DE2028512B2

DE2028512B2 - Speed control for reluctance motor - allows large torques at all speeds and higher efficiency using LC circuits and thyristors

Info

Publication number: DE2028512B2
Application number: DE2028512A
Authority: DE
Inventors: Lewis E. Birmingham Mich. Unnewehr (V.St.A.)
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1970-06-10
Filing date: 1970-06-10
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE2028512A1

Abstract

The speed control, for reluctance motor, has an inductor in series with the d.c. supply and a controlled switch consisting of antiparallel thyristors is connected between the inductor and an LC circuit. The LC circuit consists of a series capacitor bridged by a thyristor in series with a second inductor. The motor windings are switched in between the d.c. supply and the LC circuit. When switched in each winding is bridged by another thyristor. The control allows the motor to be driven with large torques at all speeds and thereby gives a whole system a higher efficiency.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Reluktanzmotors mit einer oder mehreren Wicklungen, die über einen in Reihe /11 jeder Wicklung geschalteten Kondensator und einen von einem Steuergerät in Abhängigkeit von der Drchlage des Motorläufers steuerbaren Schalter an eine Gleichslromquelle schaltbar sind.The invention relates to an arrangement for speed control a reluctance motor with one or more windings that have one in series / 11 each Winding switched capacitor and one of a control unit depending on the throttle of the motor rotor controllable switch to a direct current source are switchable.

Bürstenlose Elektromotoren, insbesondere Rcluktanzmotoren, werden für die unterschiedlichsten Verwendungszwecke benötigt, bei denen ein hohes Drehmoment bei geringen Drehzahlen gefordert wird und die Motoren in der Lage sein müssen, bei relativ hohen Drehzahlen von über 6000 U/min, zu arbeiten. Derartige Motoren werden üblicherweise von einer Batterie gespeistBrushless electric motors, especially reactance motors, are required for a wide variety of purposes where a high torque is required at low speeds and the motors must be able to operate at relatively high Speeds of over 6000 rpm to work. Such motors are usually powered by a battery fed

Bekannte Anordnungen dieser Art sind entweder sehr aufwendig aufgebaut oder erreichen nicht die geforderten Eigenschaften.Known arrangements of this type are either very complex or do not achieve the required properties.

Zur Steuerung der Drehzahl eines Reluktanzmotors ist bereits eine Schaltung in ihrem grundsätzlichen Aufbau dahingehend bekannt (DT-OS 15 63 462), daß in Reihe zu jeder Motorwicklung ein Kondensator sowie ein diese Reihenschaltung an ?ine Gleichstromquelle anlegender Schalter angeordnet sind, der beim Umschalten zwischen seien beiden Stellungen mit jedem Schließen einen Stromimpuls durch die Motorwicklung bewirkt wobei der Schalter mit Hilfe eines Steuergerätes in Abhängigkeit von der Drehlage des Motors synchron mit den Änderungen des magnetischen Widerstandes betätigt wird. Die bekannte Schaltung löst je doch offensichtlich nicht das Problem der Dreh/ah! steuerung des Motors in allen Betriebsbereichen, d. h. auch bei unterschiedlichen Belastungen und unabhän gig von der Drehrichtung und ergibt einen Vergleichs weise nur geringen Wirkungsgrad.A circuit is already in its basic structure for controlling the speed of a reluctance motor known to the effect (DT-OS 15 63 462) that in series with each motor winding a capacitor as well a switch that applies this series connection to a direct current source is arranged which, when switching over between the two positions there is a current pulse through the motor winding with each closing causes the switch to synchronize with the help of a control device depending on the rotational position of the motor is operated with the changes in magnetic resistance. The known circuit ever solves but obviously not the problem of turning / ah! control of the engine in all operating areas, d. H. even with different loads and independently gig on the direction of rotation and results in a comparison, only low efficiency.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art der art auszubilden, daß der Motor bei allen Drehzahlen mit großem Drehmoment betrieben werden kann und dabei die Gesamtanordnung einen hohen Wirkungsgrad aufweist.The object of the invention, on the other hand, is to provide a circuit arrangement of the type mentioned at the outset art to train that the motor can be operated at all speeds with high torque and while the overall arrangement has a high degree of efficiency.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in ^eihe mit der Gleichstromquelle eine Induktionsspule angeordnet ist, daß als steuerbarer Schalter jeweils ein erster steuerbare Haltleitergleichrichter verwendet ist, zu dem eine Diode oder ein zweiter steuerbarer Halbleitergleichrichter antiparallel liegt, daß ein dritter steuerbarer Halbleitergleichrichter par allel zu jeder Wicklung des Motors geschaltet ist, daß ein vierter steuerbarer Halbleitergleichrichter mit einer in Reihe geschalteten Induktionsspule parallel zu dem Kondensator liegt und daß das Steuergerät sämtliche steuerbaren Halbleitergleichrichter in Abhängigkeit von ihm vorgegebenen Signalen für die Drehzahl und das Drehmoment zündet.According to the invention, this object is achieved in that an induction coil is connected in series with the direct current source it is arranged that a first controllable semiconductor rectifier is used as a controllable switch is used, to which a diode or a second controllable semiconductor rectifier is antiparallel, that a third controllable semiconductor rectifier is connected in par allel to each winding of the motor that a fourth controllable semiconductor rectifier with a series-connected induction coil in parallel with the Capacitor is and that the control unit depends on all controllable semiconductor rectifiers signals given by him for the speed and torque ignites.

Dabei sind die steuerbaren Halbleitergleichrichter zweckmäßig Thyristoren.The controllable semiconductor rectifiers are expediently thyristors.

Die Erfindung bedient sich dabei der bekannten Tat sache. daß die Aufladung eines Kondensators über eine Induktionsspule, wenn keine zusätzliche Dämpfung durch besondere ohmsche Widerstände erfolgt, in Form eines verhältnismäßig schwach gedämpften periodischen Einschwingvorgangs erfolgt bei dem dei Kondensator auf nahezu die doppelte Spannung gegenüber der Quellenspannung ansteigt, wobei es auch bereits bekannt ist (»Silicon Controlled Rectifer Manuale der Firma General-Electnc Company. 19b4, S. 74 bi: 79) die Aufladung über einen steuerbaren Halbleiter gleichrichter vorzunehmen, der sich am Ende der er sten Aufladungsschwingung, wenn der Ladestrom au NuIi abgeklungen ist, von selbst abschaltet. Währenc bei der bekannten Anordnung jedoch anschließen eine Entladung des Kondensators über einen dazu par allel geschalteten Widerstand erfolgt, bewirkt bei dei Erfindung die Antiparallelschaltung einer Diode odei eines /weiten steuerbaren Halbleitergleichrichters eint Fortsetzung des Einschwingvorgangs bis zur nahczi vollständigen Wiederentladung des Kondensators uii ter Rückführung des größten Teils der darin gespciThe invention makes use of the known fact. that the charging of a capacitor via a Induction coil, if there is no additional damping through special ohmic resistances, in Form of a relatively weakly damped periodic transient process takes place in the dei Capacitor rises to almost double the voltage compared to the source voltage, whereby it also already is known (»Silicon Controlled Rectifer Manuals from General-Electnc Company. 19b4, p. 74 bi: 79) charging via a controllable semiconductor rectifier, which is located at the end of the er Most charging oscillation, when the charging current has decayed, switches off by itself. Currency c in the known arrangement, however, connect a discharge of the capacitor via a par allel connected resistance takes place, causes in the invention the antiparallel connection of a diode odei of a / wide controllable semiconductor rectifier unites continuation of the transient process up to nahczi complete re-discharge of the capacitor and return of most of the stored therein

dienen Energie zur Gleichstromquelle. Gleichzeitig «stattet der erfindungsgemäß verwendete dritte steuerbare Halbleitergleichrichter ein Weiterfiießen des Stroms in der Motorwicklung im Sin-\e eines Frei-Jtufstroms, wie dies in Verbindung mit einer anderen Schaltungsanordnung auch schon friiner vorgeschlagen worden ist (DT-AS 20 27 410). Der vierte steuerbare Halbleitergleichrichter mit der dazu in Reibe geschalteten weiteren Induktionsspule schafft schließlich die Möglichkeit, den Kondensator umzuladen, so daß bei erneuter Ansteuerung des ersten steuerbaren HaIbfcitergleichrichters sich ein größerer Stromfluß über die Motorwicklunß ausbildet.serve energy to the direct current source. At the same time «equips the third used according to the invention controllable semiconductor rectifiers continue to flow of the current in the motor winding in the Sin- \ e of a free-Jtufstrom, as already proposed in connection with another circuit arrangement has been (DT-AS 20 27 410). The fourth controllable semiconductor rectifier with the one connected to it Another induction coil finally creates the possibility of reloading the capacitor, so that at renewed activation of the first controllable half-liter rectifier a larger current flow over the motor winding develops.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird von dem Steuergerät bei !deinen Drehzahlen während einer Periode zunehmender Reluktanz der Wicklung zunächst der erste steuerbare Halbleitergleichrichter gezündet, bei Strommaximum in der zugehörigen Wicklung der dritte steuerbare Gleichrichter gezündet, nach der Kondensatorentladung der zweite steuerbare Halbleitergleichrichter, wenn vorhanden, gezündet, bei einem bestimmten Minimalwert des Stromes erneut der erste steuerbare Halbleitergleichrichter gezündet und kurz vor F'rreichen der maximalen Reluktanz nur der zweite Steuerbare Halbleitergleichrichter gezündet. Dadurch wird erreicht, daß während der gesamten Periode zunehmender Reluktanz die Motorwicklung ohne Unterbrechung von einem im Mittelwert mehr oder weniger hohen Strom durchflossen wird, der das gewünschte hohe Drehmoment liefert.According to a first feature of the advantageous embodiment of the invention is increased by the control unit at your speeds during a period Reluctance of the winding initially ignited the first controllable semiconductor rectifier, at maximum current The third controllable rectifier in the associated winding is triggered after the capacitor has discharged the second controllable semiconductor rectifier, if present, ignited at a certain minimum value of the current, the first controllable semiconductor rectifier is ignited again and shortly before reaching it the maximum reluctance only ignites the second controllable semiconductor rectifier. This will achieves that the motor winding without interruption during the entire period of increasing reluctance of a more or less high mean value Current flows through, which delivers the desired high torque.

Bei höheren Drehzahlen hingegen wird die während einer Periode zunehmender Reluktanz zur Verfügung stehende Zeit nicht zu einer wiederholten Einschaltung des ersten steuerbaren Halbleitergleichrichters ausreichen. Um demgegenüber auch mit nur einem Durchschalten dieses Gleichrichters der Motorwicklung viel Energie zuführen zu können, wird nach einem anderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung von dem Steuergerät bei hohen Drehzahlen während einer Periode zunehmender Reluktanz zunächst Λτ erste steuerbare Halbleitergleichrichter gezündet, i, schließend der vierte steuerbare Halbleitergleichrichter gezündet und bei der nächsten Periode zunehmender Reluktanz erneut der erste steuerbare Halbleitergleichrichter gezündet. Mit dem Zünden des vierten steuerbaren Halbleitergleichrichters wird die oben bereits erwähnte Umladung des Kondensators erreicht, so daß bei der nächsten Periode zunehmender Reluktanz der umgekehrt geladene Kondensator der Gleichstromquelle einen weitaus höheren Stromfluß abverlangt und demzufolge auch der Motorwicklung mehr Energie trotz nur einmaligen Ansteuerns des ersten steuerbaren Halbleitergleichrichters zugeführt wird.At higher speeds, however, the reluctance that increases during a period is available standing time is not sufficient to repeatedly switch on the first controllable semiconductor rectifier. In contrast to this, even with just one switching through of this rectifier of the motor winding To be able to supply energy is, according to another feature, an advantageous embodiment of the invention from the control unit at high speeds during a period of increasing reluctance Λτ ignited first controllable semiconductor rectifier, i, closing the fourth controllable semiconductor rectifier ignited and in the next period of increasing reluctance the first controllable semiconductor rectifier again ignited. With the ignition of the fourth controllable semiconductor rectifier, the above already mentioned charge reversal of the capacitor is achieved, so that with the next period increasing reluctance the reversely charged capacitor of the direct current source demands a much higher current flow and consequently the motor winding also has more energy despite only activating the first one controllable semiconductor rectifier is supplied.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnu:ig. in der einige Ausführungsbeispicle dargestellt sind, näher erläutert. Hierbei zeigtThe invention is explained below with reference to the drawing. in which some Ausführungsbeispicle are shown, explained in more detail. Here shows

F i g. 1 in perspektivischer Darstellung, teilweise im Schnitt, den Aufbau eines 3-phasigen Scheibenreluktanzmotors, der sich besonders vorteilhaft für die Verwendung in einer Anordnung nach der Erfindung cignel, F i g. 1 in perspective, partly in Section, the construction of a 3-phase disc reluctance motor, which is particularly advantageous for use in an arrangement according to the invention cignel,

F i g. 2 eine schematischn Darstellung des gesamten Systems, aus dem die Zuordnung der Steuerung und der Energiequellen zum Motor ersichtlich ist. ⁶SF i g. 2 shows a schematic representation of the entire system, from which the assignment of the control and the energy sources to the motor can be seen. ⁶ p

F i g. 2a, 2b, 2c verschiedene Energiequellen,F i g. 2a, 2b, 2c different energy sources,

F i g. 3 eine schematische Darstellung des Stromkreises gemäß vorliegender Erfindung für eine Phase des Motors,F i g. 3 is a schematic representation of the circuit according to the present invention for one phase of the Motors,

F i g. 4 die Strom- und Spannungsverläufe in den wichtigsten Bauelementen des Stromkreises nach F i g. 3, bei einer geringen und einer hohen DrehzahLF i g. 4 shows the current and voltage curves in the most important components of the circuit F i g. 3, at a low and a high speed

Gemäß dem in F i g. 1 gezeigten Motoraufbau ist eine Motorwelle 10 in zwei Lagerschilden 12 und 14 drehbar gelagert. Mehrere L-förmige Glieder 16 sitzen mit ihren längeren Schenkeln in flachen Nuten, die sich an der Innenseite des Lagerschildes 12 befinden. Die kürzeren Schenkel der Glieder 16 erstrecken sich axial nach innen und reichen mit ihren Außenseiten bis etwa in Höhe des äußeren Umfangs des Lagerschildes 12. Die Glieder 16 bestehen aus lamelliertem Stahl mit parallel zur Wellenachse verlaufenden Blechlamellen und weisen an den Innenflächen der kürzeren Schenkel kleine radial gerichtete Zungen 18 auf.According to the in FIG. The motor structure shown in FIG. 1 is a motor shaft 10 in two end shields 12 and 14 rotatably mounted. Several L-shaped members 16 sit with their longer legs in shallow grooves located on the inside of the end shield 12. the shorter legs of the links 16 extend axially inward and reach with their outer sides up to about at the level of the outer circumference of the end shield 12. The members 16 are made of laminated steel with parallel to the shaft axis running sheet metal lamellas and point on the inner surfaces of the shorter legs small radially directed tongues 18.

Eine Ringwicklung 20 liegt mit der einen Hälfte ihrer Breite innerhalb der Stufen der L-förmigen Glieder 16 und wird durch eine Anzahl T-förmiger Glieder 22 in Stellung gehalten. Einige der Glieder sind in der Zeichnung entfernt, um dtn inneren Aufbau des Motors darzustellen. Die Glieder 22 besitzen eine Nut zur Aufnahme der Zungen 18. Ähnliche T-förmige Glieder 24 halten die Wicklung 26 der zweiten Motorphase gegenüber den Gliedern 22 in Stellung, und L-förmige Glieder 28 wirken mit den T-förmigen Gliedern 24 zusammen, um die Wicklung 30 der dritten Phase in Stellung zu halten. Die Glieder 22. 24 und 28 bestehen ebenfalls aus lamelliertem Stahl.One half of its width of a ring winding 20 lies within the steps of the L-shaped members 16 and is held in place by a number of T-shaped members 22. Some of the links are in the drawing removed to show the internal structure of the engine. The members 22 have a groove for receiving of the tongues 18. Similar T-shaped members 24 hold the winding 26 against the second motor phase links 22 in place, and L-shaped links 28 cooperate with T-shaped links 24, to hold the third phase winding 30 in place. Links 22, 24 and 28 also exist made of laminated steel.

Reifen 32, 34 und 36 aus Glasfasermaterial liegen gegen die radial inneren Flächen der entsprechenden Wicklungen 20,26 bzw. 30 an und sind mit dem äußeren Umfang entsprechender Ständerscheiben 38,40 und 42 verbunden.Tires 32, 34 and 36 made of fiberglass material face one another the radially inner surfaces of the respective windings 20, 26 and 30 and are connected to the outer Scope of corresponding stator disks 38, 40 and 42 connected.

Jede Ständerscheibe besteht aus einer Vielzahl tortenstückförmiger lamellierter Stahlblechsektoren 43, die durch ein Material mit niedriger magnetischer Leitfähigkeit, wie Aluminium oder verstärktes Phenolharz, voneinander getrennt sind. Die Anzahl der Sektoren 43 in jeder Ständerscheibe entspricht der Anzahl der L-förmigtn Glieder 16 und die Sektoren in jeder Ständerscheibe fluchten mit den Gliedern 16.Each stand disk consists of a large number of pie-shaped pieces laminated steel sheet sectors 43, which by a material with low magnetic conductivity, such as aluminum or reinforced phenolic resin, are separated from each other. The number of sectors 43 in each stator disk corresponds to the number of L-shaped links 16 and the sectors in each The stator washers are aligned with the links 16.

Auf der Welle 10 befestigte Läuferscheiben 50 und 52 befinden sich beiderseits der Ständerscheibe 38 und vervollständigen den magnetischen Kreis der ersten Motorphase. In ähnlicher Weise befinden sich Läuferscheiben 54 und 56 bzw. 58 und 60 auf beiden Seiten der Ständerscheibe 40 bzw. 42, um den entsprechenden magnetischen Kreis der zweiten und dritten Phase zu vervollständigen. Jede Läuferscheibe besteht ebenfalls aus tortenstückförmigen Sektoren 61 aus lamelliertem Stahl, die zwischen Sektoren aus einem Material mit geringer magnetischer Leitfähigkeit eingeschlossen sind. In einem 3-Phasen-Motor haben die lameliierten Sektoren sowohl der Ständerscheiben als auch der Läuferscheiben eine Breite des Umfangs. die angenähert der Breite der Glieder 16 entspricht, und das Material mit niedriger magnetischer Leitfähigkeit schließt /u beiden Seiten mit doppelter Breite an. Die Breite des Materials mit geringer magnetischer Leitfähigkeit kann von einer ein- bis zweifachen Breite der lamellierten Sektoren, falls erforderlich, variieren.Carrier disks 50 and 52 fastened on shaft 10 are located on both sides of stator disk 38 and complete the magnetic circuit of the first motor phase. Carriers are located in a similar way 54 and 56 or 58 and 60 on both sides of the stator washer 40 and 42, respectively, to the corresponding Second and third phase magnetic circuit to complete. Each carrier also exists of pie-shaped sectors 61 made of laminated steel, which between sectors made of a material with low magnetic conductivity are included. In a 3-phase motor they have laminated Sectors of both the stator disks and the carrier disks a width of the circumference. which approximated corresponds to the width of the members 16, and the material with low magnetic conductivity closes / u on both sides with double width. The width of the material with low magnetic conductivity can vary from one to two times the width of the laminated sectors if necessary.

In die Umfangsflache einer jeden Lauferscheiben ist eine schmale Nut eingearbeitet und mit einer bruchfesten Schicht aus Glasfasermaterial 62 ausgefüllt. Die Iamellicrten Sektoren der Läuferscheiben jeder Phase fluchten miteinander. Darüber hinaus sind die lamcllicrten Sektoren der Lauferscheiben in der zweiten PhaseIn the circumferential surface of each bearing washer incorporated a narrow groove and filled with an unbreakable layer of fiberglass material 62. The Iamellicrten Sectors of the carriers of each phase are aligned with one another. In addition, the lamcllicrten Sectors of the running discs in the second phase

in Umfangsrichtung um die Breite eines Sektors der ersten Phase versetzt, und die lamellierten Sektoren der Läuferscheiben in der dritten Phase sind abermals in der gleichen Richtung um die Breite eines lamellierten Sektors der Scheiben in der zweiten Phase versetzt.circumferentially offset by the width of a sector of the first phase, and the laminated sectors the carriers in the third phase are again laminated in the same direction by the width of a Sector of the disks moved in the second phase.

Wenn daher die Sektoren 61 der Läuferscheiben 50 und 52 mit den Sektoren 43 der Sländerscheibe 38 fluchten, liegen die Sektoren 61 der Scheiben 54 und 56 in einer Linie zu scheinbaren Sektoren der Ständerscheiben 40 neben den lamellierten Sektoren und die Sektoren 61 der Scheiben 58 und 60 in einer Linie zu scheinbaren Sektoren der Ständerscheibe 42, die sich den lamellierten Sektoren anschließen, jedoch auf entgegengesetzten Seiten der scheinbaren Sektoren der Ständerscheibe 40 liegen. Durch geeignete Bohrungen 64 in den Lagerschilden 12 und 14 erstrecken sich nicht dargestellte Zuganker und ziehen die einzelnen Teile des Motors zusammen.If, therefore, the sectors 61 of the carriers 50 and 52 with the sectors 43 of the carrier disks 38 are aligned, the sectors 61 of the disks 54 and 56 lie in a line with apparent sectors of the stator disks 40 next to the laminated sectors and the sectors 61 of the disks 58 and 60 in a line apparent sectors of the stator disk 42 adjoining the laminated sectors, but on opposite sides Sides of the apparent sectors of the stator washer 40 lie. Through suitable holes 64 in the end shields 12 and 14 extend tie rods (not shown) and pull the individual parts of the engine together.

Wie F i g. 2 zeigt, sind an die Welle 10 des Motors nach F i g. 1 an der einen Seite desselben eine Last 65. und an der anderen Seite ein Stellungsfühler 66 und ein Drehzahifühler 68 angekoppelt. Bei einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug wird die Last 65 von den Antriebsrädern gebildet. Ein aus einem Kraftstromteil 70 und einem Steuerteil 72 bestehendes Steuergerät ist über seine Ausgangsklemme 74 und 75 mit den Klemmen 76 bzw. 77 der ersten Phasenwicklung 20 verbunden. Eingangsklemmen 78 und 79 des Kraftstromteiles 70 sind an die positive bzw. negative Klemme 80 und 81 einer Gleichstrombatterie 90 angeschlossen. Zwei ähnliche und nicht näher dargestellte Steuergeräte sind mit ihren Ausgangsklemmen an die Klemmen 82 und 83 der zweiten Phasenwicklung 26 bzw. die Klemmen 84 und 85 der dritten Phasenwicklung 30 angeschlossen.Like F i g. 2 shows are attached to the shaft 10 of the motor according to FIG. 1 a load 65 on one side thereof. and a position sensor 66 and a speed sensor 68 coupled to the other side. With one electric Driven motor vehicle, the load 65 is formed by the drive wheels. One from a power flow part 70 and a control part 72 control device is via its output terminals 74 and 75 with the terminals 76 and 77 of the first phase winding 20 are connected. Input terminals 78 and 79 of the power section 70 are connected to positive and negative terminals 80 and 81 of a direct current battery 90, respectively. Two similar ones and control devices not shown in detail are connected with their output terminals to terminals 82 and 83 the second phase winding 26 and the terminals 84 and 85 of the third phase winding 30 are connected.

Von dem Stellungsfühler 66 und, sofern verwendet, dem Drehzahlfühler erzeugte Signale werden dem Steuerteil 72 eingegeben, wie dies durch die gestrichelten Linien 92 und 94 veranschaulicht ist. Diese Signale bzw. Impulse geben die relativen Stellungen der lamellierten Sektoren 43 der Läuferscheiben zu den lamellierten Sektoren der Ständerscheiben für jede Phase wieder und werden dazu verwendet, die gesteuerten Halbleitergleichrichter zur geeigneten Zeit anzusteuern. Signals generated by the position sensor 66 and, if used, the speed sensor are the Control part 72 entered as indicated by the dashed line Lines 92 and 94 is illustrated. These signals or pulses give the relative positions of the laminated Sectors 43 of the carriers to the laminated sectors of the stator disks for each phase again and are used to drive the controlled semiconductor rectifiers at the appropriate time.

Ferner erhält der Steuerteil TL wie durch die Pfeile 96. 98 und 100 angedeutet ist. Impulse für die gewünschte Drehmomentaufnahme und für Vorwärtsoder Rückwärtsbetrieb sowie ein Eingangssignal für einen Systemschutz.Furthermore, the control part receives TL as indicated by arrows 96, 98 and 100 . Pulses for the desired torque absorption and for forward or reverse operation as well as an input signal for system protection.

Die F i g. 2a, 2b. 2c veranschaulichen schematisch andere Ausführungsformen von Gleichstromquellen zum Anschluß an die Eingangsklemmen 78 und 79 eines jeden Steuergerätes. In der ersten Aasführungsform der Stromquelle nach F i g. 2a ist eine Gasturbine oder eine Brennkraftmaschine 102 vorgesehen, die mechanisch über eine Welle 104 an einen Gleichstromgenerator 106 gekoppelt ist. Die Ausgangsanschlüsse des Generators 106 smd über Filter 108 mit den Klemmen 80' und 81' verbunden.The F i g. 2a, 2b. Figures 2c schematically illustrate other embodiments of DC power sources for connection to the input terminals 78 and 79 of each controller. In the first embodiment of the power source according to FIG. 2a, a gas turbine or an internal combustion engine 102 is provided, which is mechanically coupled to a direct current generator 106 via a shaft 104. The output connections of the generator 106 are connected to the terminals 80 'and 81' via filters 108.

Für einen industriellen Einsatz, wo eine 3-Phasen WechselstroniqBeJle ohne weiteres verfügbar ist. ist gemäß F i g. 2b ein 3phasiger Motor 109 elektrisch mit einer 3phasigen Versorgungsleitung verbunden und ist mechanisch über eine Weüe 110 mit einem Gleichstromgenerator 106' gekoppelt. Die Ausgangsleitungen des Generators 106' sind über ein Filter 108' mit den Klemmen 80" und 81" verbunden. In einer weiteren Alternative verbindet ein aus elektronischen F.lemcnten aufgebauter Gleichrichter 112 das 3-Phasen-Wechselstromsystem über einen Filter 108" mit Klemmen 80"'und 81'".For industrial use where a 3-phase alternating current is readily available. is according to FIG. 2b a 3-phase motor 109 is electrically connected to a 3-phase supply line and is mechanically coupled via a Weüe 110 to a direct current generator 106 '. The output lines of generator 106 ' are connected to terminals 80 "and 81" via a filter 108'. In a further alternative, a rectifier 112 made up of electronic components connects the 3-phase alternating current system via a filter 108 " to terminals 80"'and81'".

Wie in F i g. 3 dargestellt ist, ist ein gesteuerter HaIbleitergleichrichter 120, der als Halbleiterhauptschalteinrichtung eingesetzt ist, mit seiner Anode mit der Klemme 78 und mit seiner Kathode mit der nicht mit einem Punkt versehenen Platte des Kondensators 122 verbunden. Die Anode und die Kathoden des gesteuerten ίο Gleichrichters 120 stellen seine Leistungsanschlüsse dar. Parallel zum gesteuerten Halbleitergleichrichter 120 liegt entweder die Diode 124 oder ein anderer gesteuerter Halbleitergleichrichter 126. Die Diode 124 oder der gesteuerte Halbleitergleichrichter 126 sind derartig geschaltet, daß sie durch die Batteriespannung in Sperr-Richtung betneben werden, d. h. die Anode der Diode oder des gesteuerten Halbleitergleichrichters ist mit der Kathode des gesteuerten Halbleitergleichnchters 120 und die Kathode der Diode oder des gesteuerten Halbleitergleichrichters ist mit der Anode des gesteuerten Halbleitergleichrichters 120 verbunden. Die mit einem Punkt versehene Platte des Kondensators 122 ist mit der Klemme 64 verknüpft.As in Fig. 3, a controlled semiconductor rectifier 120, which is used as the main semiconductor switching device, has its anode connected to the terminal 78 and its cathode connected to the non-doted plate of the capacitor 122. The anode and the cathodes of the controlled rectifier 120 represent its power connections. In parallel to the controlled semiconductor rectifier 120 is either the diode 124 or another controlled semiconductor rectifier 126. The diode 124 or the controlled semiconductor rectifier 126 are connected in such a way that they are connected by the battery voltage In the reverse direction, the anode of the diode or the controlled semiconductor rectifier is connected to the cathode of the controlled semiconductor rectifier 120 and the cathode of the diode or the controlled semiconductor rectifier is connected to the anode of the controlled semiconductor rectifier 120. The doted plate of capacitor 122 is associated with terminal 64.

Die Kathode eines gesteuerten Halbleitergleichrichters 128 für einen Freilauf strom ist mit der Klemme 74 und seine Anode mit der Klemme 75 verbunden. Parallel zum Kondensator 122 liegt eine Ladungsumkehrschaltung, die aus einem gesteuerten Halbleitergleichrichter 130 besteht, dessen Anode mit der nicht mit einem Punkt versehenen Platte des Kondensators 122 und dessen Kathode mit einer Induktionsspule 132 verbunden sind. Die andere Seite der Induktionsspule 132 ist mit der mit einem Punkt versehenen Platte des Kondensators 122 verbunden. Die Induktivität 134, die zur Batterie 90 in Reihe liegt, stellt die übrige Induktivität der Batterie 90 und der verbindenden Schalterkreiselemente darThe cathode of a controlled semiconductor rectifier 128 for a freewheeling current is connected to the terminal 74 and its anode to the terminal 75. Parallel to the capacitor 122 is a charge reversal circuit, which consists of a controlled semiconductor rectifier 130, the anode of which is connected to the non-doted plate of capacitor 122 and its cathode is connected to an induction coil 132. The other side of the induction coil 132 is connected to the dot plate of the capacitor 122. The inductance 134 that goes to Battery 90 is in series, provides the remaining inductance of the battery 90 and the connecting circuit elements represent

Der in F i g. 3 dargestellte Schaltkreis arbeitet bei geringen Motordrehzahlen in folgender Weise (s. ebenfalls F i g. 4). Wenn die lamellierten Sektoren 61 der Läuferscheiben 50 und 52 sich in Richtung zur Ausfluchtung mit den lamellierten Sektoren 43 der Ständerscheibe 38 zu bewegen beginnen, wird dem Gitter des gesteuerten Halbleitergleichrichters 120 ein Impuls zugeführt durch den dieser Gleichrichter in den Ltitzustand geschaltet wird. Auf der nicht mit einem Punkt versehenen Platte des Kondensators 122 beginnt sich eine positive Ladung aufzubauen, und in der Wicklung 20 beginnt ein Strom zu fließen, der das Motordrehmoment erzeugt. Der Strom baut sich mit einer Geschwindigkeit auf. die durch die Induktivität 134, die Induktivität der Wicklung 20 und die Kapazität des Kondensators 122 bestimmt wird.The in F i g. 3 operates at low engine speeds in the following way (see also Fig. 4). When the laminated sectors 61 of the Carriers 50 and 52 move in the direction of alignment with the laminated sectors 43 of the The stator disk 38 begins to move, the grid of the controlled semiconductor rectifier 120 receives a pulse fed through which this rectifier is switched to the conductive state. On the not with one Pointed plate of capacitor 122 begins A positive charge builds up and a current begins to flow in the winding 20, which increases the motor torque generated. The current builds up at one speed. that by inductor 134 that Inductance of winding 20 and the capacitance of capacitor 122 is determined.

Wenn oder kurz nachdem der Strom sein Maximum erreicht und abzuklingen beginnt, wird dem Gitter des gesteuerten Halbleitergleichrichters 128 ein Impuls zugeführt. Der gesteuerte Halbleitergleichrichter geht in den Leitzustand und läßt den Strom durch die Wicklung 20 ungehindert fließen, da der ohmsche Widerstand des Parallelkreises der Wicklung 20 und des gesteuerten Halbleitergleichrichters 128 im Ver gleich zum äußeren Schaltkreis nahezu Null ist. Der Kondensator 122 beendet sehr schnell seinen Aufladungsvorgang. Wenn der Strom durch den gesteuerten f>5 Halbleitergleichrichter 120 auf Null abfällt schaltet sich dieser Gleichrichter selbst ab und die positive ladung auf der nicht mit einem Punkt versehenen Platte des Kondensators 122 entlädt sich über die Diode 124. dieWhen or shortly after the current reaches its maximum and begins to decay, a pulse is applied to the grid of the controlled semiconductor rectifier 128. The controlled semiconductor rectifier goes into the conductive state and allows the current to flow unhindered through the winding 20, since the ohmic resistance of the parallel circuit of the winding 20 and the controlled semiconductor rectifier 128 in comparison to the external circuit is almost zero. The capacitor 122 ends its charging process very quickly. When the current through the controlled f> 5 semiconductor rectifier 120 drops to zero, this rectifier switches itself off and the positive charge on the non-doted plate of the capacitor 122 is discharged through the diode 124. die

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Induktivität 134, über die Batterie 90 und den gesteuerten Halbleitergleichrichter 128. Die im Kondensator 122 gespeicherte Energie kehrt somit zur Batterie 90 zurück und die Spannung am Kondensator 122 geht in Abhängigkeit vom Widerstand der übrigen Schaltung auf fast Null zurück.Inductance 134, via the battery 90 and the controlled semiconductor rectifier 128. The energy stored in the capacitor 122 thus returns to the battery 90 and the voltage on the capacitor 122 drops to almost zero depending on the resistance of the rest of the circuit.

Wenn der Freilaufstrom in der Wicklung 20 auf einen bestimmten Wert zurückgeht, wird der Strom durch eine erneute Ansteuerung des gesteuerten Halbleitergleichrichters 120 verstärkt. Der gesteuerte Halbleitergleichrichter 128 schaltet ab, und der Kondensator 122 lädt sich erneut über die Batteriespannung hinaus gehend auf, wobei der Ladestrom über die Wicklung 20 fließt. Eine weitere Periode eines Freilaufstromes kann durch erneutes Ansteuern des gesieuerten Halbleitergleichrichters 128 bewirkt werden. Eine größere Stromverstärkung kann erzielt werden, indem die restliche Ladung der mat einem Punkt versehenen Platte des Kondensators 122 umgekehrt wird, bevor der gesteuerte Halbleitergleichrichter 120 angesteuert wird.If the freewheeling current in the winding 20 falls to a certain value, the current is increased by a renewed activation of the controlled semiconductor rectifier 120. The controlled semiconductor rectifier 128 switches off, and the capacitor 122 is charged again above the battery voltage, the charging current flowing through the winding 20. A further period of a freewheeling current can be brought about by activating the sealed semiconductor rectifier 128 again. A greater current gain can be achieved by reversing the remaining charge on the doted plate of the capacitor 122 before the controlled semiconductor rectifier 120 is driven.

Wenn die lamellierten Sektoren der Läuferscheiben 50 und 52 mit den lamellierten Sektoren der Ständerscheibe 38 eine vollständige Ausfluchtung erreichen, muß der Wicklungsstrom schnell abgeschaltet werden, um die Erzeugung eines negativen Drehmoments zu verhindern. Dies wird erreicht, indem der Zündimpuls für den gesteuerten Halbleitergleichrichter 128 am Ende der Verstärkungsperiode fortgelassen wird.When the laminated sectors of the carriers 50 and 52 achieve complete alignment with the laminated sectors of the stator washer 38, the winding current must be turned off quickly to prevent the generation of negative torque. This is achieved by omitting the ignition pulse for the controlled semiconductor rectifier 128 at the end of the amplification period.

Wenn der Kondensator 122 seine volle Spannung erreicht, schaltet der gesteuerte Halbleitergleichrichter 120 von selbst ab, und der Kondensator entlädt sich über die Diode 124, die Induktivität 134, über die Batterie 90 und Wicklung 20. Wenn die Spannung am Kondensator Null erreicht, wird die Diode 124 umgekehrt vorgespannt, um eine Kreisresonanz zu verhindern.When the capacitor 122 reaches its full voltage, the controlled semiconductor rectifier 120 switches itself off and the capacitor discharges through the diode 124, the inductance 134, through the battery 90 and winding 20. When the voltage on the capacitor reaches zero, the Diode 124 reverse biased to prevent circular resonance.

Bei hohen Motordrehzahlen werden der Freilaufstrom und die Verstärkung fortgelassen. Eine Stromschwingung, die während der Ladung und Entladung des Kondensators erzeugt wird, fließt in der Wicklung, wenn die lamellierten Sektoren der Läuferscheiben 50 und 52 sich von der beginnenden Ausfluchtung mit den lamellierten Sektoren 43 des Ständers 38 in eine volle Ausfluchtung zu drehen beginnen.At high engine speeds, the freewheeling current and the gain are omitted. A current oscillation generated during the charging and discharging of the capacitor flows in the winding, when the laminated sectors of the carriers 50 and 52 are from starting alignment with the Laminated sectors 43 of stand 38 begin to rotate into full alignment.

Ersetzt man die Diode 124 durch den gesteuerten Halbleitergleichrichter 126. so wird ein merklicher Anstieg der maximalen Motordrehzahl erzielt Der gesteuerte Halbleitergleichrichter 120 wird zu Beginn einer Periode der zunehmenden Ausfluchtung angesteuert. Der Kondensator 122 lädt sich auf. wenn die Ausfluchtung zunimmt und beendet die Aufladung bei maximaler Motordrehzahl wenn eine vollkommene Ausfluchtung erreicht ist Die Induktivität 134 und die Induktivität der Wicklung 20 laden den Kondensator auf einen Wert auf, der größer als die Batteriespannung ist Die Induktivität 134 ist gewöhnlich ausreichend, um eine Spannung am Kondensator 122 zu erreichea die etwa der zweifachen Batteriespannung 90 entspricht.If the diode 124 is replaced by the controlled semiconductor rectifier 126 , a noticeable increase in the maximum motor speed is achieved. The controlled semiconductor rectifier 120 is activated at the beginning of a period of increasing alignment. The capacitor 122 charges up. when the alignment increases and terminates the charging at the maximum engine speed when a perfect alignment is reached, the inductor 134 and the inductance of the winding 20 charging the capacitor to a value which is greater than the battery voltage, the inductance 134 is usually sufficient to apply a voltage to be achieved at the capacitor 122 , which corresponds approximately to twice the battery voltage 90.

Die Ladung auf dem Kondensator 122 wird so lange gehalten, bis die nächste Periode der zunehmenden Ausfluchtung beginnt, wobei zu diesem Zeitpunkt der gesteuerte Halbleitergleichrichter 126 angesteuert wird. Der Kondensator 122 entlädt sich über den gesteuerten Halbleitergleichrichter 126, die Induktivität 134, die Batterie 90 und die Wicklung 20. und der Strom in der Wicklung 20 erzeugt ein Motordretimoment. Der Vorgang wird durch Aufladung des Kondensators 122 zu Beginn der nächsten Periode der zunehmenden Ausfluchtung fortgesetzt. Bei geringen Motordrehzahlen wird der Steuerelektrode des gesteuerten Halbleitergleichrichters 126 ein Impuls zugeführt, wenn der Kondensator 122 seinen vollen Ladungszustand erreicht hat, so daß die Arbeitsweise des Schaltkreises derjenigen des Schaltkreises ähnlich ist, der die Diode 124 enthält. The charge on capacitor 122 is held until the next period of increasing alignment begins, at which point the controlled semiconductor rectifier 126 is driven. The capacitor 122 discharges through the controlled semiconductor rectifier 126, the inductor 134, the battery 90 and the winding 20 and the current in the winding 20 produces a motor retardation. The process continues by charging capacitor 122 at the beginning of the next period of increasing alignment. At low engine speeds, a pulse is applied to the control electrode of the controlled semiconductor rectifier 126 when the capacitor 122 has reached its full state of charge, so that the operation of the circuit is similar to that of the circuit containing the diode 124.

Der gesteuerte Halbleitergleichrichter 126 kann auch dazu verwendet werden, die Motorleistung zu steigern. Am Ende einer Kondensatorladeperiode wird der gesteuerte Halbleitergleichrichter 126 gesperrt gehalten, anstatt angesteuert zu werden, um den Kondensator 122 in die Batterie zurückzuentladen. Die Kondensatorladung wird auf die mit einem Punkt versehene Platte gebracht, indem der gesteuerte Halbleitergleichrichter 130 angesteuert wird. Wenn der gesteuerte Halbleitergleichrichter 120 zu Beginn der nächsten Periode angesteuert wird, ist die der Wicklung 20 zugeführte Spannung gleich der Summe der Ladung des Kondensators 122 und der Batteriespannung. Die Motorausgangsleistung wird durch einen größeren Strom in der Wicklung 20 erhöht. Ein ähnlicher Vorgang kann erreicht werden, indem die Kondensatorladung am Ende einer jeden Periode umgekehrt wird. Wendet man die Maßnahmen auf einige Motorperioden an. so wird an der Wicklung 20 eine Spannung erzeugt, die angenähert 4-bis 6mal größer als die Batteriespannung ist. wodurch sich demzufolge ein größerer Stromimpuls ergibt.The controlled semiconductor rectifier 126 can also be used to boost motor performance. At the end of a capacitor charging period, the controlled semiconductor rectifier 126 is kept blocked instead of being controlled in order to discharge the capacitor 122 back into the battery. The capacitor charge is brought to the plate provided with a point by the controlled semiconductor rectifier 130 being activated. When the controlled semiconductor rectifier 120 is driven at the beginning of the next period, the voltage supplied to the winding 20 is equal to the sum of the charge on the capacitor 122 and the battery voltage. The motor output is increased by having a larger current in the winding 20. A similar process can be achieved by reversing the capacitor charge at the end of each period. Applying the measures to some engine periods. in this way, a voltage is generated on winding 20 which is approximately 4 to 6 times greater than the battery voltage. which consequently results in a larger current pulse.

Eine Bremsung des Motors wird erreicht, indem der gesteuerte Halbleitergleichrichter 120 angesteuert wird, wenn die lamellierten Sektoren des Läufers sich aus der Ausfluchtung mit den lamellierten Sektoren des Ständers bewegen. Wird der gesteuerte Halbleitergleichrichter 120 so angesteuert daß der durch die Wicklung 20 erzeugte Magnetfluß die lamellierten Sektoren des Läufers in die Ausfluchtung aus der entgegengesetzten Richtung herzieht, wird ein umgekehrte! Motoranlauf erzielt.The motor is braked by activating the controlled semiconductor rectifier 120 when the runner's laminated sectors become out of alignment with the laminated sectors of the Move the stand. If the controlled semiconductor rectifier 120 is controlled so that the through the Winding 20 generated magnetic flux the laminated sectors of the rotor into alignment from the opposite Direction moves, becomes the opposite! Motor start achieved.

Auf diese Weise wird gemäß vorliegender Erfindung eine Anordnung geschaffen, die eine minimale Anzah von Bauelementen aufweist Die Anordnung läßt be geringen Drehzahlen einen Motorfreilaufstrom zu, s< daß ein wirkungsvoller Stromwellenverlauf erreich wird, und erreicht einen guten Wirkungsgrad bei gro Ben Drehzahlen, indem der Reihenkondensator wäh rend der Schwingungsperioden geladen und entladet wird.In this way, according to the present invention, an arrangement is created which has a minimum number of components The arrangement allows a motor freewheeling current at low speeds, s < that an effective current waveform can be achieved and achieves a good degree of efficiency at high speeds by using the series capacitor rend of the oscillation periods is charged and discharged.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 509540/K For this purpose 3 sheets of drawings 509540 / K

Claims

Patent claims:

ϊ. Arrangement for speed control of a reluctance motor with one or more windings connected in series to each winding Capacitor and one from a control unit depending on the rotational position of the Motor rotor controllable switches can be switched to a direct current source, characterized in that that an induction coil (134) is arranged in series with the direct current source (90) that a first controllable semiconductor rectifier (120) is used as a controllable switch is, to which a diode (124) or a second controllable Semiconductor rectifier (126) is antiparallel that a third controllable semiconductor rectifier (128) is connected in parallel to each winding (20) of the motor that a fourth controllable semiconductor rectifier (130) with an induction coil (132) connected in series in parallel with the capacitor (122) and that the control unit (70) all controllable semiconductor rectifiers as a function signals given by him for the speed and torque ignites.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the controllable semiconductor rectifier (120.126.128.130) Thyristors are.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that of the control device (70) at low speeds during a period of increasing reluctance of the winding first controllable semiconductor rectifier (120) is ignited. that at maximum current in the associated Winding (20) of the third controllable semiconductor rectifier (128) is ignited that after the capacitor discharge the second controllable semiconductor rectifier (126), if present, ignited is that at a certain minimum value of the current again the first controllable semiconductor rectifier (120) is ignited and that shortly before reaching the maximum reluctance only the second controllable semiconductor rectifier (126) is ignited.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control device (70) at high speeds during a period of increasing reluctance initially the first controllable Semiconductor rectifier (120) is ignited. that then the fourth controllable semiconductor rectifier (130) is ignited and that in the next period of increasing reluctance the first again controllable semiconductor rectifier is ignited.