DE1938644A1

DE1938644A1 - Motorsteuersystem

Info

Publication number: DE1938644A1
Application number: DE19691938644
Authority: DE
Inventors: Joslyn John Adams; Koch Albert Frederick
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-08-01
Filing date: 1969-07-30
Publication date: 1970-02-05
Also published as: GB1223370A; ES369981A1; US3541426A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Motorsteuersystem und insbesondere auf ein solches System, das steuerbare Gleichrichter verwendet, wobei zwischen den Gleichrichtern "Querzündungen¹¹ vermieden werden.

Systeme zur Motorsteuerung, bei denen steuerbare Gleichrichter verwendet werden, sind bekannt. Solche Systeme haben sich mit der Entwicklung von steuerbaren Festkörper-Gleichrichtern, die im weitesten Sinne mis Thyristoren bezeichnet werden, mehr und mehr eingebürgert.

Die steuerbaren Gleichrichter sind in solchen Systemen derart angeordnet, daß der Stromfluß aus der Versorgungsquelle zum zu steuernden Motor gesteuert wird. Um zweiweg Eigenschaften zu erreichen, ist es notwendig, Gleichrichter vorzusehen, die

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zur Stromleitung in eine Richtung "gepolt" sind und weitere Gleichrichter, die so "gepolt" sind, da3 sie den Strom in die entgegengesetzte Richtung leiten können. Wenn jedoch die zweiweg Eigenschaft vorzusehen ist, werden die steuerbaren Gleichrichter in der tfeise verbunden, daß die Handhabung gewisser Kombinationen unabsichtlich zu Kurzschlüssen an der Versorgungsquelle führen kann. Solch ein EurzschluU wird als eine "Querzündung" bezeichnet.

In Systemen, bei denen mehrphasiger Wechselstrom erzeugt wird, wird die Motorgeschwindigkeit und Richtung durch eine nacheinander erfolgende Zündung der steuerbaren Gleichrichter gesteuert. Normalerweise werden nur Gleichrichter gezündet, die nur in eine Richtung gepolt sind. Für gewisse Systeme jedoch ist es wünschenswert, eine bestimmte Phasenvoreilung für den Zündwinkel in beiden Polaritäten anzuwenden. Dieses Verfahren, das als "Härtung" bezeichnet wird, wird später genauer beschrieben. Vorerst genügt die Feststellung, da3 die "Härtung" die rVahrscheinlichkeit des Auftretens von "Querzündungen" bei bestimmten Zündwinkeln vergrö3ert. Querzündungen sind unter diesen Bedingungen besonders unerwünscht, da es hierdurch unmöglich wird, unter gewissen Betriebsbedingungen gewisse Motorgeschwinüigkeiten zu befehlen, wodurch die Wirksamkeit eines Systems, das eine "Härtung" verwendet, wesentlich verringert wird.

Bei einigen bekannten Systemen wurden bereit£, Vorkehrungen getroffen, um "Querzündungen" zu vermeiden, dies erfolgte jedoch "hinterher". Das bedeutet, da"3 bei den bekannten Systemen der Strom, der durch die Last fliegt, oder die Spannung, die an der Last liegt, gemessen wurde und daß entgegengesetzt gepolte Gleichrichter ausgeschaltet wurden, Solche Systeme jedoch verhindern keine Querzündung, wenn eine "Härtung" vorgenommen wird, da es notwendig ist, die Polarität des üingangssignals und nicht die des Ausgangssignals zu erfassen.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zwischen steuerbaren Gleichrichtern in einem Motorsteuersystem Querzündungen von. "vornherein" zu vermeiden.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in Systemen, die eine Wechselstrom-Energieversorgung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer "Härtung" besitzen, Querzündungen zu vermeiden.

Eine weitere. Aufgabe der Erfindung besteht darin, yuerzündungen zu vermeiden, damit Beschädigungen der Systemkomponenten und unnötige Unterbrechungen des Betriebs verhindert werden. Gemäß vorliegender Erfindung wird daher ein Eingangssignal, das für das gewünschte Motordrehmoment kennzeichnend ist, gemessen. Der Betrieb der steuerbaren Gleichrichter, die so gepolt sind, da¹? ein Drehmoment in entgegengesetzter Richtung erzeugt werden kann, wird aufgrund dieser Messung verhindert.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen: - .

;.. Figur 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungs- ^: form der Erfindung;

Figur 2a den Betrieb des Systems gemäß Figur 1 mit einer v: "Härtung" von 15° und dem Eingangssignal O;

Figur 2b den ähnlichen Betrieb mit 15° "Härtung" und einem ψ. Eingangssignal mit 15 und

t-. Figur 2c einen Betrieb mit 15° "Härtung" und einem Eingangs-

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ψ- . signal mit 30 .

i;. In Figur 1 ist mit 1 eine Last und zwar ein Gleichstrommotor

^l bezeichnet, der aus einer Quelle, beispielsweise aus einer

H;" mehrphasigen Wechselstromquelle durch die Sekundärwicklung 2

^ eines Transformators versorgt wird. Von der Wechselstromquelle

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2 wird dem Kotor 1 über die steuerbaren Gleichrichter 3a - c und 4a - c Energie zugeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform bestehen die steuerbaren Gleichrichter 3a - c und 4a - c aus gesteuerten Siliziumgleichrichtern. Die Gleichrichter 3a - c sind derart gepolt, daß ein Strom geführt wird, der ein Drehmoment in positiver Richtung bewirkt, während die Gleichrichter 4a - c in negativer Richtung gepolt sind. Es ist somit ersichtlich, daß durch eine geeignete Auswahl der Gleichrichter und durch eine Steuerung der Zeit, zu der Gatterimpulse zu diesen Gleichrichtern übertragen werden, sowohl die Richtung als auch die Geschwindigkeit des Motors 1 B gesteuert werden kann.

Um die Zündung der Gleichrichter zu steuern, ist eine Auslösevorrichtung und zwar die Zündschaltungen 5 und 6 vorgesehen. Die Zündschaltungen 5 und 6 können von herkömmlicher Art sein, die aufgrund eines Eingangssignals, das für die gewünschte Rotation des Liotors 1 kennzeichnend ist, Zündimpulse auslösen.

Das in Fi^ur 1 gezeigt-; System kann z.B. dazu verwendet werden, die Lage eines Drehkopfes einer automatischen Waffe zu steuern. Bei einer solchen Anwendung kann die gewünschte Lage des Drehkopfes durch digitale oder' phasenveränderliche Signale angegeben werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht P auf ein solches System begrenzt und es sind daher Mittel vorgesehen, um die Eingangssignale zu erzeugen und zwar durch den Befehlssignalgenerator 7. Der Befehlssignalgenerator 7 kann zuerst ein Befehlssignal erzeugen, das für die gewünschte Lage des Motors, der gesteuert werden soll, kennzeichnend ist. Dieses Signal v/ird mit dem Rückkopplungssignal aus einer Art Rückkopplungsanordnung 8 verglichen, die ein Rückkopplungssignal erzeugt, das mit dem Befehlssignal übereinstimmt. Wenn das Befehlssignal aus einer phasenmodulierten «Velle besteht, kann die Rückkopplungsanordnung 8 einen Geber enthalten. Der Tehler zwischen dem Befehlssignal und dem Rückkopplungssignal wird umgewandelt und bildet das Ausgangssignal für den Befehlsgenerator 7. Dieses Signal, dessen Größe und Polarität

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für das gewünschte Äiotordrehmoment kennzeichnend ist, bildet das Eingangssignal für das luotorsteuersystem,- Das Ausgangssignal des Beiehlssignalgenerators 7 wird in einem herkömmlichen System einem Summierpunkt 9 zum Vergleich mit dem Ausgangssignal eines Gleichstromtachometers 10 zugeführt, das eine positiv Rückkopplung erzeugt, wie durch die Symbole im Summierpunkt 9 angezeigt. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 9 "bildet in bekannter Weise das eingangssignal für die negative Zündschaltung 5 und die positive Zündschaltung 6, die dann den Leitzustand der Gleichrichter 3a - c und 4a - c steuern, um das gewünschte Motordrehmoment zu erzeugen.

Bei konventionellen Systemen, die insoweit beschrieben wurden, können sich "Querzündungen" einstellen, die die Energieversorgung kurzschließen können. Wenn z.B. die· Gleichrichter 3a und 4-t gleichzeitig angesteuert werden, sind die ifechselstromwellenformen derart, wie später noch genauer ausgeführt wird, da3 die mehrphasige Energieversorgung 2 von der Transfoimatorwicklung 2a über Gleichrichter 3a und 4"b zur Transformatorwicklung 2b kurzgeschlossen ist. Das Ergebnis einer solchen Querzündung besteht darin, daß Strom vom Motor 1 abgeleitet wird.

Um die unerwünschte Querzündung zu vermeiden, ist ein Verstärker 11 vorgesehen, der das Befehlssignal verstärkt, das er vom Befehlssignalgenerator 7 empfängt, so daß die Empfindlichkeit des Systems ansteigt. Der Ausgang des Verstärkers 11 bildet einen Eingang zu einem Schmitt-Trigger 12. Schmitt-Trigger sind allgemein bekannt und sind beispielsweise dem General Electric Transistor Manual, 7. Ausgabe, Seite 200 zu entnehmen. Wie allgemein bekannt ist, ist ein Schmitt-Trigger eine spannungsempfindliche bistabile Anordnung, deren Ausgang einen Zustand annimmt, wenn ihre Eingangsspannung sich in einer Polarität oberhalb eines gewissen Pegels befindet. Durch eine geeignete Auswahl der Komponenten kann der Schmitt-Trigger 12 so ausgebildet werden, daß er auf ein Befehlssignal

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einer positiven Polarität einen Zuatana einnimmt una auf ein Befehlssignal mit negativer Polarität einen ente-egengerichteten Zustand einnimmt. Die Ausgangssi_bnale des ochniitt-Trigger 12 werden als zusätzliche jiineangssitjnale dan Zünuschaltungen 5 und 6 zugeführt, so aa3, wenn der ochciitt-Trig₆er sich in einem Zustand befindet, eine der Züna3chaltungen gesperrt ist und ,venn der dchmitt-Iri^er sich im entgegengesetzten Zustand befindet, di.e anaere Zündschaltung gesperrt ist.

^ lienn das Ausgangs signal des Befehlsgenerators 7 beispielsweise positiv ist, wird ein positives .Drehmoment gewünacnt. Das positive Ausgangssignal des Befehlssiönal^eneraüors 7 wird durch den Verstärker 11 verstärkt.

Der 3chmitt-Trig_oer 12 ist so angepa.3t, da? er luuer dann einen festgelegten Zustand einnimmt, wenn seine ^in_ö-an_easpannung positiv ist, so da? der mit "1" markierte Ausgang einen Spannungspegel annimmt, der ausreicht, den .betrieb der negativen Zündschaltung 5 zu sperren.

Wenn der Schmitt-Trigger \a diesen Zustand besitzt, kann der Ausgang "1" eine positive Spannung sein, v/ohin_feegen uer "0" \ Ausgang dann eine negative Spannung sein wird, so aa3 der Betrieb der positiven Zündschaltung 6 dann erlaubt ist. Unter diesen Bedingungen können nur die positiv gepolten Crleich— richter 3a - c gezündet werden, so da3 durch den ilotor 1 ein positives Drehmoment erzeugt wird und die ilöglichkeit einer Querzünciung ist ausgeschlossen.

»Venn andererseits das Befehlssignal eine negative Spannung ist, nimmt der Schmitt-Trigger 12 einen anderen festgelegten Zustand ein. Sein Ausgang "1" ist eine negative Spannung, die den Betrieb der negativen Zündschaltung 5 gestattet, so da3 daher die negativ gepolten Gleichrichter 4a - c leiten können. Da der "ü" Ausgang nun eine positive Spannung annimmt, ist

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uie. positive Zündschaltung 6 gesperrt und die Gleichrichter 3a - c kennen nicht leiten, wodurch die kcglichkeit einer Querzündung ausgeschlossen ist.

Bezüglich eier figuren 2a, 2b und 2c wird das System, aas in Figur 1 "beschrieben wurde, in Verbindung mit dem Verfahren der "Härtung" erläutert. »Vie bereits oben ausgeführt wurde, wird die Technik des "Härtens" bei steuerbaren Gleichrichtersystemen angewendet, um die von der Quelle zur Last übertragene Leistung möglichst nahezu zu linearisieren. Da die Energieversorgung eine zeitlich veränderliche Wechselstrouiwellenforiu aufweist, ist es augenscheinlich, da*3 die .Beziehung zwischen der Zöndzeit und der übertragenen Leistung nicht linear ist. r/enn jeaoch der effektive Zundwinkel um einen bestimmten Betrag voreilt, wird-das Ausgangssignal der steuerbaren Gleichrichter linearer. Die Größe der Voreilung wird als "Härtung" bezeichnet.

In Figur ^a ist die zeitliche Beziehung zwischen den 3 Phasen A, B und C einer mehrphasigen Wechselstromquelle angegeben.· Um die Ausgangssignale eines steuerbaren Gleichrichters stärker zu linearisieren, der von einem mehrphasigen Wechselstromsystem betrieben wird, kann der Zundwinkel um einen bestimmten Betrag, beispielsweise 15° (Grad elektr.), voreilen. Die Figur 2a zeigt diese bestimmte Voreilung, indem die zeitliche Beziehung des Zünaimpulses während der Nullfehler-Bedingung veranschaulicht wird. Wie gezeigt wird, zündet der Gleichrichter 3a während der letzten 15° des positiven Teiles der A-Fhase entsprechend dem Zündimpuls, der mit 20 bezeichnet ist. In ähnlicher Weise wird der Gleichrichter 3b während der letzten 15° der positiven Hälfte der B-Phase durch den Zündimpuls gezündet, der mit 21 bezeichnet ist. Die negativen Gleichrichter werden in ähnlicher Weise gezündet, so daß der Gleichrichter 4b während der letzten 15° der negativen Hälfte der B-Phase, wie durch den mit 22 bezeichneten Zündimpuls angezeigt, gezündet wird und der Gleichrichter 4-c wird während

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der letzten 15° des negativen Teiles der C-'Phaae gezündet, wie durch die mit 23 bezeichneten Zündimpulse gezeigt ist.

Wenn ein Befehlssignal empfangen wird, werden die Zündimpulse von der in Figur 2a angegebenen Position vor- oder nacheilen. Wenn das Befehlssignal positiv ist, wird der Zündwinkel für die positiven Gleichrichter voreilen und der Zündwinkel für die negativen Gleichrichter nacheilen. Wenn beispielsweise, bezogen auf Figur 2b, das Befehlssignal derart ist, daß der Zündwinkel um 1i?° in positiver Eichtung voreilen muß, wird der Zündimpuls für den positiven Gleichrichter 3a bis zu der Position voreilen, die in Figur 2b mit 2U¹ bezeichnet ist. In ähnlicher V/eise wird der Zündimpuls für den positiven Gleichrichter 3h his zu der Position voreilen, die in Figur 2b mit 21· bezeichnet ist. Aus dem gleichen Grunde eilt der Zündimpuls für die negativen Gleichrichter 4b und 4c nach, so daß er bei 22' und entsprechend bei 23' liegt. Wie aus einer Gesamtbetrachtung der Figur 2b zu entnehmen ist, ist die von der Quelle zur Last übertragene Energie positiv.

Wenn -jedoch, der Zündwinkel der positiven Gleichrichter um insgesamt 30° voreilt, kann entnommen werden, daß sowohl die positiven wie die negativen Gleichrichter gleichzeitig ausgelöst v/erden. Dieser Sachverhalt ist aus Fi_eur 2c zu entnehmen. Der Zündimpuls fur den positiven Gleichrichter 3a eilt vor, so daß er bei 20" liegt. In ähnlicher rfeise eilt der Zündimpuls für den positiven Gleichrichter 3b vor, so daß er bei 21" liegt. Der negative Zündimpuls für die B-Phase jedoch eilt nun 30° nach und liegt beim Punkt 22", der mit dem Zündpunkt des positiven Gleichrichters der Phase A übereinstimmt. Das Ergebnis der gleichzeitigen Erzeugung dieser Zündimpulse besteht darin, daß die Gleichrichter 3a und 4b zur gleichen Zeit in den Leitzustand gebracht v/erden. Da der ' Gleichrichter 4b in negativer Richtung gepolt ist, leitet er nicht unter normalen Umständen, obgleich er Zündimpulse erhält. Wenn jedoch die Spannung am Motor 1 auf Werte innerhalb

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des Pegels, der in Figur 2c mit 25 bezeichnet ist, abfällt, leiten beide Gleichrichter 3a und 4b und die Energieversorgung wird daher kurzgeschlossen. AU3 dem Vorgenannten wird daher ersichtlich, daß einem System, das eine "Härtung" von 15° verwendet, nicht befohlen werden kann, eine Voreilung des Zündimpulses von 30° einzunehmen, ohne daß eine Möglichkeit der "Querzündung¹¹ zwischen den Phasen besteht. In ähnlicher Weise erfolgt der Zündimpuls 21", der den Gleichrichter 3b in den Leitzustand bringt, gleichzeitig mit der Erzeugung des Zündimpulses 23"» der den Gleichrichter 4c in den Leitzustand bringt, so daß daher ebenfalls eine "Querzündung" auftritt.

Es i3t aus dem Vorgenannten ersichtlich, daß die im Zusammenhang mit den Figuren 2a, 2b und 2c geschilderten Schwierigkeiten durch das System der vorliegenden Erfindung vermieden werden₉ ohne daß die günstigen Merkmale der "Härtung" aufgegeben werden. Wenn das System gemäß vorliegender Erfindung vorgesehen ist, sind die Gleichrichter, die in der entgegengesetzten Richtung zur gewünschten gepolt sind, gesperrt und eine Querzündung kann daher nicht auftreten.

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Claims

Ansprüche

1.)Steuersystem zur Leistungsübertragung von einer ciehrphasigen Quelle zu einem Gleichstrommotor /robei das steuersystem auf ein Signal eines Befehlssignal^eiierators anspricht, das die Polarität des zu übertragenden Stromes anzeigt und das mehrere steuerbare Gleichrichter besitzt, die entsprechend mit jeder Phase der i/ecnselstromquelle verbunden sind und daß die steuerbaren Gleichrichter in eine erste Gruppe aufgeteilt sind, die derartig geschaltet sind, daß sie den Strom in eine Richtung übertragen können una in eine zweite Gruppe, die derartig geschaltet ist, da3 sie den Strom in die entgegengesetzte Sichtung übertragen kann, dadurch gekennzeichnet , da3 ein erster und zweiter Zündschaltkreis (5, 6) vorhanden ist, der jeweils mit der ersten und zweiten Gruppe der steuerbaren Gleichrichter betriebsfähig verbunden ist, um diese in einen leitfähi^en Zustand zu bringen und da 3 eine leerschaltung (12) vorgesehen ist, die derartig geschaltet ist, da3 sie die Polarität des Befehlssignals feststellen kann und da3 sie mit dem ersten und zweiten Zündschaltkreis verbunden ist, so da 3 der erste Zündschaltkreis gesperrt ist, wenn das Befehlssi^nal einen Leitzustand der zweiten Gruppe der steuerbaren Gleichrichter erfordert und daS der zweite Zündschaltkreis gesperrt ist, wenn das Befehlssignal einen Leitzustand der ersten Gruppe erfordert.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch g e kenn ζ e i chn e t , daß die steuerbaren Gleichrichter aus steuerbaren Siliziuni-Halbleiterelementen bestehen.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn ζ ei c h η e t , dad der erste und zweite Zündschaltkreis erste und zweite Triggerschaltungen besitzt, die mit üen Gatteranschlüssen der steuerbaren Gleichrichter verbunden sind.

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4. Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die -I»Ie3schaltung (12) eine bistabile Anordnung enthält, die einen ersten Zustand einnimmt, wenn ihre iiingangsspannung größer als eine "bestimmte Spannung einer Polarität ist und die einen entgegengesetzten Zustand einnimmt, wenn ihre Eingangsspannung geringer als die "bestimnte Spannung ist.

5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnex , daß die keßschaltung weiterhin einen Verstärker umfaSt, dessen Eingangssignal aus dem Befehlssignal "besteht und f-easen Ausgang mit dem Eingang der "bistabilen Anordnung verbunaen ist.

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L e e r s e ί t e