DE1488765C - Einrichtung zum Steuern der Dreh zahl eines Dreiphasen Synchronmotors - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung löst, daß im Ringzähler jeweils ein Paar von logischen zum Steuern der Drehzahl eines Dreiphasen-Syn- UND-Schaltungen mit ihren Ausgängen an einen chronmotors in Abhängigkeit von der Impulsfolge- Stell- bzw. den Rü^kstelleingang jeweils einer bistafrequenz eines Impulsgenerators, dessen Impulse bilen Schaltung angekoppelt sind, daß jeweils einer einem Ringzähler zugeführt werden, der sich aus 5 von zwei Ausgängen der bistabilen Kippschaltungen digital arbeitenden logischen Schaltungen und die- mit jeweils einem Eingang der einen logischen UND-sen nachgeschalteten bistabilen Kippschaltungen zu- Schaltung der Paare von logischen UND-Schaltunsammensetzt, wobei vom Ringzähler drei um 120° gen verbunden ist, während jeweils der andere Ausgegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen aus gang der bistabilen Kippschaltungen mit jeweils einem rechteckförmigen, jeweils 180° langen Impulsen über io Eingang der anderen logischen UND-Schaltung der Verstärker phasenrichtig an die Motorwicklungen ab- Paare von logischen UND-Schaltungen verbunden gegeben werden. ist, und daß zwischen den Ausgang einer logischen

Wie bekannt ist, werden Synchronmotoren in vie- UND-Schaltung eines der Paare von logischen UND-len verschiedenen Fällen verwendet, die deren kon- Schaltungen und den Stelleingang der zugehörigen stante Geschwindigkeitscharakteristik erfordern. In 15 bistabilen Kippschaltung eine logische ODER-Schaleinem hier interessierenden Anwendungsfall des tung geschaltet ist, deren weiterer Eingang an einen Synchronmotors wird dieser dazu verwendet, in ' Ausgang einen mit ihren Eingängen an jeweils einen Video-Aufzeichnungsgeräten der Art, von denen Ausgang der bistabilen Kippschaltungen geschalteten eines in dem USA.-Patent 3 017 462 beschrieben ist, weiteren logischen UND-Schaltung gekoppelt ist. Abtastköpfe über ein bewegtes Magnetband zu be- 20 Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich wegen. In diesem Anwendungsfall muß die Geschwin- aus den nachfolgenden Beschreibungen eines Ausdigkeit des Bandes in einer genauen Beziehung zu der führungsbeispiels an Hand der Figuren. Es zeigt Geschwindigkeit des Motors stehen. Demzufolge ist F i g. 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Aus-

es in diesem oder ähnlichen Anwendungsfällen all- führungsform einer Einrichtung gemäß der vorliegemeine Praxis, eine Analogspannung zu erzeugen, 25 genden Erfindung,

die die Zeitbasisabweichung der wiedergegebenen In- F i g. 2 ein Signalformdiagramm und ein recht-

formation darstellt, und diese Analogspannung einem eckiges Oszillatorausgangssignal und drei daraus abspannungsgesteuerten Oszillator zuzuführen. Das geleitete Spannungen,

Ausgangssignal des Oszillators wird in drei um 120° Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer in

gegeneinander versetzte Spannungen aufgeteilt. Die 30 F i g. 1 als Block dargestellten Zähleinrichtung. Erzeugung der drei Spannungen wird im allgemeinen F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung 10

durch die Verwendung von frequenzabhängigen _ZUm Koppeln eines von einer Spannungsquelle 12 Netzwerken und linearen Verstärkern erreicht. Die gelieferten Steuersignals zu den Wicklungen eines Verwendung solcher Netzwerke ist jedoch wegen Dreiphasensynchronmotors 14. Wie in der Beschreideren schlechten Übergangsverhaltens, herrührend 35 bungseinleitung ausgeführt wurde, ist es in vielen von der Amplitude, und Phasennichtlinearitäten im Anwendungsfällen erwünscht, die Geschwindigkeit Hinblick auf die Frequenz unbefriedigend. Es wur- eines Dreiphasensynchronmotors entsprechend der den auch Versuche unternommen, um die früheren Größe eines Analogspannungssignals zu steuern, das Anordnungen durch Verringerung ihrer Kompliziert- beispielsweise das Zeitbasisabweichungssignal der heit, ihrer Größe, ihres Gewichtes und ihres Strom- 40 wiedergegebenen Information darstellen kann. Der Verbrauches zu verbessern und ihre Zuverlässigkeit Synchronmotor 14 ist von üblicher Konstruktion und zu erhöhen. läuft mit einer konstanten Geschwindigkeit, die pro-

Es ist weiterhin bereits aus der deutschen Auslege- portional der Frequenz des angelegten Signals ist. schrift 1 080 212 eine Einrichtung der eingangs ge- Die Einrichtung 10 ist dazu bestimmt, die Größe

nannten Art bekanntgeworden. Bei dieser bekannten 45 des Analogspannungssignals in drei Spannungen umEinrichtung ist jeder der drei — als Haltekipper be- zuwandeln, die um 120° gegeneinander phasenverzeichneten — Kippstufen ein Impulszähler vorge- schoben sind und alle die gleiche Frequenz haben, schaltet. Diese Impulszähler sind zyklisch nach Art die proportional der Größe des Analogspannungseines Ringzählers miteinander verknüpft. signals ist.

Bei der bekannten Einrichtung bestehen die den 50 Der Ausgang der Quelle 12 für das Analogspan-Ringzähler bildenden Impulszähler aus Glimm- nungssignal ist mit der Eingangsklemme der Einrichlampen-Kippschaltungen in Verbindung mit Konden- tung 10 verbunden. Die Eingangsklemme der Einsatorladekreisen. Es handelt sich dabei nicht um Zäh- richtung 10 ist andererseits mit dem Eingang eines ler im eigentlichen Sinn, sondern genauer um Men- spannungsgesteuerten Oszillators oder Zeitgebers 16 genmesser, welche eine Menge —nämlich die La- 55 verbunden. Der Oszillator 16 kann einen im wesentdungsmenge des Kondensators in eine andere liehen üblichen Aufbau haben und muß für die Größe — im speziellen Fall der bekannten Einrich- Zwecke der vorliegenden Erfindung lediglich eine tung in eine Anzahl von Impulsen — überführt. Charakteristik haben, die bwirkt, daß er eine Folge

Derartigen Anordnungen haften, gewisse Nachteile von Impulsen oder nichtsinusförmigen Ausgangs-. an, die vor allem in Zündspannungsschwankungen 60 Signalen liefert, deren Frequenz proportional der der Glimmlampen zu sehen sind. Amplitude der dem Oszillator zugeführten Spannung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- ist. Es wird angenommen, daß das von dem Oszillagrunde, die sich aus den angegebenen Ungenauig- tor 16 gelieferte Ausgangssignal eine Frequenz von keiten der bekannten Einrichtung ergebenden Nach- 6F₀ hat. Das Ausgangssignal ist in Fig. 2(α) dargeteilc zu vermeiden, so daß genau definierte Impulse 65 stellt. Der Ausgang des Oszillators 16 ist über eine erhalten werden. Differenzier- oder Filterschaltung 17 mit dem Ein-

Dicse Aufgabe wird bei einer Einrichtung der ein- gang eines Zählers 18 verbunden. Die Differenzier-, gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gc- schaltung 17 liefert einen Taktimpuls in bezug auf

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die Rückflanke jeder positiven Halbwelle des Os- die UND-Schaltung 38 bewirken können, daß der zillatorausgangssignals. Der Zähler 18 sollto Vorzugs- Auslöseimpulsgenerator 34 die Anordnung B 3 über weise ein 2iV-Zähler sein, wobei JV die Anzahl der die ODER-Schaltung 32 setzt, wenn alle bistabilen Phasen des zu steuernden mehrphasigen Synchron- Anordnungen immer in der Nullage wären,
motors ist. Im vorliegenden Fall wird angenommen, 5 F i g. 2 zeigt die Form der Ausgangssignale, die daß ein Dreiphasensynchronmotor verwendet wird von den bistabilen Anordnungen des Zählers 18 ge- und demzufolge der Zähler 18 vorzugsweise ein bis liefert werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die sechs zählender Zähler ist. Frequenz des von der Anordnung B1 gelieferten

Der Zähler 18 enthält drei bistabile Anordnungen, Ausgangssignals gleich F₀, d. h. ein Sechstel der Fredie übliche setz- und rücksetzbare Flip-Flop-Schal- io quenz des Oszillatorausgangssignals ist. Ebenso tungen Bl, B 2 und B 3 sein können und von denen haben die von den Anordnungen B 2 und B 3 geliejede eine Setz- und eine Rücksetzeingangsklemme ferten Ausgangssignale eine Frequenz F₀. Wie jedoch und einen direkten und einen inversen Ausgang hat. aus den Fig. 2(c) und 2(d) entnommen werden Mit der Setz- und der Rücksetzeingangsklemme der kann, sind die von den Anordnungen B 2 und B 3 bistabilen AnordnungBl sind UND-Schaltungen20 15 gelieferten Ausgangssignale gegenüber dem yon der bzw 22 verbunden. Mit der Setz-und der Rücksetz- AnordnungBl gelieferten Ausgangssignal um 120 eingangsklemme der bistabilen Anordnung B 2 sind bzw. 240° phasenverschoben. Die genaue Phasen-UND-Schaltungen 24 bzw. 26 verbunden.. Mit der beziehung zwischen den von den bistabilen Anord-Rücksetzeingangsklemme der bistabilen Anordnung nungen gelieferten Ausgangssignalen ist dadurch 153 ist eine UND-Schaltung 28 verbunden, und eine 20 sichergestellt, daß die Umschaltung der bistabilen UND-Schaltung 30 ist über eine ODER-Schaltung 32 Anordnungen durch eine einzige Quelle ausgelöstmit deren Setzeingangsklemme verbunden. Der Aus- wird; Außerdem ist die Symmetrie der von den. bigang der Differenzierschaltung 17 ist mit dem Ein- stabilen Anordnungen gelieferten Ausgangssignal· gang jeder der UND-Schaltungen 20, 22, 24, 26, 28 form ebenfalls sichergestellt.

und 30 verbunden. Die folgenden logischen Glei- 25 Die direkten Ausgänge aller bistabilen Anordnunchungen bestimmen die zusätzlicchen Eingangssignale gen B1, B 2 und B 3 sind mit den Eingangsklemmen für jede der mit den Setz- und Rücksetzeingangs- von Verstärkern 40 verbunden. Jeder Verstärker klemmen der bistabilen Anordnungen verbundenen kann eine nichtlineare (Schalt-) Anordnung sein, die UND-Schaltungen. so arbeitet, daß sie die damit gekoppelte Motorwick-

30 lung zwischen ein Gleichstrompotential und Masse

_sB3 = MB2ß3 schaltet. Das heißt, wenn das von einer bistabilen

_RB3 = Β1ΤΠ.Β3 Anordnung gelieferte Ausgangssignal einen positiven

Wert hat, dann legt der Verstärker die entsprechende

Β2 = Β1Έ2Έ3 Motorwicklung an eine Gleichspannungsquelle. An-

^Sß2 = BTB2B3 ³⁵ dererseits wird die entsprechende Motorwicklung mit

^R Masse verbunden, wenn die bistabile Anordnung in

einen zweiten Zustand umgeschaltet ist, so daß ihr

_SB1 = Bl B2 B3 Ausgang z. B. auf Massepotential liegt.

_RB1 = B1B2B3 Auf diese Weise arbeitet die Einrichtung der

40 F i g. 1 so, daß sie drei Rechteckspannungen an die

Als Folge der Verbindung der bistabilen Anord- ' Wicklungen des Synchronmotors 14 liefert. Obwohl nungen des Zählers 18 entsprechend den logischen ein im wesentlichen reiner sinusförmiger Strom in Gleichungen bestimmt die folgende Wertetabelle die jeder der Motorwicklungen erforderlich ist, wenn eine aufeinanderfolgenden Zählerstände: - präzise Rotationssteuerung eines Motors der betrach-

45 teten Art erreicht werden soll, ergibt die Zuführung von rechteckförmigen Spannungen zu den Motorwicklungen in Wirklichkeit die Fortpflanzung von im wesentlichen sinusförmigen Strömen einer Grundfrequenz in den Wicklungen. Eine nahezu vollstän-50 dige Beseitigung aller Harmonischen kann aus verschiedenen Gründen erwartet werden. Zum Beispiel werden alle geradzahligen Harmonischen infolge der völligen Symmetrie der den Motorwicklungen zugeführten rechteckförmigen Signale beseitigt. Die drit-55 ten harmonischen Spannungskomponenten werden wegen der genau 120° betragenden Phasenverschie-Im Zusammenhang mit der Wertetabelle wird bung zwischen den den Wicklungen zugeführten Sidarauf hingewiesen, daß ein Zustand mit lauter NuI- gnalen phasenrichtig zugeführt. Die Wirkung der len oder lauter Einsen verboten ist. Um sicherzustel- fünften und der höheren Harmonischen auf die Molen, daß keiner von diesen beiden Zuständen auftritt, 60 tordrehung ist vernachlässigbar (1) wegen der relawenn dem System zum ersten Mal Strom zugeführt tiv kleinen Spannungsamplitude der Harmonischen wird, wird ein zweites Eingangssignal für die ODER- höherer Ordnung — es sei daran erinnert, daß gerad-Schaltung34 vom Ausgang des Auslöseimpulsgene- zahlige Harmonische überhaupt nicht vorhanden rators 34 abgeleitet, dessen Eingang mit dem .Aus- sind —, (2) wegen der hohen Impedanz der Motorgang einer UND-Schaltung 38 verbunden ist. Die 65 wicklungen bei diesen höheren Frequenzen und (3) inversen Ausgänge der bistabilen Anordnungen B1, wegen der Unfähigkeit der rotierenden Masse des B2 und B3 sind alle mit den Eingängen der UND- Motors, auf diese höheren Frequenzen anzusprechen. Schaltung 38 verbunden. Als Ergebnis dessen würde Es wird nunmehr auf F i g. 3 hingewiesen, die

	ί»	Β3	Bl	h	S3
Bl	Bl	O	O	Bl	1
O	1	1	O	τ-ι	1
O	1	1	1	O	1
O	O	1	1	O	O
1	O	O	1	O	O
1	O	O	O	1	O
1	1		1

schematisch eine Schaltungsanordnung des Zählers 18 der F i g. 1 zeigt. Jede der bistabilen Anordnungen des Zählers 18 ist gleich und enthalt zwei PNP-Transistoren. So enthält die Anordnung Sl die Transistoren ßl und β 2, die Anordnung B 2 die Transistoren β 3 und β 4 und die Anordnung B 3 die Transistoren Q 5 und β 6. Die Basis jedes der Transistoren ßl und Ql ist über einen Widerstand Rl mit einer positiven Spannungsquelle, +12 Volt, und über in Reihe geschaltete Widerstände R 2 und R 3 mit einer negativen Spannungsquelle, — 12VoIt, verbunden. Der Emitter jedes der Transistoren Q1 und Ql ist mit einer dazwischenliegenden Bezugsspannung, wie Masse, verbunden, und der Kollektor jedes der Transistoren ist verbunden mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 2 und R 3. Der Widerstand R 2 verbindet den Kollektor des einen Transistors mit der Basis des anderen Transistors. Die Basis jedes der Transistoren ist außerdem mit der Kathode einer Diode D1 verbunden, deren Anode über einen Kondensator Cl mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 16 verbunden ist.

Widerstände R 4 verbinden die bistabilen Anordnungen miteinander. Auf diese Weise sind die Basiselektroden der Transistoren Ql und Ql in entsprechender Weise über verschiedene Dioden und Widerstände mit den Kollektoren der Transistoren β 3 und β 4 verbunden. In gleicher Weise sind die Basiselektroden der Transistoren β 5 und β 6 mit den Kollektoren der Transistoren β 1 und β 2 verbunden. Die Rückkopplung vom Kollektor jedes Transistors zu der Basis des zum selben Paar gehörigen anderen Transistors über einen Widerstand R 2 stellt sicher, daß immer ein Transistor in jeder Anordnung gesättigt ist, während der andere Transistor gesperrt ist. Das Potential an der Kathode jeder der Dioden D1 ist nahezu Massepotential oder etwa negativ. Andererseits ändert sich die Spannung an der Anode der mit den Kollektoren der zugeordneten Transistoren, wie des Transistors β 3, verbundenen Dioden, wie der Dioden Dl, von annähernd Massepotential, wenn der Transistor β 3 im wesentlichen nichtleitend ist, auf —11 Volt, wenn der Transistor β 3 leitend ist. Auf diese Weise wird eine Diode, wie die jeder Zählerstufe zugeordnete Diode D1, stark rückwärts vorgespannt, wenn der zugeordnete Transistor, wie der Transistor β 3, im wesentlichen nichtleitend ist, und wird nur schwach rückwärts vorgespannt, wenn der zugeordnete Transistor β 3 im wesentlichen leitend ist.

Der spannungsgesteuerte Oszillator oder Taktgeber 16 liefert über die (in Fig. 3 nicht dargestellte) Differenzierschaltung 17 und die Kondensatoren Cl positive Taktimpulse an die Anoden aller Dioden. Diese Taktimpulse spannen die nur etwas rückwärts vorgespannten Dioden in Vorwärtsrichtung vor. Die zu den Basiselektroden der gesättigten Transistoren geleiteten positiven Taktimpulse sperren diese, haben aber keine Wirkung, wenn sie auf die Basiselektroden bereits gesperrter Transistoren geleitet werden. Wenn ein Transistor gesperrt ist, dann wird natürlich der andere mit ihm gekoppelte gesättigt.

Es wird nunmehr angenommen, daß die Transistoren ß2, ß4 und ß5 gesättigt sind und den in der oben gezeigten Wertetabclle genannten Zustand 100 darstellen. Als Folge davon werden die mit den Basiselektroden der Transistoren β 1, β 3 und β 6 verbundenen Dioden stark rückwärts vorgespannt, während die mit den Basiselektroden der Transistoren β 2, β 4 und β 5 verbundenen Dioden nur leicht rückwärts vorgespannt werden. Dadurch werden die Taktimpulse zu den Basiselektroden der Transistoren β 2, β 4 und β 5 geleitet, aber nur der Transistor β 4 wird umgeschaltet, da er als einziger dieser Transistoren in einem gesättigten Zustand ist. Als Folge davon wird der Zustand 110 eingestellt. Die Zählerausgangssignale können natürlich von den Kollektoren der Transistoren β 1, β 3 und β 5 abgenommen werden. Der Transistor β 7 erfüllte zusammen mit den Widerständen R 5, die die Kollektoren der Transistoren β 2, β 4 und β 6 mit ihm verbinden, die der Schaltung 38 und dem Impulsgenerator 34 der F i g. 1 zugeschriebene Funktion. Das heißt, wenn irgendeiner der Transistoren β 2, β 4 und β 6 gesperrt ist, so daß seine Kollektorspannung nahezu — 12VoIt ist, dann ist die Spannung an der Basis des Transistors β 7 genügend negativ, um den Transistor β 7 offen zu halten. Wenn andererseits alle drei Transistoren β 2, β 4 und β 6 gesättigt sind, dann wird der Transistor β 7 leitend, verringert dadurch die Spannung an der Basis des Transistors β 5 und bewirkt, daß dieser leitend und dadurch der Transistor β 6 gesperrt wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Steuern der Drehzahl eines Dreiphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von der Impulsfolgefrequenz eines Impulsgenerators, dessen Impulse einem Ringzähler zugeführt werden, der sich aus digital arbeitenden logischen Schaltungen und diesen nachgeschalteten bistabilen Kippschaltungen zusammensetzt, wobei vom Ringzähler drei um 120° gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen aus rechteckförmigen, jeweils 180° langen Impulsen über Verstärker phasenrichtig an die Motorwicklungen abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringzähler (18) jeweils ein Paar von logischen UND-Schaltungen (20, 22; 24, 26; 38, 30) mit ihren Ausgängen an einen Stell- bzw. den Rück-Stelleingang jeweils einer bistabilen Schaltung (Bl, B2, B3) angekoppelt sind, daß jeweils einer von zwei Ausgängen der bistabilen Kippschaltungen (Bl, B 2, B 3) mit jeweils einem Eingang der einen logischen UND-Schaltung (20; 24; 28) der Paare von logischen UND-Schaltungen verbunden ist, während jeweils der andere Ausgang der bistabilen Kippschaltungen (Bl, B 2, B 3) mit jeweils einem Eingang der anderen logischen UND-Schaltung (22, 26, 30) der Paare von logischen UND-Schaltungen verbunden ist, und daß zwischen den Ausgang einer logischen UND-Schaltung (28) eines der Paare von logischen UND-Schaltungen (28, 30) und den Stelleingang der zugehörigen bistabilen Kippschaltung (B 3) eine logische ODER-Schaltung (32) geschaltet ist, deren weiterer Eingang an einen Ausgang einer mit ihren Eingängen an jeweils einen Ausgang der bistabilen Kippschaltungen (Bl, B 2, B 3) geschalteten weiteren logischen UND-Schaltung

   (38) gekoppelt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen