DE19928357A1 - Verfahren zum Betreiben einer Synchronmaschine sowie elektrischer Antrieb - Google Patents

Abstract

Bei dem Verfahren zum Betreiben einer Synchronmaschine, insbesondere eines Schrittmotors (2), wird zum Erzeugen eines Statordrehfeldes für jeden Wicklungsstrang der Synchronmaschine jeweils ein den zeitlichen Strangstromverlauf in dem Wicklungsstrang vorgebendes Führungssignal als Sollsignal erzeugt. Die Grundfrequenz des Führungssignals ist durch die Solldrehzahl und die Polpaarzahl der Synchronmaschine bestimmt. Zum Erzeugen eines dem Führungssignal des betreffenden Wicklungsstranges zumindest angenäherten Strangstromverlaufs wird an die einzelnen Wicklungsstränge der Synchronmaschine jeweils eine pulsweitenmodulierte Strangspannung angelegt. Die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse wird auf ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignals synchronisiert. Bei einer Drehzahlveränderung der Synchronmaschine wird die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse der Grundfrequenz des Führungssignals nachgeführt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Synchron­ maschine, insbesondere eines Schrittmotors, wobei zum Erzeugen eines Statordrehfeldes für jeden Wicklungsstrang der Synchronmaschine jeweils ein den zeitlichen Strangstromverlauf in dem Wicklungsstrang vorgebendes Führungssignal als Sollsignal erzeugt wird, dessen Grundfrequenz durch die Solldrehzahl und die Polpaarzahl der Synchronmaschine bestimmt ist, wobei an die einzelnen Wicklungs­ stränge der Synchronmaschine zum Erzeugen eines dem Führungssignal des betreffenden Wicklungsstranges zumindest angenäherten Strangstromverlaufs jeweils eine pulsweitenmodulierte Strang­ spannung angelegt wird, wobei die Schaltfrequenz der puls­ weitenmodulierten Spannungsimpulse größer ist als die Grundfrequenz des Führungssignales. Desweiteren bezieht sich die Erfindung auf einen elektrischen Antrieb, mit einer insbesondere als Schrittmotor vorgesehenen Synchronmaschine, deren Stator-Wicklungsstränge mit der Endstufe einer Betriebsspannungsquelle verbunden sind, die eine Modulationseinrichtung zur Pulsweiten-Modulation der Strangspannungen aufweist, wobei die Modulationseinrichtung einen Pulstaktgeber zum Erzeugen einer Schaltfrequenz für die pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse der Betriebsspannungsquelle hat, und wobei die Pulsweiten-Modulationseinrichtung einen Steuereingang aufweist, der mit dem Sollwertausgang eines Signalgenerators zum Erzeugen eines den zeitlichen Strangstromverlauf in dem Wicklungsstrang vorgebenden Führungssignales verbunden ist.

Man kennt bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem als Sollsignal für das Statordrehfeld einer Synchronmaschine ein Führungssignalvektor generiert wird, der für jeden Wicklungs­ strang der Synchronmaschine jeweils ein Führungssignal mit einem etwas sinusförmigen Verlauf aufweist. Dabei sind die den einzelnen Wicklungssträngen zugeordneten Führungssignale entsprechend dem Winkel, unter dem die Wicklungsstränge am Umfang der Synchronmaschine versetzt zueinander angeordnet sind, gegeneinander phasenverschoben. Zum Erzeugen eines jeweils an das Führungssignal angenäherten Strangstromverlaufs in dem dem Führungssignal jeweils zugeordneten Wicklungsstrang wird an den jeweiligen Wicklungsstrang eine pulsweitenmodulierte Strangspannung angelegt. Dabei wird jeweils zu Einschaltzeitpunkten, die durch ein Taktsignal mit fester Frequenz, der sogenannten Schaltfrequenz vorgegeben sind, ein Betriebsspannungspuls an den Wicklungsstrang angelegt, dessen Dauer so gewählt ist, daß der Wicklungsstrang mit dem jeweils ein­ zustellenden Momentanwert des Strangstromes bestromt wird. Die Grundfrequenz der Führungssignale des Führungssignalvektors ist durch die jeweils gewünschte Solldrehzahl des Schrittmotors und dessen Polpaarzahl bestimmt. Zum Verändern der Drehzahl der Synchronmaschine wird die Grundfrequenz des Führungssignales proportional zur Drehzahl verändert.

Das vorbekannte Verfahren und der danach arbeitende elektrische Antrieb haben den Nachteil, daß der Frequenzunterschied zwischen der Schaltfrequenz für die pulsweitenmodulierte Strangspannung und der im Vergleich dazu kleineren Grundfrequenz des Führungs­ signales mit zunehmender Drehzahl der Synchronmaschine abnimmt. Bei hohen Drehzahlen können dadurch Schwebungen in den Strangströmen auftreten, welche die Synchronmaschine zu mechanischen Resonanzen und Vibrationen anregen. Dies ist insbesondere bei Schrittmotoren mit großer Polpaarzahl ungünstig, da die Grundfrequenz der Führungssignale proportional mit der Polpaarzahl zunimmt, so daß die Schaltfrequenz dann bei hohen Drehzahlen nur noch etwas größer ist als die Grundfrequenz der Führungssignale. Die Schwebungen weisen dann eine relativ niedrige Frequenz auf und nehmen entsprechend große Amplituden an. Vor allem bei stromgeregelten Motoren ist es dabei sogar möglich, daß die durch die Schwebungen verursachten mechanischen Motorschwingungen ihrerseits auf die Strangströme zurückwirken und diese zusätzlich verstärken. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Stromregelung des Motors durch die Schwebungen in den Strangströmen in die Begrenzung gerät.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und einen elektrischen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesondere bei hohen Drehzahlen und/oder hohen Polpaarzahlen einen vibra­ tionsarmen Motorlauf ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bezüglich des Verfahrens darin, daß die Schaltfrequenz auf ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignals synchronisiert wird und daß bei einer Drehzahlveränderung der Synchronmaschine die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse der Grundfrequenz des Führungssignals nachgeführt wird.

Erfindungsgemäß wird also bei unterschiedlichen Drehzahlen jeweils die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse auf ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignals synchronisiert. In vorteilhafter Weise werden dadurch Interferenzen zwischen Schaltfrequenz und Grundfrequenz sowie Schwebungen in den zeitlichen Verläufen der Strangströme vermieden. Das Verfahren ermöglicht dadurch insbesondere bei hohen Drehzahlen und/oder Motoren mit hohen Polpaarzahlen, wie zum Beispiel Schrittmotoren, einen vibrationsarmen Motorlauf.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das durch den Quotienten gebil­ dete, aus der Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungs­ impulse eines Wicklungsstrangs dividiert durch die Grundfrequenz des Führungssignals dieses Wicklungsstrangs definierte, ganzzahlige Frequenzverhältnis drehzahlabhängig verändert wird und wenn insbesondere bei einem Erhöhen der Drehzahl der Synchronmaschine das Frequenzverhältnis vermindert wird. Bei hohen Drehzahlen wird also die Anzahl der innerhalb einer Halbwelle des Strangstromes an einen Wicklungsstrang angelegten, pulsweitenmodulierten Spannungsimpulsen reduziert, wodurch die Schaltfrequenz und somit auch die beim Generieren der pulsweitenmodulierten Spannungsim­ pulse auftretenden elektrischen Schaltverluste begrenzt werden. Entsprechend wird bei einem Reduzieren der Drehzahl der Synchron­ maschine das ganzzahlige Frequenzverhältnis erhöht, wodurch sich die Anzahl der Spannungsimpulsen pro Halbwelle vergrößert, so daß die Stromverläufe in den Wicklungsstränge genauer an das den Wicklungssträngen jeweils zugeordnete Führungssignal angepaßt werden können.

Bei einer bevorzugten und besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Führungssignale für die einzelnen Wicklungsstränge als zeitdiskrete Signale erzeugt, in dem synchron zu der Schaltfrequenz der an den betreffenden Wicklungsstrang angelegten Spannungsimpulse jeweils ein eine Stützstelle des zeitdiskreten Führungssignales bildender Führungssignalwert erzeugt wird. Die Führungssignale können dann mittels einer kostengün­ stigen, digitalen Motorsteuerung generiert werden, beispielsweise in dem die einzelnen zeitdiskreten Führungssignalwerte jeweils on­ line mittels eines Mikroprozessors entsprechend des zur Ansteuerung der Wicklungsstränge der Synchronmaschine jeweils vorgesehenen zeitlichen Strangstromverlaufs errechnet werden. Dabei kann die digitale Motorsteuerung gleichzeitig auch zur zeitlichen Steuerung der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse vorgesehen sein.

Vorteilhaft ist, wenn die Stützstelle für wenigstens ein zeitdis­ kretes Führungssignal in einem Datenspeicher abgelegt werden und wenn zur Bildung des Führungssignales synchron zur Schaltfrequenz der an dem dem Führungssignal zugeordneten Wicklungsstrang angelegten Spannungsimpulse jeweils eine Stützstelle aus dem Datenspeicher ausgelesen wird. Die Stützstellen brauchen dann nur einmal ermittelt und in den Datenspeicher abgelegt zu werden und können dann immer wieder verwendet werden. Die zeitdiskreten Stützstellen der Führungssignale können dadurch mit einer entsprechend hohen Abtastrate generiert werden.

Zum Reduzieren der Schaltfrequenz bei hohen Drehzahlen der Synchronmaschine ist es vorteilhaft, wenn nur jede n-te, in dem Datenspeicher abgelegte Stützstelle aus dem Datenspeicher ausgelesen wird, wobei n eine ganzzahlige Zahl ist, die größer als eins ist. Bei hohen Drehzahlen werden also in dem Datenspeicher abgelegte Stützstellen übersprungen, wodurch die Schaltfrequenz der an die Wicklungsstränge angelegten, pulsweitenmodulierten Betriebsspannung entsprechend begrenzt wird.

Vorteilhaft ist, wenn der Strangstrom wenigstens eines Wicklungs­ strangs zum Erzeugen eines dem Führungssignal dieses Wicklungs­ strangs zumindest angenäherten Strangstromverlaufs geregelt wird. Die Strangströme können dann noch genauer an den Verlauf des ihnen jeweils zugeordneten Führungssignals angenähert werden.

Zweckmäßigerweise wird der Strangstrom wenigstens eines Wick­ lungsstrangs zeitdiskret geregelt, in dem synchron zur Schaltfrequenz der an den Wicklungsstrang angelegten Spannungsimpulse Istwerte des Strangstroms gemessen und zum Ermitteln einer Regelabweichung mit dem dem Wicklungsstrang zugeordneten Führungssignal verglichen werden. Die Abtastung der Strangstrom-Istwerte eines Wicklungs­ strangs erfolgt dabei vorzugsweise synchron zur Abtastung des dem Wicklungsstrang zugeordneten Führungssginales; das heißt jedem Abtastwert des Führungssignales ist genau ein Strangstrom-Istwert zugeordnet. Die zeitdiskrete Messung der Strangströme ermöglicht eine einfache Kompensation eines eventuell bei der Messung eines Strangstromes auftretenden Offsets, indem zur Bestimmung dieses Offsets das dem Wicklungsstrang zugeordnete Führungssignal auf Null gesetzt und der entsprechende Istwert des Strangstromes gemessen wird. Dieser Istwert wird dann gespeichert und als Offset bei der Messung des Strangstromes berücksichtigt.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird bezüglich des elektrischen Antriebs dadurch gelöst, daß eine Synchronisationseinrichtung vorgesehen ist, die zum Synchronisieren der Schaltfrequenz des Pulstaktgebers auf ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignals ausgebildet ist und einerseits mit dem Signalgenerator zum Erzeugen des Führungssignals und anderseits mit der Modulationseinrichtung verbunden ist.

Die Synchronisationseinrichtung ermöglicht bei einer Drehzahlver­ änderung der Synchronmaschine eine Nachführung der Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse entsprechend der Änderung der Grundfrequenz des Führungssignals, so daß die Schaltfrequenz bei unterschiedlichen Drehzahlen jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignales beträgt. In vorteilhafter Weise werden dadurch Interferenzen zwischen Schaltfrequenz und Grundfrequenz sowie dadurch verursachte Schwebungen in den zeitlichen Verläufen der Strangströme vermieden. Der elektrische Antrieb ermöglicht deshalb insbesondere bei hohen Drehzahlen und/oder einem Motor mit hoher Polpaarzahl einen vibrationsarmen Motorlauf.

Vorteilhaft ist, wenn die Synchronisationseinrichtung eine Frequenzumschalteinrichtung zum drehzahlabhängigen Verändern des Frequenzverhältnisses zwischen der Schaltfrequenz des Pulstaktgebers und der Grundfrequenz des Führungssignals aufweist. Das ganzzahlige Frequenzverhältnis, das durch die Schaltfrequenz dividiert durch die Grundfrequenz definiert ist, kann dann bei hohen Drehzahlen gegebenenfalls bis auf eins abgesenkt werden, wodurch die Schaltfrequenz entsprechend reduziert und an die maximal zulässige Schaltfrequenz der zur Modulation der an die Wicklungsstränge angelegten Betriebsspannungen vorgesehenen elektronischen Schaltelemente angepaßt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines einen Schrittmotor aufweisenden elektrischen Antriebs, wobei die einzelnen Komponenten der Motoransteuerung des Antriebs jeweils nur für eine von drei Statorwicklungen des Schrittmotors dargestellt sind,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf einer an einem Wicklungsstrang der Statorwicklung des in Fig. 1 gezeigten Schrittmotors anliegenden Strangspannung,

Fig. 3 den Strangstrom in dem die Strangspannung nach Fig. 2 aufweisenden Wicklungsstrang des Schrittmotors,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Winkelbeschleunigung des Rotors des Schrittmotors nach Fig. 1 als Funktion der Drehzahl, wobei auf der Abszisse die Rotordrehzahl und auf der Ordinate die Amplitude der Winkelbeschleuni­ gung aufgetragen ist und

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 4, jedoch für einen Schrittmotor mit konventioneller analoger Motorsteuerung.

Ein im ganzen mit 1 bezeichneter elektrischer Antrieb weist zum Erzeugen eines Statordrehfeldes für einen Schrittmotor 2 einen Signalgenerator 3 auf, der für jeden Wicklungsstrang des Schritt­ motors 2 jeweils einen Sollwerteingang 4 für ein den zeitlichen Strangstromverlauf in dem betreffenden Wicklungsstrang vorgebendes Führungssignal hat. Zum Einstellen eines dem Führungssignal entsprechenden Strangstromverlaufs ist der Sollwertausgang 4 jedes Wicklungsstrangs jeweils mit einer im ganzen mit 5 bezeichneten Stromregeleinrichtung verbunden.

Die Stromregeleinrichtung 5 weist eine Vergleichseinrichtung 6 auf, die mit einem ersten Eingang 7 mit dem Sollwertausgang 4 des Signalgenerators 3 und mit einem zweiten Eingang 8 mit dem Meßsignalausgang einer Meßeinrichtung 9 zur Erfassung des Strangstromes in dem Wicklungsstrang verbunden ist. Der Ausgang der Vergleichseinrichtung 6 ist an einem als PI-Regler ausgebildeten Stromregler 10 angeschlossen, der einen Ausgang für ein Stellsig­ nal hat, der mit dem Steuereingang 11 einer pulsweiten-Modulations­ einrichtung 12 verbunden ist. Der Sollwerteingang 4 des Signalgenera­ tors 3 ist also indirekt über die Vergleichseinrichtung 6 und den Stromregler 10 mit dem Steuereingang 11 der Modulationseingang 11 der Modulationseinrichtung 12 verbunden.

Der Modulationseinrichtung 12 ist eine mit einer elektrischen Spannungsversorgungseinrichtung 13 verbundene Endstufe 14 nachgeschaltet, die Anschlüsse für die einzelnen Wicklungsstränge des Schrittmotors 2 aufweist. Mittels der Endstufe 14 ist jeweils eine pulsweitenmodulierte Betriebsspannung an die einzelnen Wicklungsstränge anlegbar.

Bei der pulsweiten Modulation werden an die Wicklungsstränge jeweils zu durch einen Pulstakt vorgegebenen Einschaltzeitpunkten Spannungsimpulse 15 an die jeweiligen Wicklungsstränge angelegt, in dem der betreffende Wicklungsstrang für die Dauer eines Spannungsimpulses 15 mittels der Endstufe 14 mit der Spannungs­ versorgungseinrichtung 13 verbunden ist. Die Endstufe 14 weist dazu entsprechende elektronische Schaltelemente auf, die beispiels­ weise zu einer Brückenschaltung miteinander verbunden sein können. Die Einschaltzeitpunkte für die Spannungsimpulse 15 werden jeweils durch den Pulstakt vorgegeben, der eine Vielzahl von Taktperioden aufweist, die sich im Takt einer Schaltfrequenz periodisch wiederholen. Die Pulsdauer der Spannungsimpulse 15 wird jeweils so gewählt, daß der Wicklungsstrang, an dem der Spannungsimpuls 15 anliegt, mit einer zu dem an dem Sollwertausgang 4 des Signalgenerators 6 anliegenden Führungssignal proportionalen Strangstrom-Amplitude bestromt wird. In Fig. 2 ist erkennbar, daß die Spannungspulse 15 der an den Wicklungssträngen des Schritt­ motors 2 anliegenden Strangspannungen eine etwa rechteckige Form aufweisen und daß der zugehörige Strangstrom (Fig. 3) einen etwas sinusförmigen Verlauf aufweist.

Die Grundfrequenz des Führungssignals ist durch die jeweils gewünschte Solldrehzahl und die Polpaarzahl des Schrittmotors 2 bestimmt. Zum Verändern der Solldrehzahl wird die Grundfrequenz des Führungssignals proportional zu der gewünschten Solldrehzahl­ änderung verändert. Fig. 2 und 3 zeigen die Strangspannung und den Strangstrom eines Wicklungsstrangs für eine Drehzahl, die nur etwas unter der maximalen Drehzahl des Schrittmotors 2 liegt. Dies ist daran erkennbar, daß eine Vielzahl von Spannungspulsen 15 jeweils ohne eine dazwischen befindliche Unterbrechung aneinander angrenzen und einen etwa rechteckförmigen Kommutierungsblock bilden, der sich über einen wesentlichen Teilbereich der Schwingungsdauer der etwa sinusförmigen Halbwellen des Strangstromverlaufs erstreckt. Die Periodendauer T des in Fig. 3 gezeigten Stangstromverlaufs beträgt etwa 400 Mikrosekunden.

Die Modulationseinrichtung 5 und der Signalgenerator 6 zum Er­ zeugen des Führungssignals sind mit einer Synchronisationseinrichtung 16 verbunden, welche die Schaltfrequenz für die pulsweitenmodulierten Spannungspulse 15 auf ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignals synchronisiert (Fig. 2 und 3). Damit diese Synchronisation der Schaltfrequenz mit der Grundfrequenz auch bei sich ändernden Solldrehzahlen des Schrittmotors 2 aufrechterhalten wird, wird die Schaltfrequenz bei einer Drehzahlveränderung der Grundfrequenz nachgeführt. In vorteilhafterweise ergibt sich durch die Synchronisation der Schaltfrequenz mit der Grundfrequenz über einen weiten Drehzahlbereich ein vibrationsarmer Motorlauf des Schrittmotors 2.

In Fig. 4 ist die Amplitude der Winkelbeschleunigung des Rotors des Schrittmotors 2 als Funktion der Rotordrehzahl graphisch wiedergegeben. Durch einen Vergleich mit Fig. 5, welche die Winkelbeschleunigung eines entsprechenden, mit einer konventionellen analogen Schrittmotorsteuerung angesteuerten Schrittmotor zeigt, ist erkennbar, daß die Amplitude der Winkelbeschleunigung des Rotors bei dem erfindungsgemäßen Antrieb praktisch über den gesamten Drehzahlbereich des Schrittmotors 2 deutlich reduziert ist. Dabei werden Resonanzen des Rotors des Schrittmotors 2 zusätzlich dadurch unterdrückt, daß aus den Strangströmen und den Strangspannungen des Schrittmotors 2 die vom Lastwinkel abhängige elektrische Scheinleistung des Schrittmotors 2 bestimmt wird und aus dieser die bei Resonanzen des Rotors auftretenden Scheinleistungsver­ änderungen ermittelt werden. Zur Unterdrückung der Resonanzen wird der Winkel des umlaufenden Stromvektors des Statorfeldes entgegen der Veränderung des Lastwinkels beeinflußt, beispielsweise indem die Phasenlage der Strangströme verändert wird.

Die Synchronisationseinrichtung 16 weist eine Frequenzumschaltein­ richtung 17 auf, mittels der das ganzzahlige, aus der Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse 15 eines Wicklungsstrangs, dividiert durch die Grundfrequenz des Führungssignals dieses Wicklungsstrangs gebildete Frequenzverhältnis veränderbar ist. Bei einem Erhöhen der Drehzahl des Schrittmotors 2 wird das Frequenzverhältnis jeweils um eine ganze Zahl vermindert, wenn die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse 15 einen vorgegebenen Maximalwert erreicht hat. Bei einer Reduzierung der Drehzahl des Schrittmotors 2 wird das Frequenzverhältnis jeweils um eine ganze Zahl vergrößert, wenn die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse einen vorgegebenen Mindestwert, der vorzugsweise etwa der Hälfte des Maximalwerts der Schaltfrequenz entspricht, erreicht hat. Somit entfallen bei einer kleinen Drehzahl des Schrittmotors 2 auf eine Halbwelle des etwa sinusförmigen Strangstromes eines Wicklungsstrangs eine größere Anzahl von Spannungsimpulsen 15 als bei großen Drehzahlen. Dadurch wird bei kleinen Drehzahlen eine vergleichsweise genaue Annäherung des Strangstromverlaufs an das dem Wicklungsstrang zugeordnete Führungssignal erreicht und dennoch kann der Schrittmotor 2 auch bei hohen Drehzahlen betrieben werden, ohne daß die maximal zulässige Schaltfrequenz überschritten wird.

Die am Sollwertausgang 4 des Signalgenerators 3 anliegenden Führungssignale sind zeitdiskrete Digitalsignale, die durch Aus­ lesen einer Folge von in einem Datenspeicher 18 abgelegten Stützstellen gebildet werden. Der Datenspeicher 18 ist dazu mit einer Ausleseeinrichtung 19 verbunden, mittels der im Takt des die Schaltfrequenz aufweisenden Taktsignals für die pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse 15 jeweils eine in den Datenspeicher abgelegte Stützstelle ausgelesen und der Vergleichseinrichtung 6 der Stromregeleinrichtung 5 zugeführt wird. Zur Synchronisation der Ausleseeinrichtung 19 mit dem Taktsignal für die pulsweitenmodulier­ ten Spannungspulse 15 ist die Ausleseeinrichtung 19 mit der Synchronisationseinrichtung 16 verbunden.

Die Meßeinrichtung 9 der Stromregeleinrichtung 5 ist zur zeitdis­ kreten Erfassung von Istwerten für den Strangstrom ausgebildet. Sie weist eine mit der Synchronisationseinrichtung 16 verbundene Abtasteinrichtung auf, mit der synchron zu dem Taktsignal für die pulsweitenmodulierten Spannungspulse 15 jeweils ein Istwert des Strangstromes abgetastet wird. Insgesamt ergibt sich somit eine volldigitale Motoransteuerung, bei der sowohl die Generierung des Führungssignal- beziehungsweise Sollwertvektors für die Strangströme des Statordrehfeldes des Schrittmotors 2 als auch die Regelung des durch diese Strangströme gebildeten Stromvektors zeitdiskret erfolgt.

Zusammenfassend wird also bei dem Verfahren zum Betreiben einer Synchronmaschine, insbesondere eines Schrittmotors 2, zum Erzeugen eines Statordrehfeldes für jeden Wicklungsstrang der Synchron­ maschine jeweils ein den zeitlichen Strangstromverlauf in dem Wicklungsstrang vorgebendes Führungssignal als Sollsignal erzeugt. Die Grundfrequenz des Führungssignals ist durch die Solldrehzahl und die Polpaarzahl der Synchronmaschine bestimmt. Zum Erzeugen eines dem Führungssignal des betreffenden Wicklungsstranges zu­ mindest angenäherten Strangstromverlaufs wird an die einzelnen Wicklungsstränge der Synchronmaschine jeweils eine pulsweitenmodu­ lierte Strangspannung angelegt. Die Schaltfrequenz der puls­ weitenmodulierten Spannungsimpulse wird auf ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignals synchronisiert. Bei einer Drehzahlveränderung der Synchronmaschine wird die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse der Grundfrequenz des Führungssignals nachgeführt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben einer Synchronmaschine, insbesondere eines Schrittmotors (2), wobei zum Erzeugen eines Statordreh­ feldes für jeden Wicklungsstrang der Synchronmaschine jeweils ein den zeitlichen Strangstromverlauf in dem Wicklungsstrang vorgebendes Führungssignal als Sollsignal erzeugt wird, dessen Grundfrequenz durch die Solldrehzahl und die Polpaarzahl der Synchronmaschine bestimmt ist, wobei an die einzelnen Wicklungsstränge der Synchronmaschine zum Erzeugen eines dem Führungssignal des betreffenden Wicklungsstranges zumindest angenäherten Strangstromverlaufs jeweils eine pulsweitenmodu­ lierte Strangspannung angelegt wird, wobei die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse größer ist als die Grundfrequenz des Führungssignales, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz auf ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignals synchronisiert wird und daß bei einer Drehzahlveränderung der Synchronmaschine die Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse der Grundfrequenz des Führungssignals nachgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Quotienten, gebildet aus der Schaltfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse eines Wicklungsstrangs dividiert durch die Grundfrequenz des Führungssignals dieses Wicklungsstrangs definierte, ganzzahlige Frequenzverhältnis drehzahlabhängig verändert wird und daß insbesondere bei einem Erhöhen der Drehzahl der Synchronmaschine das Frequenz­ verhältnis vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungssignale für die einzelnen Wicklungsstränge als zeitdiskrete Signale erzeugt werden, indem synchron zu der Schaltfrequenz der an den betreffenden Wicklungsstrang angelegten Spannungsimpulse (15) jeweils ein eine Stützstelle des zeitdiskreten Führungssignals bildender Führungssignalwert erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützstellen für wenigstens ein zeitdiskretes Führungssignal in einem Datenspeicher (18) abgelegt werden und daß zur Bildung des Führungssignales synchron zur Schaltfrequenz der an dem dem Führungssignal zugeordneten Wicklungsstrang angelegten Spannungsimpulse jeweils eine Stützstelle aus dem Datenspeicher (18) ausgelesen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Reduzieren der Schaltfrequenz bei hohen Drehzahlen der Synchronmaschine nur jede n-te, in dem Datenspeicher (18) abgelegte Stützstelle aus dem Datenspeicher (18) ausgelesen wird, wobei n eine ganzahlige Zahl ist, die größer als eins ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strangstrom wenigstens eines Wicklungsstrangs zum Erzeugen eines dem Führungssignal dieses Wicklungsstranges zumindest angenäherten Strangstromverlaufs geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strangstrom wenigstens eines Wicklungsstrangs zeitdiskret geregelt wird, indem synchron zur Schaltfrequenz der an den Wicklungsstrang angelegten Spannungsimpulse (15) Istwerte des Strangstroms gemessen und zum Ermitteln einer Regelabweichung mit dem dem Wicklungsstrang zugeordneten Führungssignal verglichen werden.

8. Elektrischer Antrieb (1), mit einer insbesondere als Schritt­ motor (2) vorgesehenen Synchronmaschine, deren Stator- Wicklungsstränge mit der Endstufe (14) einer Betriebsspannungs­ quelle verbunden sind, die eine Modulationseinrichtung (12) zur Pulsweiten-Modulation der Strangspannungen aufweist, wobei die Modulationseinrichtung (12) einen Pulstaktgeber zum Erzeugen einer Schaltfrequenz für die pulsweitenmodulierten Spannungsimpulse (15) der Betriebsspannungsquelle hat, und wobei die Pulsweiten-Modulationseinrichtung (12) einen Steuereingang (11) aufweist, der mit dem Sollwertausgang (4) eines Signalgenerators (3) zum Erzeugen eines den zeitlichen Strangstromverlauf in dem Wicklungsstrang vorgebenden Führungssignales verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronisationseinrichtung (16) vorgesehen ist, die zum Synchronisieren der Schaltfrequenz des Pulstaktgebers auf ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz des Führungssignals ausgebildet ist und einerseits mit dem Signalgenerator (3) zum Erzeugen des Führungssignals und anderseits mit der Modulationseinrichtung (12) verbunden ist.

9. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationseinrichtung eine Frequenzumschalt­ einrichtung zum drehzahlabhängigen Verändern des Frequenz­ verhältnisses zwischen der Schaltfrequenz des Pulstaktgebers und der Grundfrequenz des Führungssignals aufweist.

10. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Signalgenerator (3) einen Datenspeicher (18) aufweist, in dem Stützstellen für wenigstens ein zeitdiskretes, den zeitlichen Strangstromverlauf in einem Wicklungsstrang vorgebenden Führungssignal abgelegt sind und daß der Daten­ speicher (18) vorzugsweise einen mit dem Taktsignalausgang des Pulstaktgebers verbundenen Auslesetakteingang zum Auslesen der Stützstellen synchron zu der Schaltfrequenz des Pulstakt­ gebers aufweist.

11. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Strangstromes wenigstens eines Wicklungsstrangs eine Stromregeleinrichtung (5) vorgesehen ist, die eine Vergleichseinrichtung (6) aufweist, deren erster Eingang (7) mit dem Sollwertausgang (4) des Signalgenerators (3) und deren zweiter Eingang (8) mit dem Meßsignalausgang einer Meßeinrichtung (9) zur Erfassung des Strangstromes verbunden ist, und daß der Ausgang der Ver­ gleichseinrichtung über einen Stromregler (10) mit dem Steuereingang (11) der Pulsweiten-Modulationseinrichtung (12) verbunden ist.