DE2110027C3

DE2110027C3 - Circuit arrangement for controlling the speed of synchronous motors fed from a DC voltage source via an arrangement equipped with semiconductors

Info

Publication number: DE2110027C3
Application number: DE19712110027
Authority: DE
Inventors: Adolf 7500Karlsruhe; Lieb Erhard Dipl.-Ing. 6729 Jockgrim Hinze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1971-03-03
Publication date: 1976-04-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung der Drehzahl von über eine mit Halbleitern bestückte Anordnung aus einer GleichspannungsqueHe gespeister und im Gleichlauf betriebener Synchronmotoren in Abhängigkeit von einer veränderbaren, von einem Impulsgeber gelieferten Steuerfrequenz.The invention relates to a circuit arrangement for Control of the speed of over one with semiconductors Equipped arrangement from a DC voltage source fed and synchronously operated synchronous motors depending on a variable, from control frequency supplied to a pulse generator.

Derartige, aus der DT-AS 12 69 238, bekannte Schaltungsanordnungen, die einen Wechselrichter enthalten, dienen dazu, einen oder mehrere Synchronmotoren z. B. die Antriebsmotoren von Bild- oder Magnetfilmlaufwerken, im Gleichlauf mit der Steuerfrequenz hochzufahren und wieder abzubremsen. Der Impulsgeber liefert dabei eine Spannung mit steigender oder im Falle de» Abbremsens fallender Frequenz. Er kann ein rein elektronischer Oszillator oder auch ein mechanischelektrischer Impulsgeber sein, z. B. eine von einem kleinen Motor angetriebene Blende, die sich zwischen einer Lichtquelle und einem Fotowiderstand oder Fotoelement bewegt. Häufig sind solche mechanisch-elek- trische Impulsgeber an einen Motor gekoppelt, der ein Laufwerk oder ein anderes. Gerät antreibt Weitere Motoren werden dann mit einer Spannung gespeist, deren Frequenz proportional zu der vom Impulsgeber abgegebenen Steuerfrequenz ist. Damit werden die weite- ren Motoren dem ersten Motor, an dem der Impulsgeber gekoppelt ist, synchron nachgeführt.Such circuit arrangements known from DT-AS 12 69 238, which contain an inverter, serve to one or more synchronous motors z. B. the drive motors of video or magnetic film drives, to ramp up in synchronism with the control frequency and to decelerate again. The pulse generator supplies a voltage with increasing or, in the case of braking, decreasing frequency. He can get in be an electronic oscillator or a mechanical-electrical pulse generator, e.g. B. a diaphragm driven by a small motor, which is located between a light source and a photo resistor or photo element moves. Such mechanical-electrical tric pulse generator coupled to a motor, one drive or another. Device drives others Motors are then fed with a voltage whose frequency is proportional to the control frequency output by the pulse generator. This means that the Ren motors synchronously tracked the first motor to which the pulse generator is coupled.

Der Wechselrichter, der die Gleichspannung in die Wechselspannung, mit der die Motoren angesteuert werden, umsetzt, ist häufig mit gesteuerten Halbleiter- 6$ gleichrichtern ausgerüstet. Dem Vorteil des kontaktlosen Schaltens und des günstigen Wirkungsgrades dieser Bauelemente steht der Nachteil der geringen ÜberlastThe inverter that converts the direct voltage into the alternating voltage with which the motors are controlled be implemented, is often controlled with semiconductor $ 6 rectifiers equipped. The advantage of contactless switching and the favorable efficiency of this Components has the disadvantage of low overload

barkeit gegenüber..availability towards ..

In derartigen Anlagen sollen häufig die Moioren mit erhöhter Drehzahl betrieben werden, wobei sie eine erhöhte Leistung aufnehmen. Beispielsweise ist es bei der Synchronisierung von Tonfilmen erwünscht, den BiId- und den oder die Tonträger möglichst rasch umspulen zu können, ohne daß die Synchronisation verlorengeht Während ein Maschinenumformer in gewissem Maße überlastbar ist, ist dies bei elektronischen Umformern nicht möglich. Bei Überlastung laufen die angeschlossenen Motoren nicht mehr miteinander synchron.The moioren should often be included in such systems be operated at increased speed, where they absorb increased power. For example, it is with the Synchronization of sound films desired, rewind the image and the sound carrier (s) as quickly as possible to be able to do so without losing synchronization While a machine converter to a certain extent is overloadable, this is not possible with electronic converters. In the event of an overload, the connected motors no longer run synchronously with each other.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Anordnung so auszugestalten, daß die angeschlossenen Motoren stets mit der größtmöglichen Drehzahl betrieben werden können, ohne daß der zulässige Strom der Schaltungsanordnung überschritten wird.The present invention has for its object to design the arrangement mentioned above so that the connected motors always with the can be operated at the highest possible speed without the permissible current of the circuit arrangement being exceeded.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von dem Gedanken ausgegangen, daß die erforderliehe Leistungsaufnahme von Synchronmotoren mit steigender Drehzahl wächst und daß daher zur Vermeidung der Überlastung der Stromversorgungsschaltung die Drehzahl begrenztTo solve this problem, it is assumed that the required power consumption of synchronous motors increases with increasing speed and that the speed is therefore limited to avoid overloading the power supply circuit werden muß.must become.

Demgemäß wird die oben geschilderte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Impulsgeber in Abhängigkeit von der Leistung der gespeisten Motoren derart regelbar ist daß die von ihm gelieferte Steuerfrequenz auf einen Wert begrenzt ist, bei dem ein maximaler an die Motoren abgegebener Strom nicht überschritten istAccordingly, the object described above is achieved according to the invention in that the pulse generator in Depending on the power of the fed motors, it can be regulated in such a way that the control frequency it delivers is limited to a value at which a maximum current delivered to the motors is not exceeded

Von den verschiedenen Möglichkeiten eines Überlastungsschutzes wurde somit eine gewählt, bei der unmittelbar die Steuerfrequenz beeinflußt wird. Damit gewinnt man den Vorteil, daß die angeschlossenen Motoren synchron und mit der höchstmöglichen Drehzahl iauien, ohne daß die Schaltungsanordnung beschädigt wird.Of the various options for overload protection, one was chosen in which the control frequency is directly influenced. This gives you the advantage that the connected motors are synchronized and at the highest possible speed iauien without damaging the circuit arrangement.

Zweckmäßig wird die von den Motoren aufgenommene Leistung durch Messen des der mit Halbleitern bestückten Anordnung zugeführten Stromes gemessen. Aus dieser Messung wird eine Regelspannung gebildet, welche die vom Impulsgeber abgegebene Frequenz begrenzt.The power consumed by the motors is expedient by measuring that with semiconductors equipped arrangement measured current supplied. A control voltage is generated from this measurement, which limits the frequency emitted by the pulse generator.

Wie oben ausgeführt, kann der Impulsgeber mit einem Motor gekoppelt sein. In diesem Falle muß die Drehzahl dieses Motors begrenzt werden, etwa durch Begrenzen seiner Speisespannung.As stated above, the pulse generator can be coupled to a motor. In this case the The speed of this motor can be limited, for example by limiting its supply voltage.

An Hand der Zeichnung, in der das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt ist wird diese im folgenden näher beschrieben und erläutertWith reference to the drawing, in which the basic circuit diagram of an embodiment of the invention is shown is this is described and explained in more detail below

Der aus einer GleichspannungsqueHe Q entnommene Strom fließt über einen Meßwiderstand RM zu einem Thyristorschalter Th, der ihn in einen Wechselstrom oder Drehstrom umwandelt und an den Synchronmotoren Ml und Ml angeschlossen sind. Der Schalter Th enthält als Schaltelemente Thyristoren, wie durch ein eingezeichnetes Thyristorsymbol angedeutet ist. Die Thyristoren bilden eine an sich bekannte Mittelpunktoder Brückenschaltung, wie sie z. B. in der deutschen Auslegeschrift 12 69 238 beschrieben ist.The current drawn from a DC voltage source Q flows via a measuring resistor RM to a thyristor switch Th, which converts it into an alternating current or three-phase current and is connected to the synchronous motors Ml and Ml . The switch Th contains thyristors as switching elements, as indicated by a drawn thyristor symbol. The thyristors form a midpoint or bridge circuit known per se, as they are e.g. B. in the German Auslegeschrift 12 69 238 is described.

Der Thyristorschalter Th wird von einem Impulsgeber IG betätigt der nach Zuführen eines Startsignals Impulse steigender Frequenz abgibt Damit ist auch die den Synchronmotoren AfI und Ml zugeführte Spannung von steigender Frequenz, und die beiden Motoren drehen synchron hoch. Oberhalb einer bestimmten Drehzahl bringt der Thyristorschalter 77? die für dieThe thyristor switch Th is actuated by a pulse generator IG which, after a start signal has been supplied, emits pulses of increasing frequency. The voltage supplied to the synchronous motors AfI and Ml is thus also of increasing frequency, and the two motors spin up synchronously. Above a certain speed, the thyristor switch brings 77? the for the

Motoren Wl und Ml erforderliche Leistung nicht mehr auf, so daß diese nicht mehr der vom Impulsgeber IG gelieferten Steuerfrequenz folgen können oder gar der Thyristorschalter beschädigt wird. Um dies zu vermeiden, ist in die Gleichstromieitung des Schalters 77? der Meßwiderstand RM geschaltet, an dem in Abhängigkeit des aufgenommenen Stromes eine Spannung abfällt Diese wird in einem Verstärker V, der zwecks galvanischer Trennung ein Trennverstärker ist, verstärkt und dem Impulsgeber IG als Regelspannung zugeführt. Im Ausführungsbeispiel sei der Impulsgeber IG ein elektronischer Oszillator, bestehend aus einem Kondensator Cl. der über einen von der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 7"2 gebildeten Widerstand aufgeladen wird. Nach Erreichen einer bestimmten Ladespannung des Kondensators Cl wird dieser von einem parallel geschalteten Schaltelement, einem Unijunction-Transistor 71, entladen. Der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 ist ein Kondensator Cl parallel geschaltet, der über einen Spannungsteiler mit den Widerständen Rl, R2, R3 und R4 nach Inbetriebnahme aufgeladen wird, so daß der Transistor 7"2 von einer langsam ansteigenden Spannung angesteuert wird und die Impulsfrequenz mit der Zeit zunimmt. Die Basis des Transistors 72 kann an verschiedene Abgriffe des Spannungsteilers geschaltet werden, so daß der Ladestrom des Kondensators Cl und damit die Frequenz der Ausgangsimpulse verändert werden kann. Die höchste Frequenz wird erreicht, wenn die Steuerspannung zwischen den Widerständen A3 und A4 abgenommen wird Dem zwischen den Widerständen /Q und R4 liegenden Abgriff des Spannungsteilers wird die Ausgangsspannung des Verstärkers V über einen Gleichrichter D, der einen Glättungskondensatcr CS auflädt, und einen Transistor 7"3 zugeführt Damit wird die Steuerspannung des Transistors 7"2 mit der Zunahme der am Meßwiderstand RM abfallenden Spannung erniedrigt, und es wird die Frequenz der Ausgangsimpulse des Impulsgebers IG sowie die Drehzahl der Motoren MX und Ml und damit deren Leistungsaufnahme begrenzt.Motors Wl and Ml no longer have the required power, so that they can no longer follow the control frequency supplied by the pulse generator IG or even the thyristor switch is damaged. To avoid this, the DC line of switch 77? the measuring resistor RM is connected, at which a voltage drops as a function of the absorbed current. This is amplified in an amplifier V, which is an isolating amplifier for the purpose of galvanic isolation, and fed to the pulse generator IG as a control voltage. In the exemplary embodiment, the pulse generator IG is an electronic oscillator consisting of a capacitor C1. which is charged via a resistor formed by the collector-emitter path of a transistor 7 "2. After a certain charging voltage of the capacitor C1 has been reached, it is discharged by a switching element connected in parallel, a unijunction transistor 71. The base-emitter path A capacitor C1 is connected in parallel to the transistor T2, which is charged via a voltage divider with the resistors R1, R2, R3 and R4 after commissioning, so that the transistor 7 "2 is driven by a slowly increasing voltage and the pulse frequency increases over time . The base of the transistor 72 can be connected to different taps of the voltage divider, so that the charging current of the capacitor C1 and thus the frequency of the output pulses can be changed. The highest frequency is achieved when the control voltage is taken between resistors A3 and A4. The voltage divider tap located between resistors / Q and R4 receives the output voltage of amplifier V via a rectifier D, which charges a smoothing capacitor CS , and a transistor 7 "3 supplied" This lowers the control voltage of the transistor 7 "2 as the voltage drop across the measuring resistor RM increases, and the frequency of the output pulses of the pulse generator IG and the speed of the motors MX and Ml and thus their power consumption are limited.

Wird den beiden Motoren MX und Ml ein dritter Motor W3 parallel geschaltet, wie dies in gestrichelten Linien angedeutet ist, so wird schon bei einer niedrigeren Drehzahl der Strom durch den Meßwiderstand RM erreicht, bei dem der Spannungsabfall an diesem und somit die Ausgangsspannung des Verstärkers V eine weitere Verminderung des !nnenwiderstandes des frequenzbestimmenden Transistors und damit eine Erhöhung der Steuerfrequenz für den Schalter 77» verhindert Wird daher der Wechselrichter auf höchste Drehzahl geschaltet, so erreichen diese drei Motoren Wl, W2 und W3 nur eine geringere Drehzahl, als wenn die Motoren Wl und W2 alleine an den Schalter ange-If a third motor W3 is connected in parallel to the two motors MX and Ml , as indicated in dashed lines, the current through the measuring resistor RM is already reached at a lower speed, at which the voltage drop across this and thus the output voltage of the amplifier V a further reduction in the internal resistance of the frequency-determining transistor and thus an increase in the control frequency for the switch 77 is prevented. If the inverter is therefore switched to the highest speed, these three motors W1, W2 and W3 only achieve a lower speed than when the motors W1 and W2 connected to the switch alone

schlossen sind. Die zur Verfügung stehende Ausgangsleistung des Schalters 77j wird immer voll ausgenutzt, indem sich die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters entsprechend der jeweiligen Belastung auf die höchst mögliche Frequenz einregelt. Die angeschlossenen Motoren laufen daher immer synchron.are closed. The available output power of switch 77j is always fully utilized, by increasing the output frequency of the inverter to the highest according to the respective load possible frequency. The connected motors therefore always run synchronously.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung der Drehzahl von über eine mit Halbleitern bestückte An- oirdnung aus einer GleichspannungsqueHe gespeister und im Gleichlauf betriebener Synchronmotoren in Abhängigkeit von einer veränderbaren, von einem Impulsgeber gelieferten Steuerfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß der lmpulsge- ber (IG) in Abhängigkeit von der Leistung der gespeisten Motoren derart regelbar ist, daß die von ihm gelieferte,Steuerfrequenz auf einen Wert begrenzt ist. bei dem ein maximaler an die Motoren abgegebener Strom nicht überschritten ist1. Circuit arrangement for controlling the speed of an arrangement equipped with semiconductors from a DC voltage source and operated synchronous motors as a function of a variable control frequency supplied by a pulse generator, characterized in that the pulse generator (IG) as a function can be regulated by the power of the motors fed in such a way that the control frequency supplied by it is limited to a value. at which a maximum current delivered to the motors is not exceeded

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß dem Impulsgeber (IG) eine dem Strom aus der GleichspannungsqueHe proportionale Spannung als Regelspannung zugeführt ist. ^M 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the pulse generator (IG) is supplied with a voltage proportional to the current from the DC voltage source as a control voltage. ^M.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an einem in die Ausgangsleitung der GleichspannungsqueHe geschalteten Meßwiderstand (RM) auftretende Spannungsabfall als Regelspannung dient ²S3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the voltage drop occurring at a measuring resistor (RM) connected to the output line of the DC voltage source serves as the control voltage ² S

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet daß die Regelspannung der Steuerelektrode eines Transistors (Γ3), dessen Ernitter-Kollektor-Strecke den frequenzbestimmenden Widerstand eines RC-Oszillators bildet in dem Simne zugeführt ist, daß bei zunehmender Regelspannung die Oszillatorfrequenz erniedrigt wird.4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the control voltage the control electrode of a transistor (Γ3), whose emitter-collector path forms the frequency-determining resistance of an RC oscillator in the Simne is supplied that the oscillator frequency is lowered with increasing control voltage.