DE102004018767A1

DE102004018767A1 - Control circuit for the operation of electrical DC brushless machines and in particular as motors

Info

Publication number: DE102004018767A1
Application number: DE200410018767
Authority: DE
Inventors: Ralf Hochhausen; Jörg SEYFARTH; Pietro De Filippis
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-11-03

Abstract

The brushless motor [M] is coupled to a control circuit that rectifies (1) mains supply and feeds an intermediate dc voltage circuit coupled to an ac inverter (3). The inverter has six switching stages (SU1,2,SV1,2SW1,2) based upon IGBT devices. The switches respond to the outputs of a signal generator (5) providing phased signals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für eine permanent erregte elektrische Maschine wie insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor.The The present invention relates to a driving device for a permanent excited electrical machine such as in particular a brushless DC motor.

Eine Ansteuervorrichtung für den Betrieb einer solchen Maschine als Motor umfasst im Allgemeinen einen Wechselrichter, der aus einem Gleichspannungszwischenkreis mit zwei Betriebspotentialen versorgt ist und diese nach einem von einem Mustergenerator vorgegebenen zeitlichen Muster an die Anschlussklemmen der verschiedenen Wicklungen der Maschine anlegt. Dabei ist das zeitliche Muster so festgelegt, dass die an die einzelnen Wicklungen der Maschine angelegten Spannungsimpulse in dieser ein rotierendes Magnetfeld erzeugen, in welchem der Rotor sich auszurichten versucht. So lange das mit Hilfe dieser Impulse erzeugte rotierende Magnetfeld dem des Rotors voraneilt, arbeitet die Maschine als Motor, das heißt, die Maschine ist im Stande, mechanische Arbeit zu leisten. Das permanente Magnetfeld des Rotors induziert bei seiner Drehung wiederum im Stator der Maschine eine Spannung, auch als EMK bezeichnet, die linear mit der Drehzahl steigt. Bei einem Betrieb der Maschine als Generator wird diese EMK an den Anschlussklemmen der Maschine abgegriffen.A Control device for The operation of such a machine as an engine generally includes an inverter, which consists of a DC voltage intermediate circuit is supplied with two operating potentials and this after one of a pattern generator given temporal pattern to the terminals the different windings of the machine applies. That's it temporal patterns are set so that the individual windings the machine applied voltage pulses in this one rotating Create magnetic field in which the rotor tries to align. As long as the rotating magnetic field generated with the help of these pulses In front of the rotor, the machine works as a motor, that is, the Machine is able to perform mechanical work. The permanent magnetic field of the rotor in turn induces its rotation in the stator of the machine a voltage, also known as EMF, which increases linearly with speed. When operating the machine as a generator, this EMF is connected to the Terminals of the machine tapped.

Bei hohen Drehzahlen kann die EMK sehr hohe Werte erreichen. Dies ist so lange unkritisch, wie die Maschine als Motor betrieben wird. Beim Übergang zu Generatorbetrieb, zu dem es beispielsweise aufgrund eines Ausfalls der Versorgungsspannung oder aufgrund einer plötzlichen Änderung der relativen Phasenlage des Rotorfeldes und des im Stator der elektrischen Maschine erzeugten Feldes, z.B. durch einen Stoß, auch unbeabsichtigt kommen kann, kann die EMK Werte erreichen, die die von außen zugeführte Zwischenkreisspannung deutlich überschreiten. Wenn diese hohe EMK von der elektrischen Maschine durch den Wechselrichter in den Gleichspannungszwischenkreis gelangt, können Überspannungsschäden an an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Komponenten auftreten. Um dies zu vermeiden, muss sich die Spannungsfestigkeit der betreffenden Komponenten nicht an der während des Motorbetriebes im Gleichspannungszwischenkreis auftretenden Spannung orientieren, sondern an der maximalen EMK, die bei Generatorbetrieb möglich ist. Wenn zum Beispiel der Gleichspannungszwischenkreis durch gleichgerichtete 220 V-Wechselspannung gespeist ist, genügt bei reinem Mo torbetrieb einer über den Gleichspannungszwischenkreis gespeisten elektrischen Maschine eine Spannungsfestigkeit der an den Zwischenkreis angeschlossenen Komponenten von maximal 320 V. Wenn jedoch die Maschine bei einer Drehzahl von 16.000 U/min in Generatorbetrieb geht, kann eine EMK von bis zu 550 V auftreten. Um in diesem Fall Überspannungsschäden zu vermeiden, muss die Spannungsfestigkeit der vom Gleichspannungszwischenkreis versorgten Komponenten also wenigstens 550 V betragen. Solche Komponenten sind jedoch teurer als solche mit geringerer Spannungsfestigkeit.at high speeds, the EMF can reach very high values. This is as long as uncritical, as the machine is operated as a motor. At the transition to generator operation, which, for example, due to a failure the supply voltage or due to a sudden change in the relative phase position of the rotor field and the generated in the stator of the electric machine Field, e.g. through a push, can come inadvertently, the EMF can reach values that the outside supplied Clearly exceed the DC link voltage. When this high emf from the electric machine through the inverter get into the DC voltage intermediate circuit, overvoltage damage to the DC link connected components occur. To avoid this, the dielectric strength of the concerned must be Components not at the while of the motor operation occurring in the DC intermediate circuit Voltage oriented, but at the maximum emf, the generator operation possible is. For example, if the DC link is rectified by rectified 220 V AC power is fed, is sufficient in pure Mo door operation one over the DC intermediate circuit powered electric machine a dielectric strength of the connected to the DC link Components of maximum 320 V. However, if the machine at a Speed of 16,000 rpm goes into generator operation, can be an emf of up to 550V occur. To avoid overvoltage damage in this case, must the dielectric strength of the DC link supplied components so be at least 550 V. Such components However, they are more expensive than those with lower dielectric strength.

Es ist daher wünschenswert, über eine Ansteuervorrichtung für eine permanent erregte elektrische Maschine zu verfügen, die es gefahrlos erlaubt, an den die Maschine im Motorbetrieb speisenden Gleichspannungszwischenkreis Komponenten mit niedriger Spannungsfestigkeit anzuschließen, ohne deren Zerstörung im Falle eines unbeabsichtigten Generatorbetriebes der Maschine befürchten zu müssen.It is therefore desirable over a Control device for to have a permanently energized electric machine, the it is safely allowed to the DC link feeding the machine during motor operation Connect components with low dielectric strength, without their destruction in case of unintentional generator operation of the machine fear to have to.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Ansteuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Indem die Überwachungsschaltung der erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung bei Vorliegen einer Überspannung im Gleichspannungszwischenkreis die Schalter der ersten Gruppe geöffnet und die der zweiten Gruppe geschlossen hält, werden bei Erfassung einer solchen Überspannung die Anschlussklemmen des Motors über die Schalter der zweiten Gruppe kurzgeschlossen, so dass eine zur Gefährdung von an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Komponenten ausreichende Überspannung nicht auftreten kann. Die Überspannung, auf die die Überwachungsschaltung anspricht, sollte dabei natürlich kleiner als die Spannungsbelastbarkeit der empfindlichsten an den Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Komponente gewählt sein.The Task is solved by a drive device having the features of the claim 1. By the monitoring circuit the drive device according to the invention in the presence of an overvoltage in the DC link the switches of the first group are opened and which keeps the second group closed, are detected upon detection of a such overvoltage the terminals of the motor over the switches of the second group shorted, leaving a to endangering of components connected to the DC link sufficient overvoltage can not occur. The overvoltage, up the the monitoring circuit should appeal, of course smaller than the voltage carrying capacity of the most sensitive to the DC link connected component can be selected.

Um die Schalter der ersten Gruppe zu öffnen bzw. die der zweiten zu schließen, umfasst die Überwachungsschaltung vorzugsweise Logikgatter, die jeweils auf einer Signalleitung zwischen einem Signalausgang des Mustergenerators und dem über diesen Signalausgang gesteuerten Schalter angeordnet sind, um die Signalleitungen bei Erfassung einer Überspannung zu unterbrechen und so die Schalter der Kontrolle des Mustergenerators zu entziehen.Around to open the switches of the first group or the second close, includes the monitoring circuit preferably logic gates, each on a signal line between a signal output of the pattern generator and via this Signal output controlled switches are arranged around the signal lines upon detection of an overvoltage to interrupt and so the switches of the control of the pattern generator to withdraw.

Um einen zeitweiligen Kurzschluss der Zwischenkreisspannung bei der Übernahme der Kontrolle über die Schalter durch die Überwachungsschaltung auszuschließen, umfasst die Überwachungsschaltung vorzugsweise ein Verzögerungsglied, das es erlaubt, bei Einsetzen einer Überspannung im Gleichspannungszwischenkreis die Schalter der zweiten Gruppe erst nach dem Öffnen der Schalter der ersten Gruppe zu schließen.Around a temporary short circuit of the DC link voltage during the transfer over control the switches through the monitoring circuit ruled out includes the monitoring circuit preferably a delay element, which allows it, with the onset of an overvoltage in the DC link the switches of the second group only after opening the switch of the first Close group.

Bei dem zweiten Potential handelt es sich vorzugsweise um ein Massepotential.The second potential is preferably around a ground potential.

Die Überwachungsschaltung ist vorzugsweise durch vom Mustergenerator getrennte, unabhängige Schaltungsbausteine, insbesondere einen zwischen die beiden Potentiale des Gleichspannungszwischenkreises geschalteten Spannungsteiler und einen mit einem Ausgang des Spannungsteilers und einem Referenzpotential verbundenen Differenzverstärker realisiert, um im Falle einer Störung des Mustergenerators einen gleichzeitigen Ausfall der Überwachungsschaltung so weit wie möglich auszuschließen.The monitoring circuit is preferably by separate from the pattern generator, independent circuit blocks, in particular one between the two potentials of the DC intermediate circuit switched voltage divider and one with an output of the voltage divider and a reference potential connected differential amplifier realized in case of failure the pattern generator a simultaneous failure of the monitoring circuit as far as possible excluded.

Eine Betriebsspannung des Mustergenerators und der Überwachungsschaltung ist vorzugsweise von den beiden Potentialen des Gleichspannungszwischenkreises abgeleitet. Dadurch ist es möglich, beim Ausfall einer externen Energieversorgung wie etwa der Netzspannung durch einen kontrollierten Generatorbetrieb der elektrischen Maschine, der die Potentiale des Gleichspannungszwischenkreises aufrecht erhält, Mustergenerator und Überwachungsschaltung weiter mit Betriebsenergie zu versorgen und eine korrekte Steuerung der Maschine aufrecht zu erhalten.A Operating voltage of the pattern generator and the monitoring circuit is preferably derived from the two potentials of the DC intermediate circuit. This makes it possible in case of failure of an external power supply such as the mains voltage by a controlled generator operation of the electric machine, which maintains the potentials of the DC intermediate circuit, pattern generator and monitoring circuit continue to supply with operating power and correct control to maintain the machine.

Der Mustergenerator ist vorzugsweise in Form eines programmgesteuerten Schaltungsbausteines wie etwa eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors realisiert.Of the Pattern generator is preferably in the form of a program-controlled Circuit components such as a microcontroller or microprocessor realized.

Wenn der Gleichspannungszwischenkreis über einen Netzgleichrichter gespeist ist, hat dieser Mustergenerator vorzugsweise einen Eingang zum Empfang eines einen Fehler der Netzspannung am Eingang des Netzgleichrichters anzeigenden Signals, und das Betriebsprogramm des Mustergenerators ist eingerichtet, das Vorliegen oder Nichtvorliegen dieses Signals zu berücksichtigen. Eine Berücksichtigung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass bei einem Ausfall der Netzspannung der Mustergenerator durch Anpassen von Phase und/oder zeitlichem Verlauf des an die Schalter angelegten Schaltmusters in einen beabsichtigten, gesteuerten Generatorbetrieb übergeht, um so die Betriebsenergie, die der Mustergenerator zum Steuern einer kontrollierten Abbremsung des Motors benötigt, aus der kinetischen Energie des Letzteren zu gewinnen.If the DC link via a power rectifier is fed, this pattern generator preferably has an input to receive a fault of the mains voltage at the input of the mains rectifier indicating signal, and the operating program of the pattern generator is established, the presence or absence of this signal to take into account. A consideration can be done in particular by the fact that in case of failure of the mains voltage the pattern generator by adjusting phase and / or temporal The course of the switching pattern applied to the switches into an intended, controlled generator operation passes, so the operating energy that the pattern generator for controlling a controlled deceleration of the engine needed from the kinetic energy to win the latter.

Ergänzend kann hierfür vorgesehen sein, dass der Mustergenerator auch einen Eingang zum Empfang eines das Vorliegen einer Überspannung anzeigenden Signals der Überwachungsschaltung aufweist, der es ihm bzw. seinem Betriebsprogramm ermöglicht, zu erkennen und zu berücksichtigen, ob bzw. dass die Schalter seiner Kontrolle entzogen sind.In addition can therefor be provided that the pattern generator also has an input for receiving one indicating the presence of an overvoltage Has signal of the monitoring circuit, which enables him or his operating program to recognize and to consider, whether or that the switches are deprived of his control.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of an embodiment with reference to the attached Characters. Show it:

1 ein Blockdiagramm eines bürstenlosen Gleichstrommotors und einer Ansteuervorrichtung für den bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung; und 1 a block diagram of a brushless DC motor and a driving device for the brushless DC motor according to the invention; and

2 den zeitlichen Verlauf einer Mehrzahl von Signalen in der Ansteuervorrichtung der 1 bei normalem Betrieb und im Falle einer Störung. 2 the time course of a plurality of signals in the driving device of 1 during normal operation and in case of failure.

1 ist ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung und des von ihr angesteuerten bürstenlosen Gleichstrommotors M. Die Ansteuervorrichtung umfasst einen Gleichrichter 1, an dessen Eingängen eine Netzwechselspannung von 220 V anliegt und der eine daraus gewonnene Gleichspannung in einen Gleichspannungszwischenkreis einspeist, dessen zwei Leiter in der Fig. mit + und – bezeichnet sind. Ein Glättkondensator 2 ist zwischen die zwei Leiter des Gleichspannungszwischenkreises geschaltet. 1 is a block diagram of the drive device according to the invention and driven by her brushless DC motor M. The drive device comprises a rectifier 1 , at whose inputs an AC mains voltage of 220 V is applied and feeds a DC voltage obtained therefrom into a DC voltage intermediate circuit whose two conductors are designated by + and - in the figure. A smoothing capacitor 2 is connected between the two conductors of the DC intermediate circuit.

Die geglättete Gleichspannung des Zwischenkreises speist einen Wechselrichter 3 mit sechs Schaltern SU1, SV1, SW1, SU2, SV2, SW2, von denen jeweils die Schalter SU1, SV1, SW1 zwischen den positiven Leiter (+) des Zwischenkreises und einer Phase U, V bzw. W des Motors M angeordnet sind und die Schalter SU2, SV2, SW2 jeweils zwischen einer dieser drei Phasen und dem negativen Leiter (-) angeordnet sind. Bei den Schaltern kann es sich in an sich bekannter Weise um IGBTs mit einer parallel geschalteten Freilaufdiode handeln.The smoothed DC voltage of the DC link feeds an inverter 3 with six switches SU1, SV1, SW1, SU2, SV2, SW2, of which each of the switches SU1, SV1, SW1 are arranged between the positive conductor (+) of the intermediate circuit and a phase U, V or W of the motor M and the Switches SU2, SV2, SW2 are each arranged between one of these three phases and the negative conductor (-). The switches can be IGBTs with a parallel-connected freewheeling diode in a manner known per se.

Die Schalter des Wechselrichters 3 sind jeweils über eine Signalleitung 4 durch einen Mustergenerator 5 angesteuert. Der Mustergenerator 5 erzeugt ein zyklisch wiederkeh rendes Muster von Schaltzuständen der Schalter SU1, ..., SW2 mit einer der Drehfrequenz des Motors M entsprechenden Frequenz, welches in dem Motor M ein der Drehung des Rotors voraneilendes magnetisches Feld erzeugt, das die Drehung antreibt. Da derartige Schaltmuster bekannt sind und die vorliegende Erfindung unabhängig von der Art des verwendeten Schaltmusters anwendbar ist, wird dieses hier nicht im Detail beschrieben.The switches of the inverter 3 are each via a signal line 4 through a pattern generator 5 driven. The pattern generator 5 generates a cyclically recurring pattern of switching states of the switches SU1, ..., SW2 with a frequency corresponding to the rotational frequency of the motor M, which generates in the motor M a magnetic field advancing the rotation of the rotor, which drives the rotation. Since such switching patterns are known and the present invention is applicable regardless of the type of switching pattern used, this will not be described in detail here.

Die Signalleitungen 4 vom Mustergenerator 5 zu den Schaltern SU1, SV1, SW1 verlaufen jeweils durch ein logisches Oder-Gatter 6, die Signalleitungen 4 vom Mustergenerator 5 zu den Schaltern SU2, SV2, SW2 durch ein Und-Gatter 7. Auf die Funktion der Gatter 6, 7 wird an späterer Stelle genauer eingegangen.The signal lines 4 from the pattern generator 5 to the switches SU1, SV1, SW1 each pass through a logical OR gate 6 , the signal lines 4 from the pattern generator 5 to the switches SU2, SV2, SW2 through an AND gate 7 , On the function of the gates 6 . 7 will be discussed in more detail later addressed.

Der Mustergenerator 5 ist als Mikrocontroller implementiert, dessen Betriebsspannung von z.B. 5 V durch einen Gleichspannungswandler 8 aus dem Gleichspannungszwischenkreis abgeleitet wird. Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 8 ist im Wesentlichen konstant und unabhängig von Schwankungen der Spannung des Zwischenkreises.The pattern generator 5 is implemented as a microcontroller, whose operating voltage of eg 5 V by a DC-DC converter 8th is derived from the DC voltage intermediate circuit. The output voltage of the DC-DC converter 8th is essentially constant and independent of fluctuations in the voltage of the DC link.

An einem Eingang 9 des Mustergenerators 5 liegt ein Ausgangssignal des Gleichrichters 1 an, welches das ordnungsgemäße Vorliegen der Netzspannung anzeigt.At an entrance 9 of the pattern generator 5 is an output signal of the rectifier 1 which indicates the correct presence of the mains voltage.

Zwei Widerstände 10, 11 bilden einen Spannungsteiler zwischen den zwei Leitern des Gleichspannungszwischenkreises. Sie sind so dimensioniert, dass bei normalem Betrieb des Motors M eine Spannung von wenigen Volt am Widerstand 11 abfällt. Diese Spannung liegt an einem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 12 an. Der andere Eingang des Differenzverstärkers 12 ist mit einer Referenzspannung Uref beschaltet, die beispielsweise mit Hilfe eines Spannungsteilers aus zwei Widerständen 13, 14 von der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 8 abgeleitet ist und daher ebenfalls unabhängig ist von Spannungsschwankungen des Zwischenkreises. Die Verstärkung des Differenzverstärkers 12 ist in herkömmlicher Weise durch eine Beschaltung mit Rückkopplungswiderständen 15, 16 vorgegeben. Ein an den Ausgang des Differenzverstärkers 12 angeschlossenes logisches Gatter 17, hier ein Oder-Gatter, dient zur Erzeugung eines logischen Signals mit zwei diskreten Pegeln aus dem analogen Ausgangssignal des Differenzverstärkers 12.Two resistors 10 . 11 form a voltage divider between the two conductors of the DC intermediate circuit. They are dimensioned so that during normal operation of the motor M a voltage of a few volts at the resistor 11 drops. This voltage is applied to a non-inverting input of a differential amplifier 12 at. The other input of the differential amplifier 12 is connected to a reference voltage Uref, for example, by means of a voltage divider of two resistors 13 . 14 from the output voltage of the DC-DC converter 8th is derived and therefore also independent of voltage fluctuations of the DC link. The gain of the differential amplifier 12 is in a conventional manner by a circuit with feedback resistors 15 . 16 specified. On to the output of the differential amplifier 12 connected logical gate 17 , here an OR gate, serves to generate a logic signal with two discrete levels from the analog output signal of the differential amplifier 12 ,

An den Ausgang des Oder-Gatters 17 sind angeschlossen ein Eingang 18 des Mustergenerators 5, die zweiten Eingänge der Oder-Gatter 6 und eine Verzögerungsstufe, die hier aus einem Widerstand 18 und einem Kondensator 19 aufgebaut ist, die zwischen dem Ausgang des Oder-Gatters 17 und Masse in Reihe geschaltet sind. An einem Verbindungspunkt E zwischen dem Widerstand 18 und dem Kondensator 19 ist ein Inverter 20 angeschlossen, dessen Ausgang die Eingänge der Und-Gatter 7 ansteuert.At the exit of the Oder Gate 17 are connected an input 18 of the pattern generator 5 , the second entrances of the Oder Gate 6 and a delay stage, here from a resistor 18 and a capacitor 19 is constructed between the output of the OR gate 17 and ground are connected in series. At a connection point E between the resistor 18 and the capacitor 19 is an inverter 20 connected, whose output is the inputs of the AND gates 7 controls.

Die Funktionsweise der Ansteuervorrichtung aus 1 wird mit Bezug auf das Zeitdiagramm der 2 erläutert. In den sechs Zeilen dieses Diagramms sind jeweils Signalverläufe am Verbindungspunkt A zwischen den Widerständen 10, 11, an einem Ausgang B eines der Oder-Gatter 6, an einem Ausgang C eines der Und-Gatter 7, am Ausgang D des Oder-Gatters 17, am Punkt E und am Ausgang F des Inverters 20 dargestellt. Der Abstand zwischen zwei eng strichpunktierten vertikalen Linien, etwa zwischen den Zeitpunkten t0 und t1, entspricht jeweils einer vollständigen Rotordrehung des Motors M.The operation of the drive from 1 is with reference to the time chart of 2 explained. In the six lines of this diagram, waveforms at the connection point A between the resistors are respectively 10 . 11 at an exit B of one of the OR gates 6 at an output C of one of the and gates 7 , at the exit D of the Oder Gate 17 , at point E and at output F of the inverter 20 shown. The distance between two narrow dot-dashed vertical lines, approximately between the times t0 and t1, corresponds in each case to a complete rotor rotation of the motor M.

Unter normalen Betriebsbedingungen liegt die Spannung am Punkt A unterhalb der in Zeile A von 2 als gestrichelte Linie eingezeichneten Referenzspannung Uref. Der Ausgang des Differenzverstärkers 12 ist auf niedrigem Pegel, und auch der Punkt D am Ausgang des Oder-Gatters 17 hat logisch niedrigen Pegel, so dass die Oder-Gatter 6 jeweils das vom Mustergenerator 5 gelieferte Ansteuermuster unverändert an die Schalter SU1, SV1, SW1 weitergeben. Die Ausgangssignale der Oder-Gatter 6 haben also jeweils den vom Mustergenerator 5 ausgegebenen Wert, in 2 dargestellt als Schraffur in der Zeile B vom Zeitpunkt t0 bis t1. Gleichzeitig befindet sich der Ausgang F des Inverters 20 auf hohem Pegel, so dass die Und-Gatter 7 ebenfalls das vom Mustergenerator 5 erzeugte Schaltmuster zu den Schaltern SU2, SV2, SW2 durchlassen, wie durch die Schraffur in Zeile C von 2 angedeutet.Under normal operating conditions, the voltage at point A is below that in line A of 2 shown as a dashed line reference voltage Uref. The output of the differential amplifier 12 is at a low level, and also point D at the output of the OR gate 17 has logic low level, so the OR gates 6 each from the pattern generator 5 supplied drive pattern unchanged to the switches SU1, SV1, SW1 pass. The output signals of the OR gate 6 So they each have the pattern generator 5 issued value, in 2 shown as hatching in line B from time t0 to t1. At the same time is the output F of the inverter 20 at a high level, leaving the and gates 7 also from the pattern generator 5 generated switching pattern to the switches SU2, SV2, SW2, as indicated by the hatching in line C of 2 indicated.

Auch während einer zweiten Umdrehung des Rotors, vom Zeitpunkt t1 bis t2, funktioniert die Vorrichtung normal. Im Laufe einer dritten Umdrehung, zum Zeitpunkt t3, tritt eine Störung auf, zum Beispiel aufgrund einer Erschütterung, die dazu führt, dass der Motor M und seine Ansteuervorrichtung außer Tritt geraten. Der nun generatorisch arbeitende Motor M speist seine EMK zurück in den Gleichspannungszwischenkreis, mit der Folge, dass die Spannung am Punkt A über die Referenzspannung Uref ansteigt. Der Ausgangspegel des Differenzverstärkers steigt, und der Ausgang D des Oder-Gatters 17 kippt auf positi ven Pegel, mit der Folge, dass über die Oder-Gatter 6 unabhängig vom gleichzeitig vom Mustergenerator 5 gelieferten Ansteuersignal positiver Pegel dauerhaft an den Schaltern SU1, SV1, SW1 anliegt. Die Schalter SU1, ..., SW2 sind jeweils bei niedrigem Eingangspegel geschlossen und bei hohem Eingangspegel offen, so dass ab dem Zeitpunkt t3 die Schalter SU1, SV1, SW1 die Verbindung zwischen dem positiven Leiter (+) des Gleichspannungszwischenkreises und den Wicklungen des Motors unterbrechen. Die EMK des Motors M kann nun nicht mehr in den Gleichspannungszwischenkreis gelangen, so dass eine Schädigung der daran angeschlossenen elektrischen Komponenten ausgeschlossen ist, falls die EMK des Motors noch über den Wert hinaus anwächst, der zum Öffnen der Schalter SU1, SV1, SW1 geführt hat.Even during a second revolution of the rotor, from time t1 to t2, the device functions normally. In the course of a third revolution, at time t3, a disturbance occurs, for example due to a shock, which causes the motor M and its drive device to get out of step. The now operating generator M feeds its EMF back into the DC link, with the result that the voltage at point A rises above the reference voltage Uref. The output level of the differential amplifier increases, and the output D of the OR gate 17 Tilts to positi ven level, with the result that on the OR gates 6 regardless of the pattern generator at the same time 5 delivered drive signal positive level permanently applied to the switches SU1, SV1, SW1. The switches SU1, ..., SW2 are each closed at a low input level and open at a high input level, so that from time t3, the switches SU1, SV1, SW1 the connection between the positive conductor (+) of the DC link and the windings of the motor interrupt. The EMF of the motor M can no longer get into the DC voltage intermediate circuit, so that damage to the electrical components connected thereto is excluded if the emf of the motor still increases beyond the value which has led to the opening of the switches SU1, SV1, SW1 ,

Das nun positive Signal am Punkt D beginnt, den Kondensator 19 aufzuladen, so dass das Potential am Punkt E zu steigen beginnt und zum Zeitpunkt t4 die Schaltschwelle des Inverters 20 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt kippt das Ausgangssignal F des Inverters 20 auf niedrigen Pegel, so dass die Ausgänge der Und-Gatter 7 unabhängig vom momentanen Pegel des vom Mustergenerator 5 gelieferten Schaltmusters auf niedrigem Pegel gehalten werden. Die Schalter SU2, SV2, SW2 bleiben folglich offen, so lange der Ausgang F des Inverters auf niedrigem Pegel bleibt, und schließen so die Wicklungen des Motors M zum Niedrigpotentialleiter (-) des Gleichspannungszwischenkreises kurz.The now positive signal at point D starts the capacitor 19 so that the potential begins to rise at point E and at time t4 the switching threshold of the inverter begins to increase 20 reached. At this time, the output signal F of the inverter tilts 20 at low level, leaving the outputs the and gate 7 regardless of the current level of the pattern generator 5 supplied switching pattern are kept low level. The switches SU2, SV2, SW2 thus remain open as long as the output F of the inverter remains at low level, thus short-circuiting the windings of the motor M to the low-potential conductor (-) of the DC intermediate circuit.

Die durch die Störung hervorgerufene hohe Spannung im Gleichspannungszwischenkreis wird mit einer Zeitkonstanten wieder abgebaut, die einerseits von der Kapazität des Glättkondensators 2, das heißt von der darin beim Auftreten der Überspannung gespeicherten Energiemenge, und andererseits von der Leistungsaufnahme der aus dem Gleichspannungszwischenkreis über den Wandler 8 gespeisten Verbraucher, insbesondere des Mustergenerators 5, des Differenzverstärkers 12 und der diversen logischen Gatter, abhängig ist.The high voltage caused by the fault in the DC intermediate circuit is reduced again with a time constant, on the one hand by the capacity of the smoothing capacitor 2 that is, the amount of energy stored therein upon the occurrence of the overvoltage, and, on the other hand, the power consumption of the DC link through the converter 8th fed consumers, in particular the pattern generator 5 , the differential amplifier 12 and the various logic gates.

Wenn zu einem Zeitpunkt t6 die Zwischenkreisspannung so weit abgenommen hat, dass die Spannung am Punkt A kleiner wird als Uref, kehren die Signale an den Punkten D, F in ihren Normalzustand zurück, in welchem die Schaltmuster des Mustergenerators 5 zu den Schaltern SU1 bis SW2 durchgelassen werden. Falls dies, wie zum Zeitpunkt t6 dargestellt, erneut zu einer Überschreitung von Uref am Punkt A führt, spricht der Differenzverstärker 12 erneut an, und die Schalter SU1, SV1, SW1 werden weiterhin offen, die Schalter SU2, SV2, SW2 weiter geschlossen gehalten, bis schließlich ein Schalter SU2, SV2, SW2 weiter geschlossen gehalten, bis schließlich ein Zeitpunkt t7 erreicht ist, bei dem die Drehzahl des Motors M so weit zurückgegangen ist oder der Mustergenerator 5 wieder Tritt gefasst hat, so dass, wenn zu diesem Zeitpunkt t7 die Spannung am Punkt A unter Uref fällt, keine überhöhte EMK mehr in den Gleichspannungszwischenkreis eingespeist wird und die Steuerung des Motors in normaler Weise weitergehen kann.If, at a time t6, the intermediate circuit voltage has decreased so much that the voltage at point A becomes smaller than Uref, the signals at points D, F return to their normal state, in which the switching patterns of the pattern generator 5 to the switches SU1 to SW2 are passed. If, as shown at time t6, this again results in exceeding Uref at point A, the differential amplifier will speak 12 again, and the switches SU1, SV1, SW1 remain open, the switches SU2, SV2, SW2 kept kept closed until finally a switch SU2, SV2, SW2 kept kept closed until finally reaching a time t7 at which the Speed of the motor M has decreased so far or the pattern generator 5 Once again, when at point t7 the voltage at point A falls below Uref, no more EMF is fed into the DC link and control of the motor can continue normally.

Das Trittfassen des Mustergenerators, d.h. die Synchronisation zwischen Mustergenerator 5 und Rotor, kann erfolgen, indem der Mustergenerator 5 z.B. mit Hilfe von im Magnetfeld des Motors 11 angeordneten Hall-Sonden die Phase der Rotordrehung erfasst, eine Differenz zwischen dieser Phase und der des von ihm erzeugten Schaltmusters erfasst und nach dem Prinzip der Phasenkopplung einen internen Oszillator, der die Frequenz des Schaltmusters vorgibt, verstimmt, bis die Phasendifferenz zu einem vorgegebenen Sollwert zurückkehrt.The stepping of the pattern generator, ie the synchronization between pattern generator 5 and rotor, can be done by the pattern generator 5 eg with the help of in the magnetic field of the engine 11 arranged Hall probes detects the phase of the rotor rotation, detects a difference between this phase and that of the switching pattern generated by him and detunes the principle of phase locking an internal oscillator, which dictates the frequency of the switching pattern, until the phase difference returns to a predetermined setpoint ,

Wenn der Mustergenerator, wie in 1 dargestellt, über den Eingang 18 für das die Überspannung anzeigende Signal verfügt, kann die Synchronisation bei Vorliegen einer Überspannung auch schneller wiederhergestellt werden, indem, wenn dieses Signal vorliegt – und das Schaltmuster des Mustergenerators 5 die Schalter folglich nicht erreicht, – ein instantaner Phasensprung des ausgegebenen Schaltmusters zugelassen wird, um den Sollwert der Phasendifferenz wieder herzustellen. So sind Rotor und Schaltmuster in kürzester Zeit wieder synchronisiert, und die normale, phasenrichtige Ansteuerung der Schalter ist bereits wieder möglich, wenn die Überspannung zum Zeitpunkt t6 erstmalig abgeklungen ist.If the pattern generator, as in 1 represented over the entrance 18 for the signal indicating the overvoltage, the synchronization in the event of an overvoltage can also be restored more quickly by, if this signal is present - and the switching pattern of the pattern generator 5 the switches are thus not reached, - an instantaneous phase jump of the output switching pattern is allowed to restore the setpoint of the phase difference. So rotor and switching pattern are synchronized again in a very short time, and the normal, in-phase control of the switch is already possible again when the overvoltage has subsided for the first time at time t6.

Ursache für die Rückspeisung einer überhöhten EMK vom Motor M in den Gleichspannungszwischenkreis kann auch ein Ausfall der Netzspannung am Gleichrichter 1 sein, beispielsweise wenn ein Benutzer den Netzstecker eines Gerätes zieht, in welchem der Motor M und seine Steuervorrichtung eingebaut sind. Der Mustergenerator 5 erfasst diesen Zustand über seinen Signaleingang 9 und reagiert darauf durch Übergehen zu einem kontrollierten Generatorbetrieb, in welchem die Schalter SU1 bis SW2 so angesteuert werden, dass die normalerweise vom Gleichrichter 1 gelieferte Betriebsspannung im Gleichspannungszwischenkreis nun generatorisch aus dem Motor gewonnen wird. So wird die Drehung des Motors M kontrolliert abgebremst, und Sicherungssysteme zum Schutz eines Benutzers können über den Gleichspannungszwischenkreis so lange weiter mit Energie versorgt werden, bis der Motor zum Stehen gekommen und ihre Sicherungswirkung nicht mehr erforderlich ist.The cause for the feedback of an excessive EMF from the motor M into the DC intermediate circuit can also be a failure of the mains voltage at the rectifier 1 For example, when a user pulls the power plug of a device in which the motor M and its control device are installed. The pattern generator 5 detects this condition via its signal input 9 and responds by transitioning to a controlled generator operation, in which the switches SU1 to SW2 are driven to be normally from the rectifier 1 supplied operating voltage in DC voltage intermediate circuit is now obtained as a generator from the engine. Thus, the rotation of the motor M is braked controlled, and safety systems to protect a user can continue to be powered by the DC link so long until the engine comes to a halt and their securing effect is no longer required.

Bei Einsatz des Motors und seiner Ansteuervorrichtung zum Antreiben einer Trommel einer Waschmaschine oder Wäscheschleuder kann eine solche Sicherungsvorrichtung zum Beispiel eine Verriegelung einer Ladeklappe sein, die die Ladeklappe so lange verriegelt hält und den Benutzer so daran hindert, in die von dem Motor M angetriebene rotierende Trommel zu greifen, bis diese zum Stehen gekommen ist.at Use of the motor and its drive device for driving a drum of a washing machine or spin dryer can be one Securing device, for example, a locking a tailgate which holds the tailgate locked for so long, thus preventing the user from into the rotating drum driven by the motor M, until it comes to a halt.

Claims

Drive device for a permanently excited electrical machine ( 1 ), with one of a DC intermediate circuit with two operating potentials (+, -) powered inverter ( 3 ) for feeding the DC motor (M), wherein the inverter comprises a first group of switches (SU1, SV1, SW1), each having a supply terminal (U, V, W) of the DC motor (M) with a first of the two potentials (+ ), and a second group of switches (SU2, SV2, SW2), which connect the supply terminals (U, V, W) of the DC motor (M) to the second (-) of the potentials, and a pattern generator ( 5 ) for driving the switches (SU1, SU2, SV1, SV2, SW1, SW2) of the inverter ( 7 ) with a periodic switching signal pattern, thereby characterized in that the drive device further comprises a monitoring circuit ( 6 . 7 . 10 . 11 , ..., 20 ) for monitoring the potential difference in the DC intermediate circuit (+, -), which is configured, in the presence of an overvoltage in the DC intermediate circuit, the switches (SU1, SV1, SW1) of the first group open and the switches (SU2, SV2, SW2) of the second group to keep closed.

Control device according to claim 1, characterized in that the monitoring circuit ( 6 . 7 . 10 . 11 , ..., 20 ) Logic gate ( 6 . 7 ), each on a signal line ( 4 ) between a signal output of the pattern generator ( 5 ) and the switch controlled via this signal output (SU1, SU2, SV1, SV2, SW1, SW2) are arranged to connect the signal lines ( 4 ) to break when detecting an overvoltage.

Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the monitoring circuit ( 6 . 7 . 10 . 11 , ..., 20 ) a delay element ( 18 . 19 ) in order to close on insertion of an overvoltage in the DC intermediate circuit, the switches (SU2, SV2, SW2) of the second group only after the opening of the switches (SU1, SV1, SW1) of the first group.

Drive device according to one of the preceding Claims, characterized in that the second potential (-) to ground is laid.

Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring circuit ( 6 . 7 . 10 . 11 , ..., 20 ) a switched between the two potentials (+, -) of the DC intermediate voltage divider ( 10 . 11 ) and one with an output (A) of the voltage divider ( 10 . 11 ) and a reference potential (Uref) connected differential amplifier ( 12 ).

Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that an operating voltage of the pattern generator ( 5 ) and the monitoring circuit ( 6 . 7 . 10 . 11 , ..., 20 ) is derived from the two potentials (+, -) of the DC intermediate circuit.

Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the pattern generator ( 5 ) is a program-controlled circuit component.

Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the DC voltage intermediate circuit via a power rectifier ( 1 ), the pattern generator ( 5 ) an entrance ( 9 ) for receiving a lack of mains voltage at the input of the mains rectifier ( 1 ) and that the pattern generator ( 5 ) is arranged to operate in the presence of the signal indicating the absence of the mains voltage, the motor (M) as a generator.

Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the pattern generator ( 5 ) an entrance ( 18 ) for receiving a signal indicating the presence of an overvoltage of the monitoring circuit ( 6 . 7 . 10 . 11 , ..., 20 ), and that the pattern generator ( 5 ) is arranged to take into account the presence or absence of this signal.