DE1943602C3

DE1943602C3 - Control device for an AC motor

Info

Publication number: DE1943602C3
Application number: DE19691943602
Authority: DE
Inventors: Anthony Brian South Yardley Birmingham Plant (Großbritannien)
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Filing date: 1969-08-27
Publication date: 1977-06-23

Description

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Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für einen Wechselstrommotor mit zwei gesteuerten Halbleitergleichrichtersätzen, die von einem über einen Phasendetektor für die Motorspannung getriggerten Zündkreis Zündimpulse erhalten, deren Phasenlage zusätzlich von der Größe eines Steuersignals abhängt, und mit zwei den Halbleitergleichrichtersätzen zugeordneten Torschaltungen, über die bei entsprechender Ansteuerung die Zündimpulse zu den Halbleitergleichrichtersätzen gelangen, sowie mit einem einen bistabilen Schalter aufweisenden Polaritätsdetektor, der bei positivem Steuersignal die eine Torschaltung und bei negativem Steuersignal die andere Torschaltung aufsteuert The invention relates to a control device for an AC motor with two controlled semiconductor rectifier sets, which are powered by one via a Phase detector for the motor voltage triggered ignition circuit received ignition pulses, their phase position additionally depends on the size of a control signal, and with two assigned to the semiconductor rectifier sets Gate circuits, via which the ignition pulses to the semiconductor rectifier sets when appropriately controlled get, as well as with a bistable switch having polarity detector, the in the case of a positive control signal, one gate circuit opens and in the case of a negative control signal, the other gate circuit opens

Eine bekannte Schaltung dieser Art ist zu einer so Regeleinrichtung erweitert in der die Motorgeschwindigkeit einem Soll-Istwertverglekh unterzogen wird In Abhängigkeit von dem Differenzsignal des Soll-Istwertvergleichs werden Zündimpulse erzeugt und den Halbleitergleichrichtersitzen zugeführtA known circuit of this type is extended to such a control device in which the engine speed is subjected to a setpoint / actual value comparison In Dependence on the difference signal of the set-actual value comparison ignition pulses are generated and fed to the semiconductor rectifier seats

au ocf Dckäiimcn ScnaHung bestem die Gefahr, daö die Umschaltung von dem einen Gleichrichtersatz auf den anderen Gleichrichtersatz zu einem Zeitpunkt erfolgt, in dem der eine Gleichrichtersatz noch leitet, weil die gesteuerte Wechselspannung noch nicht ihre Polarität gewechselt hat Ein gleichzeitiges Leiten beider Gleichrichtersatze bedeutet für den Motor, daß ihm keine Leistung zugeführt wird (US-PS 31 81 046). au ocf Dckäiimcn ScnaHung best of the danger that switching daö of the effected a rectifier block for the other rectifier set at a time, in which the one rectifier set is still conducting, since the controlled alternating voltage has not yet changed its polarity simultaneous conduction of both rectifier proposition means for Motor that no power is supplied to him (US-PS 31 81 046).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bsi der sishergssielk ist, daS sich die Einschaltzeit des einen Halbleitergleichrichtersatzes nicht mit der Einsshaltzeit des anderen HalbleitergleichThe invention is based on the object of providing a control device of the type mentioned at the beginning create until the sishergssielk is that the The switch-on time of one semiconductor rectifier set does not equal the hold-on time of the other semiconductor

richtersatzes überschneidet.judge replacement overlaps.

Diese Aufgabe wird bei der Steuerungsemrichtung der eingangs gen?nnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Polaritätsdetektor einen dem bistabilen Schalter vorgeordneten Logikkreis aufweist, der das Eingangssignal und mit den Steuerimpulsen für die Torschaltungen zeitgleiche Steuerimpulse erhält.This object is achieved according to the invention in the control device of the type mentioned at the outset solved that the polarity detector has a bistable switch upstream logic circuit that the Input signal and receives control pulses at the same time as the control pulses for the gate circuits.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird eine Überschneidung der Einschaltzustände der Gleichrichtersätze dadurch vermieden, daß die an die Torscnaltungen gelieferten Steuersignale eine solche zeitliche Beziehung zueinander haben, dab die Umschaltung der ebenfalls an die Torschaltungen gelieferten, immer entgegengesetzte Polarität aufweisenden Signale des bistabilen Schalters mit der vorderen Flanke eines der Steuersignale zusammenfällt, so daß ein genügend zeitlicher Abstand zu dem vorhergehenden Steuerimpuls vorhanden ist, der zeitlich mit einem Zündimpuls zusammenfälltIn the circuit according to the invention, there is an overlap of the switched-on states of the rectifier sets thereby avoided that the control signals supplied to the gate circuits such have a temporal relationship to each other, so that the switching of the also supplied to the gate circuits, always opposite polarity having signals of the bistable switch with the leading edge of a of the control signals coincides, so that there is a sufficient time lag to the previous control pulse is present, which coincides in time with an ignition pulse

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Logikkreis zwei NOR-Torschaltungen auf, die jeweils mit einem Eingang an dem Ausgang des Zündkreises angeschlossen sind, wobei der andere Eingang der einen NOR-Torschaltung an dem Ausgang des Schaltkreises und der andere Eingang der anderen NOR-Torschaltung an dem Ausgang der einen NOR-Torschaltung angeschlossen sind.According to one embodiment of the invention, the logic circuit has two NOR gate circuits, each with one input connected to the output of the ignition circuit, the other input of the one NOR gate at the output of the circuit and the other input of the other NOR gate are connected to the output of a NOR gate circuit.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann der Motor von Vorwärtslauf auf Rückwärtslauf umgeschaltet werden, ohne daß es in der Umschaltphase dazu kommt, daß beide Gleichrichtersätze gleichzeitig mit der Folge leiten, daß dem Motor keine Leistung zugeführt wird.With the device according to the invention, the motor can be switched from forward running to reverse running without it happening in the switching phase that both rectifier sets are simultaneously with direct the consequence that no power is supplied to the engine.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert Im einzelnen zeigtThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung undF i g. 1 shows a block diagram of the control device and

F i g. 2 die an verschiedenen Stellen des Blockschaltbildes auftretenden Spannungen.F i g. 2 the voltages occurring at various points in the block diagram.

Die Phasenklemmen eines Wechselstromasynchronntotors 10 sind mit zwei Haübleitergleichrichtersätzen U, 12 verbunden, die den Strom von den Phasenleitungen Ll, L2, L3 zum Antrieb des Motors 10 für Rechtsoder Linkslauf steuern. The phase terminals of an AC asynchronous motor 10 are connected to two semiconductor rectifier sets U, 12, which control the current from the phase lines Ll, L2, L3 to drive the motor 10 for clockwise or counterclockwise rotation.

Der Motnr 10 soll mit einer Drehzahl angetrieben werden, die durch den Eingangsimpuls an einer klemme 13 bestimmt wird. Die Antriebsrichtung des Motors 10 soll dabei von der Polarität des Eingangsimpulses an der Klemme 13 abhängig sein.The Motnr 10 is to be driven with a speed that is determined by the input pulse at a terminal 13 is determined. The drive direction of the motor 10 should depend on the polarity of the input pulse on the Terminal 13 dependent.

Zu diesem Zweck ist ein den Impuls an der Klemme 13 umkehrender Gleichstromverstärker 14 vorgesehen, dessen AuEgangssigna! am Punkt C einem Zündkreis !5 und einem Polaritätsdetektor 16 zugeführt wird. Der Zündkreis 15 weist einen Speisestromkreis zum Aufladen eines Kondensators 18 in Abhängigkeit von der Größe des Ausgangssignals des Verstärkers 14 und unabhängig von dessen Polarität auf.For this purpose a direct current amplifier 14 is provided which reverses the pulse at terminal 13 and whose output signal! at point C an ignition circuit! 5 and a polarity detector 16 is supplied. The ignition circuit 15 has a feed circuit for charging a capacitor 18 as a function of the size of the output signal of the amplifier 14 and regardless of its polarity.

Parallel zum Kondensator 18 ist ein Rückstellkreis 19 geschaltet, dei einen Rückstellimpuls (zweites Diagramm in F i g. 2) erhält und den Kondensator am Ende jeder Halbperiode des Stroms (erstes Diagramm in P i g. 2) in einer der Phasenleitungen entlädtA reset circuit 19 is parallel to the capacitor 18 switched, the reset pulse (second diagram in Fig. 2) and the capacitor at the end of each half cycle of the current (first diagram in P i g. 2) discharges in one of the phase lines

Der Speisestromkreis 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 Emitter über einen Widerstand 22 mit Erde verbundeii sind. Der Kollektor des Transistors 38 ist einerseits an einem Anschluß des Kondensators 18 und andererseits an dem Kollektor eines n-p-n-TransistorsThe feed circuit 17 has an npn transistor 20 and a pnp transistor 21, the control electrodes of which are connected together with the output of the amplifier 14 and the emitter of which is connected to earth via a resistor 22. The collector of the transistor 38 is on the one hand at a connection of the capacitor 18 and on the other hand at the collector of an npn transistor

23 angeschlossen, dessen Emitter über einen Widerstand 25 mit einer negativen Gleichstromschiene 24 verbunden ist. Der anders Anschluß 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 Emitter über einen Widerstand 28 mit der Gleichstromschiene 24 verbunden ist. Die Steuerelektrode der Transistoren 23, 27 sind miteinander und mit dem Kollektor des Transistors 27 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 43 verbindet die Emitter der Transistoren 20,21 mit dem Eingang des Verstärkers 14.23, the emitter of which is connected to a negative DC bus 24 via a resistor 25 connected is. The other connection of capacitor 18 is to a positive DC bus 26 connected. The collector of the transistor 21 is connected to the collector of an n-p-n transistor 27, the Emitter is connected to the DC bus 24 via a resistor 28. The control electrode of the Transistors 23, 27 are connected to one another and to the collector of transistor 27. A feedback resistor 43 connects the emitters of transistors 20, 21 to the input of amplifier 14.

Am Punkt A erscheint eine Sägezahnspannung, die eine Triggerschaltung 29 ansteuert. iT·* Triggerschaltung zündet bei einer bestimm! ■■-: Spannung des negativen Sägezahnstromes ;"·>' erzeugt positive Rechteckimpulse, deren verd-,.·: Xanten mit Erreichen des Sollwertes der Sägeza,:.,spannung zusammenfallen. Die Ausgangsimpulf; jer Triggerschaltung 29 werden einem Impulsformer Sv~ _ugeführt, der am Punkt B eine Impulsfolge konstanter Breite erzeugt, deren vordere Flanker, durch die Triggerschaltung 29 bestimmt werden.At point A , a sawtooth voltage appears, which controls a trigger circuit 29. iT · * trigger circuit fires at a certain! ■■ -: Voltage of the negative sawtooth current ; "·>' generates positive square-wave pulses, whose verd -,. ·: Xanten coincide when the setpoint of the sawtooth,:., Voltage is reached. The output pulses from each trigger circuit 29 are fed to a pulse shaper Sv ~ _ , which generates a pulse train of constant width at point B , the leading edge of which is determined by the trigger circuit 29.

Der Speisestromkreis 17, der Kondensator 18, der Ruckstellkreis 19, die Triggerschaltung 29 und der Impulsformer 30 bilden zusammen den Zündkreis.The feed circuit 17, the capacitor 18, the Reset circuit 19, trigger circuit 29 and pulse shaper 30 together form the ignition circuit.

Der Polaritätsdetektor 16 weist einen Schalter 31 auf, der bei einer bestimmten Polarität am Punkt C ein Ausgangssignal am Punkt E erzeugt, während er kein Ausgangssignal am Punkt E erzeugt, wenn der Eingangsimpuls am Punkt C eine entgegengesetzte Polarität hat. Der Polaritätsdetektor 16 weist eine Schaltung 32 auf, die aus zwei eine Logik bildenden NOR-Torschaltungen 33, 34 und einer bistabilen Schaltung 35 besteht. Die Eingangssignale der NOR-Torschaltung 33 an den Punkten D und E sind jeweils eine Impulsfolge des Impulsformers 30 und des Schalters 31. Die NOR-Torschaltung 33 erhält als Eingangssignal die Impulsfolge am Punkt D und das Signal am Punkt E, während die NOR-Torschaltung 34 die Impulsfolge am Punkt D und die Impulsfolge am Punkt F, also die Ausgangsimpulse der NOR-Torschaltung 33, erhält. Die bistabile Schaltung 35 erhält die Ausgangssignale der beiden NOR-Toi schaltungen 33, 34 die in den Punkten Fund G anliegen.The polarity detector 16 has a switch 31 which, given a certain polarity at point C, produces an output signal at point E , while it does not produce an output signal at point E if the input pulse at point C has an opposite polarity. The polarity detector 16 has a circuit 32 which consists of two NOR gate circuits 33, 34, which form a logic, and a bistable circuit 35. The input signals of the NOR gate circuit 33 at points D and E are each a pulse train of the pulse shaper 30 and the switch 31. The NOR gate circuit 33 receives the pulse train at point D and the signal at point E as an input signal, during the NOR gate circuit 34 receives the pulse train at point D and the pulse train at point F, that is, the output pulses of the NOR gate circuit 33. The bistable circuit 35 receives the output signals of the two NOR-Toi circuits 33, 34 which are present in the points Fund G.

Die bistabile Schaltung 35 wandelt die Impulsfolgen am Punkt Foder G in eine entsprechende Spannung am Punkt Hoder /um. Die Spannungen an den Punkten H und J wandern entsprechend der Polarität der Spannung am Punkt Chin und her. Eine Änderung im Zustand der Spannungen an den Punkten H und / wird jedoch um eine Zeit verzögert, die gleich dem Intervall zwischen den Impulsen am Punkt D ist.The bistable circuit 35 converts the pulse trains at point F or G into a corresponding voltage at point H or /. The voltages at points H and J migrate according to the polarity of the voltage at point Chin and back. However, a change in the state of the voltages at points H and / is delayed by a time equal to the interval between the pulses at point D.

Γ*:*» DtinLt^ /itwH IJcinA laus/ailc mit l_InH-Tnrvli£ljt!in~Γ *: * »DtinLt ^ / itwH IJcinA laus / ailc with l_InH-Tnrvli £ ljt! In ~

gen 37, 38 verbunden, in die jeweils ebenfalls die Impulsfolge am Punkt B eingespeist wird. Die Impulsfolge am Punkt B erscheint damit an den Punkten K oder L, dem Ausgang derjenigen Und-Torschaltungen 37, 38, die gerade ein Signal von der bistabilen Schaltung35 erhält.gen 37, 38 connected, in each of which the pulse train at point B is also fed. The pulse sequence at point B thus appears at points K or L, the output of the AND gate circuits 37, 38 which are currently receiving a signal from the bistable circuit 35.

Zwei Triggerschaltungen 39, 40, die mit den , Halbleitergleichrichtersätzen 11,12 über Umformer 41, 42 gekoppelt sind, erhalten ihre Eingangssignal von den Und-Torschaltungen37,38.Two trigger circuits 39, 40, which are connected to the semiconductor rectifier sets 11, 12 via converters 41, 42 are coupled, receive their input signal from the AND gates 37,38.

Die Funktion des Speisestromkreises 17 besteht darin, daß der Transistor 20 entsprechend seiner Vorspannung mehr oder weniger leitend wird. Ist die vom Gleichstromverstärker 14 gelieferte Spannung positiv, dann wird der Kondensator 18 in Abhängigkeit von dem durch den Transistor 20 und den Widerstand 22 zur Erde fließenden Strom aufgeladen. Ist die vom Verstärker 14 gelieferte Spannung negativ, dann ist der Transistor 21 leitend, so daß an den Steuerelektroden der Transistoren 23, 27 ebenso wie am Kollektor des Transistors 27 eine Steuerspannung anliegt. Die Transistoren 23 und ?7 leiten infolgedessen. Die Spannung an den Steuere!ck"-oden der Transistoren 23 und 27 geht auf Erdpotentia! zurück oder steigt an, während der Transistor 21 mehr oder weniger leitend entsprechend der negativen Vorspannung vom Verstärker 14 wird. Die Aufladung des Kondensators 18 hängt :„<nter diesen Umständen vom Strom ab, der durch den Transistor 23 und den Widerstand 25 zur negativen Schiene 24 fließt, und damit vom negativen Ausgangssignal des Verstärkers 14.The function of the feed circuit 17 is that the transistor 20 according to his Bias becomes more or less conductive. Is the voltage supplied by the DC amplifier 14 positive, then the capacitor 18 becomes dependent on the value of the transistor 20 and the resistor 22 charged current flowing to earth. If the voltage supplied by amplifier 14 is negative, then that is Transistor 21 conductive, so that on the control electrodes of the transistors 23, 27 as well as on the collector of the A control voltage is applied to transistor 27. As a result, transistors 23 and? 7 conduct. the Voltage at the control electrodes of the transistors 23 and 27 goes to earth potential! back or rises while the transistor 21 is more or less conductive corresponding to the negative bias from amplifier 14. The charging of the capacitor 18 hangs : "<Nter these circumstances from the current flowing through the transistor 23 and the resistor 25 to the negative Rail 24 flows, and thus from the negative output signal of amplifier 14.

Am Ende der jeweiligen Hübperiode der Spannung in einer der Phasenleitungen fällt die Spannung an der Steuerelektrode des Transistors im Rückstellkreis 19 unter die der positiven Schiene 26 ab, so daß der Transistor leitet, um den Kondensator 18 zu entladen und die Spannung am Punkt A auf die der Schiene 26 zurückzustellen. Auf diese Weise entsteht eine negative Sägezannwellenform am Punkt A. Eine Änderung im Ladungswert des Kondensators 18 führt zu einer Änderung der Zeit nach der jeweiligen Halbperiode, bei der die Spannung am Punkt A eine ausreichende Größe erreicht, um die Triggerschaltung 29 zu starten. Da die Impulse, die durch den Impulsformer 30 erzeugt werden, durch die vorlaufenden Flanken der Impulse der Triggerschaitung 29 erzeugt werden, haben die zu den Triggerschaltungen 39, 40 geleitete» Impulse eine Phasenbeziehung oder einen Zündwinkel relativ zu den Spannungen in den Leitungen LX, LZ, 13, die bzw. der von der Größe des Ausgangssignals des Verstärkers 14 abhängt. Der durch die Halbleitergleichrichtersätze 11, 12 dem Motor zugeleitete Strom ändert sich entsprechend diesem Zündwinkel. Die durch den Logikkreis 32 der Änderung im Zustand der Impulse an den Punkten H und / auferlegte Verzögerung stellt sicher, daß nicht einer der Halbleitergleichrichtersätze 11 oder 12 gezündet wird, während der andere Halbleitergleichrichtersatz noch leitet.At the end of the respective peak period of the voltage in one of the phase lines, the voltage on the control electrode of the transistor in the reset circuit 19 drops below that of the positive rail 26, so that the transistor conducts to discharge the capacitor 18 and the voltage at point A to the the rail 26 to reset. In this way, a negative sawtooth waveform is produced at point A. A change in the charge value of capacitor 18 leads to a change in the time after the respective half-cycle at which the voltage at point A reaches a sufficient magnitude to start trigger circuit 29. Since the pulses generated by the pulse shaper 30 are generated by the leading edges of the pulses of the trigger circuit 29, the pulses transmitted to the trigger circuits 39, 40 have a phase relationship or an ignition angle relative to the voltages in the lines LX, LZ , 13, which depends on the size of the output signal of the amplifier 14. The current fed to the motor by the semiconductor rectifier sets 11, 12 changes in accordance with this ignition angle. The delay imposed by the logic circuit 32 of the change in the state of the pulses at points H and / or ensures that one of the semiconductor rectifier sets 11 or 12 is not fired while the other semiconductor rectifier set is still conducting.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Control device for an AC motor with two controlled semiconductor rectifier sets, which receive ignition pulses from an ignition circuit triggered by a phase detector for the motor voltage, the phase position of which also depends on the size of a control signal, and with two gate circuits assigned to the semiconductor rectifier sets, via which the Ignition pulses reach the semiconductor rectifier sets, as well as a polarity detector having a bistable switch, which opens one gate circuit when the control signal is positive and the other gate circuit when the control signal is negative, characterized in that the polarity detector (16) has a logic circuit (35) upstream of the bistable switch (35). 33, 34) that has the input signal! (E) and with the control pulses (B) for the gate circuits (37, 38) zeitgleid "* control pulses (D) received

2. Control device according to claim 1, characterized in that the logic circuit has two NOR gate circuits (33, 34), each with an input at the output of the ignition circuit (15) are connected, the other input of a NOR gate circuit (33) at the output of the circuit (31) and the other input of the other NOR gate circuit (34) at the output the one NOR gate circuit (33) are connected.