DE1763009C - Anordnung zur Drehzahlregelung eines burstenlosen Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Fig. 5 zeigt die erforderliche relative Lage zwischen Rotor, Statorwicklungen, Scheibe und Stellungssignalempfängern für die Schaltung gemäß F i g. 4.

In den Fi g. 1 und 2 ist ein Gleichstrommotor dargestellt, der einen permanentmagnetischen Rotor 1, welcher starr auf einer Welle 2 befestigt ist, sowie einen gewickelten Stator 3 mit drei Statorwicklunijen 4,5 und 6 aufweist. Steilungssignalempfänger 7 his 12 sind um eine halbkreisförmige Scheibe 13 herum angeordnet und mit dieser magnetisch gekoppelt. Die Scheibe ist in einer bestimmten Stellungsbeziehung mit dem Rotor 1 an der Welle befestigt"(vgi. F ig. 2).

Der Ausgang der Stellungssignalempfänger 7 bis 12 ist an die Steuerelektroden der Hauptthyristoren 14 bis 19 über die Differenzierschaltungen 119, 20 bis 24 angeschlossen. Durch diese werden die Stellungssignale derart geformt, daß eine sichere Zündung der Hauptthyristoren zu der Zeit erfolci. zu der die Steilungssignalempfänger jeweils gerade mit der Scheibe magnetisch gekoppelt sind.

Gleichzeitig werden die Stellungssignale nach den Diffcrenzierschaltungcn in Addiergliedem 25 und 26 addiert und ais Steuersignale an die Steuerelektrode eier Hilfsthyristoren 29 und 30 über die Verzögerungsglieder 27 und 28 geliefert. Für die Addition kann eine logische Schaltung, und zwar eine ODER-Schaltung, verwendet werden.

Die Hilf thyristoren 29 und 30 sind mit den Klemmen 31 und 32 der Gleichstromquelle über die Widerstände 33 und 34 verbunden.

Die Hauptthyristoren 14 bis 19 sind in drei Paare aufgeteilt, z.B. 14, 17; 15, 18; 16, 19. Die zwei Hauptthyristoren eines jeden Paares liegen in Reihe an den Klemmen 31, wobei die Statorwicklungen 4,5 und 6 an jedem der Verbindungspunkte der paarweise in Reihe liegenden Hauptthyristoren liegen.

Ein erster Satz Kondensatoren 35, 36 und 37 wird zum Abschalten der Hauptthyristoren 14 bis 19 verwendet. Dabei liegt je ein Kondensator zu jeweils einer der Statorwicklungen 4,5 und 6 parallel.

Ein zweiter Satz Kondensatoren 38 bis 43 dient ebenfalls zur Abschaltung der Hauptthyristoren, wobei die Kondensatoren 38, 39 und 40 rrit dem Vetbindungspunkt des Hilfsthyristors 29 und des Widerstandes 33 und mit jedem Verbindungspunkt der paarweise angeordneten Hauptthyristoren 14 bis 19 verbunden sind, während die Kondensatoren 41, 42 und 43 des zweiten Satzes am Verbindungspunkt des Hilfsthyristors 30 mit dem Widerstand 34 und an jedem Verbindungspunkt der paarweise angeordneten Hauptihyristoren 14 bis 19 liegen. Der durch die Widerstände 33 und 34 fließende elektrische Strom ist nicht groß im Vergleich zum Strom in den Statorivicklungen, so daß die Verlustleistungen in den Widerständen sehr gering sind.

Die Drehzahl des biirstenlosen Gleichstrommotors wird durch den Drehzahlistwertgeber 44 erfaßt. Sein Ausgangssignal wird mit dem Ausgangssignal des Drehzahlsollwcrtgebers 45 verglichen und an die Verzögerungsglieder 27 und 28 angelegt. Dadurch kann dl·· Ver/ögerungszeit variiert und somit die Öffnungszeit der Hauptthyristoren im Sinne einer Drehzahlkonstanihaltung beeinflußt werden.

In der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und2 ist die Scheibe 13 des Drehstellungsdetektors an der Welle 2 so befestigt, daß immer zwei der Stellungssignalempfänger mit der Scheibe magnetisch gekoppelt sind, und zwar sind immer einer der Stellungssignalempfänger 7,8 und 9 und einer der Stellungssignalempfänger 10, 11 und 12 mit der Scheibe 13 gekoppelt.

Wenn sich der Rotor 1 z. B. in der Fig. 2 in der gezeigten Stellung befindet, sind die Slellungssignalempfänger 7 und 11 mit der Scheibe 13 gekoppelt. Die Stellungssignale dieser Stellungssignalempfänger

ίο werden dadurch an die Steuerelektroden der Hauptthyristoren 14 und 18 über die Differenzierschaltungen 119 und 23 angelegt, wobei die Hauptthyristoren 14 und 18 hauptsächlich die Statorwicklung 4 erregen und ein Feld erzeugen, welches den Rotor 1 im

Uhrzeigersinn dreht, wie es der .Pfeil in F i g. 2 zeigt.

Wenn sich der Rotor 1 um etwa 60° gedreht hat, dann ist der Steilungssignalempfänger 12 jetzt neu mit der Scheibe magnetisch gekoppelt, und das Stel-

iii liingViigna! vorn Sie uiigssignaiemptanger 12 wird an den Hauptthyristor IV i ber die Differenzierschaltung 24 angelegt und erregt in der Hauptsache die Statorwicklung 6 in entgegengesetzter Richtung. Dadurcii wird ein solches Feld erzeugt, das den Rotor weiter im Uhrzeigersinn dreht.

In ähnlicher Weise werden für jede Drehung des Rotors 1 um etwa 60' eine andere Kombination der Stellungssignalempfänger und die sich ergebenden Hauptthyristoren erregt, so daß sich der Rotor kontinuierlich dreht.

Der zu den Statorwicklungen 4,5 und 6 parallelliegende erste Satz Kondensatoren 35, 36 und 37 bewirkt, daß die Hauptthyristoren so abgeschaltet werden, daß. wenn z. B. der Thyristor 16 eingeschaltet ist, die Spannung über dem Kondensator 36 an den Hauptthyristor 15 in umgekehrter Richtung angelegt wird und diesen dadurch sperrt.

Die Drehzahl des Rotors 1 ermittelt ein Drehzahlistwertgeber 44, der ein drehzahlproportionales elektrisches Ausgangssignal abgibt. Dieses Ausgangssignal wird mit dem Ausgangssignal des Drehzahlsollwertgebers 45 verglichen Das Abweichungssignal, d. h. das Signal, welches der Differenz dieser beiden Ausgangssignale proportional ist, wird vom Ver-

stärker 46 verstärkt und auf die Verzögerungsglieder 27 und 28 gegeben. Dadurch wird die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder proportional zur Größe des Abweichungssignals gesteuert. Wenn jedoch die sich ergebende Verzögerungszeit bis zu dem Zeitpunkt des folgenden Stellungssignals von den Stellungssignalempfängern, das über die Differenzierschaltungen den Addiergliedem und den VcrzÖgcrung^gliedern zugeführt w^:rd, anwächst, wird das jeweilige Verzögerungsglied sofort vom neuankom-

menden Stellungssignal selbst zurückgesetzt, d. h., dieses Verzögerungsglied gibt immer eine Verzögerun₆swirkung bis zu dem folgenden Stellungssignal von den Stellungssignalempfängern.

Wenn die Drehzahl zu groß ist, setzt das vom Verstärker 46 verstärkte, der Drehzahlabweichung vom Sollwert proportionale Abwcichungssignal die Verzögerungszeit der Verzögerungsglicdcr 27 und 28 herab. Dann werden die Hilfsthyristoren 29 und 30 früher eingeschaltet, so daß die Spannungsumkchrung an den Kondensatoren 38 bis 43 dafür sorgt, daß die Hauptthyristoren 14 bis 19 kurze Zeit nach der Einschaltung wieder abgeschaltet werden.

Dementsprechend wird die Zeit, in welcher die

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Statorwicklungen erregt sind, verkürzt, und dadurch aufgeladen und der Flächentransistor 47 gibt dem-

werden das Drehmoment und die sich ergebende entsprechend früh das getriggerte Steuersignal ab. In

Drehzahl herabgesetzt. entsprechender Weise wird das Steuersignal später

In der entgegengesetzten Weise wird die Verzöge- abgegeben, wenn das Abweichungssignal der Dreh-

rungszeii vergrößert, und dementsprechend erhöhen 5 zahl klein ist.

sicli das erhaltene Drehmoment und die Drehzahl. Der Ausgang des Addiergliedes 25 oder 26 liegt an Überschreitet jedoch die Verzögerungszeit das Zeit- der Klemme 55 und wird auf die Basis des Transiintervall bis zu dem folgenden Stellungssignal, das slors 48 gegeben, welcher durch das Ausgangssignal von der Differenzierschaltung über das Addicrglied des Addierglicdes durchgeschaltet wird und die Kadern Verzögerungsglied zugeführt wird, werden die io pazität 49 entlädt, selbst wenn das vom Verzöge-Hilfsthyristoren nicht eingeschaltet, so daß die Wick- rungsglied abzugebende Steuersignal noch nicht erlungen Über das ganze Zeitintervall voll erregt sind. schienen ist.

Wie es in der vorstehend beschriebenen Ausfuh- Normalerweise verwendete Tachometergenerato-

rungsform der Erfindung aufgezeigt worden ist, kann ren und Wechselstromgeneratoren können als Dreh-

das Drehmoment und somit auch die Drehzahl leicht ts zahlistwcrtgeber verwendet werden. Als Drchzahl-

durch Einstellung der Verzögerungszeit der Verzöge- sollwertgeber können ein Gleichspannungsgencrator

rungsglieder 27 und 28 proportional zur Differenz und Oszilator verwendet werden,

der Ausgangssignalc vom Drchzahlistwertgeber 44 In der vorstehenden AusfUhrungsform gemäß

und dem Drehzahlsollwertgeber 45 innerhalb des F i g. 1 werden bidirektionale Thyristoren als Schalt-

Zeitintervalls geregelt werden, in welcher die Stator- ao elemente verwendet,

wicklungen 4,5 und 6 erregt sind. Die Schaltung der F i g. 4 ist eine andere Ausf Uh-

In F i g. 1 sind zwei Kombinationen eines Verzöge- rungsform dieser Erfindung, welche unidirektionale rungsgtiedcs mit jeweils einem Hilfsthyristor, z. B. 27 Thyristoren als Schaltelemente verwendet, mit 29 und 28 mit 30, dargestellt Die Drehzahl kann F i g. 5 zeigt die gegenseitige Anordnung von Rojedoch auch durch nur eine einzige Kombination und 4$ tor, Statorwicklungen, Scheibe und Stellungssignal-Weglassung der anderen erzielt werden. empfangen für die Schaltung der F i g. 4.

F i g. 3 zeigt eine AusfUhrungsform der Verzöge- Die Statorwicklungen 60, 61 und 62 werden nach-

rungsglieder 27 und 28. Das vom Verstärker 46 ver- einander erregt und bewirken die kontinuierliche

stärkte Abweichungssignal der Drehzahl gelangt auf Drehung des Rotors 58 Über die Hauptthyristoren

die Eingangsklcmrncn 51 and 52 and lädt den Kon- 3» 6S, 69 und 70, welche durch Triggersignale von den

densator 49 mit einer Zeitkonstanten, die von dem mit der Scheibe 64 gekoppelten Stellungssignalemp-

Widerstands- und dem Kapazitätswert des Wider- fängern 65, 66 und 67 über die Differenzierschaltun-

standes 50 und des Kondensators 49 abhängt, auf. gen 71,72 und 73 eingeschaltet werden.

Da die Spannung über den Kondensator 49 an die Die Hauptthyristoren 68, 69 und 70 werden durch Emitterelektrode des Flächentransistors 47 gelangt, 35 den ersten Satz Kondensatoren 74, 75 und 76 und

wird die Spannung am Emitter des Flächentransi- auch von einem Hilfsthyristor 77, einem Widerstand

stors 47 linear erhöht. Dieser wird dann plötzlich lei- 78 und den zweiten Satz Kondensatoren 79, 80 und

tend und gibt ein impulsförmiges Ausgangssignal 81 auf eine der AusfUhrungsform gemäß F i g. 1

über dem Widerstand 57 zu dem Zeitpunkt ab, an und 2 ähnliche Weise abgeschaltet

dem die Spannung am Emitter die Durchbruchsspan- 40 Darüber hinaus wird eine automatische Drehzahl-

nung erreicht Der Ausgang des Verzögerungsgliedes regelung durch den Drehzahlistwertgeber 85, den

ist mit der Steuerelektrode des zugeordneten Hilfs- Drehzahlsollwertgeber 86, den Verstärker 84, das

thyristors über die Klemmen 53 und 54 verbunden. Verzögerungsglied 83 und das Addierglied 82 in

Wenn das vom Verstärker 46 verstärkte Abwei- ähnlicher Weise wie in der Ausführungsform der

chungssignal groß ist, wird der Kondensator 49 früh « Fig. 1 und2erreicht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Drehzahlregelung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einem permanentmagnetischen Rotor, mit einer Anzahl von Statonvicklungen, die nacheinander über Hauptthyristoren an eine Gleichspannungsquelle anlegbar sind, mit mindestens einem Hilfsthyristor. der die Hauptthyristoren zwangsweise löscht und die Erregungszeit der Statonvicklungen nach Maßgabe der Istwert-Sollwert-Differenz der Drehzahl einsteltt, mit einem Drehstellungsdetektor, der die Drehstellung des Rotors erfaßt und eine sich synchron mit dem Rotor drehende Scheibe aufweist, in Abhängigkeit deren Lage in den Statorwicklungen zugeordneten Stellungssignalempfängern von einer Stellungssignalquelle je ein Stellungssigna'i .Tzeugbar ist. welche Stellungssisnale die Hauptthyristoren und die Hilfsthyristoren steuern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hilfsthyristor (29. 30; 77) über einen Widerstand (33, 34; 78) an den Klemmen (31, 32; τ —) der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, daß die Anode jedes, Hauptthyristors (14 bis 19; 68 '.'is 70) mit den Anoden der übrigen Hauptthyrislorcn über einen ersten Satz Kondensatoren (35 bis 37; 74 bis 76) und mit den Anoden jedes Filfsthyristors (29, 30; 77) über einen zweiten Satz Kondensatoren (38 bis 40, 41 bis 43; 79 bis 81) verbunden ist, daß die Hauptthyristorer. unmittelbar von den Stellungssignalen und die Hilfsthyristoren von Steuersignalen aussteuerbar sind, die durch Addieren der Stellungssignale in Addiergliedern (25, 26; 82) und anschließendes Verzögern derselben in Verzögerungsgliedern (27, 28; 83) entstehen, und daß die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder durch die Istwert-Sollwert-Differenz der Drehzahl variierbar ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlregelung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einem permanentmagnetischen Rotor, mit einer Anzahl von Statonvicklungen, die nacheinander über Hauptthyristoren an eine Gleichspannungsquelle anlegbar sind, mit mindestens einem Hilfsthyristor, der die Hauptthyristoren zwangsweise lösclit und die Erregungszeit der Statorwicklungen nach Maßgabe der Istwert-Sollwert-Differenz der Drehzahl einstellt, mit einem Drehstellungsdetektor, der die Drehstellung des Rotors erfaßt und eine sich synchron mit dem Rotor drehende Scheibe aufweist, in Abhängigkeit deren Lage in den Statonvicklungen zugeordneten Stellungssignalempfängern von einer Stellungssignalquelle je ein Stellungssignal erzeugbar ist, welche Stellungssignale die Hauptthyristoren und die Hilfsthyristoren steuern.

   Eine derartige Anordnung zur Drehzahlregelung ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 208 803 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung wird der Strom in den Ständerwicklungen durch die Hauptthyristoren kommutiert. Die mit den Hauptthyristoren in Reihe liegenden Hilfsthyristoren löschen die Hauptthyristoren. Ferner sind weitere Hilfsthyristoren erforderlich, um die Hilfsthyristoren zu löschen. Hierbei ist nachteilig, daß sowohl die Haupt- als auch die Hilfsthyristoren durchgeschaltet sein müssen, um die Ständerwicklungeri zu erregen. Wenn außerdem die Versorgungsspannung nicht größer als die Anoden-Kathoden-Sättigungsspannung der Thyristoren ist, senkt der Spannungsabfall übe. den Thyristoren den Wirkungsgrad der Anordnung. Weiterhin ist hierbei nachteilig, daß weitere Thyristoren erforderlich sind, um die Hilfsthyristoren zu löschen.

   Aus der französischen Patentschrift 1 448 909 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor bekannt, bei dem jeder Hauptthyristor durch Entladen von Kondensatoren die anderen Hauptthyristoren löscht, so daß immer nur ein Hauptthyristor durchgeschaltet ist. Die Kondensatoren sind hierbei zwischen die Anoden jeweils zweier benachbarter Hauptthyristoren eingeschaltet. Der bekannte Motor ist jedoch nicht mit einer Drehzahlregelvorrichtung ausgestattet.

   Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Drehzahlregelung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, die aut eine einfache Weise

   25- die an die Statorwicklungen gelieferte Eingangsleistung regelt, ohne über die Hilfsthyristoren Spannungsverluste zu verursachen.

   Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Drehzahlregelung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder Hilfsthyristor über einen Widerstand an den Klemmen der Gleichspannungsquelie angeschlossen ist, daß die Anode jedes Hauptthyristors mit den Anoden der übrigen Hauptthyristoren über einen ersten Satz Kondensatoren und mit den Anoden jedes Hilfsthyristors über einen zweiten Satz Kondensatoren verbunden ist, daß die Hauptthyrist. p*n unmittelbar von den Stellungssignalen und die Hilfsthyristoren von Steuersignalen aussteuerbar sind, die durch Addieren der Stellungssignale in Addiergliedern und anschließendes Verzögern derselben in Verzögerungsgliedern entstehen, und daß die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder durch die Istwert-Sollwert-Differenz der Drehzahl variierbar ist.

   In der erfindungsgemäßen Anordnung liegt der Hilfsthyristor nicht in Reihe mit den Hauptthyristoren und den Statonvicklungen; der Spannungsabfall über dem Hilfsthyristor ist also nicht mehr schädlich, Außerdem wird bei der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung der Hilfsthyristor nur dann durchgeschaltet, wenn die den Statonvicklungen züge führte Leistung sinken soll. Werden die Statorwicklungen voll erregt, befindet sich der Hilfsthyristor ingesperrten Zustand. Im Hilfsthyristor und desser Anoden widerstand wird also bei voller Erregung dei Statorwicklungen keine Verlustleistung verbraucht.

   Eine Ausführungs.'orm der Erfindung wird nach folgend als Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeich nungen beschrieben, in denen

   Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßei Drehzahlregcleinrichtung eines Gleichstrommotor: und

   Fig. 2 die Anordnung von Rotor, Statorwicklun gen, Scheibe und Stellungssignalempfängern zeigt;

   Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Verzöge rungsgliedes;

   Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Er findung;