DD225887A3 - CIRCUIT FOR SHUT-OFF OF A UNPHASE OR DC CIRCUIT MOTOR OF HIGH-VOLTAGE MACHINES, ESPECIALLY CENTRIFUGES - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zum Abbremsen eines Einphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlussmotors hochtouriger Maschinen, insbesondere Zentrifugen. Ziel der Erfindung ist es, die Zeit fuer das Abbremsen zu verkuerzen. Die Aufgabe bestand darin, eine Bremsschaltung zu schaffen, die auch im unteren Drehzahlbereich ein ausreichendes Bremsmoment erzeugt. Ausser dem Ankerstromkreis und dem Erregerstromkreis ist erfindungsgemaess vorgesehen: Als Gleichrichter ist ein an eine Ansteuerschaltung angeschlossener, gesteuerter Gleichrichter gewaehlt. Die Ansteuerschaltung und eine Steuereinheit sind durch einen Optokoppler miteinander verbunden. Die Steuereinheit ist eingangsseitig an den Tachogenerator angeschlossen. Sie ist aus einem ersten und zweiten Spannungs-Strom-Wandler, einem Spannungs-Spannungs-Wandler und einem Feldeffekttransistor zusammengesetzt. Fig. 1The invention relates to a circuit for decelerating a single-phase or DC series motor high-speed machines, in particular centrifuges. The aim of the invention is to shorten the time for braking. The task was to provide a brake circuit which generates a sufficient braking torque even in the lower speed range. In addition to the armature circuit and the exciter circuit, it is provided according to the invention: The rectifier selected is a controlled rectifier connected to a drive circuit. The drive circuit and a control unit are interconnected by an optocoupler. The control unit is connected on the input side to the tachogenerator. It is composed of a first and second voltage-current converter, a voltage-voltage converter and a field effect transistor. Fig. 1
Description
Schaltung zum Abbremsen eines Einphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlußmotors hochtouriger Maschinen, insbesondereCircuit for braking a single-phase or DC series motor of high-speed machines, in particular
Zentrifugencentrifuges
Anwendungsgebiet'der Erfindung:Field of application of the invention:
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zum Abbremsen von Einphasen- oder Gleichstrom-Reihenschlußmotoren. Derartige Motors besitzen ein großes Anzugsmoment und die Fähigkeit, sich wechselnden Belastungen gut anzupassen. Sie werden deshalb auch zur Erzeugung hoher Beschleunigungen, z. B. für Zentrifugen, eingesetzt. Die Schaltung kann in entsprechender Ausführung zur Bremsung der Motoren aller Anwendungsgebiete verwendet werden.The invention relates to a circuit for braking single-phase or DC series motors. Such motors have a large tightening torque and the ability to adapt well to changing loads. They are therefore also for generating high accelerations, z. As for centrifuges used. The circuit can be used in a corresponding embodiment for braking the motors of all applications.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:
Zum Abbremsen von Reihenschlußmotoren muß durch eine Schalthandlung die Umkehrung des Drehmomentes gegenüber dem des motorischen Betriebs erreicht werden. Je nach Art der hierfür verwendeten Schaltung ist dann bekannterweise eine ITutz-,To decelerate series-wound motors must be achieved by a switching operation, the reversal of the torque over that of the engine operation. Depending on the type of circuit used for this purpose is then known to be a ITutz-,
Widerstands- oder Gegenstrombremsung möglich. Für die Widerstandsbremsung ist eine große Anzahl Schaltungen entwickelt worden (z. B* DD-PS 85 803, 118 487, DE-EB 1 200 424, 2 002768, 2 135 324, 2 228 735, 2 541 113, 2 608 581, 2 640 745, 2 824 045),Resistance or counter-current braking possible. For the resistance braking a large number of circuits has been developed (eg * DD-PS 85 803, 118 487, DE-EB 1 200 424, 2 002768, 2 135 324, 2 228 735, 2 541 113, 2 608 581, 2 640 745, 2 824 045),
Die Bremsschaltung gemäß DE-OS 2 640 745 beinhaltet eine Widerstandsbremsung mit gesteuerter Fremderregung. Ein im Erregerstromtoreis eingeschalteter Transistor wird in Anhängigkeit von einer über den Bremswiderstand abfallenden Spannung ausgesteuert. Bei Wahl der richtigen Polarität wird das Feld bei hohen Drehzahlen nur schwach erregt, mit abnehmender Drehzahl wird die Erregung stärker. Das Bremsmoment ist über einen gewissen Drehzahlbereich annähernd gleich, fällt aber im unteren Drehzahlbereich stark ab. Die Bremszeit ist infolgedessen noch relativ lang.- Zur Abkürzung der Bremszeit ist diese Schaltung entsprechend DE-OS 2 824 045 um eine Gegenstrombremsschaltung erweitert worden· Letztere wird in der ersten Bremsphase betrieben, die erstgenannte Schaltung danach in.der zweiten 3remsphase. Unbefriedigend ist nach wie vor die Abbremsung im unteren Drehzahlbereich· Die Anordnung zum dynamischen Bremsen eines Gleichstrommotors gemäß DD-PS 118 487 verwendet das gleiche V/irkprinzip wie die in der DE-OS 2 640 745 beschriebene. Die vom Bremswiderstand abgenommene Spannung liegt über eine Kennlinienformungsanordnung an einen beeinflußbaren, vordurchfluteten und rückgekoppelten Magnetverstärker an, dessen Ausgang mit der Erregerwicklung verbunden ist. Die Kennlinienformungsanordnung besteht im wesentlichen aus zwei Schwellwertschaltungen. Die. Schaltung mit dem niederen Schwellwert ist an die rückkoppelnde Steuerwicklung, die mit dem höheren Schwellwert an die mitkoppelnde Steuerwicklung des Magnetverstärkers geführt. Die Anordnung realisiert ein bis zum unteren Drehzahlbereich reichendes konstantes Drehmoment. Die Abbremsung in diesem Bereich ist zu gering. Der Hagnetverstärker bedingt einen verhältnis-^·. · mäßig hohen Aufwand an Leitungsmaterial (Kupfer) und einThe brake circuit according to DE-OS 2 640 745 includes a resistance braking with controlled external excitation. A transistor which is switched on in the exciting current gate is controlled as a function of a voltage drop across the braking resistor. Choosing the right polarity means that the field is only weakly excited at high speeds, and as the speed decreases, the excitation becomes stronger. The braking torque is approximately the same over a certain speed range, but drops sharply in the lower speed range. The braking time is therefore still relatively long.- To shorten the braking time, this circuit has been extended in accordance with DE-OS 2,824,045 by a countercurrent brake circuit · The latter is operated in the first braking phase, the former circuit then in.der the second 3remsphase. Unsatisfactory is still the deceleration in the lower speed range · The arrangement for dynamically braking a DC motor according to DD-PS 118 487 uses the same V / irkprinzip as that described in DE-OS 2,640,745. The voltage removed by the braking resistor is applied via a characteristic curve arrangement to an influenceable, pre-flooded and feedback magnetic amplifier whose output is connected to the field winding. The characteristic curve arrangement essentially consists of two threshold value circuits. The. The low-threshold circuit is connected to the feedback control winding, which has the higher threshold connected to the positive-feedback control winding of the magneto-amplifier. The arrangement realizes a reaching to the lower speed range constant torque. The deceleration in this area is too low. The magnetic amplifier requires a ratio. · Moderately high expenditure on line material (copper) and a
großes Bauvolumen. Die Anordnung ist auf Grund der zahlreichen mechanischen Schalter (6-Ebenen-Schalter) störanfällig.large construction volume. The arrangement is susceptible to interference due to the numerous mechanical switches (6-level switch).
Schließlich ist in der DE-OS 2 228 735 eine Einrichtung zum gesteuerten Abbremsen eines Elektromotors beschrieben· Die Einrichtung ist speziell für den Transport eines Magnetbandspeichers mit definiertem Weg-Zeit-Verhältnis konzipiert. Sie beinhaltet nicht nur eine Bremsschaltung im engeren Sinne, sondern hauptsächlich eine Segelschaltung zum Abbremsen des Motors, Die Regelschaltung besteht aus einem Geschwindigkeitsmesser (Tachometer), einem V/egrnesser, einem Soll-Geschwindigkeits-Speicher und einem Vergleicher· Im Vergleicher erfolgt der Vergleich des Ist-Geschwihdigkeitssignals und des Soll-Geschwindigkeitssignals. Bei Abweichung wird ein Signal für die Steuerschaltung des Motors erzeugt. Die· Steuerschaltung enthält eine mit Transistoren bestückte Brückensehaltung, in deren Diagonale der Motoranker eingefügt ist. Die vier Basiselektroden werden von dem Vergleicher gesteuert. Die digitale Ausführung der Hege!schaltung enthält eine Vielzahl von Bauelementen« Die beschriebene Einrichtung erzeugt kein konstantes Bremsmoment. Mit ihr sind nur kleine Bremsleistungen realisierbar. Sie ist für kleine Motoren und niedrigtourigs Antriebe geeignet.Finally, a device for the controlled braking of an electric motor is described in DE-OS 2 228 735. The device is specially designed for the transport of a magnetic tape memory with a defined path-time ratio. It includes not only a brake circuit in the strict sense, but mainly a sail circuit for braking the engine, the control circuit consists of a speedometer (speedometer), a V / egrnesser, a target speed memory and a comparator Actual Geschwihdigkeitssignals and the target speed signal. If there is a deviation, a signal is generated for the control circuit of the motor. The control circuit contains a bridge posture equipped with transistors, in the diagonal of which the motor armature is inserted. The four base electrodes are controlled by the comparator. The digital version of the control circuit contains a large number of components «The device described does not generate a constant braking torque. With her only small braking performance can be realized. It is suitable for small engines and Niedrigourigs drives.
Ziel der Erfindung:Object of the invention:
Die Erfindung hat das Ziel, die Zeit für das Abbremsen hochtouriger Maschinen, insbesondere Zentrifugen, zu verkürzen.The invention has the goal to shorten the time for braking high-speed machines, in particular centrifuges.
Darlegung des V/esens der Erfindung:Presentation of the Invention:
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Bremsschaltung für Gleichstrommotore von Zentrifugen zu.schaffen, die auch im unteren Drehzahlbereich ein ausreichendes Bremsmoment erzeugt.The invention was based on the object zu.schaffen a brake circuit for DC motors of centrifuges, which generates a sufficient braking torque in the lower speed range.
Die Lösung dieser Aufgabe schließt folgende bekannte Elemente ein: einen den Bremswiderstand enthaltenden AnkerStromkreis, einen einen Transformator und einen Gleichrichter einschließenden Erregerstromkreis und einen an die Motorwelle angekoppelten Tachogenerator. Erfindungsgemäß ist vorgesehen: Als Gleichrichter ist ein an eine Ansteuerschaltung angeschlossener, gesteuerter Gleichrichter gewählt. Die Ansteuerschaltung und eine Steuereinheit sind durch einen Optokoppler miteinander verbunden. Die Steuereinheit ist eingangsseitig an den Tachogenerator angeschlossen. Sie ist aus einem ersten Spannungs-Strom-V/andler, einem zweiten Spannungs-Strom-v/andler, einem Spannungs-Spannungs-«Vandler und einem Feldeffekttransistor zusammengesetzt. Eingangsseitig sind der erste Spannungs-Strom— Wandler und der.. Spannungs-Spannungs-Wandler an- den Tachogenerator und der zweite Spannungs-Strom-v/andler an den Sollwertgeber angeschlossen. Beide Spannungs-Strom—./"andler schließen in ihren-Ausgangskreis die Singangsstufe des Optokopplers ein. Der Feldeffekttransistor ist eingangsseitig mit dem Ausgang des Spannungs-Spannungs-«1/andler s verbunden und ausgangs seitig parallel zum Eingang des ersten Spannungs—Strom—V/andiers geschaltet.The solution of this object includes the following known elements: an armature circuit containing the braking resistor, a field circuit including a transformer and a rectifier, and a tachogenerator coupled to the motor shaft. According to the invention, a rectifier is selected, a controlled rectifier connected to a drive circuit. The drive circuit and a control unit are interconnected by an optocoupler. The control unit is connected on the input side to the tachogenerator. It is composed of a first voltage-current divider, a second voltage-current divider, a voltage-voltage converter, and a field-effect transistor. On the input side, the first voltage-current converter and the voltage-to-voltage converter are connected to the tachogenerator and the second voltage-current converter is connected to the setpoint generator. Both Spannungs-Strom-./"andler include in its output circuit which Singangsstufe of the optocoupler in. The field effect transistor on the input side / s andler connected to the output of the voltage-to-voltage "1 and the output side in parallel to the input of the first voltage-current V / andiers switched.
Ausführungsbeispiel:Embodiment:
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:In the accompanying drawing show:
Fig. 1 das Blockschaltbild der SchaltungFig. 1 is a block diagram of the circuit
Fig. 2 das Blockschaltbild der Steuereinheit;Fig. 2 is the block diagram of the control unit;
Fig. 3 das Drehzahl-Feldstrom-Diagramm der SchaltungFig. 3 shows the speed field current diagram of the circuit
Die in Figo 1 dargestellte Schaltung setzt sich aus folgenden Teilschaltungen und wichtigen Funktionselementen zusammen: dem AnkerStromkreis 1, dem Erregerstromkreis 2, einer Ansteuerschaltung 3, einem Optokoppler 4, einer Steuereinheit 5 mit Sollwertgeber 6 und einem Tachogenerator 7·The circuit shown in Figo 1 is composed of the following sub-circuits and important functional elements: the armature circuit 1, the exciter circuit 2, a drive circuit 3, an optocoupler 4, a control unit 5 with setpoint generator 6 and a tachogenerator 7 ·
Der Ankerstromkreis wird durch den Motoranker 8, den Bremswiderstand 9 und ein Schaltkontakt 10 gebildet· Der Erregerstromkreis 2 enthält die Feldwicklung 11, die Sekundärwicklung eines Transformators 12 und einen Thyristor 13 als Gleichrichter. Der Steueranschluß 14 des Thyristors 13 ist mit dem Ausgang 15 eier Ansteuerschaltung 3 verbunden· Die Betriebsspannungsleitung 16 der Ansteuerschaltung 3 enthält einen Schaltkontakt 17 und eine Gleichrichterdiode 18* Der Eingang 19 der Ansteuerschaltung 3 ist mit der Ausgangsstufe 20 des Optokopplers 4 verschaltet, deren Eingangsstufe 21 mit dem Ausgang 22 der Steuereinheit 5 verknüpft ist. Der Eingang der Steuereinheit 5 steht mit den Spannungsklemmen des Tachogenerators 7 in Verbindung. Sr ist über- einen Widerstand -24 an den Eingang eines ersten Spannungs-Strom-Wandlers 25 und über einen weiteren "Widerstand 26 an den Eingang eines Span-nungs-Spannungs-Wandlers 27 geführt· Der 'Wandler 25 ist mit einem -Regelwiderstand 28, der Wandler 27 mit einem Hegelwiderstand 29 beschaltet. Der als Regelwiderstand ausgeführte Sollwertgeber 6 ist mit dem Eingang eines zweiten Spannungs—Strom— Wandlers 30 verbunden, der mit einem Regelwiderstand 31 beschaltet ist. Die Ausgänge der Wandler 25; 30 stehen über eine aus ./iderständen aufgebaute Strcruteilerschaltung 32 in Verbindung. Die Wandler 25; 30 enthalten in ihren Ausgangskreisen gemeinsam die Eingangsstufe 21 des Optokopplers 4. Der Eingang eines Feldeffekttransistors 33 ist mit dem Ausgang des Wandlers 27 verknüpft. Ausgangsseitig ist der Feldeffekttransistor 33 parallel zum Eingang des Wandlers 25 geschaltet. Als Wandler 25; 27; 30 können üblicherweise Operationsverstärker eingesetzt werden. Der Tachogenerator 7 ist an die Motor— welle 38 gekoppelt.The armature circuit is formed by the motor armature 8, the braking resistor 9, and a switching contact 10. The exciting circuit 2 includes the field winding 11, the secondary winding of a transformer 12, and a thyristor 13 as a rectifier. The control terminal 14 of the thyristor 13 is connected to the output 15 of the drive circuit 3 · The operating voltage line 16 of the drive circuit 3 contains a switching contact 17 and a rectifier diode 18 * The input 19 of the drive circuit 3 is connected to the output stage 20 of the optocoupler 4, the input stage 21st is linked to the output 22 of the control unit 5. The input of the control unit 5 is connected to the voltage terminals of the tachogenerator 7 in connection. Sr is connected to the input of a first voltage-to-current converter 25 via a resistor -24 and via a further resistor 26 to the input of a voltage-voltage converter 27. The converter 25 is provided with a regulating resistor 28 , the converter 27 is connected to a Hegel resistor 29. The setpoint generator 6 designed as a variable resistor is connected to the input of a second voltage-current converter 30 which is connected to a variable resistor 31. The outputs of the converters 25; The input of a field effect transistor 33 is linked to the output of the converter 27. On the output side, the field effect transistor 33 is parallel to the input of the converter 25 Operational amplifiers can usually be used as converters 25, 27, 30. The tachogenerato r 7 is coupled to the motor shaft 38.
Die Funktion der Schaltung wird durch manuelles oder maschinelles Betätigen der Schaltkontakte iO; 17 eingeleitet. Dadurch werden direkt der Ankerstromkreis 1 und indirekt der.Erregerstromkreis 2 über die Ansteuerschaltung 3 und den zündendenThe function of the circuit is by manual or mechanical actuation of the switching contacts OK; 17 initiated. As a result, directly the armature circuit 1 and indirectly der.Erregerstromkreis 2 via the drive circuit 3 and the igniting
Thyristor 13 geschlossen. Der Thyristor 13 läßt einen Teil . der negativen Halbwelle durch die Feldwicklung'11 passieren. Die Dauer des Stromflusses wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motorankers 8 durch die Steuereinheit 5 und die Ansteuerschaltung 3 gesteuert. Die Ansteuerschaltung 3 hat die Funktion einer üblichen Phasenanschnittsschaltung und ist auch wie eine solche aufgebaut. Der Optokoppler 4· fungiert als rückkopplungsfreies Übertragungsglied zwischen ihr und der Steuereinheit 5· Die Steuereinheit 5 erzeugt im oberen Drehzahlbereich ein nahezu gleichbleibendes Ausgangssignal, wodurch der i'eldstrom I^ den im Abschnitt 35 der Drehzahl-Feldstrom-Kurve 34 dargestellten Verlauf nimmt. Die Steilheit des Abschnitts 35 wird hauptsächlich durch den Spannungs-Spannungs—Wandler 27 beeinflußt; sie kann mit dem Regelwider— stand 29 eingestellt werden. Bei Annäherung an den unteren Drehzahlbereich, etwa bei η = 1OOO Umdrehungen pro Minute, wächst das Ausgangssignal stark an« Der -ö'eldstrom L-, nimmt stark zu - Abschnitt 36 der Kurve 34·. Die Feldstromstärkeaunahme wird durch den Spannungs-Strom—Wandler 30 bewirkt. Sie kann vermittels des Sollwertgebers 6 eingestellt werden. Auf die bei niedrigen Drehzahlen einsetzende Stromstärkeabnahme hat der Spannungs-Strom-Wandler 25 maßgeblichen Einfluß. Sie ist in der Fig. 3 als'Abschnitt 37 der Kurve 34- dargestellt. Das Ausmaß der Abnahme kann mit dem Regelwiderstand 28 beeinflußt werden.Thyristor 13 closed. The thyristor 13 leaves a part. Pass the negative half-wave through the field winding'11. The duration of the current flow is controlled in dependence on the rotational speed of the motor armature 8 by the control unit 5 and the drive circuit 3. The drive circuit 3 has the function of a conventional phase control circuit and is also constructed as such. The control unit 5 generates in the upper speed range a nearly constant output signal, whereby the i'eldstrom I ^ takes the course shown in section 35 of the speed field current curve 34. The steepness of the section 35 is mainly influenced by the voltage-to-voltage converter 27; it can be adjusted with rheostat 29. When approaching the lower speed range, for example at η = 1000 revolutions per minute, the output signal increases sharply "The -''-current L-, increases sharply - section 36 of the curve 34 ·. The field current strength increase is effected by the voltage-to-current converter 30. It can be adjusted by means of the setpoint generator 6. On the beginning at low speeds current decrease, the voltage-current converter 25 has significant influence. It is shown in FIG. 3 as a section 37 of curve 34-. The extent of the decrease can be influenced by the variable resistor 28.
Die durch die Abschnitts 36; 37 repräsentierte Feldstromspitze im unteren Drehzahlbereich wirkt einer Abnahme des Ankerstromes I1, derart entgegen, daß bis zu Drehzahlen von η - 150 · - 200 Umdrehungen pro Minute ein ausreichend starkes, konstantes Bremsmoment wirkt.The through the section 36; 37 represented field current peak in the lower speed range counteracts a decrease in the armature current I 1 , so that up to speeds of η - 150 · - 200 revolutions per minute, a sufficiently strong, constant braking torque acts.
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