DD132826B1

DD132826B1 - Device for controlling the acceleration of electric motors

Info

Publication number: DD132826B1
Application number: DD20052477A
Authority: DD
Inventors: Frank Melzer; Guenter Rudnick
Original assignee: Frank Melzer; Guenter Rudnick
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1977-08-11
Publication date: 1980-03-19
Also published as: DD132826A1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beschleunigungs« regelung von Elektromotoren, deren Drehzahl mit einem Ws-Tacho erfaßt wird» Derartige Schaltungsanordnungen finden in den ver« schiedensten Industriezweigen bei der Steuerung der Antriebsmotoren von Textilmaschinen* Drahtziehmaschine^ Werkzeugmaschi*· nen und im Bergbau eineAnwendung«The invention relates to a device for the acceleration control of electric motors, the speed of which is detected by a tachometer. In the most diverse industries, such circuit arrangements are used in the control of the drive motors of textile machines, wire drawing machines, machine tools, and in mining.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß bei automatischen Förderantrieben die Drehzahl nach einem bestimmten Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm geregelt werden muß, wobei sich dabei Zeitabschnitte mit konstanter Beschleunigung und konstanter Geschwindigkeit abwechseln« Als Antriebsmotor werden in Abhängigkeit von geforderter Lei« ßtung und Drehzahl Drehstromasynchronmaschinen und Gleichstromneben* ßchlußmaschinen angewendet*It is known that in automatic conveyor drives, the speed must be controlled according to a specific speed-time diagram, alternating time intervals with constant acceleration and constant speed. As the drive motor, depending on the required speed and speed, three-phase asynchronous machines and DC secondary * closing machines applied *

Es ist ebenfalls bekannt, daß der Hochlauf des Antriebsmotors von Vorspinnmaschinen (Flyer) auf Grund der noch nicht genügenden Festigkeit des Faserbandes sanft erfolgen muß, damit Faserbrüche vermieden werden_e Geräuscharme Übertragungselemente aus Plast erfordern ebenfalls diesen sanften Anlauf*It is also known that the run-up of the drive motor of roving (flyer) due to the not yet sufficient strength of the sliver must be gentle so that fiber breaks are avoided _e low-noise transmission elements made of plastic also require this soft start *

Ähnlich geartete Anforderungen werden an den Hochlauf der Antriebsmotoren von Drahtziehmaschinen gestellt«Similar demands are placed on the start-up of the drive motors of wire drawing machines «

Sowohl bei einer Drehzahlregelung mit Führungsgrößenfunktion als auch bei einer Beschleunigungsregelung muß die Drehzahl des Antriebsmotors erfaßt werden. Es ist bekannt, daß die Drehzahl des Antriebsmotors mit einer Gleichstromtachomaschine oder einer Wechselstromtachomaschine gemessen werden kann. Auf Grund des geringen Wartungs- und Kostenaufwandes für Wechselstromtachomaschinen werden diese bei entsprechenden Anwendungsbedingungen bevorzugt ausgewählt. Die hohe Welligkeit der Tachoausgangsspannung erfordert einen entsprechend hohen Glättungsaufwand, Dieser Glättungsaufwand bewirkt bei der Beschleunigungsregelung eine verzögerte Beschleunigungsistwertbildung.Both in a speed control with reference variable function and in an acceleration control, the speed of the drive motor must be detected. It is known that the rotational speed of the drive motor can be measured with a DC tachometer or an AC tachometer. Due to the low maintenance and cost of AC awning machines these are preferably selected under appropriate conditions of use. The high ripple of the speedometer output voltage requires a correspondingly high smoothing outlay. This smoothing out effort causes delayed acceleration actualization during the acceleration control.

Während des Hochlaufvorganges wird vom Elektromotor ein hoher Anlaufstrom, der ein Mehrfaches des Motornennstromes beträgt, aufgenommen. Dieser Anlaufstrom stellt für ein Thyristor-Stellglied eine erhebliche Belastung dar. Um zu einer hohen Stellgliedauslastung zu kommen, ist es notwendig, das Stellglied nach erfolgtem Hochlauf des Elektromotors zu überbrücken. Dazu wird ein entsprechendes Meldesignal benötigt.During the acceleration process, the electric motor receives a high starting current, which is a multiple of the rated motor current. This starting current is a considerable burden for a thyristor actuator. In order to achieve a high actuator load, it is necessary to bridge the actuator after the startup of the electric motor. For this purpose, a corresponding message signal is required.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, die Vorteile des Einsatzes eines Wechselstromtachos auszunutzen und die Bedingungen zu schaffen, die einen beschleunigungsgeregelten Anlauf der Elektromotoren bei optimaler Stellgliedauslastung ermöglichen,It is an object of the invention to take advantage of the use of an AC tacho and to create the conditions that allow an acceleration-controlled start-up of the electric motors with optimum actuator utilization,

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Beschleunigungsregelung und zur Begrenzung des Anlaufruckes von Elektromotoren, speziell auch polumschaltbaren Drehstrommotoren, mit einem Meßglied zur Bildung des Beschleunigungsistwertes aus der drehzahlproportionalen Spannung eines Wechselstromtachogenerators zu schaffen, bei welcher die Rückstellzeit möglichst klein gegenüber der Hochlaufzeit des Elektromotors ist.The invention has for its object to provide a device for acceleration control and limiting the starting pressure of electric motors, especially pole-changing three-phase motors, with a measuring element to form the actual acceleration from the speed-proportional voltage of a Wechselstromtachogenerators, in which the reset time as small as possible compared to the acceleration time of Electric motor is.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Tachowechselspannung mittels einer Brückenschaltung gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung einem eingliedrigen RC-Glättungsglied zugeführt wird, dessen Fußpunkt über zwei in Reihe geschaltete Dioden mit der Nullschiene der Schaltung, über einen Widerstand mit der positiven Betriebsspannung und über einen Entladewiderstand mit dem RC-Gliedeingang verbunden ist, wobei der Ausgang des Glättungsgliedes einem Differenzierglied zugeführt wird, dessen Eingangsschaltung, bestehend aus einer Reihenschaltung von einem Widerstand und einem Kondensator, gleichzeitig als zusätzliches Glättungsglied wirkt und dem invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers zugeführt wird, dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand mit der Nullschiene verbunden ist und dessen Rückführbeschaltung zwischen invertierendem Eingang und dem Ausgang aus einer Parallelschaltung von einem Widerstand, einem Kondensator und einer Diode besteht.The object is achieved according to the invention by rectifying the tacho-alternating voltage by means of a bridge circuit and supplying the rectified voltage to a single-ended RC smoothing element whose base is connected via two series-connected diodes to the zero rail of the circuit, via a resistor to the positive operating voltage and via a discharge resistor is connected to the RC element input, wherein the output of the smoothing member is supplied to a differentiator whose input circuit, consisting of a series circuit of a resistor and a capacitor, simultaneously acts as an additional smoothing member and the inverting input of a first operational amplifier is supplied, the non-inverting input connected via a resistor to the zero rail and the Rückführbeschaltung between inverting input and the output of a parallel circuit of a resistor, a capacitor and a diode exists.

An den Ausgang des ersten Operationsverstärkers wird ein Potentiometer gegen Nullschiene geschaltet, welches zum Soll-Istwert-Abgleich dient und dessen Mittelabgriff über ein PD-Glied mit Verzögerung erster Ordnung, welches zur Kompensation der großen Glättungszeitkonstante dient, aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen und einem zum ersten Widerstand parallel geschalteten Kondensator besteht, an den invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers, der alc Regelverstärker mit PI-Verhalten beschaltet ist, geschaltet wird, wobei parallel zur PI-Rückführbeschaltung eine Diode geschaltet wird und der nichtinvertierende Eingang mit der Nullschiene der Schaltung verbunden wird. Die Sollwertspannung wird über eine Verzögerungsschaltung, die mit Hilfe eines Tiefpasses in T-Schaltung, bestehend aus zwei Widerständen im Längozweig und einem Kondensator im Querzweig, dessen Fußpunkt mit der Nullschiene verbunden ist, realisiert wird, dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers zugeführt»At the output of the first operational amplifier, a potentiometer is connected to zero rail, which is used for setpoint-actual value adjustment and its center tap via a first-order delay PD element, which serves to compensate for the large smoothing time constant of two series-connected resistors and a connected to the first resistor in parallel capacitor is connected to the inverting input of a second operational amplifier, the alc control amplifier is connected to PI behavior, wherein parallel to the PI feedback circuit, a diode is connected and the non-inverting input is connected to the zero rail of the circuit , The setpoint voltage is realized via a delay circuit, which is realized by means of a low-pass in T-circuit, consisting of two resistors in the Längozweig and a capacitor in the shunt branch whose base is connected to the zero rail, the inverting input of the second operational amplifier.

Die Regler- und Istvvertmeßgiiedrückstcllung wird wie folgt gelöst :The controller and actual vertical reset is solved as follows:

Am invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers ist die Katode einer Diode angeschlossen, der ein Vorwiderstand in Reihe geschaltet ist. Dieser Vorwiderstand ist mit einem weiteren Vorwiderstand verbunden, an dessen zweitem Anschluß drei Dioden angeschlossen sind, deren Katoden getrennt mit dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers, dem Kondensator im Querzweig der Tiefpaß-T-Schaltung und dem Kondensator in der Rückführbeschaltung des zweiten Operationsverstärkers verbunden sind, wobei der zweite Anschluß des letztgenannten Kondensators mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers verbunden ist.At the inverting input of the first operational amplifier, the cathode of a diode is connected to a series resistor is connected in series. This series resistor is connected to a further series resistor, connected to the second terminal three diodes whose cathodes are connected separately to the inverting input of the second operational amplifier, the capacitor in the shunt arm of the low-pass T-circuit and the capacitor in the Rückführbeschaltung of the second operational amplifier , wherein the second terminal of the latter capacitor is connected to the output of the second operational amplifier.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand derThe invention will be described below with reference to the

Fig» 1 erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und der Fig, 2 Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßenFIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention and FIG. 2 shows an application example of the invention

Schaltungsanordnung erläutert.Circuit arrangement explained.

Die Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die jeweils eine positive und negative Betriebsspannung (U_ß und IL· benötigt.FIG. 1 shows the circuit arrangement according to the invention, which in each case requires a positive and negative operating voltage ( _Uβ and IL ·).

Sie besitzt zwei Eingänge zum Anschluß einer Wechselstromtachomaschine, deren Spannung zur Bildung des Drehzahlistwertes mit einer Gleichrichterbrücke V 1 bis V 4 gleichgerichtet und einem Glättungsglied Rl, R 2, Cl geglättet wird.It has two inputs for connecting an AC tachometer whose voltage is rectified to form the actual speed value with a rectifier bridge V 1 to V 4 and a smoothing element Rl, R 2, Cl smoothed.

Die Dioden V 5, V 6, die ständig stromdurchflossen sind, dienen dazu, den an der Gleichrichterbrücke entstehenden Diodenspannungsabfall dynamisch zu kompensieren.The diodes V 5, V 6, which are constantly flowed through the current, serve to dynamically compensate for the diode voltage drop occurring at the rectifier bridge.

Zur Bildung des Beschleunigungsistwertes ist dem Glättungsglied ein Differenzglied nachgeschaltet, das das Übertragungsverhalten eines D-Gliedes mit Verzögerung 1. Ordnung aufweist. Gleichzeitig leistet die Eingangsbeschaltung des D-Gliedes einen Beitrag zur Glättung des Drehzahlistwertes, Zur Bildung der Regelabweichung durch Stromsummierung werden der Sollwert über eine Sollwertverzögerungsschaltung R 9, R 10, C 4 und der Beschleuni-To form the acceleration actual value, the smoothing element is followed by a differential element which has the transmission behavior of a D-element with delay of the first order. At the same time, the input circuit of the D element contributes to the smoothing of the actual speed value. To generate the control deviation by current summation, the setpoint is set via a setpoint delay circuit R 9, R 10, C 4 and the acceleration

gungsistwert Ober eine Reglereingangsbeschaltung R 12, R 13, C 5 dem invertierenden Eingang des PI-Reglers zugeführt. Die Reglereingangsbeschaltung wirkt bezüglich des durch sie gebildeten Istwertstromes als PD-Glied mit Verzögerung 1. Ordnung. Mit dieser Reglereingangsbeschaltung ist es möglich, die durch die Glättung des Drehzahlistwertes bedingte Verzögerung des Beschleunigungsistwertes hinreichend zu kompensieren. Die Sollwertverzögerung verhindert eine sprunghafte Änderung der Reglerausgangsspannung Ug_t·Actual supply value via a regulator input circuit R 12, R 13, C 5 fed to the inverting input of the PI controller. The regulator input circuit acts with respect to the actual value current formed by it as a PD element with delay 1st order. With this controller input circuit, it is possible to sufficiently compensate for the delay of the acceleration actual value caused by the smoothing of the actual speed value. The setpoint delay prevents a sudden change in the controller output voltage Ug _t ·

Durch Anlegen der positiven Zusatzspannung U an einen zusätzlichen Schaltungseingang ist es möglich, Differenzierglied und Regler auf den Ausgangsspannungswert Null rückzustellen sowie die beteiligten Kondensatoren schnell umzuladen. Die Ausgangsspannung des Differenziergliedes wird über ein zusätzliches Glättungsglied einem Schwellwertschalter zugeführt, der an seinem Ausgang ein Signal "Beschleunigung vorhanden" bereitstellt. Eine flankengetriggerte, störungsunempfindliche Transistorschaltstufe wertet die negative Flanke des Signals "Beschleunigung vorhanden" aus und erzeugt ein Impulssignal "Beschleunigung beendet" IL·. Ein Anwendungsbeispiel der Regeleinrichtung zur Beschleunigungsregelung 1 ist in Figur 2 dargestellt. Es zeigt das Blockschaltbild für den Hochlauf eines Drehstromkurzschlußläufermotors 5 mit konstanter Beschleunigung, Als Stellglied wird ein Wechselstromsteller 3 verwendet, der die zur Zündung der Thyristoren erforderlichen Zündimpulse von einer Steuereinrichtung 2 bekommt. Die Steuereinrichtung wird mit Hilfe der Reglerausgangsspannung U_c angesteuert,By applying the positive additional voltage U to an additional circuit input, it is possible to reset the differentiator and regulator to the output voltage value zero and to quickly reload the capacitors involved. The output voltage of the differentiating element is fed via an additional smoothing member a threshold value switch, which provides a signal "acceleration present" at its output. An edge-triggered, interference-insensitive transistor switching stage evaluates the negative edge of the signal "acceleration present" and generates a pulse signal "acceleration completed" IL ·. An application example of the control device for acceleration control 1 is shown in FIG. It shows the block diagram for the startup of a three-phase current motor 5 with constant acceleration, As an actuator, an AC controller 3 is used, which receives the ignition pulses required for the ignition of the thyristors from a control device 2. The control device is controlled by means of the regulator output voltage U _c ,

Im geöffneten Zustand des Schützes K 3 wird über dessen Öffner K 3 die positive Betriebsspannung U_ß+ an den zusätzlichen Schaltungseingang U der Regeleinrichtung gelegt ,,.In the open state of the contactor K 3, the positive operating voltage U _{ß + is placed} on the additional circuit input U of the control device via the opener K 3 ,,.

Der Hochlaufvorgang beginnt mit dem Schließen des Schützes K 3. Der Motor läuft entsprechend dem eingestellten Beschleunigungssollwert U« ,, hoch. Die Drehzahl wird mit einem Wechselstromtacho 4 erfaßt. Nach erfolgtem Hochlauf wird mit Hilfe eines Relais Kl und der Hilfsspannung U,. die Impulsspannung U-. ausgewertet. Ein Schließer des Relais K 1 steuert z. B. ein Schütz K 2 an, welches eine Überbrückung des Wechselstromstellers vornimmt. Nach dem öffnen des Schützes K 3 kann der Hochlsufvorgang erneut erfolgen«The startup process begins when the contactor K3 is closed. The motor starts up in accordance with the set acceleration setpoint U «,,. The speed is detected with an AC tacho 4. After a successful runup is using a relay Kl and the auxiliary voltage U ,. the pulse voltage U-. evaluated. A closer of the relay K 1 controls z. B. a contactor K 2, which performs a bridging of the AC adjuster. After opening the contactor K 3, the high-voltage operation can be repeated. «

Claims

Invention claim:

1. A device for controlling the acceleration and limiting the starting pressure of electric motors, especially pole-changing three-phase motors, with a measuring element for forming the acceleration actual value from the speed-proportional voltage of an AC tachogenerator using a wired operational amplifier, with a circuit part for compensation of the large smoothing time constant, with a variable gain amplifier, with a circuit part for setpoint delay and with a circuit part for resetting the control device, characterized in that the measuring element consists of a rectifier bridge (V 1, V 2, V 3, V 4), a downstream single-ended smoothing element (RI ₁ R 2 ,. C 1), which is connected via two series-connected diodes (V 5, V 6) to the zero rail (M) of the circuit arrangement and at the same time above a resistor (R 3) to the positive operating voltage (Ug ₊ ), it is that the Output of the operational amplifier (V 10) is connected to the input circuit (R 12, R 13, C 5) of the control amplifier (V 18) that the circuit input for the setpoint voltage (Uq, ·,) via a T-element, consisting of two series-connected resistors ( R 9, R 10) in the longitudinal branch and one connected to the zero rail (M) capacitor (C 4) in the shunt branch, with the inverting input of the control amplifier (V 18) is connected and that an additional circuit input (U) via a first series circuit of a Resistor (R 8) and a diode (V 11) to the inverting input of the operational amplifier (V 10), via a second series connection of a resistor (R 7) with a diode (V 12) to the capacitor (C 4) in the shunt branch of T-member and two other diodes (V 13, V 14) of the resistor (R 7) of the second 'series circuit (R 7, V 12) to the inverting input and the feedback circuit of the control amplifier (V 18) are connected.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that connected to the tachometer input a voltage measuring and the rise of a DC or AC voltage is regulated.

For this ..... 2. Rails drawings