DE1943602A1

DE1943602A1 - Control system for electric motor

Info

Publication number: DE1943602A1
Application number: DE19691943602
Authority: DE
Inventors: Plant Anthony Brian
Original assignee: Lucas Industries Ltd; Joseph Lucas Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1969-08-27
Filing date: 1969-08-27
Publication date: 1971-03-11
Also published as: DE1943602B2

Description

Steuersystem für Elektromotor Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für Elektromotoren zur Steuerung eines Mehrphasen-Wechselstrommotors. Das Steuersystem weist eine Anzahl haibleitergesteuerte Gleichrichter auf, die den Strom zu den jeweiligen Phasenklemmen des Motors steuern, sowie einen Zündkreis, der zum Andern des Zündwinkels der halbleitergesteuerten Gleichrichter entsprechend der Größe eines Eingangsimpulses eingerichtet ist. Electric Motor Control System The invention relates to a control system for electric motors to control a multiphase AC motor. The tax system has a number of semiconductor-controlled rectifiers that supply the current to the respective Control phase terminals of the engine, as well as an ignition circuit that changes the ignition angle the semiconductor-controlled rectifier according to the size of an input pulse is set up.

Bei Steuersystemen dieser Art, bei denen ein Vorwärts- und Rückwärtslauf des Motors erforderlich ist, ist es üblich, zwei vollständige Steuerßysteme vorzusehen, nämlich eins für den Vorwärtslauf und eins für den RUckwärtßlauf. Das ist jedoch teuer. Deshalb liegt der Erfindung-die rufgabe zugrunde, eine zweckmäßige Form eines Steuersystems vorzusehen, das für einen Vorwärts- und Rückwärtslauf des Motors sorgt, ohne daß eine vollständige Duplikation des Steuersystems erforderlich ist.In control systems of this type, in which a forward and reverse run of the engine is required, it is common to have two complete control systems, namely one for the forward run and one for the backward run. However, that is expensive. Therefore, the invention is based on the task of an expedient form of a Tax system to provide that for a forward and backward run of the engine without the need for a complete duplication of the control system is.

Ein Steuersystem gemäß der Erfindung besteht aus zwei Sätzen-halbleitergesteuerter Gleichrichter, einem einzigen Zündkreis zur Herstellung von Zündimpulsen, deren Phasenbeziehung zum Motoreingang durch die Größe eines Eingangsimpulses zum Zündkreis bestimmt ist, zwei Steuerkreisen, die jeweils den beiden Sätzen halbleitergesteuerter Gleichrichter zugeordnet sind, und einem Polaritäts-Detektorkreis, der auf die Polarität des Eingangsimpulses anspricht und mit den Steuerkreisen derart verbunden ist, daß der Ausgang des Zündkreises zu einem Satz halbleitergesteuerter Gleichrichter bei einer Polarität des Eingangsimpulses und zum anderen Satz halbleitergesteuerter Gleichrichter bei entgegengesetzter Polarität des Eingangsimpulses zum Vorwärts- bzw. Rückwärtslauf des Motors geleitet werden kann.A control system according to the invention consists of two sets of semiconductor controlled Rectifier, a single ignition circuit for the production of ignition pulses, whose Phase relationship to the engine input due to the size of an input pulse to the ignition circuit is intended, two control circuits, each of the two sets of semiconductor-controlled Rectifiers are assigned, and a polarity detection circuit that points to the polarity of the input pulse responds and is connected to the control circuits in such a way that the output of the ignition circuit contributes to a set of semiconductor-controlled rectifiers one polarity of the input pulse and the other set of semiconductor controlled Rectifier with opposite polarity of the input pulse to the forward or reverse rotation of the motor can be conducted.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, In den Zeichnungen sind: Fig. 1 Ein Blockschaltbild des Steuersystems und Fig. 2 eine graphische Darstellung der Spannungswellenformen an verschiedenen Stellen der Schaltung gemäß Fig. 1.The invention is described below on the basis of an exemplary embodiment explained in more detail with reference to the drawings, In the drawings: Fig. 1 is a block diagram of the control system and FIG. 2 is a graphic representation of the Voltage waveforms at various points in the circuit of FIG. 1.

Die Phasenklemmen des Wechselstrom-Asynchronmotors 10 sind mit zwei Sätzen halbleitergesteuerter Gleichrichter 11, 12 verbunden, die den Strom von den Phasenleitungen L1, L2 und L3 zum Antrieb des Motors 10 nach rechts bzw. nach links steuern. Die beiden halbleitergesteuerten Gleichrichterkreise 11, 12 sind bekannt.The phase terminals of the AC induction motor 10 are two Sets of semiconductor-controlled rectifiers 11, 12 connected, which take the current from the Phase lines L1, L2 and L3 for driving the motor 10 to the right and to the left, respectively steer. The two semiconductor-controlled rectifier circuits 11, 12 are known.

Der Motor soll mit einer Drehzahl angetrieben werden, die durch den Eingangsimpuls an einer Klemme 13 bestimmt wird, und die Antriebsrichtung soll entsprechend der > itSt des Impulses an der Klemme 13 gewählt werden. Zu diesem Zweck ist ein Gleichstromverstärker 14 vorgesehen, dessen Ausgang am Punkt C erscheint, und der sowohl zu einem Zündkreis 15 als auch zu einem Polaritäts-Detektorkreis 16 gespeist wird. Der Zündkreis 15 weist einen Kreis 17 auf, der den zur Verfügung stehenden Strom zum Aufladen eines Kondensators 18 entsprechend der Größe des ausgangs des Verstärkers 14 unabhängig von der Polarität des Ausgangs ändert. Parallel zum Kondensator 18 ist ein PLückstellkreis 19 geschaltet, der den Kondensator 18 am Ende jeder Ralbperiode des Stroms in einer der Phasenleitungen entlädt.The motor is to be driven at a speed that is determined by the Input pulse at a terminal 13 is determined, and the drive direction should accordingly the> itSt of the pulse at terminal 13 is selected will. to a DC amplifier 14 is provided for this purpose, the output of which is at the point C appears, and that to both an ignition circuit 15 and a polarity detector circuit 16 is fed. The ignition circuit 15 has a circuit 17, which is available standing current to charge a capacitor 18 according to the size of the output of amplifier 14 changes regardless of the polarity of the output. Parallel to Capacitor 18 is connected to a reset circuit 19, which connects capacitor 18 to At the end of each cycle the current in one of the phase lines discharges.

Der Kreis 17 weist einen n-p-n-Transistor 20 und einen p-n-p-Transistor 21 auf, deren Steuerelektroden gemeinsam mit dem Ausgang des Verstärkers 14 und deren Emissionselektroden über einen Widerstand 22 mit der Erde verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 20 ist an eine Seite des Kondensators 18 und außerdem an den Kollektor eines n-p-n-Transistors 23 angeschlossen, dessen Emissionselektrode über einen Widerstand 25 mit einer negativen Gleichstromschiene 24 verbunden ist. Die andere Seite des Kondensators 18 ist mit einer positiven Gleichstromschiene 26 verbunden. Der Kollektor des Transistors 21 ist mit dem Kollektor eines n-p-n-Transistors 27 verbunden, dessen Emissionselektrode über einen Widerstand 28 mit der Gleichstromschiene 24 yerbunden ist. Die Steuerelektroden der Transistoren 23,27 sind miteinander und mit dem Kollektor des Transistors 27 verbunden. Ein Rückkoppelungswiderstand 43 ist zwischen die Emissionselektroden der Transistoren 20, 21 und den Eingang des Verstärkers 14 geschaltet.The circuit 17 has an n-p-n transistor 20 and a p-n-p transistor 21, the control electrodes of which together with the output of the amplifier 14 and the emission electrodes of which are connected to earth via a resistor 22. The collector of transistor 20 is on one side of capacitor 18 and also connected to the collector of an n-p-n transistor 23, the emission electrode of which is connected to a negative DC bus 24 via a resistor 25. The other side of capacitor 18 is connected to a positive DC power rail 26 connected. The collector of transistor 21 is connected to the collector of an n-p-n transistor 27, the emission electrode of which is connected to the direct current rail via a resistor 28 24 is connected. The control electrodes of the transistors 23,27 are with each other and connected to the collector of transistor 27. A feedback resistor 43 is between the emission electrodes of the transistors 20, 21 and the input of the Amplifier 14 switched.

Der Sägezahh-Spannungsimpuls, der am Punkt A erscheint, liefert den Eingang zu einer bekannten Triggerschaltung 29, die bei einer bestimmten Spannung des negativen Sägezahnstroms zündet und einen positiven Rechteckwe11eniwpuls erzeugt, dessen vordere Kante mit der Ankunft des Sägezahnes an der Sollspannung zusammenfällt. Der Ausgang der Æriggerschaltung 29 wird einem bekannten impulsformenden Stromkreis 30 zugeleitet, der am Punkt nf3" eine Impulsfolge konstanter Breite erzeugt, die mit den vorderen Kanten der Impulse anfangen, die durch die Triggerschaltung 29 ausgesendet werden.The sawtooth voltage pulse that appears at point A provides the Input to a known trigger circuit 29, which at a certain voltage of the negative sawtooth current ignites and generates a positive square wave pulse, the front edge of which coincides with the arrival of the sawtooth at the nominal voltage. The output of the trigger circuit 29 is a known pulse-shaping circuit 30 supplied, which at point nf3 "generates a pulse train of constant width which begin with the leading edges of the pulses generated by the trigger circuit 29 be sent out.

Die Stromquelle 17, der Kondensator 18 und der Rückstellkreis 19, die Triggerschaltung 29 und der impulsformende Kreis 30 bilden zusammen den Zündkreis 15.The current source 17, the capacitor 18 and the reset circuit 19, the trigger circuit 29 and the pulse-shaping circuit 30 together form the ignition circuit 15th

Der Polaritäts-Detektorkreis 16 weist einen Schaltkreis 31 bekannter Form auf, der einen Ausgang beim Punkt E erzeugt, wenn der Eingangsimpuls beim Punkt C eine Polarität hat, während er keinen AUS gang erzeugt, wenn der Eingangsimpuls die entgegengesetzte Polarität hat. Der Kreis 16 weist ferner eine Richtungs-Logikschaltung 32 auf, zu der zwei Noch-Schaltungen 33,34 und ein bistabiles Element 35 gehören. Die Eingänge zur Schaltung 33 an den Punkten D und E sind jeweils ein Impulszug vom Formkreis 30 und dem Ausgang des Schaltkreises 31* Die jeweiligen Eingänge der Schaltung 34 sind der Impulszug beim Punkt D und der Ausgang der Schaltung 33. Die Eingänge des bistabilen Elementes 35 sind die Ausgänge der Schaltungen 33,34 an den Punkten F bzw. G.The polarity detection circuit 16 comprises a circuit 31 known in the art Form that produces an output at point E when the input pulse is at point C has a polarity while it does not generate an OUT output when the input pulse has the opposite polarity. The circuit 16 also includes a directional logic circuit 32, to which two NOR circuits 33,34 and a bistable element 35 belong. The inputs to circuit 33 at points D and E are each a train of pulses from the shaping circuit 30 and the output of the circuit 31 * The respective inputs of the Circuit 34 is the pulse train at point D and the output of circuit 33. The Inputs of the bistable element 35 are the outputs of the circuits 33,34 points F and G.

Das bistabile Element 35 wandelt den Impulszug an dem einen oder dem anderen der Punkte F und E in eine entsprechende Spannung am Punkt H oder J um. Die Spannungen an den Punkten H und J wandern entsprechend der Polarität der Spannung am Punkt C hin und her. Eine Anderung im Zustand der Spannungen an den Punkten H und J wird jedoch um eine Zeit verzögert, die gleich dem Intervall zwischen den Impulsen am Punkt D ist.The bistable element 35 converts the pulse train to one or the other other of points F and E to a corresponding voltage at point H or J. The voltages at points H and J migrate according to the polarity of the voltage back and forth at point C. A change in the state of the stresses at points H however, and J is delayed by a time equal to the interval between the Pulses at point D.

Die Punkte J und II sind jeweils mit Und-Schaltungen 37,38 verbunden, in die jeweils ebenfalls der Impulszug am Punkt B eingespeist wird.Points J and II are each connected with AND circuits 37,38, The pulse train at point B is also fed into each of these.

Der Impulszug am Punkt B erscheint damit am ausgang oder L desjenigen der zugehorigen Schaltungen 37,38, der ebenfalls einen Eingang vom bistabilen Element erhält.The pulse train at point B appears at the output or L of that one the associated circuits 37,38, which also have an input from the bistable element receives.

Zwei Triggerschaltungen 39,40 erkalten ihre Eingänge von den jeweiligen Schaltungen 37,38 und sind mit den jeweiligen halbleitergesteuerten Gleichrichterschaltungen ll, v Qureh Umformer 41,42 gekoppelt.Two trigger circuits 39, 40 cool their inputs from the respective ones Circuits 37, 38 and are connected to the respective semiconductor-controlled rectifier circuits ll, v Qureh converters 41,42 coupled.

Der Verstärker 14 kehrt den Impuls an der Klemme 13 um. Die Funktion der Schaltung 17 besteht darin, daß der Transistor 20 entsprechend der Vorspannung mehr oder weniger leitend wird, die durch einen positiven Ausgang vom Gleichstromverstärker 14 angelegt wird, und der Kondensator 18 entlädt in einer Rate, die vom Strom abhängt, der durch den Transistor 20 und den Widerstand 22 zur Erde fließt. Wenn der Verstärker 14 einen negativen Ausgang hat, ist der Transistor 21 leitend, und an den Steuerelektroden der Transistoren 23 und 27 liegt eine Spannung an, ebenso am Kollektor des Transistors 27. Die Transistoren 23 und 27 leiten damit. Danach bewegt sich die Spannung an den Steuerelektroden der Transistoren 23 und 27 in Richtung auf die Erdspannung zu und von ihr weg, während der Transistor 21 mehr oder weniger leitend entsprechend der negativen Vorspannung vom Verstärker 14 wird. Der Aufladungswert des Kondensators 18 hängt unter diesen Umständen vom Strom ab, der durch den Transistor 23 und den Widerstand 25 zur negativen Schiene 24 fließt, und damit vom negativen Ausgang des Verstärkers 14.The amplifier 14 reverses the pulse at terminal 13. The function the circuit 17 is that the transistor 20 according to the bias becomes more or less conductive due to a positive output from the DC amplifier 14 is applied, and the capacitor 18 discharges at a rate that depends on the current, which flows through transistor 20 and resistor 22 to ground. When the amplifier 14 has a negative output, the transistor 21 is conductive, and at the control electrodes the transistors 23 and 27 is a voltage, also at the collector of the transistor 27. The transistors 23 and 27 thus conduct. Then the tension increases the control electrodes of the transistors 23 and 27 in the direction of the ground voltage to and away from it, while the transistor 21 is more or less conductive accordingly the negative bias from amplifier 14 becomes. The charge value of the capacitor 18 depends under these circumstances on the current flowing through transistor 23 and the Resistor 25 flows to the negative rail 24, and thus from the negative output of the Amplifier 14.

Am Ende der jeweiligen Halbperiode der Spannung in einer der Phasenleitungen fällt die Spannung an der Steuerelektrode des Transistors im Rückstellkreis 19 unter die der positiven Schiene 26 ab, und der Transistor leitet, um den Kondensator 18 zu entladen und die Spannung am Punkt A auf die der Schiene 26 zurückzustellen, um eine negative Sägezahn-Wellenform zu erzeugen.At the end of each half cycle of the voltage in one of the phase lines the voltage at the control electrode of the transistor in the reset circuit 19 drops that of the positive rail 26 and the transistor conducts to the capacitor 18 to discharge and reset the voltage at point A to that of rail 26, to create a negative sawtooth waveform.

Eine änderung im Ladungewert des Kondensators 18 führt zu einer Anderung der Zeit nach der jeweiligen Halbperiode, bei der die Spannung am Punkt d eine ausreichende Größe erreicht, um die Triggerschaltung 29 in Gang zu bringen. Da die Impulse, die durch die Schaltung 30 erzeugt werden, durch die vorlaufenden Punkte der Impulse von der Schaltung 29 in GaL^g gezatst werden, haben die zu den Triggerschaltungen 39,40 geleiteten Impulse eine Phasenbeziehung oder einen Zündwinkel relativ zu den Spannungen in den Leitungen L L2, L3, die bzw. der von der Größe des Ausgangs des Verstärkers 14 abhängt. Der durch die halbleitergesteuerten Gleichrichterschaltungen 11,12 dem Motor 10 zugeleitete Strom ändert sich in bekannter Weise entsprechend dem Zündwinkel. Die durch den Richtungs-Logikkreis 52 der Anderung im Zustand der Impulse an den Punkten H und j auferlegte Verzögerung stellt sicher, daß nicht einer der halbleitergesteuerten Gleichrichterschaltungen 11 oder 12 gezündet wird, während der andere der halbleitergesteuerten Gleichrichterschaltungen noch zündet.A change in the charge value of the capacitor 18 leads to a change the time after the respective half-cycle during which the voltage at point d is sufficient Size reached to bring the trigger circuit 29 in motion. Because the impulses that generated by circuit 30 by the leading points of the pulses are zatst from the circuit 29 in GaL ^ g, have to the trigger circuits 39, 40 conducted pulses have a phase relationship or an ignition angle relative to the Voltages in the lines L L2, L3, the or the on the size the output of the amplifier 14 depends. The one through the semiconductor controlled rectifier circuits 11, 12 current fed to the motor 10 changes accordingly in a known manner the ignition angle. The change in the state of the through the direction logic circuit 52 Delay imposed on pulses at points H and j ensures that not one of the semiconductor-controlled rectifier circuits 11 or 12 is ignited while the other of the semiconductor-controlled rectifier circuits is still firing.

P a t e n t a n s p r ü c h e: P a t e n t a n s p r ü c h e:

Claims

Patent claims W Control system for electric motors to control a Multi-phase AC motor with a number of semiconductor-controlled rectifiers, which control the current to the respective phase terminals of the motor, as well as with a Ignition circuit, which is used to change the ignition angle of the semiconductor-controlled rectifier is set up according to the size of an input pulse, g e k e n n z e I have two sets of semiconductor-controlled rectifiers, a single one Ignition circuit for the production of ignition pulses, their phase relationship to the engine input is determined by the size of an input pulse to the ignition circuit, two control circuits, which are assigned to the two sets of semiconductor-controlled rectifiers, and a polarity detection circuit responsive to the polarity of the input pulse and is connected to the control circuits in such a way that the output of the ignition circuit to a set of semiconductor-controlled rectifiers with one polarity of the input pulse and the other set of semiconductor-controlled rectifiers with opposite polarity of the input pulse to run the motor forwards or backwards can

2. Control system according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h a DC amplifier for supplying the input pulse to the ignition circuit0

3. Tax system according to claim 1 or 2, d u r to c h g e k e n n -z e i c h n e t that the ignition circuit a capacitor, means for charging the capacitor to a value equal to the size of the input pulse is variable, means for discharging the capacitor with a nominal voltage at a phase of the motor input and mean sum reforming of the impulse on the capacitor in a pulse train has ervorderlicher Fort.

4. Control system according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the means for charging the capacitor is a power source which is variable according to the size of only the input pulse.

5. Control system according to claim 3 or 4, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that the pulse transforming means have a trigger circuit, which can be excited by the pulse on the capacitor.

6. Control system according to one of claims 3-5, d a d u r c h g e - it is not indicated that the pulse-transforming means are a pulse-shaping circuit exhibit.

7. Control system according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t that the output from the pulse shaping circuit is a pulse train of constant width is.

8. Control system according to one of claims 1-7, d a d u r c h g e - It is not noted that the polarity detection circuit is a circuit which has an output only with one polarity of the input pulse, and an electronic one Logic device for supplying a pulse to one or the other of the gate circuits corresponding to the output of the circuit,

9. Control system according to claim 8, because there is no indication that the logic device has two still circuits has, each having as an input a pulse train from the ignition circuit, wherein one of the still circuits has an input from the circuit and the other of the still circuits have an input that is formed by an output of the one still circuit is, and that a bistable circuit is provided which as its inputs the Has outputs of the still circuits.

10. Control system according to claim 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t that the pulse train from the ignition circuit comes from the output of the trigger circuit.

11. Control system according to claim 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t that the pulse from the ignition circuit comes from the pulse shaping circuit.

12. Control system according to one of claims 8-11, d a d u r ch g e -k e n n n e i c h n e t that the impulse fed to the gate circuits through the electronic logic device is delayed by a period equal to the interval is in the pulse train from the ignition circuit.