DE1208798B

DE1208798B - Controller for an electric machine

Info

Publication number: DE1208798B
Application number: DEL38643A
Authority: DE
Inventors: Werner Foehse
Original assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Current assignee: Lloyd Dynamowerke GmbH
Priority date: 1961-04-04
Filing date: 1961-04-04
Publication date: 1966-01-13

Description

Regler für eine elektrische Maschine Zum Regeln elektrischer Maschinen werden vielfach aus Transduktoren und/oder Halbleitern zusammengesetzte Anordnungen benutzt. Dabei wird, beispielsweise zur Aussteuerung eines Transduktors, als Regelabweichung die Differenz aus einer Soll-und einer Istspannung, die beide auf die zu regelnde GröV'e bezogen sind, verwendet.Controller for an electrical machine For controlling electrical machines are often assemblies composed of transducers and / or semiconductors used. In this case, for example, to control a transducer, is used as a control deviation the difference between a setpoint and an actual voltage, both of which are applied to the voltage to be regulated Size are used.

Die damit erzielbare Regelgenauigkeit hängt dabei \,on dem Grade der Stabilität der Sollspa nnun2stlcelle ab. Um den relativ hohen Aufwand für eine ausreichend stabilisierte Sollspannungsquelle zu umgehen, werden bekanntlich auch synchron nichtliii;:are Schaltelemente zur Erzeugung eines Schwellwcrtes benutzt. So kann beispielsweise der von der anliegenden '\;#: ecliselspatinung abhängige Strom einer hoch ge- sättilten Drosselspule zur Steuerung eines Trans- dukto@s lierarigezogen werden. Ein Nachteil bei der `Verwendung einer solchen hoch gesättigten Drossel- spur: ist, daß der Strom dann konstant bleibt, wenn sich die inliegende Spannung proportional mit ihrer Frecltienz ändert, wie das z. B. bei der Drehzahl- änderung einer Wechselstrommaschine stets der Fall :st. Für bestimmte Verwendungszwecke elektrischer \laSCül@@@ll ist jedoch zu ihrer Regelung eine fre- quca@#unabhängige Spannungsmessung erforderlich. N:#@r@u könnten z. B. Brückenschaltungen verwen- de" -.erden, die aus nichtlinearen, reellen und liii@t:rea reellen Widerständen aufgebaut sind. @@ ;,t auch bekannt, einen nichtlinearen Wider- "tan;@. ,vie z. B. eine Zenerdiode, mit einem Tran- zusammenzuschalten derart, daß der Tran- sistor eine einfache Scha l«unktion erfüllt und die @r@rd@ode zur Schwellwer'obildung dient. Nach L:l@@r-cl:reiteli des vorgegebenen Schwellwertes ;chsatet dann der Transistor. Schaltun-en mit einem Transistor und einer Z; nerdiode sind ii. a. auch zum Zwecke einer Span- l11r;@ sstabilisieruna bekal?tit. Die Erfindung betrifft einen Regler für eine elek- tri@,c@iv :vITi.schine niit einer als Wechselspannung ab- =ei.ituren nea-elgröße, deren Abweichung von einem So@l:@:ert rsiittels einer Schaltungskombination erfaßt c;ie einen Transistor und eire zur Schwell- o # *idu m- dienende Zenerdiode enthält, wobei zur '#.ic..,tlug der Pegelab«reichung nur eine Halbwelle der N@':cliselspanrung herangezogen wird. der Erfilidung ist es, einen Regler für ei>> eleiltrische Maschine zu scharen, welcher eine aufwendige frequenzunabhängige Spannungs- messung t@rxd somit eine besonders einfache Ermitt- lung der Regelabweichung ermöglicht. Die bisher bekannten zahlreichen Schaltungskombinationen von Transistor und Zenerdiode ergeben eine solche Möglichkeit noch nicht.The control accuracy that can be achieved with this depends on the degree of stability of the target voltage. In order to avoid the relatively high expenditure for a sufficiently stabilized nominal voltage source, it is known that synchronously non-liii switching elements are also used to generate a threshold value. For example, the one from the adjacent '\;#: ecliselspatinung dependent current of a highly Saturated choke coil for controlling a transmission dukto @ s lierarigezüge. A disadvantage with the `Using such a highly saturated choke track: is that the current remains constant when the inherent voltage is proportional to its Frecltienz changes how the z. B. at the speed change of an alternating current machine always the Case: st. For certain uses electrical \ laSCül @@@ ll, however, is free to regulate it. quca @ # independent voltage measurement required. N: # @ r @ u could e.g. B. Use bridge circuits de "-. earths made up of nonlinear, real and liii @ t: real real resistances are built up. @@;, t also known to be a non-linear counter- "tan; @., like e.g. a Zener diode, with a tran- interconnect in such a way that the sistor fulfills a simple shell and the @ r @ rd @ ode is used to create thresholds. To L: l @@ r-cl: reiteli of the specified threshold value ; then the transistor chats. Circuits with one transistor and one Z; ner diode are ii. a. also for the purpose of l11r; @ sstabilisieruna bekal? tit. The invention relates to a controller for an elec- tri @, c @ iv: vITi.schine with one as alternating voltage = egg.ituren nea-el size whose deviation from a So @ l: @: is detected by means of a circuit combination c; ie a transistor and eire for threshold o # * idu- containing zener diode, where for '# .ic .., the level coverage is only half-wave the N @ ': cliselspanrung is used. the fulfillment is to be a regulator for to gather a >> electrical machine, which one complex frequency-independent voltage measurement t @ rxd thus a particularly simple determination development of the control deviation is possible. The previously known numerous circuit combinations of transistor and Zener diode do not yet provide such a possibility.

Zur f ösung der genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine solche Kopplung der Funktionen von Zenerdiode und Transistor vorgeschlagen, daß während der zur Regelung verwendeten Halbwelle die Zenerdiode in ihrem Zenerbereich betrieben und ihr Strom von einem Transistor in an sich bekannter Weise verstärkt wird und daß die andere zu unterdrückende Halbwelle als Sperrspannung an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors anliegt und dadurch einen Betrieb der Zenerdiode in ihrem Durchlaßbereich verhindert. Es liegt hier also eine von der Erfindung geschaffene vorteilhafte Doppelfunktion der aus Transistor und Zenerdiode bestehenden Schaltungskombination vor. Diese Doppelfunktion ermöglicht eine günstige Verenfachung der bisher zu demselben Zweck erforderlichen S ch altungsrriaßnahmen.According to the invention, such a solution is used to achieve the stated object Coupling the functions of Zener diode and transistor suggested that during of the half-wave used for regulation, the zener diode is operated in its zener range and their current is amplified by a transistor in a manner known per se and that the other half-wave to be suppressed as reverse voltage at the emitter-base path of the transistor and thereby an operation of the Zener diode in its pass band prevented. There is therefore an advantageous dual function created by the invention the circuit combination consisting of transistor and zener diode. This dual function enables a favorable increase in what was previously required for the same purpose Alerting measures.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Zenerdiode auch durch meliere in Reibe geschaltete Zenerdioden deren Wirliuii;gsrichtung entweder :teichsinnig oder auch teils gegensinnig ist, ersetzt sein.According to a particular embodiment of the invention, the Zener diode also through mottled zener diodes connected in a grater, whose direction of rotation is either : is pond-oriented or partly opposite, be replaced.

Sollen elektrische Maschinen unter verschiedenen Regelbedingungen betrieben werden, dann kann nach einer vreiteren Ausbildung der Erfindung noch ein Umschalter angeordnet sein, durch den der Eingang des P4eßgliedes der Regelstrecke wahlweise an reden einzelnen von mehreren vorhandenen istv""er tgeberli anschaltbar ist.Shall electrical machines under different control conditions can be operated, then according to a broader embodiment of the invention, another Changeover switch can be arranged through which the input of the P4eßelementes of the controlled system optionally to talk to one of several existing ones, it can be switched on is.

Insbesondere kann eine Schaltanordnung vorgesehen sein, die den Eingang des Meßgliedes der Regelstrecke bei motorischem Betrieb der Maschine an eine ihrer Drehzahl proportionale Spannung und bei generatorischern Betrieb der Maschine an eine ihrer Ankerspannung proportionale Spannung legt. Die F i g. 1 der Zeichnung zeigt eine Kennlinie einer Zenerdiode, bei der der Durchlaßstrom J, über der angelegten Spannung U aufgetragen ist. Aus dieser Kennlinie ist ersichtlich, daß der Strom J, so lange Null bleibt, bis die zunehmenden Spannung U die Kniespannung U,. überschreitet. Ferner kann erkannt werden, daß eine geringe Änderung der als Sollwert angenommenen Spannung US eine sehr große Änderung des Stromes J, zur Folge hat.In particular, a switching arrangement can be provided that the input of the measuring element of the controlled system in motorized operation of the machine to one of its Speed proportional voltage and with generator operation of the machine applies a voltage proportional to its armature voltage. The F i g. 1 of the drawing shows a characteristic curve of a Zener diode in which the forward current J, is plotted against the applied voltage U. This characteristic curve shows that the current J remains zero until the increasing voltage U the knee voltage U ,. exceeds. Further, it can be seen that a slight change in the als The setpoint assumed voltage US results in a very large change in the current J Has.

Die F i g. 2 der Zeichnung stellt die beispielsweise Sciiltung des Meßgliedes des Reglers nach der Erfindung dar. Die zu messende Spannung, die hier eine Wechselspannung ist, liegt an den Klemmen 1, 2 und somit auch an dem als Spannungsteiler ausgeführten Einsteller 3. Die an diesem Einsteller 3 eingestellte Teilspannung liegt an den Enden einer aus der Zenerdiode 4 und aus der Emitter-Basis-Sirecke des Transistors 5 gebildeten Reihenschaltung, wobei die Schaltung so ausgeführt ist, daß die gleichrichtende Wirkung der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 5 einen Betrieb der Zenerdiode in ihrem Durchlaßgebiet verhindert. Da bei dieser Schaltung die eine der Halbwellen der angelegten Wechselspannung sowohl im Durchlaßbereich der Emitter-Basis-Strecke des Transistors 5 als auch im Zenergebiet der Zenerdiode 4 wirksam werden kann, hat diese Halbwelle, soweit sie oberhalb der Durchbruchspannung der Zenerdiode 4 liegt, einen den Transistor 5 steuernden Basisstrom zur Folge, der sich sehr stark mit der angelegten Wechselspannung ändert.The F i g. 2 of the drawing, the example Sciiltung of the measuring element of the regulator according to the invention. The voltage to be measured, which is an AC voltage here at the terminals 1, 2 and thus also on the designed as a voltage divider adjuster 3. The at this adjuster 3 The set partial voltage is at the ends of a series circuit formed from the Zener diode 4 and the emitter-base corner of the transistor 5 , the circuit being designed so that the rectifying effect of the emitter-base path of the transistor 5 causes the Zener diode to operate prevented their passage area. Since in this circuit one of the half waves of the applied alternating voltage can be effective both in the pass band of the emitter-base path of the transistor 5 and in the Zener area of the Zener diode 4, this half wave, as far as it is above the breakdown voltage of the Zener diode 4, has one of the Transistor 5 controlling the base current result, which changes very strongly with the applied alternating voltage.

Die F i g. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung das Prinzipschaltbild des Reglers in Verbindung mit einer geregelten Gleichstrommaschine. Mit der Gleichstrommaschine 6 ist die Tachometermaschine 7 gekuppelt, deren Ankerspannung mit Hilfe des Umschalters 8 an den Einsteller 9 gelegt werden kann. Am als Spannungsteiler ausgebildeten Einsteller 9 wird eine Teilspannung eingestellt, die über die Zenerdiode 10 und den Transistor 11 den Transduktor 12 steuert.The F i g. As an exemplary embodiment of the invention, FIG. 3 shows the basic circuit diagram of the controller in connection with a regulated DC machine. The tachometer machine 7 is coupled to the DC machine 6, the armature voltage of which can be applied to the adjuster 9 with the aid of the changeover switch 8. A partial voltage is set on the adjuster 9, which is designed as a voltage divider, and controls the transducer 12 via the Zener diode 10 and the transistor 11.

Die im Stromkreis des Transistors 11 liegende, nicht gezeichnete Steuerwicklung des Transduktors 12 ist so geschaltet, daß der durch die Leitungen 13 dem Transduktor 12 und der Feldwicklung 14 der Gleichstrommaschine 6 zugeführte Arbeitsstrom mit dem Steuerstrom des Transduktors 12 wächst. Die Feldwicklung 14 ist durch den Umschalter 8 so gepolt, daß mit der Zunahme des in ihr fließenden Erregerstromes auch die durch die Feldwicklungen 14 und 15 hervorgerufene Gesamterregung anwächst und wodurch sich die Drehzahl der Gleichstrommaschine 6 so lange vermindert, bis sie ihren Sollwert erreicht hat.The control winding of the transducer 12 lying in the current circuit of the transistor 11, not shown is switched so that the through lines 13 to the transducer 12 and the field winding 14 of the DC machine grows 6 supplied shunt with the control current of the transducer 12th The field winding 14 is polarized by the changeover switch 8 so that with the increase in the excitation current flowing in it, the total excitation caused by the field windings 14 and 15 increases and the speed of the DC machine 6 decreases until it has reached its setpoint.

Wird die Gleichstrommaschine 6 als Generator betrieben, so kann sie auf konstante Klemmenspannung geregelt werden. Hierzu wird der Umschalter 8 so gelegt, daß nunmehr die Klemmenspannung der Gleichstrommaschine 6 am Einsteller 9 liegt und die Feldwicklung 14 gegensinnig zur Feldwicklung 15 vom Erregerstrom durchflossen wird, so daß die Gesamtdurchflutung der beiden Erregerfelder mit stei-Bender Klemmenspannung der Gleichstrommaschine6 so lange abnimmt, bis Bliese Klemmenspannung ihren Sollwert wieder erreicht hat.If the DC machine 6 is operated as a generator, it can be regulated to a constant terminal voltage. For this purpose, the changeover switch 8 is placed in such a way that the terminal voltage of the DC machine 6 is now on the adjuster 9 and the field winding 14 is traversed by the excitation current in the opposite direction to the field winding 15, so that the total flow of the two excitation fields with increasing terminal voltage of the DC machine6 decreases as long as until the terminal voltage has reached its nominal value again.

Anstatt die Feldwicklung 14 umzuschalten, könnte auch der Transduktor 12 umgeschaltet werden.Instead of switching the field winding 14, the transductor could 12 can be switched.

Die Schaltung des Meßgliedes gemäß der Erfindung läßt sich auch ohne weiteres noch durch bekannte Schaltungen zur Stabilisierung des Arbeitspunktes ergänzen. Außerdem ist diese Schaltung auch für den Fall brauchbar, daß die zu messende Spannung eine Gleichspannung ist, wenn, bei Verwendung eines pnp-Transistors, die Klemme 2 in F i g. 2 mit dem positiven Pol der zu messenden Spannung verbunden wird.The circuit of the measuring element according to the invention can also be used without add further known circuits to stabilize the operating point. In addition, this circuit is also useful in the event that the voltage to be measured a DC voltage is when, when using a pnp transistor, the terminal 2 in FIG. 2 is connected to the positive pole of the voltage to be measured.

Claims

Claims: 1. Controller for an electrical machine with a The controlled variable shown as an alternating voltage, the deviation of which from a nominal value is detected by means of a circuit combination which has a transistor and a for Contains Zener diode serving for threshold value formation, wherein for measuring the control deviation only a half-wave of the alternating voltage is used, characterized by a such coupling of the functions of Zener diode and transistor that during the for Regulation used half-wave and operated the zener diode in its zener range their current is amplified by a transistor in a manner known per se and that the other half-wave to be suppressed as reverse voltage on the emitter-base path of the transistor and thereby an operation of the Zener diode in its pass band prevented.

2. Regulator according to claim 1, characterized in that instead of a Zener diode several Zener diodes connected in series are arranged, their direction of action is either in the same direction or partly in the opposite direction.

3. Regulator according to claim 1 or 2, characterized by a changeover switch through which the input of the measuring element of the controlled system optionally at each of several existing actual value encoders can be switched on.

4. Controller according to claim 3, characterized by a switching arrangement which applies the input of the measuring element to a voltage proportional to its speed when the machine is operated as a motor and to a voltage proportional to its armature voltage when the machine is operated as a generator. Documents considered: German Patent No. 691817; German Auslegeschriften No. 1067 513, 1061886; U.S. Patent No. 2,951195; "Electronics", born in 1958, pp. 185/186; "Funkschau", born in 1960, no. 13, supplement "radio technical worksheets", p. 694/695.