DD159927A1

DD159927A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR TORQUE MONITORING FOR CONTROLLED DC CURRENT DRIVES

Info

Publication number: DD159927A1
Application number: DD23095481A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Lasch; Lothar Neumann; Helmut Breitlow
Original assignee: Siegfried Lasch; Lothar Neumann; Helmut Breitlow
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1983-04-13

Abstract

Schaltungsanordnung zur Drehmomentenüberwachung bei geregelten Gleichstromantrieben, wie beispielsweise Werkzeugmaschinenantriebe, deren Anker über gesteuerte Gleichrichter und deren Erregerfeld durch einen gesteuerten oder ungesteuerten Gleichrichter gespeist wird. Zur Verminderung von Schäden am Motor bei Unterbrechung des Erregerstromflussen in der Motorfeldwicklung ist es erforderlich, das Drehmoment zu überwachen und bei Unterbrechung des Erregerstromflusses Abschalthandlungen zu tätigen. Dabei ist es erstrebenswert, diese Überwachung ohne Verwendung zusätzlicher Meßgleider in die Informationselektronik des Antriebes zu integrieren. Durch Verknüpfung des Signals Ankerstrombegrenzung, das durch Auswertung des Stromsollwertes (i ind soll) oder des Stromistwertes (i ind ist) über eine Triggereinrichtung (9) gewonnen wird, mit dem Signal Drehzahl näherungsweise Null, das bei Unterschreitung eines einstellbaren Minimalwertes des Drehzahlistwertes (n ind ist) von einer weiteren Triggereinrichtung (10) ausgegeben wird, erfolgt zeitverzögert eine Wechselrichterzwangssteuerung des Ankerstromrichters (3) und eine Abschaltung des Leistungsschützes (4). FigurCircuit arrangement for torque monitoring in regulated DC drives, such as machine tool drives whose armature is fed via controlled rectifier and its field of excitation by a controlled or uncontrolled rectifier. In order to reduce damage to the motor in the event of interruption of the excitation current flowing in the motor field winding, it is necessary to monitor the torque and to carry out turn-off operations when the excitation current flow is interrupted. It is desirable to integrate this monitoring without the use of additional Meßgleider in the information electronics of the drive. By linking the signal armature current limiting, which is obtained by evaluation of the current setpoint (i ind soll) or the actual current value (i ind is) via a trigger device (9), with the signal speed approximately zero, which falls below an adjustable minimum value of the actual speed value (n ind is) by a further trigger device (10) is output, there is a time delay inverter forced control of the armature converter (3) and a shutdown of the power contactor (4). figure

Description

-Titel, der ErfindungTitle, the invention

Schaltungsanordnung zur Drehmomentenüberwachung bei geregelten GleichstromantriebenCircuit arrangement for torque monitoring in regulated DC drives

"Anwendungsgebiet der Erfindung"Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehmomentenüberwachung bei geregelten Gieichstromantrieben, wiez.B. Y/erkzeugmaschinenantriebe, deren Anker durch einen gesteuerten Gleichrichter gespeist wird und d.eren Erregerfeld v/ahlweise durch einen ungesteuerten Gleichrichter oder bei vorgesehenem Feldschwächbetrieb durch einen gesteuerten Gleichrichter versorgt wird·The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the torque in regulated Gieichstrumtrieben, wieZ.B. Machine tool drives whose armature is fed by a controlled rectifier and whose excitation field is supplied in part by an uncontrolled rectifier or, if field weakening operation is provided, by a controlled rectifier.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Das Drehmoment wird bei solchen Antrieben über die· Durchflutungen des Ankers und.des Feldes gebildet. Eine der Kontrollfunktionen, die dabei auszuüben ist, besteht in der Überwachung des Erregerstromes, denn nur bei vorhandenem Erregerstrom ist die Momentenbildung durch den Motor gewährleistet. Fällt der Erregerstrom aus, ist durch eine Überwachungseinrichtung der Ankerkreis zu öffnen bzw. eine Abschaltung des Antriebes vorzunehmen, um den Motoranker zuThe torque is formed in such drives on the · flooding of the armature and.the field. One of the control functions that has to be exercised is to monitor the excitation current, because torque generation by the motor is only guaranteed if the excitation current is present. If the excitation current fails, the armature circuit must be opened by means of a monitoring device or the motor must be shut off in order to close the motor armature

schützen und um technologische Schäden zu vermeiden· _ Dazu ist es bekannt, ein Stromrelais einzusetzen, dessen Spule vom Erregerstrom durchflossen wird. Diese Relais sind mechanisch in ihrer Sinstellkraft veränderbar und/oder in der Windungszahl umschaltbar· nachteilig ist, daß das Stromrelais nur verhältnismäßig grobstufig in einem begrenzten Bereich einstellbar ist. Das kann bei vorgesehenem Motorfeld-schwächbetrieb über einen großen Drehzahl-Stellbereich auf Grund einzustellender sehr kleiner Ansprechwerte zu Schwierigkeiten führen.Protect and to avoid technological damage · _ For this purpose, it is known to use a current relay whose coil is traversed by the excitation current. These relays are mechanically variable in their Sinstellkraft and / or reversible in the number of turns · is disadvantageous that the current relay is only relatively coarse in a limited range adjustable. This can lead to difficulties in the intended field weakening operation over a large speed-adjusting range due to be set very small thresholds.

Bekannt ist es weiterhin, den Erregerstrom über eine potentialtrennende Meßeinrichtung, ζ*Β. einen Gleichstromwandler zu erfassen und damit einen in seinem Ansprechwert einstellbaren Trigger zu beaufschlagen, der dann bei Unterschreitung des minimalen Feldstromes die Abschaltung des Antriebes veranlaßt. Nachteilig bei einer solchen Anordnung ist, daß ein potentialtrennendes Meßglied erforderlich ist, das unter Umständen volumenaufwendig und teuer sein' kann« Eine solche in etwa dem geschilderten Stand der Technik entsprechende Erregerfeld-Ausfallschutzeinrichtung ist in der DE-PS 870 131 beschrieben«,It is also known, the exciter current via a potential-separating measuring device, ζ * Β. to detect a DC-DC converter and thus to act on an adjustable in its response trigger, which then causes the shutdown of the drive when the minimum field current falls below. The disadvantage of such an arrangement is that a potential-separating measuring element is required, which may be 'consuming volume and can be expensive under certain circumstances. Such an exciter field-failure protection device corresponding approximately to the described prior art is described in DE-PS 870 131,

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Erregerstromüberwachungseinrichtungen zu vermeiden und einen sicheren Schutz des Motors bei Ausfall des Erregerstromes und einer damit verbundenen unzulässigen Drehmomentenreduzierung zu gewährleisten.The aim of the invention is to avoid the disadvantages of the known excitation current monitoring devices and to ensure safe protection of the motor in case of failure of the excitation current and an associated inadmissible torque reduction.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

"- Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird'"- The technical problem which is solved by the invention"

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrichtung für das Motordrehmoment zu schaffen, die keine zusätzlichen Meßeinrichtungen zur Erfassung des Erregerstromes benötigt, die in weiten Grenzen exakt einstellbar ist und die in die Informationselektronik des Antriebes unmittelbar integriert ist.The invention has for its object to provide a monitoring device for the engine torque, which does not require additional measuring devices for detecting the excitation current, which is precisely adjustable within wide limits and which is directly integrated into the information electronics of the drive.

- Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zv/ei Tr igger eiriri chtungen vorgesehen sind, wobei der Eingang der ersten Triggereinrichtung mit dem Ausgang des Drehzahlreglers verbunden ist und der Eingang der zweiten Triggereinrichtung mit dem Drehzahlistwerterfassungsglied in Verbindung steht« Der Ausgang der ersten Triggereinrichtung, der bei Erreichen des am Drehzahlregler eingestellten Begrenzungswertes für den Stromistwert Η-Signal führt und der Ausgang der zweiten Triggereinrichtung, der bei Unterschreitung einer eingestellten Minimaldrehzahl Η-Signal aufweist/sind auf je einen Eingang eines UND-Verknüpfungsgliedes geschaltet, dem eine Zeitverzögerungsstufe nachgeschaltet ist. Der Ausgang der Zeitverzögerungsstufe ist zur Wechselrichterzwangssteuerung des Ankerstromrichters sowohl mit dem Stromregler als auch zur drehstromseitigen Abschaltung des Ankerstromrichters durch den Leistungsschalter mit einem Schaltverstärker verbunden.The object is achieved in that zv / ei Tr igger eiriri tions are provided, the input of the first trigger device is connected to the output of the speed controller and the input of the second trigger device with the Drehzahlistwerterfassungsglied is in communication «the output of the first trigger device, the bei signal when reaching the set on the speed controller limit value for the actual current value and the output of the second trigger device, which falls below a set minimum speed Η signal / are each connected to an input of an AND gate, which is followed by a time delay stage. The output of the time delay stage is connected to the inverter forced control of the armature converter with both the current regulator as well as for the three-phase side shutdown of the armature converter through the circuit breaker with a switching amplifier.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungs- beispiel näher beschrieben v/erden. Die Pigur zeigt einen Gleichstromnebenschlußmotor 1, an dem zur Drehzahlistwerterfassung ein Tachogenerator 2 angekuppelt ist» Der Gleichstromnebenschlußmotor 1 wird von einem gesteuerten. Gleichrichter 3 in Drehstroinbrückenschaltung ankerseitxg gespeist« Der Gleichrichter 3 ist über den Leistungsschalter bzw. das Leistungsschütz 4 mi* dem Drehstromnetz verbunden. Seine Zündimpulse erhält der Gleichrichter 3 von' einer Ansteuereinrichtung 5, der ein Stromregler 6 vorgeschaltet ist«, Der Stromregler 6 bekommt seinen Sollwert i_S0-Q von einem übergeordneten Drehzahlregler 7 und seinen Istwert i^ . von einer drehstromseitig angeordneten Strommeßeinrichtung 8« Es handelt sich um eine Kaskadenregelung, der Drehzahlregelkreis ist dem Stromregelkreis überlagert« Am Eingang des Drehzahlreglers 7 erfolgt der Vergleich zwischen Drehzahlsollwert π -,-, und Drehzahlistwert η. _g>· Der Drehzahlistwert η. .., den der Tachogenerator 2 liefert, wird außerdem an eine Triggereinrichtung 10 gelegt, die bei Drehzahl näherungsweise Hull, d,h. bei Unterschreitung eines eingestellten Minimalwertes, ausgangsseitig ein Η-Signal abgibt· Eine weitere Triggereinrichtung 9 erhält eingangssei- , tig den Stromsollwert i_sonη♦ Sobald der Stromsollwert i_ß0-j 3_ den am Drehzahlregler 7 eingestellten Begrenzungswert erreicht, liegt an der Triggereinrichtung 10 ausgangsseitig ebenfalls Η-Signal· Haben beide Triggereinrichtungen 9» 10 ausgangsseitig H-Signal, d.h. es liegt ein Betrieb mit Strombegrenzung bei Drehzahl näherungsweise UuIl vor, werden beide Signale durch das Verknüpfungsglied -11 kongunktiv verknüpft und nach Ablauf einer Zeitverzögerung, die mittels derThe invention will be described in more detail below in an exemplary embodiment. The Pigur shows a direct current shunt motor 1 to which a Tachogenerator 2 is coupled for Drehzahlistwertervfassung »The DC shunt motor 1 is controlled by a. Rectifier 3 fed in three-phase bridge circuit on the armature side «The rectifier 3 is connected via the circuit breaker or the power contactor 4 to the three-phase network. Its ignition pulses receives the rectifier 3 of 'a control device 5, which is preceded by a current regulator 6, "The current controller 6 gets its setpoint i _S0 -Q from a parent speed controller 7 and its actual value i ^. from a three-phase current measuring device 8 "It is a cascade, the speed control circuit is superimposed on the current control loop" At the input of the speed controller 7, the comparison between the speed setpoint π -, -, and actual speed η. _g > · The actual speed value η. ., The tachogenerator 2 supplies, is also placed on a trigger device 10, the speed at approximately Hull, d, h. A further triggering device 9 receives on the input side, tig the current setpoint i _so nη ♦ As soon as the current setpoint i _ß0 -j 3_ reaches the set on the speed controller 7 limiting value, is at the trigger device 10 output side also Η signal · If both trigger devices 9 »10 have an H signal on the output side, ie if there is an operation with current limitation at speed approximately UuIl, both signals are congruently linked by the logic element -11 and after a time delay has elapsed

dem UND-Glied 11 nachgeschalteten Zeitverzögerungsstufe 12 realisiert wird, erfolgt eine elektronische Wechselrichterzwangssteuerung des Stromreglers 6 sowie eine Beaufschlagung' eines Schaltverstärkers 13 der über ein Hilfsrelais die Abschaltung des Leistungsschützes 4 veranlaßt·the AND gate 11 downstream time delay stage 12 is realized, there is an electronic inverter forced control of the current controller 6 and a 'biasing' a switching amplifier 13 via an auxiliary relay causes the shutdown of the contactor 4 ·

V/ird nun bei diesem drehzahlgeregelten Gleichstromnebenschlußmotor 1 der Erregerstromfluß I_ÖTVy, durch die Motorfeldwicklung 14 unterbrochen, dann wird das Motordrehmoment Hull» Der Drehzahlregler 7, der den Momentenabbau und damit verbunden den Drehzahlabfall ausregeln will, steuert bis zum Anlcerstrombegrenzungswert auf» Auf Grund des fehlenden Drehmomentes wird trotz anliegenden Begrenzungsstromes im Anker die Drehzahl NuIl₆, Zum Schutz des Motors erfolgt durch die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung nach einer Zeitverzögerung von beispielsweise 0_Ρ5···1 s die Abschaltung des Ankerstromes* Diese Drehmomentenüberwaehung wird im Zusammenhang mit v/eiteren Schutzmaßnahmen zur Drehzahlüberwachung angewendet, die sowohl eine Drehzahlistwertüberwachung hinsichtlich Maximalwert und/oder relativer Abweichung vom vorgegebenen Sollwert als auch eine Tacholeitimgsbruchüberwachung beinhalten· Damit wird ein komplexer Schutz des Antriebes vor unzulässigen Betriebszustanden sichergestellte Das, betrifft auch ein mögliches fehlerhaftes Hochlaufen eines vollkorapensierten absolut leerlaufenden Antriebes bei Ausfall des Erregerstromes, das durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Drehmomentenüberwachung nicht erfaßt und damit verhindert wird.Now, in this variable speed DC _shunt motor 1, the exciting current _flow I _OTVY , interrupted by the motor field _winding 14, then the motor torque Hull »The speed controller 7, which wants to compensate for the torque reduction and the associated speed drop controls up to the Anlcerstrombegrenzungswert on» Due to In spite of the fact that the limiting current in the armature is applied, the torque is not provided with the torque NuIl _6. To protect the motor, the armature current is switched off by the monitoring device according to the invention after a time delay of, for example, 0 _Ρ 5 ··· 1 s * This torque monitoring becomes associated with other protective measures used for speed monitoring, which include both a speed actual value monitoring in terms of maximum value and / or relative deviation from the specified setpoint and a Tacholeitimgsbruchüberwachung · This is a complex protection of the drive against inadmissible Betriebsz This ensures that even a possible faulty run-up of a fully-corroborated absolutely idling drive in case of failure of the excitation current, which is not detected by the inventive circuit for torque monitoring and thus prevented.

Durch die erfindungsgemäße Lösung erfolgt beim Auftreten eines· Signals Ankerstrombegrenzung, das durch Auswertung des Strornsollwertes' oder des Stromist-'Due to the solution according to the invention, when a signal occurs, armature current limiting occurs, which is evaluated by evaluating the desired current value or the current current.

wertes über eine Triggeranordnung gewonnen wird und dem zusätzlichen Auftreten eines Signals Drehzahl näherungsweise Null, das bei Unterschreitung eines einstellbaren Minimalwertes des Drehzahlistwertes von einer v/eiteren Triggeranordnung ausgegeben wird, zeitverzögert eine Wechselrichterzwangssteuerung des Ankerstromrichters mit einer Abschaltung des Leitungsschalters bzw. -schützes. .Wertes is obtained via a trigger arrangement and the additional occurrence of a signal speed approximately zero, which is output when falling below an adjustable minimum value of the actual speed of v / eiteren trigger arrangement, a time delay inverter forced control of the armature converter with a shutdown of the line switch or contactor. ,

Es wird dadurch verhindert, daß auf Grund fehlender Motorerregung und damit verbunden fehlendem Drehmoment der Antrieb ständig bei Drehzahl Null Ankerbegrenzungsstrom führt, da das eine unzulässige Belastung des Antriebes darstellen und ein Auslöten der Kollektorlamellen bewirken würde. Weiterhin wird mit dieser Schaltungsanordnung zur Drehmomentenüberwachung ein Schutz gegen mechanische Blockierung des Antriebes realisiert. Da zur erfindungsgemäßen Drehmomentenüberwachung lediglich, die ohnehin in der Informationsverarbeitung des Antriebes vorhandenen Signale Strombegrenzung und Minimaldrehzahl benötigt werden, kann die Überwachungsschaltung ohne Verwendung sonst erforderlicher zusätzlicher Meßglieder in die Informationsverarbeitung des Antriebes integriert v/erden.It is thereby prevented that, due to lack of motor excitation and the associated lack of torque, the drive constantly at zero speed zero armature current leads because they represent an inadmissible load on the drive and would cause a desoldering of the collector plates. Furthermore, a protection against mechanical locking of the drive is realized with this circuit arrangement for torque monitoring. Since only the already existing in the information processing of the drive signals current limit and minimum speed are required for torque monitoring according to the invention, the monitoring circuit can be integrated without the use of otherwise required additional measuring elements in the information processing of the drive v / ground.

Claims

"Invention s ruch

Circuit arrangement for torque monitoring in regulated DC drives whose armature is fed by a controlled rectifier and whose exciter field is supplied by an uncontrolled or »provided field weakening operation by a controlled rectifier, characterized 'characterized in that two triggering devices (9 j 10) are provided in which the input of the first trigger device (9) is connected to the output of the speed controller (7) and the input of the second trigger device (10) is connected to the actual speed detection sgli.ed (2) and the output of the first trigger device (9) , which on reaching the speed controller (7) set limiting value for the current actual value (i -; «+) H signal, and the output of the second trigger device (10), which leads to falls below a set minimum speed Η signal to the Inputs of an AND gate (11) are connected, the time Ver delay stage (12) is connected, whose output for inverter forced control of the armature converter (3) with the current regulator (6) and the three-phase disconnection of the armature converter (3) by the power switch (4) mifeinem switching amplifier (13) is connected «.

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