DE3012833A1 - DC voltage source supply circuit for sync. motor - measures unconnected stator windings induced voltages and determines timing using comparator - Google Patents
DC voltage source supply circuit for sync. motor - measures unconnected stator windings induced voltages and determines timing using comparatorInfo
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Versorgung eines SynchronmotorsCircuit arrangement for supplying a synchronous motor
aus einem Gleichspannungsnetz Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruches.from a DC voltage network prior art The invention works from a circuit arrangement according to the preamble of the main claim.
Synchronmotoren werden üblicherweise aus einem Wechselspannungsnetz gespeist, wobei die vom Netz gespeiste Drehstromwicklung ein Drehfeld erzeugt, von dem das Polsystem des Läufers mitgenommen wird. Das Polsystem des Läufers wird dabei entweder über Schleifringe mit Gleichstrom gespeist oder ist als Pemanentmagnetsystem ausgebildet.Synchronous motors are usually powered by an alternating voltage network fed, whereby the three-phase winding fed by the network generates a rotating field of which the rotor's pole system is taken along. The pole system of the runner is thereby either fed with direct current via slip rings or as a permanent magnet system educated.
Steht zur Speisung des Synchronmotors nur ein Gleichspannungsnetz zur Verfügung, ist es bekannt, die Ständerwicklungen des Synchronmotors zyklisch an die Gleichspannung zu schalten. So ist beispielsweise aus der Druckschrift Intermetall, 100 typische Schaltungen mit Halbleiterbauelementen, Freiburg 1967, Beispiel Nr. 30 ein Drehstromgenerator ohne Transformator bekannt, wie er in Verbindung mit Synchronmotoren eingesetzt werden kann, wenn die Drehzahl von örtlich getrennten Antrieben untereinander exakt gleich und außerdem veränderlich sein sollen.There is only a DC voltage network to supply the synchronous motor available, it is known to cycle the stator windings of the synchronous motor to switch to the DC voltage. For example, from the publication Intermetall, 100 typical circuits with semiconductor components, Freiburg 1967, example no. 30 a three-phase generator without a transformer known as he in Connection with synchronous motors can be used if the speed depends on the location separate drives should be exactly the same and also variable.
Dies ermöglicht die Realisierung einer sogenannten "elektrischen Welle. Es lassen sich damit aber auch 'selektrische Getriebe aufbauen, wenn man die Frequenz, mit der der erste Generator gesteuert wird, elektronisch untersetzt und damit einen zweiten Generator steuert. Man erhält dann Antriebe mit festem Drehzahlverhältnis.This enables a so-called "electric wave" to be realized. However, it can also be used to build selective gears if one uses the frequency, with which the first generator is controlled, electronically reduced and thus one second generator controls. Drives with a fixed speed ratio are then obtained.
Die bekannte Schaltungsanordnung offenbart jedoch keine Mittel zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen des Synchronmotors. Außerdem ist den Problemen des Anlaufes des Motors, der Strombegrenzung und der Drehzahlregelung nicht Rechnung getragen.However, the known circuit arrangement does not disclose any means for cyclic switching of the stator windings of the synchronous motor. Also is the problems of starting the motor, current limitation and speed control not taken into account.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß das Weiterschalten der Ständerwicklungen von der Lage des Läufers gesteuert wird, so daß sich der Synchronmotor insgesamt wie ein permanent erregter Gleichstrommotor verhält.Advantages of the Invention The circuit arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the indexing of the stator windings is controlled by the position of the rotor is, so that the synchronous motor as a whole like a permanently excited DC motor behaves.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments of the circuit arrangement specified in the main claim are possible.
So wird die jeweils zugeschaltete Wicklung während eines elektrischen Winkels von 3600 dividiert durch die Phasenzahl des Motors zugeschaltet, der symmetrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der induzierten Wechselspannung liegt. Hierdurch liefert der Synchronmotor sein maximales Drehmoment und hat den höchsten Wirkungsgrad.So the winding that is switched on is during an electrical Angle of 3600 divided by the number of phases of the motor connected, the symmetrical is at the apex of the negative half-wave of the induced alternating voltage. As a result, the synchronous motor delivers its maximum torque and has the highest Efficiency.
Durch Verwendung eines Ringzählers zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen mit einer Klemmschaltung am Zähleingang wird erreicht, daß sich beim Umschalten der Ständerwieklungen auftretende Störsignale nicht auf das Weiterschalten des Ringzählers auswirken.By using a ring counter to cyclically advance the Stator windings with a clamping circuit at the counter input is achieved that Interfering signals that occur when switching the stator vibrations are not transferred to the further switching of the ring counter.
Weiterhin sind in bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Mittel vorgesehen, die eine Anlauf-Strombegrenzung bewirken, soie weitere Mittel, die eine Drehzahlregelung des Synchronmotors ermöglichen.Furthermore, in preferred embodiments of the invention Circuit arrangement means are provided which cause a start-up current limitation, as well as other means that enable speed control of the synchronous motor.
Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Synchronmotors mit Schaltventilen in den Zuleitungen der Ständerwicklurgen; Fig. 2 den Stromlaufplan einer elektronischen Schaltungsanordnung zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen; Fig. 3 verschiedene Signalverläufe, wie sie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auftreten; Fig. 4 bis 6 Stromlaufpläne von Schaltungsanordnungen zur Anlauf-Strombegrenzung des Synchronmotors; Fig. 7 den Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung und Drehzahlregelung des Synchronmotors.Drawing The invention is shown in the drawing and in the explained in more detail below. They show: FIG. 1 the basic circuit diagram a synchronous motor with switching valves in the feed lines of the stator windings; 2 shows the circuit diagram of an electronic circuit arrangement for the cyclic Switching of the stator windings; Fig. 3 shows different waveforms as they occur in the circuit arrangement of Figure 2; 4 to 6 are circuit diagrams of Circuit arrangements for limiting the starting current of the synchronous motor; Fig. 7 denotes Circuit diagram of a circuit arrangement for current limitation and speed control of the synchronous motor.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist der Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung dargestellt, die zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz dient. Der Synchronmotor ist dabei mit 10 bezeichnet und weist Ständerwicklungen W1, W2, W3, W4 auf, die im Stern geschaltet sind, wobei der Sternpunkt an eine Klemme der Versorgungs-Gleichspannung UO geführt ist. Die anderen Enden der Ständerwicklungen W1, W2, W3, Wq sind über elektrische Ventile V1, V2, V3, V4 an eine Sammelleitung angeschlossen, die mit dem anderen Pol der Versorgungs-Gleichspannung Uo verbunden ist. Die elektrischen Ventile V1, V2, V3, V4 sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als Transistoren dargestellt, an deren Kollektor-Emitter-Strecken bei jeweils gesperrten Ventil die Steuerspannungen Ul, U2, U3, Uq anliegen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere elektrische oder elektronische Schaltelemente als Ventile einsetzbar. Der Rotor des Synchronmotors 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Permanentmagnet ausgebildet, dessen Pole mit N und S bezeichnet sind.Description of the exemplary embodiments In Fig. 1 is the circuit diagram a circuit arrangement shown, which is used to supply a synchronous motor a DC voltage network is used. The synchronous motor is with it 10 denotes and has stator windings W1, W2, W3, W4, which are connected in star are, the star point being led to a terminal of the DC supply voltage UO is. The other ends of the stator windings W1, W2, W3, Wq are via electrical Valves V1, V2, V3, V4 are connected to a manifold, which is connected to the other Pole of the DC supply voltage Uo is connected. The electric valves V1, V2, V3, V4 are shown as transistors in the exemplary embodiment according to FIG. 1, the control voltages at their collector-emitter paths when the valve is blocked Ul, U2, U3, Uq are present. Of course, others are also electrical or electronic switching elements can be used as valves. The rotor of the synchronous motor 10 is designed as a permanent magnet in the illustrated embodiment, its Poles are labeled N and S.
Durch zyklisches Ansteuern der Ventile V1, V2, V3, V4 können nun die Ständerwicklungen W1, W2, W3, W4 nacheinander an die Versorgungs-Gleichspannung Uo geschaltet werden, wobei bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung jeweils eine Wicklung zugeschaltet und die anderen abgeschaltet sind und die Weiterschaltung der Ventile V1, V2, V3, V4 in Abhängigkeit von den Spannung«vorgenommen wird, die sich aus der Differenz zwischen der Versorgungsgleichspannung und den in die Ständerwicklungen induzierten Wechselspannungen ergeben und als U15 U2, U3, Uq abnehmbar sind.By activating the valves V1, V2, V3, V4 cyclically, the Stator windings W1, W2, W3, W4 successively to the DC supply voltage Uo are switched, in each case in the circuit arrangement according to the invention one winding is switched on and the others are switched off and the relay is switched on of the valves V1, V2, V3, V4 depending on the voltage «is made from the difference between the DC supply voltage and that in the stator windings induced alternating voltages and are removable as U15 U2, U3, Uq.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum zyklischen Umschalten der Ständerwicklungen W1, W2, W35 W4 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung wird eingangsseitig von den Spannungen U1, U2, U3, Uq beaufschlagt und liefert ausgangsseitig Steuersignale für die Ventile V1, V2, V3, Vq. Die Spannungen U1* U2, U3> werden jeweils auf positive Eingänge von Komparatoren 11, 12, 13, 14 geführt, deren negative Eingänge mit jeweils einem positiven Eingang eines anderen Komparators so verschaltet sind, daß im ersten. Komparator 11 die Spannung U1 mit der Spannung Uq, im zweiten Komparator 12 die Spannung U2 mit der Spannung U1, im dritten Komparator 13 die Spannung U3 mit der Spannung U2 und im vierten Komparator 14 die Spannung Uq mit der Spannung U3 verglichen wird. Die Ausgänge der Komparatoren 11, 12, 13, 14 sind auf erste Eingänge von UND-Gattern 15, 16, 17, 18 geführt, deren weitere Eingänge an die Ausgangs-Steuerleitungen für die Ventile V1, V2, V3, V4 geführt sind. Dabei ist das erste UND-Gatter 15 mit der Ausgangs-Steuerleitung für V2, das zweite UND-Gatter 16 mit der für V3, das dritte UND-Gatter 17 mit der für V4 und das vierte UND-Gatter 18 mit der für V1 verbunden. Die Ausgänge der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 sind auf ein 4-Fach-ODER-Gatter 19 geführt, dessen Ausgang mit einem Eingang eines UND-Gatters 20 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 20 steht mit einem dynamischen Setzeingang einer monostabilen Kippstufe 21, die die Standzeit tV1 aufweist, in Verbindung.An embodiment of a circuit arrangement according to the invention for cyclic switching of the stator windings W1, W2, W35 W4 is shown in FIG. The circuit arrangement is acted upon on the input side by the voltages U1, U2, U3, Uq and provides control signals on the output side for valves V1, V2, V3, Vq. The tension U1 * U2, U3> are each responded to positive inputs from comparators 11, 12, 13, 14 out, the negative inputs of which each have a positive input other comparator are connected so that in the first. Comparator 11 the voltage U1 with the voltage Uq, in the second comparator 12 the voltage U2 with the voltage U1, in the third comparator 13 the voltage U3 with the voltage U2 and in the fourth Comparator 14 the voltage Uq is compared with the voltage U3. The exits of the comparators 11, 12, 13, 14 are to the first inputs of AND gates 15, 16, 17, 18 out, the other inputs to the output control lines for the valves V1, V2, V3, V4 are performed. The first AND gate 15 is connected to the output control line for V2, the second AND gate 16 with that for V3, the third AND gate 17 with the for V4 and the fourth AND gate 18 connected to that for V1. The outputs of the AND gates 15, 16, 17, 18 are led to a 4-way OR gate 19, the output of which with a Input of an AND gate 20 is connected. The output of the AND gate 20 is available with a dynamic set input of a monostable flip-flop 21, which the service life tV1, in connection.
Der nichtinvertierte Ausgang der monostabilen Kippstufe 21 ist einmal über einen Inverter 22 mit dem weiteren Eingang des UND-Gatters 20 und weiterhin mit dem dynamischen Zähleingang 230 eines Zählers 23 verbunden. Der Zähler 23 weist entsprechend der Phasenzahl n = 4 des in Fig. 1 dargestellten Synchronmotors 10 vier Zählerzustände auf. Jeder Zählerzustand 1 bis 4 erzeugt ein Signal an einer der Zählerausgangsleitungen 1 bis 4, wobei die Ausgangsleitung 1 mit dem Steuereingang für das Ventil V1, die Ausgangsleitung 2 mit dem für das Ventil V2, Ausgangsleitung 3 mit dem für das Ventil V3 und die Ausgangs leitung 4 mit dem für das Ventil verbunden ist. Bei jeder Ansteuerung des Eingangs 230 wird der Zähler um eine Stelle in der Reihenfolge 1-2-3-4-1-weitergesetzt und die Ansteuerung der Ventile damit in der gleichen Reihenfolge weitergeschaltet.The non-inverted output of the monostable multivibrator 21 is once via an inverter 22 to the further input of the AND gate 20 and further connected to the dynamic counting input 230 of a counter 23. The counter 23 has corresponding to the number of phases n = 4 of the synchronous motor 10 shown in FIG. 1 four counter states. Each counter status 1 to 4 generates a signal on one of the counter output lines 1 to 4, the output line 1 with the control input for valve V1, output line 2 with that for valve V2, output line 3 connected to that for the valve V3 and the output line 4 to that for the valve is. Each time the input 230 is activated, the counter moves one position in the Sequence 1-2-3-4-1 continued and the control of the valves thus in the in the same order.
Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung soll nun anhand der in Fig. 3 dargestellten Diagramme erläutert werden. Fig. 3a zeigt dabei die in die Ständerwicklungen W1, W2, W3, W4 induzierten Spannungen U1, U2, U3, U4, die auftreten, wenn keine Zuschaltung einer Ständerwicklung erfolgen würde. Um das maximale Drehmoment und den höchsten Wirkungsgrad des Synchronmotors auszunutzen, wird erfindungsgemäß jede Wicklung entsprechend einem Winkel von 900 (bei vierphasigem Motor) symmetrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der induzierten Wechselspannung, d.h. zum Minimum der Spannungen U1, U2, U3, U4 zugeschaltet.The mode of operation of the circuit shown in FIG. 2 will now be based on of the diagrams shown in Fig. 3 will be explained. Fig. 3a shows the in the stator windings W1, W2, W3, W4 induced voltages U1, U2, U3, U4, the occur if a stator winding would not be switched on. To the maximum Utilizing torque and the highest efficiency of the synchronous motor is according to the invention each winding symmetrically corresponding to an angle of 900 (with four-phase motor) to the apex of the negative half-wave of the induced alternating voltage, i.e. switched on at the minimum of the voltages U1, U2, U3, U4.
Aus Fig. 3a folgt damit unmittelbar, daß beispielsweise der Zuschaltbeginn für die Ständerwicklung W1 mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, an dem die Spannung U3 größer als U2 wird.From Fig. 3a it follows immediately that, for example, the start of connection for the stator winding W1 coincides with the point in time at which the voltage U3 becomes greater than U2.
Entsprechend ist von der ersten Wicklung W1 auf die zweite Wicklung W2 weiterzuschalten, wenn die Spannung Uq größer als U3 wird. Allgemein gesprochen wird bei einem n-phasigem Synchronmotor (n geradzahlig) die i-te Wicklung zugeschaltet und die (i-1)-te Wicklung abgeschaltet, wenn U. n > Uif n wird, wobei Ui die in die i-te Wicklung induzierte Spannung bezeichnet und i = i + k a n für k = o,1,2 ... ist.Correspondingly, from the first winding W1 to the second winding W2 to be switched on when the voltage Uq is greater than U3. Generally speaking the i-th winding is switched on for an n-phase synchronous motor (n even-numbered) and the (i-1) -th winding is switched off when U. n> Uif n, where Ui is the denotes the voltage induced in the i-th winding and i = i + k a n for k = o, 1,2 ... is.
(Beispiel: n = 4, Zuschaltung von W4 wenn U6> U5 bzw. mit k = 1 wenn U2> U1).(Example: n = 4, connection of W4 if U6> U5 or with k = 1 if U2> U1).
Dies drückt sich in Fig. 3b aus, wo der jeweilige Zustand Z des Zählers 23 aufgetragen ist. Wie ersichtlich, ist das Ansteuersignal während des vorerwähnten Zuschaltzeitraumes für die Wicklung W1 mit dem Zählerstand 1 verknüpft.This is expressed in Fig. 3b, where the respective state Z of the counter 23 is applied. As can be seen, the drive signal is during the aforementioned Connection period for winding W1 is linked to counter reading 1.
Wenn die Spannung U4 größer als U3 wird, geht der Zähler in den Zustand 2, wodurch entsprechend der Schaltung nach Fig. 2 das Ventil V2 betätigt wird.If the voltage U4 is greater than U3, the counter goes into the state 2, whereby the valve V2 is actuated according to the circuit of FIG.
Das Weiterschalten des Zählers 23 wird, wie erwähnt, durch Ansteuerung des Einganges 230 über die mono stabile Kippstufe 21 bewirkt. Hierzu werden zunächst in den Komparatoren 11, 12, 13, 14 die Umschaltbedingungen entsprechend einem Vergleich der Spannungen U1, U2, U3, U4 festgelegt und bei Erreichen eines Umschaltpunktes, beispielsweise, wenn U3 größer als U2 wird, am Ausgang des Komparators 13 ein Steuersignal an die UND-Gatter 15, 16, 17, 18, im Beispiel also das UND-Gatter 17, weitergegeben. Das UND-Gatter 17 schaltet dann durch, wenn gleichzeitig im Zähler 23 der Zustand "4" eingeschrieben ist, was, wie FIg. 3b zeigt vor Erreichen der Umschaltbedingung U3 größer U2 der Fall ist. Durch Beschalten der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 mit dem Zählerausgangssignal wird damit eine Vorbereitung der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 derart bewirkt, daß ein Signal zum Weiterschalten des Zählers 23 über die UND-Gatter 15, 16, 17, 18 nur dann weitergegeben wird, wenn einerseits der Zähler 23 in dem vorausgehenden Zählerzustand war und andererseits die aus den Spannungen U1, U2, U3, U4 festgelegte Umschaltbedingung erreicht ist.The advancement of the counter 23 is, as mentioned, by triggering of the input 230 via the monostable trigger stage 21 causes. To do this, first in the comparators 11, 12, 13, 14 the switching conditions according to a comparison of the voltages U1, U2, U3, U4 and when a switchover point is reached, for example, if U3 is greater than U2, a control signal at the output of the comparator 13 to the AND gates 15, 16, 17, 18, in the example the AND gate 17, passed on. The AND gate 17 then switches through when the state in the counter 23 is at the same time "4" is inscribed, which is how FIg. 3b shows before the switchover condition is reached U3 is greater than U2. By connecting the AND gates 15, 16, 17, 18 with the The counter output signal is thus a preparation of the AND gates 15, 16, 17, 18 in such a way that a signal for advancing the counter 23 via the AND gate 15, 16, 17, 18 is only passed on if, on the one hand, the counter 23 is in the previous counter status and on the other hand that from the voltages U1, U2, U3, U4 specified switchover condition has been reached.
Jedes der Ausgangssignale der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 steuert über das ODER-Gatter 19 einen Eingang des UND-Gatters 20 an, das seinerseits auf den Steuereingang der monostabilen Kippstufe 21 einwirkt. Die Verknüpfung des nichtinvertierten Ausganges der monostabilen Kippstufe 21 über den Inverter 22 mit dem weiteren Eingang des UND-Gatters 20 hat dabei den Sinn, den Eingang 230 des Zählers 23 während der Dauer der Standzeit der monostabilen Kippstufe 20 auf positivem Signal zu halten, wie dies in Fig. 3c dargestellt ist. Damit wird bewirkt, daß die beim Umschalten der Wicklungen auftretenden Störspannungen nicht zu einem unbeabsichtigten Weiterschalten des Zählers 23 führen, bevor die nächst definierte Umschaltbedingung erreicht ist. Fig. 3c stellt dabei die Ausgangsspannung am nichtinvertierten Ausgang der monostabilen Kippstufe 21 dar, wobei mit tvl die Standzeit bezeichnet ist. Diese Standzeit ist dabei so bemssen, daß alle Einschwingvorgänge nach dem Umschalten der Ständerwicklung während der Stand zeit abgeklungen sind und die monostabile Kippstufe 21 und damit der Zähler 23 für den nächsten Umschaltvorgang freigegeben werden kann.Each of the output signals of the AND gates 15, 16, 17, 18 controls over the OR gate 19 to an input of the AND gate 20, which in turn on the Control input of the monostable trigger stage 21 acts. Linking the non-inverted Output of the monostable multivibrator 21 via the inverter 22 to the further input of the AND gate 20 has the meaning of the input 230 of the counter 23 during the To keep the duration of the idle time of the monostable multivibrator 20 on a positive signal, as shown in Fig. 3c. This has the effect that when switching over interference voltages occurring in the windings do not result in unintentional switching of the counter 23 before the next defined switchover condition is reached. Fig. 3c represents the Output voltage at the non-inverted The output of the monostable multivibrator 21, with tvl denoting the service life is. This service life is so dimensioned that all transient processes after Switching the stator winding during the idle time have subsided and the monostable Flip-flop 21 and thus the counter 23 released for the next switching process can be.
Fig. 3d, 3e, 3f, 3g zeigen die an den Ausgangsklemmen für die Ventile V1, V2, V3, V4 anliegenden Steuersignale. Bei dem oben erwähnten Beispiel, bei dem auf die Ständerwicklung W1 dann umgeschaltet wird, wenn U3 größer als U2 wird, bedeutet dies, daß bis zum Erreichen der nächsten Umschältbedingung (U4 größer als U3) das Ventil V1 an gesteuert bleibt. Danach wird auf V2, dann auf V3 usf. weitergeschaltet.Fig. 3d, 3e, 3f, 3g show the output terminals for the valves V1, V2, V3, V4 applied control signals. In the example mentioned above, where a switch is made to the stator winding W1 when U3 is greater than U2, means this means that until the next switchover condition is reached (U4 greater than U3) the Valve V1 remains controlled. Then it is switched to V2, then to V3 and so on.
In Fig. 3h ist schließlich beispielsweise die Spannung U1 für die Ständerwicklung W1 dargestellt, wobei im Gegensatz zu Fig. 3a die Zu- und Abschaltung der Ständerwicklungen vorgenommen wird. Dies bedeutet, daß zum Zuschaltzeitpunkt der Ständerwicklung W1 die Spannung U1 wegen der Ansteuerung des Ventils V1 auf Null absinkt, bis auf die Ständerwicklung W2 weitergeschaltet wird. Wie weiter unten ausgeführt, ist es in einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung möglich, den Zuschaltzeitpunkt für die einzelnen Wicklungen, im dargestellten Beispiel also für die Ständerwicklung W1 um einen vorgebbaren Betrag tV2 zu verzögern, um auf diese Weise eine Drehzahlregelung des Synchronmotors zu bewirken.Finally, in FIG. 3h, the voltage U1 for the Stator winding W1 shown, in contrast to Fig. 3a, the connection and disconnection the stator windings is made. This means that at the time of connection the stator winding W1 the voltage U1 because of the control of the valve V1 Zero drops until the stator winding W2 is switched on. As below executed, it is in an advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention possible, the switch-on time for the individual windings, in the example shown thus to delay the stator winding W1 by a predeterminable amount tV2 in order to to effect a speed control of the synchronous motor in this way.
Bei dem erfindungsgemäß betriebenen Synchronmotor baut sich wie bei einem Gleichstrommotor eine mit zunehmender Drehzahl wachsende Gegenspannung auf, so daß der Strom abnimmt. Will man nun die Schaltelemente für den Strom bei höherer Drehzahl dimensionieren, so ist es erforderlich, in der Anlaufphase des Motors den Strom zu begrenzen.The synchronous motor operated according to the invention builds up as in a DC motor has a counter voltage that increases with increasing speed, so that the current decreases. If you want the switching elements for the current at higher If the speed is to be dimensioned, it is necessary to use the Limit current.
In einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird hierzu ein an sich bekannter Vorwiderstand 24 in die Zuleitung des Sternpunktes der Ständerwicklungen W1, W2, W3, W4 geschaltet, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Der Vorwiderstand 24 ist dabei entweder strom- oder drehzahlabhängig mit einem elektromechanischen oder elektronischen Schalter 25 überbrückbar.In a first development of the circuit arrangement according to the invention For this purpose, a series resistor 24 known per se is inserted into the feed line of the star point of the stator windings W1, W2, W3, W4 are switched, as shown in FIG is. The series resistor 24 is either current or speed dependent with a electromechanical or electronic switch 25 can be bridged.
emäß einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Synchronmotor 10 an dem Abgriff eines Spannungsteilers geschaltet, der aus einem Längselement 26 und einem Kondensator 27 besteht. Durch das einstellbare Längselement 26, beispielsweise einen Längstransistor, wird dabei die Spannung UO und dadurch indirekt der Motorstrom begrenzt. Der Kondensator 27 dient bei dieser Ausführungsform dazu, für einen Ausgleich der in den Freilaufphasen auftretenden Spitzen zu sorgen und damit insgesamt eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Synchronmotors zu bewirken.em according to a further embodiment of the circuit arrangement according to the invention the synchronous motor 10 is connected to the tap of a voltage divider, which is off a longitudinal element 26 and a capacitor 27 consists. Thanks to the adjustable lengthways element 26, for example a series transistor, the voltage UO and thereby the motor current is limited indirectly. The capacitor 27 is used in this embodiment to compensate for the peaks occurring in the freewheeling phases and thus to bring about an overall improvement in the efficiency of the synchronous motor.
Schließlich ist in Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt, bei der die Gleichspannung zur Speisung des Synchronmotors 10 aus einer Wechselspannung U, gewonnen wird, wobei die Versorgungs-Gleichspannung UO am Kondensator 27 durch einen steuerbaren Gleichrichter 28 einstellbar ist.Finally, FIG. 6 shows an embodiment of one according to the invention Circuit arrangement shown in which the DC voltage to feed the synchronous motor 10 is obtained from an alternating voltage U, the supply direct voltage UO is adjustable at the capacitor 27 by a controllable rectifier 28.
Schließlich kann der Anlaufstrom noch dadurch begrenzt werden, indem das durch den Zähler 23 jeweils angesteuerte Ventil V1, V2, V3, V4 getaktet und so beispielsweise der Maximalwert oder der Mittelwert des Stromes begrenzt wird. Geht man so vor, ist jedoch durch das Takten ein sicherer Vergleich der Spannungen U1, U2, U3, U4 nicht mehr möglich. Deshalb muß kurz vor einem zu erwartenden Schnittpunkt der Spannungswerte das Takten eingestellt werden. In Fig. 7 ist eine Anordnung dargestellt, bei der sowohl der Anlaufstrom durch Takten begrenzt wie auch die Drehzahl des Synchronmotors 10 eingestellt werden kann. Hierzu wird das Steuersignal für ein Ventil V in ein modifiziertes Steuersignal V' umgewandelt. Das Steuersignal V' ist am Ausgang eines UND-Gatters 30 abnehmbar, dessen Eingänge mit einem UND-Gatter 31 bzw.Finally, the starting current can be limited by the valve V1, V2, V3, V4 controlled by the counter 23 is clocked and for example, the maximum value or the mean value of the current is limited. If you proceed in this way, however, you can reliably compare the voltages by clocking U1, U2, U3, U4 no longer possible. So it must be just before an expected one Intersection the voltage values the pulsing can be set. In Fig. 7 an arrangement is shown, in which both the starting current and the speed of the synchronous motor are limited by clocking 10 can be set. For this purpose, the control signal for a valve V is in a modified control signal V 'converted. The control signal V 'is at the output of a AND gate 30 can be removed, the inputs of which are connected to an AND gate 31 or
einem ODER-Gatter 32 beschaltet sind. Das UND-Gatter 31 ist eingangsseitig einerseits an das Steuersignal für das Ventil V angeschlossen, andererseits an den invertierten Ausgang einer monostabilen Kippstufe 33, die eine Standzeit tV2 aufweist, die in Abhängigkeit von der Differenz einer Soll-Drehzahl nsoll und einer Ist-Drehzahl nist einstellbar ist, wie dies durch den Summenpunkt 35 angedeutet ist. Das ODER-Gatter 32 ist eingangsseitig an den invertierten Ausgang einer monostabilen Kippstufe 34, die vom Steuersignal für das Ventil V angesteuert wird sowie an den Ausgang einer Takteinrichtung 36 angeschlossen, die in Abhängigkeit von der Differenz eines Maximalstroms imax und eines Ist-Stroms ist steuerbar ist, wie dies durch den Summenpunkt 37 dargestellt ist.an OR gate 32 are connected. The AND gate 31 is on the input side connected on the one hand to the control signal for the valve V, on the other hand to the inverted output of a monostable multivibrator 33, which has a service life tV2, which depends on the difference between a target speed nsoll and an actual speed nist is adjustable, as indicated by the sum point 35. The OR gate 32 is on the input side to the inverted output of a monostable multivibrator 34, which is controlled by the control signal for valve V and to the output of a Clock device 36 connected, depending on the difference in a maximum current imax and an actual current can be controlled, as shown by the sum point 37 is.
Um eine Strombegrenzung in der oben beschriebenen Weise zu bewirken, wird am Summenpunkt 37 zunächst die Differenz von Ist-Strom iist und Maximalstrom i gebildet und in Abhängigkeit von dieser Differenz die Takteinrichtung 36 gesteuert. Das Steuersignal für das Ventil V setzt die monostabile Kippstufe 34 für eine vorbestimmte Zeit, die beispielsweise das 0,8-fache der Zuschaltzeit einer Wicklung beträgt. Dann ist durch die Verknüpfung der Ausgangssignale der Elemente 34, 36 im ODER-Gatter 32 sichergestellt, daß nach Ablauf der Standzeit der monostabilen Kippstufe 3>4 das ODER-Gatter 32 auf jeden Fall durchgesteuert wird, d.h. daß die Takteinrichtung 36 nur während eines ersten Teiles der Zuschaltzeit der jeweiligen Wicklung wirksam wird. Daran schließt sich eine Beruhigungszeit an, in der die durch die Taktung verursachten über gangserscheinigungen abgeklungen sind, so daß der Ringzähler 23 für das nächste Weiterschalten vorbereitet werden kann.In order to effect a current limitation in the manner described above, the difference between the actual current iist and the maximum current is initially at the sum point 37 i is formed and the clock device 36 is controlled as a function of this difference. The control signal for the valve V sets the monostable multivibrator 34 for a predetermined Time that is, for example, 0.8 times the connection time of a winding. Then by combining the output signals of the elements 34, 36 in the OR gate 32 ensures that after the end of the service life of the monostable multivibrator 3> 4 the OR gate 32 is turned on in any case, i.e. that the clock device 36 only during a first part of the connection time of the respective Winding becomes effective. This is followed by a calming period in which the the clocking caused by transitions have subsided, so that the Ring counter 23 can be prepared for the next step.
Um die Drehzahl des Synchronmotors 10 einzustellen, ist es einerseits möglich, entweder das Längselement 26 gemäß Fig. 5 oder den steuerbaren Gleichrichter 28 gemäß Fig. 6 derart einzustellen, daß sich die Spannung UO verändert, bis sich die gewünschte Drehzahl einstellt. Es ist jedoch andererseits auch möglich, eine Drehzahlregelung durch Pulslängensteuerung vorzunehmen. Hierzu wird im Summenpunkt 35 gemäß Fig. 7 die Differenz der Ist-Drehzahl nist und einer Soll-Drehzahl n5011 gebildet und in Abhängigkeit von dieser Differenz die Standzeit der monostabilen Kippstufe 33 eingestellt. Solange sich die monostabile Kippstufe 33 im gesetzten Zustand befindet, wird das Steuersignal für die Ventile V nicht über das UND-Gatter 31 und das UND-Gatter 30 weitergeleitet. Wie bereits oben bei der Beschreibung von Fig. 3h erwähnt, bewirkt diese Verzögerung des Steuersignales V eine Veränderung des Spannungsverlaufes von beispielsweise U1 in der Weise, wie dies gestrichelt in Fig. 3h dargestellt ist. Die wirksame Zuschaltzeit der Ständerwicklung W1 im Beispiel wird dadurch verkürzt und die Drehzahl entsprechend vermindert. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 wird die Drehzahl des Synchronmotors 10 aufgrund des Vergleiches von Soll- und Ist-Drehzahl geregelt.To set the speed of the synchronous motor 10, it is on the one hand possible, either the longitudinal element 26 according to FIG. 5 or the controllable rectifier 28 according to FIG. 6 so that the voltage UO changes until sets the desired speed. On the other hand, however, it is also possible to use a Make speed control by pulse length control. This is done in the sum point 35 according to FIG. 7, the difference between the actual speed nist and a setpoint speed n5011 formed and depending on this difference, the service life of the monostable Tilt level 33 set. As long as the monostable multivibrator 33 is set State is, the control signal for the valves V is not via the AND gate 31 and the AND gate 30 forwarded. As with the description of 3h mentioned, this delay in the control signal V causes a change the voltage curve of, for example, U1 in the manner shown in dashed lines is shown in Fig. 3h. The effective connection time of the stator winding W1 im This shortens the example and reduces the speed accordingly. In the exemplary embodiment 7, the speed of the synchronous motor 10 is based on the comparison of Target and actual speed regulated.
Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, durch Einspeisung eines Steuersignales am Summenpunkt 35 statt einer Regelung eine Steuerung des Synchronmotors 10 einzusetzen.However, it is of course also possible by feeding in a Control signal at the summation point 35, instead of a regulation, a control of the synchronous motor 10 to be used.
Da im Stillstand des erfindungsgemäß betriebenen Synchronmotors keine Information über die Position des Läufers vorliegt, ist für den Anlauf eine besondere Steuerung.notwendig. Hierzu wird erfindungsgemäß entweder zunächst ein Drehfeld sehr niedriger, vorzugsweise über der Zeit leicht ansteigender Frequenz erzeugt und dann auf die oben im einzelnen beschriebene Selbstführung umgeschaltet. Die Umschaltung kann dabei entweder bei einer bestimmten Drehzahl erfolgen oder in Abhängigkeit von Schaltmitteln, die erkennen, wann die induzierten Spannungen Ul, U2, U3, U4 eine Lageerkennung ermöglichen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Anlaufsteuerung dadurch bewirkt, daß der Läufer vor dem Anlaufen durch längeres Einschalten eines Ventils in eine definierte Lage gebracht, das Ventil dann abgeschaltet und gleichzeitig das zyklisch nächste Ventil eingeschaltet wird. Dies bewirkt bei entsprechender Auslegung der Komparatoren 11, 12, 13, 14, daß das übernächste Ventil bereits selbstgeführt einschaltet.Since when the synchronous motor operated according to the invention is at a standstill, none Information about the position of the runner is available for the start-up Control.necessary. For this purpose, according to the invention, either a rotating field is first used very low frequency, preferably a frequency that increases slightly over time and then switched to the self-guidance described in detail above. the Switching can either take place at a certain speed or as a function of the speed of switching means that recognize when the induced voltages Ul, U2, U3, U4 enable position detection. In a further preferred embodiment of the Invention, a start-up control is effected in that the rotor before starting brought the valve into a defined position by switching on a valve for a longer period of time then switched off and the next valve cyclically switched on at the same time. If the comparators 11, 12, 13, 14 are appropriately designed, this has the effect that the The next but one valve is already switched on automatically.
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