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Transistorisierte Drehzahlsteueranordnung für einen Induktionsmotor mit durch phasenverschobene Erregerrechteckspannungen gespeisten Erregerwicklungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine transistorisierte Drehzahlsteueranordnung für einen Induktionsmotor mit durch phasenverschobene Erregerrechteckspannungen gespeisten Erregerwicklungen und einer Impulsfolgesteuereinrichtung.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfolgesteuereinrichtung mit einem von einem Messwertwandler gespeisten Impulsgeber und mit von einem stabilen Kippgenerator über Integrierglieder gesteuerten Sägezahnspannungsschaltstufen versehen ist, von denen eine der beiden gegenüber der andern eine doppelt so grosse Periodendauer aufweist, und dass diesen Symmetrierstufen nachgeschaltet sind, an die über gegebenenfalls von einer Untersetzerstufe steuerbare Kippstufen die Erregerwicklungen des Induktionsmotors angeschlossen sind.
Diese Erfindung eignet sich für die Anwendung im Engine Analyzer Synchronisierungssystem.
Hiebei werden die Druckverläufe in den Einspritzleitungen der einzelnen Zylinder eines Dieselmotors am Bildschirm eines Oszillographen dargestellt. Die Synchronisierung eines solchen Systems erfolgt durch lichtempfindliche Geräte, die von einem Motor betätigt werden, der durch Signale eines in einer Brennstoffeinspritzleitung befindlichen Messwertwandlers gesteuert wird.
Die Geschwindigkeit des Motors ist proportional der Geschwindigkeit der Maschine oder der der Einspritzpumpe.
Die gegenständliche Erfindung ist ein alternatives System zum Antrieb eines Induktionsmotors, wie es obenstehend beschrieben wurde.
Die Methode der Frequenzmultiplikation dieser Erfindung ist durch die Speicherung der Eingangsimpulse in einen Integratorkreis gekennzeichnet, durch die stromkonstante Entladung dieses Kreises zur Erzeugung eines Sägezahnsignales, durch die Betätigung eines Schmitt-Triggers, der vom Sägezahnsignal ausgelöst wird und seinerseits eine Rechteckwelle erzeugt, durch die Differenziation der Stirn- und Rückenflanke der Rechteckwelle, und durch die Addition dieser Impulse, die die doppelte Frequenz der Eingangsimpulse besitzen.
Die Methode zur Erzeugung eines um 900 phasenverschobenen Rechteckimpulses ist durch die Erzeugung einer anfänglichen Rechteckwelle gekennzeichnet, die durch Multiplikation in eine Rechteckwelle mit doppelter Anfangsfrequenz umgeformt wird, deren differenzierte Rückflanke eine bistabile Schaltstufe ansteuert, die ihrerseits eine Rechteckwelle erzeugt, die zu der anfänglichen Rechteckwelle um 900 phasenverschoben ist.
Obige Methode findet Anwendung in der Erzeugung von Signalen zum Antrieb eines Induktionsmotors, dessen Drehzahl durch die Frequenz dieser Signale vorgegeben ist.
An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert : Fig. l stellt schematisch ein Blockbild der Erfindung dar. Die Fig. 2 bis 5 zeigen Einzelheiten der Schaltung nach Fig. 1. In fig. 6 sind Schaudiagramme von Signalen wiedergegeben, die an verschiedenen Punkten des Blockschaltbildes in Fig. l erzeugt werden.
Die Ziffern 2 bis 5 in Fig. l beziehen sich auf die Figuren, die die Einzelheiten der Schaltung
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darstellen. Von einem Messwert-Wandler--10-, der sich in der Einspritzleitung eines Dieselmotors befindet (nicht abgebildet) wird das Eingangssignal über einen SF-Verstärker (Source follower)
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einen Schmitt-Trigger--18--. Der Schmitt-Trigger gibt Rechteckimpulse ab, die als Signal--in-- dargestellt sind ; der Schmitt-Trigger löst die monostabile Kippstufe --20-- aus, welche das Signal --IV-- abgibt und deren Rückfal1zeit eine genügende Dauer hat, um eine vielfache Triggerung durch
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umgekehrt.
Die Ausgangssignale des Verstärkers --22-- werden in der Stufe --24-- differenziert, wobei das Signal-VI--entsteht. Das differenzierte Signal hat unterhalb der strichlierten Linie einen negativen Anteil (dargestellt bei Signal-VI--), den der Begrenzer entfernt (Signal-VII--). Dieser Effekt wird unten wiederholt dargestellt. Die positiven Spitzen des Signals-VII-laden den Integrator (Signal--VIII--) vor der Entladung auf. Der Integrator wird durch eine Konstantstromschaltung --30-- entladen, wobei ein Sägezahnsignal-IX-durch einen Gleichspannungsentkoppler--32-wieder symmetrisch zur Nullinie gebracht wird, wie Signal --X-- zeigt. Dieses Signal löst den Schmitt-Trigger-34-aus, der das Rechtecksignal-XIerzeugt.
Der Triggerpegelversteller ermöglicht den genauen Abgleich auf gleiche Impulsdauer der Einzelimpulse des des Signals-XI--. An Stelle des Schmitt-Triggers können auch andere Schwellwertschalter, z. B. konventionelle Spannungskomparatoren verwendet werden. Die Signale - XI--des Schmitt-Triggers-34-werden in der STufe --36-- differenziert, um Signal --XII-- zu erzeugen ; der negative Anteil davon wird vom Begrenzer --38-- beseitigt, wie Signal --XIII-- zeigt. Diese positiven Impulsspitzen, die die Vorderflanke des Schmitt-Triggersignals darstellen, werden sodann dem ODER-Gatter --40-- zugeleitet. Die Signale--XI-des
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--44-- differenziertSchwellwertsignals --II-- aufweist.
Das Signal-XVII--, welches gegebenenfalls vorher verstärkt wurde, wird sodann durch den Integrator --48-- geführt, der entsprechend aufgebaut ist wie der
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in den verschiedenen Stufen sichtbar gemacht. Das Signal-XXI--, das die doppelte Frequenz des Signals--XI--hat, das vorher erzeugt wurde, wird einer bistabilen Kippstufe --56-- zugeführt. Das Signal-XXII-der bistabilen Kippstufe hat die gleiche Frequenz wie das vorher erzeugte Signal --XI-- und ist zu diesem um 900 phasenverschoben. Die Signale-XI und XXII--können nach Verstärkung xin den Stufen-62 und 60-dazu verwendet werden, um den Synchronmotor - -58-- anzutreiben.
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"Nachschlagwerk für Radioingenieure" (Reference Data for Radio Engineers), International Telephone and Telegraph, 4. Ausgabe und in andern Standardwerken beschrieben.
Anordnungen mehrerer dieser Elemente sind in den Fig. 2 bis 5 gebildet, jedoch ist es klar, dass viele elektrische Schaltpläne mit Hilfe obiger Ausführungen ausgebildet werden können.
Fig. 2, 3, 4 und 5 stellen Einzelheiten des Blockschemas dar, das in Fig. 1 dargestellt ist. Gleiche Ziffern beziehen sich auf gleiche Elemente im Aufbau und Wirkungsweise in diesen Abbildungen. Der Buchstabe--R--bezieht sich auf einen Widerstand ; die Werte für die Widerstände und andere Elemente können leicht vom Fachmann gewählt werden, um die Voraussetzungen dieses Systems zu erfüllen.
Fig. 2 stellt Schaltstufen zur Erzeugung des Signals-VII--dar, das die gleiche Frequenz wie das Eingangssignal--I--hat ; Fig. 3 stellt Schaltstufen zur Speicherung einer Signalserie in der Integrationsschaltung und für die Erzeugung einer Rechteckschwingung vorgegebener Dauer, mit der gleichen Frequenz wie die oben erwähnten gespeicherten Signale dar. Die Schaltungsanordnung in Fig. 3
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gestattet die Signale-VIII bis XI--und-XVIII bis XXI--in Fig. 6 zu erzeugen. Fig. 4 zeigt eine Anordnung, die einen Rechteckimpuls differenziert, um ein Signal mit der zweifachen Frequenz zu erzeugen (Signale-XII bis XVII--).
In Fig. 5 ist ein Blockschema wiedergegeben, das ein Signal um 900 verschiebt, und das zwei Rechteckwellen verwendet, um einen Synchronmotor zu treiben (Signal - XXII d Signal XI--).
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--10-- gelieferte--300-- und die Kondensatoren --202 und 204--mit dem Triggerpegelversteller verbunden. An Stelle der Elemente--102, 300 und 202--kann ein einfacher"Miller"-Integrator mit einem nachgeschalteten Emitterfolger verwendet werden.
Nach Fig. 2 besitzt der Versteller einen Regelwiderstand--206--. Das beschnittene Signal des Triggerpegelverstellers betätigt den Schmitt-Trigger-18--, welcher wieder mit der monostabilen Kippstufe --20-- verbunden ist. Jede der Schaltstufen, die nicht detailliert dargestellt sind, wie z. B. der Schmitt-Trigger und der monostabile Vibrator, sind konventionelle Schaltungen und als Bausteine erhältlich. Das Signal der monostabilen Kippstufe --20-- wird der Basis des Transistors--104- zugeführt, welcher als Verstärker arbeitet und das Signal umkehrt. Das umgekehrte Signal wird zur Basis des Transistors --106 geführt, welcher als Emitterfolger geschaltet ist.
Das Signal des Emitterfolgers wird mittels eines Kondensators --208-- und des darauffolgenden Widerstandes differenziert. Der negative Anteil des differenzierten Signals wird von der Diode-302abgeschnitten.
Nach Fig. 3 wird das differenzierte Signal zur Diode --304-- geführt, welche ein Teil der Integrationsschaltung, einschliesslich des Kondensators --210-- ist. Die im Kondensator-210gespeicherte Ladung wird mit einer definierten Geschwindigkeit durch einen Transistor-108- entladen, der Bestandteil einer Konstantstromschaltung ist. Das erzeugte Sägezahnsignal wird durch die Transistoren-110, 112 und 114-geleitet, welche die Form des Signals aufrecht erhalten, indem sie die Impedanz des Signals durch eine Emitterfolger-Schaltung anpassen. Das Sägezahnsignal wird sodann von seinem Gleichstromanteil durch den Kondensator --212-- entkoppelt.
Vom Kondensator - 212-- wird das Signal zum Triggerpegelversteller einschliesslich Regelwiderstand-214-- zugeführt. Das Signal steuert den Emitterfolger--116--, welcher einen Schmitt-Trigger--34-- auslöst. Die zweifache Anordnung dieser Schaltung dient als ein weiteres Mittel für die Erzeugung eines Rechtecksignals gemäss Fig. l (s. unten).
Das Signal des Schmitt-Triggers --34-- (Fig.3) wird von dem Kondensator --216-- und dem darauffolgenden Widerstand differenziert (Fig. 4). Der negative Anteil des differenzierten Signals wird
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Impulsspitzen des differenzierten Signals von den Kondensatoren-216 und 218-werden parallel zu einem ODER-Gatter, einschliesslich der Dioden--310 und 312-geführt. Diese positiven Signal werden praktisch durch das ODER-Gatter addiert, und erscheinen als ein zusammengesetztes Signal--XVII--mit der zweifachen Frequenz aus den Signalen--XIII und XVI--.
Das Signal-XVII-wird durch einen Filter-Kondensator --219-- zu einer Schaltungsanordnung, welche analog wie in Fig. 3 aufgebaut ist, geführt. In dieser Schaltung ist der Schmitt-Trigger mit --54-- bezeichnet, dessen Signal--XXI--verwendet wird, um die bistabile Kippstufe --56-- auszulösen. In dieser bistabilen Kippstufe, die z. B. im Buch "Transistor Circuit Design by Texas Instruments Inc. (Mc Graw-Hill Book 10, 1963)"angegeben ist, wird die Rechteckwelle --XXI-- differenziert und der positive Anteil abgeschnitten, womit am Ausgang eine Rechteckwelle--XXII--abgegeben wird, die durch die abfallende Flanke des Signals--XXI-- gesteuert ist.
Das Signal der bistabilen Kippstufe --56-- und das Signal des Schmitt-Triggers--34-- (bzw.
--XXII und XI--) werden zu den Verstärkern--60 und 62-- und dann zum Synchronmotor --58-- geführt. Die Geschwindigkeit des Synchronmotors wird somit von der Frequenz des Anfangssignals--I--gesteuert.
Diese Erfindung wurde mit der Schilderung ihrer einzelnen Anordnungen beschrieben. Es ist zu
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verstehen, dass diese nur als Ausführungsbeispiel anzusehen sind. Die Erfindung ist keineswegs davon begrenzt. Alternative Abwandlungen können zweifelsohne von Fachkräften an Hand dieser Beschreibung vorgenommen werden, wobei Änderungen des Gerätes innerhalb des Rahmens dieser Erfindung verbleiben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Transistorisierte Drehzahlsteueranordnung für einen Induktionsmotor mit durch phasenverschobene Erregerrechteckspannungen gespeisten Erregerwicklungen und einer Impulsfolgesteuer-
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einem Messwertwandler (10) gespeisten Impulsgeber (24) und mit von einem astabilen Kippgenerator (20) über Integrierglieder (28, 48) gesteuerten Sägezahnspannungsschaltstufen (30, 50) versehen ist, von denen eine (30) der beiden gegenüber der andern (50) eine doppelt so grosse Periodendauer aufweist, und dass diesen Symmetriestufen (32, 52) nachgeschaltet sind, an die über gegebenenfalls von einer Untersetzerstufe (54) steuerbare Kippstufen (34, 36) die Erregerwicklungen des Induktionsmotors (58) angeschlossen sind.
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