DE2012510C3 - Motorsteuerungssystem mit einem Frequenzvervielfacher - Google Patents
Motorsteuerungssystem mit einem FrequenzvervielfacherInfo
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- H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
- H02P5/50—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another by comparing electrical values representing the speeds
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Description
Frequenz-Piskriminator 28 mit der Ausgangsgröße der
einstellbaren Frequenzsteuerung 30 verglichen. Das Steuersignal am Ausgang des Frequenzdiskriminators
28 wird Ober die Verbindungsleitung 73 dem gesteuerten Gleichrichter 70 zugeführt und steuert die
Amplitude der durch den Gleichrichter 70 aus einer Stromquelle 77 dem Wechselrichter 71 über die
Verbindungsleitung 74 zugeführten Gleichspannung. Dieses Steuersignal vom Diskriminator 28 wird
ebenfalls Ober die Verbindungsleitung 75 weitergeleitet, um die Folgefrequenz der Ansteuerungsimpulse am
Ausgang der einstellbaren Frequenzsteuerung 30 zu steuern. Diese Ansteuerimpulse ihrerseits steuern die
Folgefrequenz, mit welcher der Wechselrichter 71 die
von dem Gleichrichter 70 zugeführte Gleichspannung umwandelt und sie Ober die Verbindungsleitung 76 an
den Motor 33 weiterleitet Die von der Frequenzsteuerung 30 über die Verbindungsleitung 72 an den
Frequenzdiskriminator 28 zugeführten Ansteuerungssignale bewirken, daß die einstellbare Folgefrequenz
der Ansieuerungssignale von der Frequenzsteuerung 30 der Folgefrequenz der dem Diskriminator 28 von dem
Frequenzteiler 27 zugeführten Signale folgt Wie bereits aufgezeigt liefert ein solches System eine präzise
Steuerung der Motordrehzahl durch Synchronisation der einstellbaren Frequenzsteuerung, deren Impulse die
dem Motor zugeführte Wechselspannung auf einem genauen Frequenzstandard halten. Für Festfrequenzen
kann dieser Standard ein Hauptoszillator 10, beispielsweise ein Quarz-Oszillator, sein oder für variable
Frequenzen kann dies eine Steuerung 25 für den Oszillator 10 oder ein Tachometerausgang von einem
Hauptmotor sein.
Damit das in F i g. 1 gezeigte Motorsteuerungssystem mit hoher Genauigkeit arbeitet, ist es wesentlich, daß
der Frequenzvervielfacher 11 mit einer viel höheren Pulsfrequenz arbeitet als der Hauptoszillator 10. Dabei
arbeitet der Vervielfacher als ein Teilvervielfacher, indem er bei einer kontinuierlichen Pulskette an seinem
Eingang aurgangsseitig weniger als die vollständige Pulskette liefert. Wenn beispielsweise die Frequenz des
Hauptoszillators 10 100 Hz beträgt und der Vervielfacher beispielsweise 1, 2 oder 3 Impulse pro Sekunde
unterdrückt dann würde die Ausgangsfrequenz das 0,99-, 0,98- oder 0,97fache der Eingangsfrequenz
betragen, und die Motorfrequenz könnte nur mit einer Genauigkeit von 1% eingestellt werden. Wenn dagegen
der spannungsgesteuerte Oszillator 15 nach einer Frequenzvervielfachung mit einer Frequenz von
1000 Hz arbeitet und dan:; wiederum 1,2 oder 3 Impulse so
pro Sekunde im Vervielfacher 12 unterdrückt werden, dann entsprechen die Ausgangsfrequenzen dem 0,999-,
0,998- oder 0.997fachen der Eingangsfrequenz, so daß die Motorsteuerung mit einer Genauigkeit von 0,1%
erfolgt. Um wiederum eine Nennfrequenz von 100 Hz zu erhalten, muß die Frequenz der neuen Pulskette im
nachgeschalteten Frequenzteiler 27 durch zehn geteilt werden. Dies gilt besonders dann, wenn der Hauptoszillator der Tachometerausgang eines Motors ist Sehr oft
ist der Tachometer auf eine Impulsfrequenz begrenzt, welche für den exakten Betrieb einer digitalen
Motorsteuerung zu niedrig ist.
Ferner sorgt der Frequenzteiler für eine gewisse »Regulierung« der Pulse. Beispielsweise kann die
Unterdrückung des einen oder anderen Pulses im Zähler zu einem Unterschied in der resultierenden Pulsphase
führen. Durch ein Teilvirhältnis von beispielsweise 10:1 kann dagegen ein Phasenfehler von 45° auf 4,5°
gesenkt werden,
F i g, J zeigt demgemäß in dem gestrichelten Block 11
einen Freijuenzverviel fächer, der den Schwankungen in
der Folgefrequen? der Signale am Ausgang des Hauptoszillators 10 folgen kann und die Frequenz auf
einer proportionalen Basis über einen großen Bereich von Frequenzänderungen des Hauptoszillators erhöht
Dieser Frequenzvervielfacher enthält einen Frequenzdiskriminator 14, einen spannungsgesteuerten Oszillator
15, der mit einem Vielfachen der Frequenz des Hauptoszillators 10 schwingt, und einen Frequenzteiler
16.
Der Diskriminator 14 kann den gleichen Aufbau besitzen wie der Diskriminator 28. Er umfaßt typischerweise drei Flip-Flops, die jeweils Impulse von dem
Hauptoszillator und von der Oszillatorschaltung 15 erhalten, nachdem diese durch den Frequenzteiler 16
geteilt wurden. Die Flip-FIops werden so gesteuert, daß eines der drei Flip-Flops eine Ausgangsspannung einer
Polarität abgibt wenn die Folgefreouenz der von dem Hauptoszillator abgegebenen Impulsfolge die über die
Leitung 20 an den Diskriminator gegebene Folgefrequenz der Impulse des Oszillators 15 überschreitet
Wenn die geteilte Ausgangsfrequenz des Oszillators die Folgefrequenz des Hauptoszillators überschreitet gibt
ein anderes Flip-Flop ein Ausgangssignal der entgegengesetzten Polarität ab. Wenn die Folgefrequenz beider
Signale gleich ist, wird das dritte Flip-Flop angesteuert
und gibt eine pulsierende negative und positive Ausgangsspannung mit etwa gleicher Impulsdauer ab,
so daß der Kondensator in der Beschleunigungs-Verzögerungsschaltung, die nachfolgend im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben wird, die Spannung für den
spannungsgesteuerten Oszillator konstant hält so daß das Ausgangssignal dieses Oszillators durch den
vorbestimmten mehrfachen Wert der Impulsfolgefrequenz des Hauptoszillators synchronisiert wird.
F i g. 2 zeigt den Frequenzvervielfacher deutlicher. Ein Kondensator 54 speichert indirekt die Ausgangssigrale des Diskriminators 14. Dieser Kondensator 54
bildet einen Teil der Beschleunigungs-Verzögerungsschaltung 42. Eine negative Spannung oder eine
Spannung von Null Volt am Ausgang des Diskriminators 14 und damit an der Basis des Transistors· 40 sperrt
diesen Transistor. Dies gestattet, daß am Punkt 57 eine
positive Verriegelungsspannung erscheint, weiche es ermöglicht, daß auf den Kondensator 54 ein Ladestrom
fließt. Die Geschwindigkeit der Aufladung und Entladung des Kondensators 54 wird bestimmt durch die
Transistoren 50 bzw. 51 mit ihren zugehörigen Widerständen 52 bzw. 53. Wenn die Folgefrequenz des
Hauptoszillators gleich der Folgefrequenz des geteilten Ausgangssignals von dein spannungsgesteuerten Oszillator ul «st und wenn in gleichem Abstand aufeinanderfolgende negative und positive Impulse an die
Beschleunigungs- und Verzögerungsschaltung142 gegeben werden, dann nehmen die Ströme durch die
Widerstände 52 und 53 solche Werte an, daß die Aufladegeschwind'^keit geringfügig größer ist als die
Entladegeschwindigkeit, um die Verluste in der Schaltung zu kompensieren, so daß die Spannung am
Kondensator 54 konstant bleibt. Der Verstärker 60 erhält das Ausgangssignal und spricht auf die Spannung
an dem Kondensator 54 an. Er dient lediglich dazu, die Ladung auf dem Kor riensator 54 von dem spannungsgesteuerten Oszillator 61 zu trennen.
Der spannungsgesteuerte Oszillator 61 kann ein beliebiger linearer spannungsgesteuerter Oszillator
sein. Ein derartiger Oszillator hat einen festgelegten Multiplikationsfaktor für einen weiten Bereich von
Ausgangsfrequenzen und hält in der gezeigten Schaltung diesen konstanten Muitipiikationsfaktor in einem
weiten Bereich von Hauptoszillatorfrequenzen aufrecht. Das auf der Leitung 18 in F i g. 1 abgegebene
Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 61 wird dem Motorsteuerungssystem an dem Impulsfrequenz-Multiplikator 12 zugeführt. Das Ausgangssignal
des Oszillators 61 wird ferner in einer geschlossenen Schleife über die Leitung 19, den Frequenzteiler 16 und
die Leitung 20 zum Diskriminator 14 zurückgeführt. Da die Rückführung des Ausgangs des spannungsgesteuerten
Oszillators 61 auf den Diskriminator 14 erfolgt, muß die Frequenz dieses Ausgangssignals auf der Leitung 18
um den gleichen Faktor verringert werden. Dies erfolgt durch die Teilerschaltung 16, die beispielsweise eine
entsprechende Anzahl von Flip-Flops enthalten kann, so daß der Teilfaktor gleich dem Multiplikationsfaktor des
spannungsgesteuerten Oszillators ist.
, Die Ausgangssignale des Hauptoszillators 10 werden
durch eine Steuerung 24 verändert oder nachgeregelt, welche mit einer Steuersignalquelle 23 verbunden ist.
Beispielsweise können der Hauptoszillator 10 und die Steuerung 24 ein digitales Tachometer sein, das Impulse
in mit einer Folgefrequenz proportional zur Winkelge
schwindigkeit einer Welle liefert. Wenn eine feste Folgefrequenz der Signale des Hauptoszillators 10
erwünscht ist, dann kann dieser ein quarzgesteuerter Oszillator sein. Ebenso kann der Oszillator 10 ein
ii Relaxationsoszillator mit fester oder einstellbarer
Frequenz sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Motorsteuerungssystem mit einem steuerbaren impulssynchronisierten rückgekoppelten Frequenzvervielfacher, der einen spannungsgesteuerten Os-
zillator und einen Frequenzdiskriminator enthält,
welcher auf die Impulsfolgefrequenzen des Ausgangssignals des Oszillators und ein Signal von
einem Hauptoszillator anspricht und den Oszillator so ansteuert, daß die Impulsfolgefrequenz seines
Ausgangssignals ein vorgegebenes Vielfaches der Impulsfolgefrequenz des Signals des Hauptoszillators
ausmacht, und mit einer zum impulsweisen Steuern der Motordrehzahl dienenden, auf die
Impulsfolgefrequenz des Oszillator-Ausgangssignals ansprechenden Einrichtung mit Mitteln zum proportionalen
Steuern der Frequenz der dem Motor zugeführten elektrischen Spannung,dadurch gekennzeichnet,
daß im Frequenzvervielfacher (11) zwischen den Frequenzdiskriminator (14) und den Ausgang des
Oszillators (15,61) ein Frequenzteiler (16) mit einem dem vorgegebenen Vielfachen des Oszillators (15,
61) entsprechenden Teilungsfaktor geschaltet ist, daß der Frequenzdiskriminator (14) einen impulsweisen
Vergleich durchführt und jegliche Impulsfolgefrequenz-Differenz zum Ansteuern des Oszillators
erfaßt,
und daß zwischen den Frequenzdiskriminator (14) und den Oszillator (15, 61) eine Beschleunigungs-Verzögerung?schaltung
(42) geschaltet ist, die an ihrem Ausgang (56) ein mittleres Gleichspannungssignal
erzeugt, das sich unabhängig von der Änderungsgeschwindigküt der Impulsfolgefrequenz-Differenz
mit einer konstv Hen Geschwindigkeit bis zu einem der geänderten Differenz
entsprechenden Wert verändert, wobei die konstante Änderungsgeschwindigkeit höchstens gleich dem
kleinsten Wert der höchstzulässigen Drehzahländerungsgeschwindigkeit aller Motoren ist.
2. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzdiskriminator
(14) des Frequenzvervielfachers (11) eine Detektorschaltung enthält, die ein erstes Signal einer
Polarität abgibt, wenn die Folgefrequenz der Impulse vom Hauptoszillator (10) die geteilte
Folgefrequenz der Osziliator-Ausgangsimpulse überschreitet, die ferner ein zweites Signal der
entgegengesetzten Polarität abgibt, wenn die geteilte Folgefrequenz der Oszillator-Ausgangsimpulse
die Folgefrequenz der Impulse des Hauptoszillators (10) übersteigt, und die abwechselnd das erste sowie
das zweite Signal abgibt, wenn im wesentlichen gleiche Impulsfolgefrequenzen vorliegen.
3. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz
des Oszillators (15,61), die die Folgefrequenz der dem Motor zugeführten Impulse steuert, auch
die Motorspannung steuert.
4. Motorsteuerungssystem nach einem der An-Sprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein dem
Frequenzvervielfacher (II) nachgeschaltetes Impulsauswahlsystem (13).
5. Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsauswahlsystern
(13) einen Frequenzteiler (27) enthält.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Motorsteuemngssystem
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist ein Motorsteuerungssystem bekannt, welches die Drehzahl des gesteuerten Motors präzise mit einem
Teil der Frequenz eines Hauptimpulsgebers synchronisiert Ein derartiges System ist geeignet für die
Verwendung in einem Nachlaufsystem für die Motordrehzahl, wo ein oder mehrere Motoren genau einem
Hauptmotor mit verschiedenen Teildrehzahlen folgen. Da die Betriebswechselspannung jedes der gesteuerten
Motoren dabei von den Impulsen zur Ansteuerung von Thyristoren eines Wechselrichters abhängt, ist es für
eine präzise Drehzahlsteuerung erwünscht, daß die Folgefrequenz der Impulse für den Wechselrichter um
geringe Beträge geändert werden kann.
Aus der Zeitschrift Electronics, 30. Oktober 1959, Seiten 56, 57, ist zwar ein steuerbarer bzw. abstimmbarer
Frequenzvervielfacher bekannt, der einen spannungsgesteuerten
Oszillator und einen Frequenzdiskriminator aufweist, der aus einem Frequenzzähler besteht,
dessen Zählergebnis mit einem stabilen Zeitsollwert verglichen wird. Hierbei ist insbesondere nachteilig, daß
kein impulsweiser Vergleich von Impulsfolgen durchgeführt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Motorsteuerungssystem der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß eine einwandfreie Steuerung nachgeschalleter Motoren auch dann gewährleistet ist, wenn eine
Frequenzänderung des Eingangssignals erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein impulsweiser Vergleich der
dem Frequenzdiskriminator zugeführten Signalgruppen erfolgt. Theoretisch könnte bereits das Ausgangssignal
des Frequenzvervielfachers zur Ansteuerung des Oszillators verwendet werden. Dip Beschleunigungs-Verzögerungsschaltung
sorgt zusätzlich dafür, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Impulsfolgefrequenz-Differenz
am Ausgang des Frequenzdiskriminators als Variable eliminiert wird. Somit kann eine einwandfreie,
gleichmäßige Steuerung aller eventuell nachgeschalteten Motoren erhalten werden, auch wenn eingangsseitig
beispielsweise durch einen Hauptmotor eine sehr große Änderungsgeschwindigkeit veranlaßt wird.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
F i g. 1 ist ein Blockschaltbild eines Motorsteuerungssystems mit einem Frequenzvervielfacher gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
F i g. 2 ist teilweise als Blockschaltbild und teilweise als Schaltzeichnung ausgeführt und zeigt den Frequenzvervielfacher gemäß F i g. 1.
F i g. 1 zeigt ein Motorsteuerungssystem mit einem Frequenzvervielfacher. Eine einstellbare Frequenzsteuerung
30 für einen Wechselstrommotor 33 wird auf der Basis von einzelnen Impulsen mit einem Hauptoszillator
10 durch eine Impulsauswahlschaltung 13 mit einem Impulsfrequenzvervielfacher 12 enthält, der eine
Anzahl der Impulse des I lauptoszillators IO auswählt entsprechend der Einstellung des Schalters 21, welcher
ein Signal für den Multiplikationsfaktor an den Vervielfacher 12 abgibt. Die Impulse werden gleichmäßig
verteilt durch den Frequenzteiler 27 und durch einen
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