armature the limiter circuit for overvoltages connected in parallel; it consists of the Zener diode 12 and the diode 13
Weiterhin ist in Fig. 4- ähnlich wie in Fig. 1 ein Differentialverstärker 14- angezeichnet, welcher als Detektor für die an den Klemmen des Notorankers entstehenden Überspannungen fungiert. Die Klemmen des Kotorankers sind mit einem Widerstand 17 verbunden, der in Serie zu einem Kondensator 16 liegt.Furthermore, in Fig. 4-, similar to Fig. 1, there is a differential amplifier 14- which acts as a detector for the overvoltages occurring at the terminals of the emergency anchor. The terminals of the Kotoranker are connected to a resistor 17 which is in series with a capacitor 16.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform umfaßt die in Fig. 4-dargestellte Anordnung am Ausgang des Kondensators 16 und parallel au diesem einen Abtast- und Speicherschaltkreis 4-0. In bekannter Weise besteht der Abtast- und Speicherschaltkreis 4-0 aus einem Schalter 401 (vorzugsweise als Feldeffekttransistor ausgebildet), an den sich ein Kondensator anschließt, der einen Analogspeicher 4-02 bildet. Weiterhin schließt sich ein Verstärker 4-03 an, an dessen Ausgang die in dem Kondensator" 4-02 gespeicherte Spannung abgegriffen v/erden kann, ohne daß der Kondensator spürbar entladen wird. Es versteht sich, daß die in dem Kondensator 4-02 gespeicherte Spannung abhängt vom Augenblick des Schließens des Schalters 4-01, daher die Bezeichnung Abtast- und Hai te schal tiere is.In contrast to the first embodiment, the one shown in FIG Arrangement at the output of the capacitor 16 and a sampling and storage circuit 4-0 in parallel therewith. In well-known The sampling and storage circuit 4-0 consists of a switch 401 (preferably designed as a field effect transistor), to which a capacitor is connected, which forms an analog memory 4-02. An amplifier 4-03 is also connected to it the output of which the voltage stored in the capacitor "4-02 can be tapped off without the capacitor noticeably discharging will. It goes without saying that the voltage stored in the capacitor 4-02 depends on the moment the switch 4-01 closes, hence the term scanning and Hai te schal animals is.
Der Ausgang des Abtast- und Speicherschaltkreises, d. h. der des Verstärkers 4-03, ist mit dem nicht invertieren den Eingang eines Verstärkers 4-1 verbunden. Wie in der anderen Aus führung s form, empfängt der inverse Eingang dieses Verstärkers eine Vorgabespannung, die repräsentativ ist für die gewünschte Geschwindigkeit. Der Ausgang des Verstärkers 4-1 liefert ein Signal, das dem Unterschied zwischen der Spannung des Abtast- und Speicherschaltreises und dem Bezugswert entspricht. Gemäß diesem Unterschied steuertThe output of the sample and store circuit, i. H. the des Amplifier 4-03, is used to not invert the input of one Amplifier 4-1 connected. As in the other embodiment, the inverse input of this amplifier receives a preset voltage, which is representative of the desired speed. The output of the amplifier 4-1 provides a signal that shows the difference between the voltage of the sampling and storage circuit and the reference value. According to this difference controls
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der Ausgang des Verstärkers 41 eine monostabile Kippstufe 42. Diese Kippstufe ist so ausgebildet, daß die Impulsdauer abgegebener Impulse steuerbar ist. Ein Oszillator 43, wie beispielsweise ein astabiler Multivibrator, ist mit dem Monoflop verbunden, um den Beginn jedes Impulses au steuern. Die Impulsdauer der von dem Monoflop 42 abgegebenen Impulse umfaßt einen festen Teil und einen Teil, der proportional ist zu der vom Ausgang des Verstärkers 41 zugeführten Größe der Abweichung. Diese Steuerimpulse werden auf den Leistungsschalter 11 gegeben, um die Zeiten festzulegen, in denen der Motor M gespeist wird.the output of the amplifier 41 is a monostable multivibrator 42. This multivibrator is designed so that the pulse duration is emitted Impulse is controllable. An oscillator 43 such as an astable multivibrator is connected to the monoflop to control the start of each impulse. The pulse duration of the pulses emitted by the monoflop 42 comprises a fixed part and a part which is proportional to that of the Output of the amplifier 41 supplied size of the deviation. These control pulses are given to the circuit breaker 11 in order to determine the times in which the motor M is fed.
Weiterhin werden dieselben Steuerimpulse zusammen mit dem Ausgang des Koiaparators 14 einem HOR-Glied 4p zugeführt, welches den Kontakt 401 des Abtast- und Speicherschaltkreises 40 über ein Verzögerungselement 46 steuert. Durch Betätigung des NOR-Gliedes 45 wird der Kontakt 401 nur geschlossen, wenn erstens der Gleichstrommotor nicht gespeist wird und zweitens an den Klemmen keine negative Überspannung ansteht (dies wird durch den Komparator 14 festgestellt). Las Schließen erfolgt nach einer kurzen zeitlichen Verzögerung durch das Verzögerungsglied 46.Furthermore, the same control pulses are fed together with the output of the Koiaparator 14 to an HOR element 4p, which the contact 401 of the sampling and storage circuit 40 controls via a delay element 46. By operating the NOR element 45 the contact 401 is only closed if first the DC motor is not fed and, secondly, there is no negative overvoltage at the terminals (this is indicated by the comparator 14 detected). The closing takes place after a short time delay through the delay element 46.
Die Fig. 5a bis 5d zeigen Wellenformen, die an verschiedenen Punkten der in Fig. 4 dargestellten Schaltung auftreten. Fig. 5a zeigt den periodischen Ausgang des astabilden Multivibrators Fig. 5^ zeigt das Ausgangssignal des Monoflops 42, wodurch die Zeiträume festgelegt wenden, in denen der Motor gespeist wird. Man sieht, daß die Dauer der am Ausgang des Monoflopε 42 erhaltenen Impulse variabel ist, jedoch liegt der Beginn jedes dieser Impulse so, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsanfängen stets der gleiche, feste zeitliche Abstand vorliegt; dieser zeitliche Abstand wird durch den astabilen Multivibrator 43 festgelegt.Figures 5a through 5d show waveforms used at various Points of the circuit shown in Fig. 4 occur. Figure 5a shows the periodic output of the astable multivibrator Fig. 5 ^ shows the output signal of the monoflop 42, whereby the Set periods in which the motor is fed. It can be seen that the duration of the 42 obtained at the output of the monoflop Pulses is variable, but the beginning of each of these pulses is so that between two successive pulse beginnings there is always the same, fixed time interval; this time interval is determined by the astable multivibrator 43 set.
Fig. 5c zeigt die Form der an den Klemmen des Motorankers vorliegenden Welle. Während jedes Steuerimpulses beträgt die Ankerspannung +24 V. Unmittelbar nach jedem Steuerimpuls entstehtFig. 5c shows the shape of those present on the terminals of the motor armature Wave. The armature voltage is +24 V during each control pulse. This occurs immediately after each control pulse
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am Anlcer eine negative überspannung, an die sich ein fortschreitender Anstieg "bis zum Wert der elektromotorischen Kraft des Motors anschließat the anlcer a negative overvoltage, to which a progressive Increase "up to the value of the electromotive force of the motor
t.t.
Wie zuvor, wird auch in diesem "Fall angenommen, daß nach dem ersben Speiseimpuls 50 eine seitliche Vergrößerung aufgrund von Trockenreibungen der Motorlast entsteht, woraus eine Gesctwindigkeitsabnähme des Motors resultiert. Unter diesen Bedingungen steigt die Anlcer spannung im Verlauf des Pegels 51» der sich, an den ersten Steuer1 impuls 50 anschließt, auf einen Wert an, der etwas unterhalb des Wertes 52 liegt, v/elcher vor dea Impuls 50 vorhanden war.As before, it is also assumed in this "case that after the first feed pulse 50 there is a lateral increase due to dry friction of the motor load, which results in a decrease in the speed of the motor. Under these conditions the angular voltage increases in the course of the level 51", connected to the first control 1 pulse 50, to a value that is slightly below the value 52, v / which was present before the pulse 50.
Kurz nach der negativen überspannung wird der Abfcast- und Speicherschaltkreis 40 durch das ITOR-Glied 45 angesteuert, um die der elektromotorischen Kraft des Motors proportionale Spannung zu übernehmen. Ede in der Schaltung 40 gespeicharte Spannung ist in IPIg. 5d dargestellt. Bis zur erstennegativen Überspannung entspricht sie der Spannung 52· '»on dem Ko me nt an nimmt sie den Wert 51 äJß? der etwas niedriger liegt.Shortly after the negative overvoltage, the sampling and storage circuit 40 is controlled by the ITOR element 45 in order to take over the voltage which is proportional to the electromotive force of the motor. Ede voltage stored in circuit 40 is in IPIg. 5d shown. Up to the first negative overvoltage, it corresponds to the voltage 52 · '' on the point at which it assumes the value 51 Jß ? which is a little lower.
Der Ausgang des Verstö.rkez'-Eomparators 41 liefert eine Spannung, die der Differenz zwischen der gespeicherten Spannung und der Vo !"gäbe spannung ent spricht .Wann die beiden Werte gleich, sind, liefert das Monoflop 42 einen Impuls, dessen feste Dauer dem oben angesprochenen festen Anteil entspricht (Impuls 53 in. Fig. Da die Spannung des Abtast- und Speicherschaltkreises den Wert 51 hat, der etwas unterhalb des Vorgabewertes liegt, liefert nun das Monoflop 42 einen Impuls 54, dessen Dauer etwas länger ist. liieraas folgt, daß die dem Motor augefährte Energie größer ist und daß der Motor somit wieder die gewünschte üracreliungsges "liwindigkeit annimmt. Anhand der Fig. 5c erkennt man, daß bei den nachfolgenden Zyklen die elektromotorische Kraft wiederum, den Wert 52 annimmt. Unter diesen UtnstHri&en nehsisn die Steuerimpulse, wie in Fig. ^b dargestellt ist, wiederum die Impulsdauer des anfänglichen Steuerimpulses 53 an.The output of the Verstö.rkez'-Eomparator 41 supplies a voltage which corresponds to the difference between the stored voltage and the Vo! "Voltage ent speaks. When the two values are equal, the monoflop 42 supplies a pulse whose fixed duration corresponds to corresponds to the fixed component mentioned above (pulse 53 in. Fig. Since the voltage of the sampling and storage circuit has the value 51, which is slightly below the default value, the monoflop 42 now delivers a pulse 54, the duration of which is slightly longer. that the energy supplied to the motor is greater and that the motor thus again assumes the desired acceleration rate. From FIG. 5c it can be seen that in the subsequent cycles the electromotive force again assumes the value 52. Under these conditions, the control pulses take place , as shown in Fig. ^ b , again the pulse duration of the initial control pulse 53 on.
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Vergleicht man nun die in den Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsformen, so erkennt man, daß im ersten Pail der Zeitpunkt der Steuerimpulse in Abhängigkeit von der Abweichung der elektromotorischen Kraft des Motors von der Bezugsspannung vorgezogen oder verzögert werden. Hieraus folgt die Veränderung der Wiede'rholüngsrate der dem Motor zugeführten Speiseimpulse. Im zweiten Fall, liegt die Wiederholungsrate der Impulse fest. Sie wird bestimmt durch den astabilen Multivibrator 43. Modifiziert wird die Dauer der Impulse in Abhängigkeit von der Abweichung der elektromotorischen Kraft des Motors von der B e zug s sp annung.If one now compares the embodiments shown in FIGS. 1 and 4, so it can be seen that in the first pail the time of the control pulses depends on the deviation the electromotive force of the motor from the reference voltage be brought forward or delayed. This results in the change in the recovery rate of the feed pulses supplied to the motor. In the second case, the repetition rate of the impulses is fixed. It is determined by the astable multivibrator 43. Modified the duration of the pulses depends on the deviation of the electromotive force of the motor from the Reference voltage.
Man kann auf einfache Weise diese zwei Wirkungen kombinieren, indem man gleichseitig die Dauer der Impulse und deren Wiederholungsrate beeinflußt. Hierzu genügt es, den astabilen Multivibrator 45 gemäß Fig. 4 durch ein getriggertes Monoflop zu ersetzen und einen Steuerweg; wie den in Fig. 1 zwischen dem Kondensatoren 16 -und diesem getriggerten Monoflop zu schaffen. Bei dieser Abwandlung steuert der Ausgang des !Comparators 14 noch einen Schalter vom Typ des Schalters 15 in Fig. 1, der zwischen den gemeinsamen Punkt des Kondensators 16 und des Widerstandes 17 und der +24V-Kleiaae geschaltet ist.One can combine these two effects in a simple way by simultaneously determining the duration of the impulses and their repetition rate influenced. For this purpose, it is sufficient to close the astable multivibrator 45 according to FIG. 4 by means of a triggered monoflop replace and a control path; as in Fig. 1 between the Capacitors 16 - and to create this triggered monoflop. With this modification the output of the comparator controls 14 another switch of the type of switch 15 in Fig. 1, the is connected between the common point of the capacitor 16 and the resistor 17 and the + 24V Kleiaae.
Die Verwendung von Impulsen mit konstanter Impulsdauer und veränderbarer Wiederholungsrabe (erste Ausführungsform) ermöglicht dem Motor,ein relativ hohes Trockenreibungsmoment selbst bei geringer Geschwindigkeit zu überwinden. In der Tat entspricht jeder Speiseimpuls einem auf den Motor einwirkenden Stoß. Die Trägheit des Motors ermöglicht diesem, die Umdrehungsgeschwindigkeit zwischen zwei Spsiseicpulsen beizubehalten. Tendiert diese Geschwindigkeit zum Abnehmen, bringt man die Speiseimpulse näher zusannen. Die Ausführungsform, gemäß Fig. 3, die auf diesem Prinzip beruht, führt bei Motoren kleiner Bauart (etwa 3O-V7att-Leistung) zu befriedigenden Ergebnissen, vf ob ei die Anordnung bis zu der äußerst geringen Geschwindigkeit von /■) Umdrehungen pro Minute funktioniert, wobei ein übersetzungsgetriebe angetrieben wird, welches beträchtlich schwer^ängigeThe use of pulses with constant pulse duration and variable repetition rate (first embodiment) enables the motor to overcome a relatively high dry friction torque even at low speeds. In the Indeed, each feed pulse corresponds to a shock acting on the motor. The inertia of the motor allows this to happen Maintain rotation speed between two Spsiseic pulses. If this speed tends to decrease, the feeding impulses are brought closer together. The embodiment according to Fig. 3, which is based on this principle, leads to satisfactory results in small engines (about 30 V7att power). vf whether ei the arrangement up to the extremely low speed of / ■) revolutions per minute works, with a transmission gear is driven, which is considerably difficult
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Punkte aufweist.Has points.
Um eine bekannte Ansprechzeit zu erhalten, kann es sich als interessanter erweisen, gemäß der zweiten Ausführungsform die Veränderung der Impulsdauern zu verwenden, entweder so wie es anhand von Fig. 4 erläutert wurde, indem Speiseimpulse mit einer konstanten Wiederholungsrate abgegeben werden, oder indem diese Impulse mit einer Wiederholungsrate abgegeben werden, die ebenfalls einstellbar ist, wodurch die Vorteile der beiden Ausführungsformen kombiniert wrrden.In order to obtain a known response time it can prove to be more interesting according to the second embodiment to use the change in the pulse durations, either as it was explained with reference to FIG. 4, by adding feed pulses are delivered at a constant repetition rate, or by delivering these pulses at a repetition rate, which is also adjustable, whereby the advantages of the two embodiments would be combined.
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 6 eine letzte Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Bei dieser Ausführungsfona verwendet man zur Steuern der Motorgeschwindigkeit Speiseimpulse von +24 V und Speiseimpulse von -24 V (bidirektionale Steuerung).A final embodiment will now be made with reference to FIG of the invention will be explained. This embodiment uses a fona to control the speed of the motor Feed pulses of +24 V and feed pulses of -24 V (bidirectional control).
Fig. 6 seigt einen Motor H, eine erste Anti-überspannungseinrichtung, die aus der gegen die +24V geschalteten Diode 13 besteht, und eine zweite Anti-Überspannungseinrichtung, die die gegen die -24 V geschaltete Diode 113 aufweist. Im oberen Teil der Figur finden sich die meisten Bauelemente des in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbildes. Diese sollen hier nicht noch einmal erläutert werden. MLe in Fig. 1 sind diese Elemente mit der +24V-Speisekleniaie verbunden.6 shows a motor H, a first anti-overvoltage device, which consists of the diode 13 connected to the + 24V, and a second anti-overvoltage device, which has the diode 113 connected to the -24 V. Most of the components of the basic circuit diagram shown in FIG. 1 can be found in the upper part of the figure. These should not be explained again here. MLe in Fig. 1, these elements are connected to the + 24V power supply.
Im unteren Teil der Figur erkennt man einen identisch ausgebildeten Schaltkreis, der jedoch mit einer -24 V-Speiseklemme verbunden ist. Die unteren Elemente in Fig. 6 tragen die gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Elemente im oberen Teil der Figur ,.jedoch ist ihnen die Eunderterziffer 1 hinzugefügt.In the lower part of the figure you can see an identically trained one Circuit, but connected to a -24 V supply terminal is. The lower elements in Fig. 6 have the same reference numerals as the corresponding elements in the upper part the figure, but the Eunderter digit 1 is added to them.
Man erkennt, daß der Leistungsschalter 111 die Speisespannung von.-24 V empfängt. Der Komparator 113 funktioniert umgekehrt wie der ihm entsprechende Komparator 18: letzterer wird betätigt,It can be seen that the power switch 111 is the supply voltage receives from. -24 V. The comparator 113 functions in reverse as the comparator 18 corresponding to it: the latter is actuated,
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wenn die Spannung des Kondensators 16 unter den Vorgabewert fällt; der Komparator 118 wird betätigt, wenn die Spannung des Kondensators 116 die Vorgabespannung übersteigt.when the voltage of the capacitor 16 falls below the preset value; the comparator 118 is operated when the voltage of the Capacitor 116 exceeds the set voltage.
Das gleiche gilt für die Hilfskomparatoren 14 und 114-, die das Nichtleiten der Dioden 115, bzw. 13 feststellen.The same applies to the auxiliary comparators 14 and 114-, the determine that the diodes 115 or 13 are not conducting.
Der Hilfskomparator 14- bringt den Kondensator 16 erzwungenermaßen auf +24- V solange die Ankerspannung negativ ist und unterhalb von -24- V liegt.The auxiliary comparator 14- brings the capacitor 16 forcibly to +24- V as long as the armature voltage is negative and below -24- V.
Der Hilf skomparator 114· bringt seinerseits den Kondensator 116 auf -24- Y, solange die Ankerspannung positiv ist und oberhalb von +24· V liegt.The auxiliary comparator 114 in turn brings the capacitor 116 on -24- Y as long as the armature voltage is positive and above of + 24 · V lies.
Demnach wird in jedes Pail der Kondensator 15 von +24- V auf den Wert der elektromotorischen Kraft des Motors entladen, und äe~ Kondensator 116 lädt sich von -24- V auf den TJert der elektromotorischen Kraft des Motors auf. Da die Komparatoren. 18 und 118 bezüglich des Vorgabewertes gegensinnig funktionieren, wird nur einer dieser Koniparatoren nach Maßgabe des Vorzeichens des Unterschiedes zwischen der elektromotorischen Kraft des Motors und dem Vorgabewert betätigt.Accordingly, in each Pail, the capacitor 15 is discharged from +24 V to the value of the electromotive force of the motor, and AEE ~ capacitor 116 charges of -24 V to the T Jert the electromotive force of the motor. As the comparators. 18 and 118 function in opposite directions with respect to the default value, only one of these coniparators is operated in accordance with the sign of the difference between the electromotive force of the motor and the default value.
Der betätigte Komparator kann das Monoflop 10 oder das Monoflop anstoßen, je nachdem, ob die tatsächliche Geschwindigkeit geringer oder höher ist als die gewünschte Geschwindigkeit (es wird hier angenommen, daß der Motor in einer Richtung dreht, die einer allgemein positiven Speisespannung entspricht).The actuated comparator can trigger the monoflop 10 or the monoflop, depending on whether the actual speed is lower or higher than the desired speed (it will be here assumed that the motor is rotating in a direction corresponding to a generally positive supply voltage).
Sin astabiler Multivibrator 20 erzeugt 'dquidistante Impulse 60, die mit Impulsen 160 abwechseln. Das UND-Glied 19 berücksichtigt das Vergleichssignal des Komparators 18 nur während eines Impulses 60; gleichermaßen spricht das UlTD-G jied 11? auf das Ausgangssignal des !Comparators 118 nur v;ährend dar Impulse 160 an. Dieses Alternieren macht ein gleichzeitiges Betätigen der Leistungsschalter 10 und 110 unmöglich. Man muß noch dafür Sorge tragen, daß ein PfadAn astable multivibrator 20 generates constant pulses 60, which alternate with impulses 160. The AND element 19 takes into account the comparison signal of the comparator 18 only during a pulse 60; equally does the UlTD-G jied 11 speak? on the output signal of the comparator 118 only while the impulses 160 are on. This Alternation makes it impossible to operate the power switches 10 and 110 at the same time. One still has to make sure that there is a path
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eingeschaltet xvird, während der andere schon eingeschaltet ist; hierzu dienen die Inhibitoren 61 und 161. Sobald ein Pfad aktiviert ist, bringen diese entweder den Kondensator 16 oder 116 des anderen Pfades auf sein entsprechendes Ruhepotential (24· V positiv bzw. negativ).switched on xvird while the other is already switched on; the inhibitors 61 and 161 serve this purpose. As soon as a path is activated, these either bring the capacitor 16 or 116 of the other path to its corresponding rest potential (24 · V positive or negative).
Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung ermöglicht eine bidirektionale Betriebsweise,, da die Geschwindigkeitsregelung auf beide Drehrichtungen des Motors wirkt.The circuit shown in FIG. 6 enables a bidirectional one Operating mode, because the speed control acts on both directions of rotation of the motor.
Die soeben beschriebene bidirektionale Steuereinrichtung wurde unter Zugrundelegung des in Fig. 1 gezeigten Schemas realisiert. Es vei'steht sich, daß man ebensogut das in Fig. 4- dargestellte Schema auf eine bidirektionale Steuerung übertragen kann.The bidirectional control device just described was implemented on the basis of the scheme shown in FIG. It goes without saying that what is shown in FIG Scheme can be transferred to a bidirectional controller.
Man kann die reziproke Sperreinrichtung, die zwischen den inonostabilen Kippstufen 10 und 110 verschaltet ist, einschließlich der Verknüpfungsglieder 19 und 119, ersetzen durch gegensinnige Schwellenschaltungen, die zwischen der Vorgabespannung und den Konparatoren 13 und 118 angeordnet sind. Dies ermöglicht jedenfalls eine etwas weniger günstige Regelung um die gewünschte Geschwindigkeit.You can include the reciprocal locking device, which is connected between the inonostable trigger stages 10 and 110 the logic elements 19 and 119, replace by opposing threshold circuits that between the default voltage and the comparators 13 and 118 are arranged. In any case, this enables a somewhat less favorable regulation around the desired one Speed.
Eine andere Kodifikation der bidirektionalen Steuerung besteht darin, im vorhinein bei jeder Polarität der Speiseimpulse des Motors alternierende gleich lange Intervalle zu reservieren. Während eines ersten Intervalls ist es dann nur den Leistungsschaltern 11 ermöglicht, den Motor zu speisen; während eines zweiten Intervalls können dann nur die Leistungsschalter 111 den Motor im anderen Sinne speisen, und so fort.Another codification of bidirectional control exists in it, in advance for each polarity of the feed impulses of the Motors to reserve alternating intervals of equal length. During a first interval, it is then only possible for the circuit breakers 11 to feed the motor; during one second interval can then only the power switch 111 feed the motor in the other sense, and so on.
In diesem Fall kann man für eine ITullabweichung zwischen der elektromotorischen Kraft des Motors, die dessen Geschwindigkeit repräsentiert, und der Bezugsspannung; gegensinnige Speiseimpulse vorsehen, die aufeinanderfolgend zu den Mofcoranschlüssen gelangen und sich neutralisieren, um die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten.In this case, an ITull deviation between the the motor electromotive force representing its speed and the reference voltage; opposing feeding impulses that arrive at the Mofcor connections one after the other and neutralize to keep up speed.
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