DE2115172C3

DE2115172C3 - Circuit arrangement for feeding an AC motor from a DC voltage source

Info

Publication number: DE2115172C3
Application number: DE19712115172
Authority: DE
Inventors: Antal; Simon Janos; Budapest Tari
Original assignee: Csepeli Szerszamgepgyar, Budapest
Priority date: 1970-04-13
Filing date: 1971-03-29
Publication date: 1977-03-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Speisen eines Wechselstrommotors aus einer Gleich-The invention relates to a circuit arrangement for feeding an AC motor from a DC

spannungsquelle, dessen Phasenwicklungen jeweils aus zwei einander entgegengesetzt gewickelten Spulen bestehen, die an ihrem einen Ende mit einem gemeinsamen Sternpunkt und an ihrem anderen Ende jeweils getrennt voneinander mit je einer kontaktlosenvoltage source, whose phase windings each off two oppositely wound coils exist, which at one end with a common star point and at their other end separated from each other with one contactless each

Schalteinrichtung verbunden sind, und mit einer von Betriebsdaten der Schaltungsanordnung oder des Motors beeinflußten Signalquelle, die ein den Motorstrom steuerndes Führungssignal abgibt Bei einem bekannten Mehrphasen-SynchronmotorSwitching device are connected, and with one of the operating data of the circuit arrangement or the Motor influenced signal source that emits a command signal that controls the motor current In a known multiphase synchronous motor

ao (OE-PS 2 46 270), der aus einer Gleichspannungsquelle gespeist wird, und bei dem die dem bifilar gewickelten Motor entsprechend der Phasendrehung in den Ha'bperiodenzeitpunkten durch Ein- und Ausschalten der Thyristor-Schalter der entsprechenden Wicklungao (OE-PS 2 46 270), which consists of a DC voltage source is fed, and in which the bifilar wound motor according to the phase rotation in the Half-period times by switching the thyristor switch of the corresponding winding on and off

das umlaufende Magnetfeld erzeugt wird, wird die Synchronisierung des Ein- und Ausschaltens der Thyristoren durch einen Steuer-Impulsgenerator bewirkt. Bei dieser Anordnung ist keine Stromregelung und damit auch keine Strombegrenzung vorgesehen, so daß überdimensionierte Thyristorschalter als Endstufen verwendet werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die Phasenströme des Motors infolge des Ein- und Ausschaltens der Halbperioden keine Sinuscharakteristik aul weisen, wodurch die Momentanwerte der Motorströme veränderlich sind. Im Motor entstehen höhere harmonische Schwingungen, die veränderliche Schwingungen im Motor bewirken.
Es ist ferner eine Anordnung zur Speisung eines Drehstrom-Asynchronmotors bekannt (FR-PS 14 08 172, Fig.7), bei der eine Stromregelung durch Pulsbreitenmodulation stattfindet, indem für jede Phasenwicklung ein Zweipunktregler vorgesehen ist. dem sinusförmige Stromsollwerte vorgegeben sind. Die hier verwendeten Phasenwicklunsen sind jedoch nicht geteilt.the rotating magnetic field is generated, the switching on and off of the thyristors is synchronized by a control pulse generator. In this arrangement, no current regulation and therefore no current limitation is provided, so that oversized thyristor switches must be used as output stages. Another disadvantage is that the phase currents of the motor do not have a sinusoidal characteristic as a result of switching the half-cycles on and off, which means that the instantaneous values of the motor currents are variable. In the engine, higher harmonic vibrations arise, which cause variable vibrations in the engine.
An arrangement for feeding a three-phase asynchronous motor is also known (FR-PS 14 08 172, FIG. 7), in which a current control takes place by means of pulse width modulation, in that a two-point controller is provided for each phase winding. for which sinusoidal current setpoints are specified. However, the phase windings used here are not divided.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß ein bestimmter Magnetfluß in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen eingehalten werden kann, die Phasenströme des Motors Sinuscharakteristik aufweisen und letztlich der Wirkungsgrad des Motors vergrößert wird.
Dies wird gemäß einem ersten Lösungsvorschlag erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die von einem Impulsgenerator angesteuerte Signalquelle aus einem Halbwellen-Schieberegister mit nachgeschalteter Entschlüsselungsmatrix einschließlich einem Impedanzwandler besteht, die an ihrem Ausgang um 120° elektrisch gegeneinander versetzt, sinusförmige Halbwellenspannungen abgibt, die dem Zweipunktregler eines jeder Phasenwicklung zugeordneten, breitenmodulierbare Impulse erzeugenden Stromreglerkreises als Sollwerte vorgegeben sind, dem als Istwert der an einem Meßwiderstand erfaßte Motorstrom über ein Verzögerungsglied zugeführt ist, daß der Ausgang jedes Zweipunktreglers über ein Verzögerungsglied mit den ersten Eingängen von zwei Torschaltungen, die dieThe object of the invention is to design a circuit arrangement of the type mentioned in such a way that a certain magnetic flux can be maintained depending on operating conditions, the phase currents of the motor have sinusoidal characteristics and ultimately the efficiency of the motor is increased.
According to a first proposed solution, this is achieved according to the invention in that the signal source controlled by a pulse generator consists of a half-wave shift register with a downstream decoding matrix including an impedance converter, which outputs sinusoidal half-wave voltages at its output, electrically offset from one another by 120 ° Phase winding associated, width modulatable pulses generating current control circuit are specified as setpoints, to which the actual value of the motor current detected at a measuring resistor is fed via a delay element, that the output of each two-point controller via a delay element with the first inputs of two gate circuits, which the

2020th

, :_ewejls nachgeschaltete, aus einem lmpulsinverter tehende kontaktlose Schalteinrichtung steuern, ver^s J₅₁^ _und daß jeder Regelkreis eine von der Bsselungsmatrix ausgesteuerte, bistabile Multivichaltung aufweist, deren Ausgänge mit den en Eingängen der Torschaltungen verbunden sind %Xese abwechselnd ansteuert
iremäß der zweiten Lösung der obigen Aufgabe läßt ifdBe schaltungsanordnung auch so ausbilden, daß die : _Ew ejls downstream, ver ^s J ₅₁ ^ _un d in that each loop comprises a outsorted from the Bsselungsmatrix bistable Multivichaltung whose outputs are connected to the s-input of the gate control of a lmpulsinverter tehende contactless switching device,% Xese alternately drives
In accordance with the second solution to the above problem, ifdBe can also design circuitry so that the

α Impulsgenerator angesteuerte Signalquelle .- -„,en, VoUwellen-Schieberegister mit nachgeschal- ^?rFntschlüsselungsmatrix einschließlich einem Inpe- ^wandler besteht, die an ihrem Ausgang um 120° vtrisch gegeneinander versetzt, sinusförmige Spanien abgibt, deren positive bzw. negative Halbwellen f einen von zwei Zweipunktreglern eines jeder wicklung zugeordneten, breitenmodulierbare , erzeugenden Stromregelkreises als Sollwerte •eeben sind, dem als Istwert der an einem «^«widerstand erfaßte Motorstrom übe,· ein Verzöge- «nesglied zuführbar ist und daß der Ausgang jedes Spunktreglers über ein Verzögerungsglied an den Rnaans einer Torschaltung angeschlossen ist, die die ihr „ "Leschaltete, aus einem lmpulsinverter bestehende, tontaktlose Schalteinrichtung steuert α pulse generator controlled signal source .- - ", en, VoUwellen shift register with downstream decoding matrix including an Inpe- ^ converter, which at its output is offset by 120 degrees from each other, emits sinusoidal Spain, whose positive or negative half-waves f one of two two-point regulators of a width-modulating, generating current control loop assigned to each winding are level as setpoints, to which the motor current detected at a resistor can be fed as an actual value, a delay element can be fed and the output of each level controller can be fed via a delay element is connected to the Rnaans of a gate circuit, which controls the "" switched on, consisting of a pulse inverter, contactless switching device

Der Vorteil der Erfindung besteht dann, daß infolge Her Stromregelung die Impulsinverter nicht überdimenioniert werden müssen, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anordnung verbessert wird. Von der Gleichspan-„.,nff aus läßt sich der sinusförmige Stromverlauf der zu Eier beliebigen Drehzahl gehörenden Frequenz «cherctPllen. wodurch der Motor einen gleichförmigen Lauf prhalt nicht durch Oberwellen zusätzlich erwärmt wird, also einen besseren Wirkungsgrad aufweist.The advantage of the invention is that the pulse inverter is not oversized as a result of Her current regulation must be, whereby the economy of the arrangement is improved. From the Gleichspan - "., Nff The sinusoidal current curve of the frequency belonging to any number of revolutions can be determined from this. so that the motor is kept running smoothly and is not additionally heated by harmonics, thus has a better efficiency.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert In der Zeichnung zeigen:The invention is described below with reference to the Exemplary embodiments illustrated in the drawing are explained in more detail.

Fig 1 Die Anordnung eines Asynchronmotors mit der Impulsbreitenmodulationssteuereinheit der Lei- «tunesimpulsinverter und die schematische Anordnung der die sinusförmigen Halbwellenspannungen erzeu-⁸⁸FWr¹2'eine'andere Ausführungsform der breitenmodulierten Steuereinheit der Leistungsimpulsinverter.Figure 1 shows the arrangement of an asynchronous motor with inverter tunes pulse of the pulse width modulation control unit of the managerial "and the schematic arrangement of the sinusoidal half wave voltages erzeu- ⁸⁸ FWR ¹ 2'eine'andere embodiment of the width-modulated pulse control unit of the power inverter.

Die in Fig 1 gezeigte Anordnung umfaßt die _4S Speisespannungsquelle 1, den Asynchronmotor 2, die für die einzelnen Phasenwicklungspaare des Motors imnulsbreitenmodulierte Spannungen erzeugenden Einheiten 9Λ. 9S, 9Tund die die steuernde Smus-Halbwellenspannung erzeugende Einheit. 5cThe arrangement shown in FIG. 1 comprises the _4S supply voltage source 1, the asynchronous motor 2, the pulse width modulated voltages generating units 9Λ for the individual phase winding pairs of the motor. 9S, 9T and the controlling Smus half-wave voltage generating unit. 5c

Da9R,9S 9 Γ je Phasenwicklungspaar gleich sind, ist nur die Beschreibung der Einheit 9Tnotwtndi_ßj Since 9R, 9S 9 Γ are the same for each phase winding pair, only the description of the unit 9Tnotwtndi _ßj

Vom Punkt 26 aus wird das Ausgangssignal des durch Impedanz oder Gleichspannung gesteuerten 12 zum anderen Eingang des Zweipunktreglers geleitet wird.From point 26, the output signal is controlled by impedance or DC voltage 12 is routed to the other input of the two-position controller.

eine impeuuu«. uun - , _{o w} an impeuuu «. uun -, _ow

Impulsgenerator 25 ar. das Schieberegister 24 und an den digital-analogen Umformer 20 gelegt.Pulse generator 25 ar. the shift register 24 and on the digital-to-analog converter 20 is placed.

Die Signale des Schieberegisters werden zur Entschlüsselungsmatrix 23 geleitet, von deren Ausgang sie an den die Sinus-Halbwellen erzeugenden Impedanzwandler 22 angeschlossen werden, der Impe^anzteiler _(l0 gemäß der Sinusfunktion enthält, wobei die Teiler von einer ODER-Torschaltung zusammengefaßt werden, so daß auf den Leitungen r, s, t um 120° verschobene Sinus-Halbwellensteuerspannungen erscheinen. Die Leitung (wird zu einem der Eingänge eines Zweipunktreglers 16 geleitet, während die dem Strom der Ausgangsimpulsinverter 7, 8 proportionale Spannung von der Meßimpedanz 11 über das VerzögerungsgliedThe signals of the shift register are passed to the decryption matrix 23, from the output of which they are connected to the impedance converter 22 which generates the sine half-waves and contains the impedance divider ₍₁₀ according to the sine function, the divisors being combined by an OR gate circuit so that sine half-wave control voltages appear on the lines r, s, t shifted by 120.degree .. The line (is routed to one of the inputs of a two-point controller 16, while the voltage proportional to the current of the output pulse inverters 7, 8 from the measuring impedance 11 via the delay element

Die breitenmodulierten Ausgangsimpulse des Zweipunktreglers werden über das Verzögerungsglied 12 ζμ den mit den Verstärkern 14, IS zusammengebauten Torschaltungen weitergeleitef. Der Ausgang des Verstärkers 15 ist an den Eingang des Leistungsimpulsinverters 7 und der Ausgang des Verstärkers 14 an den Eingang des Leistungsimpulsinverters 8 angeschlossen. Ein Umlauf des Registers 24 erzeugt Sinus-Halbwellen auf der Leitung L Die Kippschaltung 10 dient zur Weiterleitung von geraden, bzw. ungeraden Halbwellen zu den Impulsinvertern 7, bzw. 8, wobei die Schaltung von dei Entschlüsselungsmatrix 23 über den Eingang l» gesteuert wird. .. ,The width-modulated output pulses of the two-point controller are passed on via the delay element 12 ζμ to the gate circuits assembled with the amplifiers 14, IS. The output of the amplifier 15 is connected to the input of the power pulse inverter 7 and the output of the amplifier 14 is connected to the input of the power pulse inverter 8. One cycle of the register 24 generates sinusoidal half-waves on the line L. The flip-flop circuit 10 is used to forward even or odd half-waves to the pulse inverters 7 and 8, the circuit being controlled by the decryption matrix 23 via the input l ». ..,

Der Motorstrom wird von der Größe der Amplituden der Sinus-Steuerspannung auf den Leitungen r. s, t bestimmt, wobei der Abfall des Motorstroms automatisch einen Anstieg der Klemmspannung des MotorsThe motor current is determined by the magnitude of the amplitudes of the sinusoidal control voltage on lines r. s, t is determined, the drop in motor current automatically increasing the terminal voltage of the motor

hervorruft ... .causes ....

Zur Begrenzung und/oder Regelung des Motorstromes dienen eine Einstelleinheit 21 und der D.gital-Ana-Iog-Umformer20e ,A setting unit 21 and the D.gital-Ana-Iog-Umformer20e serve to limit and / or regulate the motor current ,

Der Steuerungspunkt 17 kann zur Beeinflussung des Ausmaßes der Breitenmodulation, Punkt 19 zur Rückstellung des Systems, Punkt 31 zur Rückste ung der Matrix 23 und zur Durchschaltung der Torschaltung bei Richtungswechsel verwendet werden.The control point 17 can be used to influence the extent of the width modulation, point 19 Resetting the system, point 31 to reset the matrix 23 and to connect the gate circuit used when changing direction.

Die Leitungen 27, 28 erfüllen die für die Leitung 18 beschriebene Aufgabe in bezug auf die Einheiten 9K, 9λ An den Rotor 3 des Motors ist der Digitalsender 4 angeschlossen, an dessen Ausgängen 5,6 die um 90 in ihrer Phase verschobenen Signale für die ,xeeeKrcmkreise abgenommen werden. .The lines 27, 28 fulfill those for the line 18 described task with respect to the units 9K, 9λ The digital transmitter 4 is attached to the rotor 3 of the motor connected, at its outputs 5,6 the 90 in their phase shifted signals for the, xeeeKrcmkreise be removed. .

F i g 2 stellt eine andere Ausführung der in h ι g. ι gezeigten Einheiten 9Ä. 9S, 9Tdar. und zwar für ein Phasen wicklungspaar. ,, ■F i g 2 represents another embodiment of the in h ι g. ι shown units 9A. 9S, 9Tdar. for a Phases winding pair. ,, ■

An den Halbwicklungen T₊ und T- sind unabhängige Breitenmodulationseinheiten angeordnet. Wird diese Anordnung verwendet kann die die gerader.und ungeraden Signale trennende Kippstufe 10 der F xgA fortfallen. Statt des Halbwellen-Schieberegisters 24 wird ein Vollwellen-Schieberegister verwendet und von der Entschlüsselungsmatrix werden die geraden und ungeraden, steuernden Sinus-Halbwellen f+ bzw. tvoneinander getrennt geschaltet D.e ^Ste«^e™"S f/ Halbwicklung T₊ ist proportional der Halbwellen-Steuerspannung t- und dem Strom des Inverters8. De dem Meßwiderstand 73 entnommene Spannung wird vom Integrierglied 82 an den Zweipunktregler 79 gekoppelt wobei das am Ausgang erscheinende breitenmodulierte Signal vom VerzögerungsgliedI 80 und dem mit einem Verstärker zusammengebauten Torsystem an den Eingang des Inverters 8 abgegebenIndependent width modulation units are arranged on the half-windings T ₊ and T-. If this arrangement is used, the trigger stage 10 of the F xgA separating the even and odd signals can be omitted. Instead of the half-wave shift register 24, a full-wave shift register is used as used by the decryption matrix, the even and odd, the controlling sinusoidal half waves f + and t separated switched De ^Ste ^"e ™" S f / half-winding T ₊ is proportional to the half-wave Control voltage t- and the current of inverter 8. The voltage taken from measuring resistor 73 is coupled by integrator 82 to two-position controller 79, the width-modulated signal appearing at the output being delivered to input of inverter 8 by delay element 80 and the gate system assembled with an amplifier

wird ι ■ ι.becomes ι ■ ι.

Die Steuerung der Halbwicklung T+ ist gleich derjenigen der Halbwicklung T-. welche das Smus-Halbwellen-Steuersignal der »^'+.^ punktregier 78. das Integralglied 75. das Verzöge rungsglied 77, die mit einem Verstärker zusammengebaute Torschaltung 76, den Impulsinverter 7 den Meßwiderstand 74 des Impulsinverters in sich schließt Punkt 83 dient zur Beeinflussung der Modulationsstarke oder zur Schließung des Tores.The control of the half-winding T + is the same as that of the half-winding T-. which is the Smus half-wave control signal the "^ '+. ^ Punktregier 78. the integral term 75. the delay element 77 assembled with an amplifier Gate circuit 76, the pulse inverter 7 includes the measuring resistor 74 of the pulse inverter Point 83 is used to influence the modulation strength or to close the gate.

Zum Betrieb der Schaltungsanordnung kann am Punkt 26 (Fig. 1) der Ausgang eines Drehzahlreglers angeschlossen werden. Man kann auch am Punkt 26 eine feste Frequenz vorgeben, welche so gewählt wird, daßTo operate the circuit arrangement, the output of a speed controller can be used at point 26 (FIG. 1) be connected. You can also do a specify a fixed frequency, which is chosen so that

₃o ₃ o

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der Motor das Höchstmoment abgibt; zusätzlich wird am Punkt 17 der Ausgang eines Drehzahlreglers angeschlossen. the engine delivers the maximum torque; In addition, the output of a speed controller is connected to point 17.

Die Schaltungsanordnung kann ganz allgemein auch in Servoregelkreisen eingesetzt werden, z. B. bei Vorschubantrieben. The circuit arrangement can generally also be used in servo control loops, e.g. B. with feed drives.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen For this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for feeding an AC motor from a DC voltage source, the phase winding of which consists of two oppositely wound coils, which are connected at one end to a common star point and at their other end separately from each other with a contactless switching device, and with one Signal source influenced by operating data of the circuit arrangement or of the motor, which emits a command signal controlling the motor current, characterized in that the signal source controlled by a pulse generator (25) consists of a half-wave shift register (24) with a downstream decryption matrix (23) including an impedance converter (22 ), which at its output emits sinusoidal half-wave voltages electrically offset from one another by 120 °, the width-modulatable pulses assigned to the two-position controller (16) of each phase winding (R *, R-, S *, S-. T *, T-) generating current control loop s as setpoints (n. S ₁ , ft ) are specified, to which the actual value of the motor current detected at a measuring resistor (U) is fed via a delay element (12) that the output of each two-point controller (16) via a delay element (13) with the first inputs of two gate circuits (14, 15), which control the contactless switching device consisting of a pulse inverter, connected downstream of them, and that each control circuit (9A, 9S, 97) has a bistable multivibrator circuit (10) controlled by the decryption matrix (23), the outputs of which are connected to the second inputs of the gate circuits (14, 15) and controls these alternately.

2. Circuit arrangement for feeding an AC motor from a DC voltage source, whose phase winding each consist of two oppositely wound coils, which are connected at one end to a common star point and at their other end separately from each other with a contactless circuit device, and with a signal source influenced by operating data of the circuit arrangement or of the motor, which emits a command signal controlling the motor current, characterized in that the signal source controlled by a pulse generator (25) consists of a full-wave shift register (24) with a downstream decryption matrix (23) including an impedance converter ( 22), which at its output emits sinusoidal voltages electrically offset from one another by 120 °, the positive or negative half-waves (t *, t) of which are transmitted to one of two two-point regulators (78, 79) of each phase winding (R ⁺ , R- ; S ⁺ , S-; T +, T-) train ordered current control loop generating width modulable pulses are specified as setpoint values to which the actual value of the motor current detected at a measuring resistor (73, 74) can be fed via a delay element (75, 82), and that the output of each two-point controller (78, 79) via a delay element (77, 80) is connected to the input of a gate circuit (76, 81) which controls the contactless switching device (7, 8) which is connected downstream and consists of a pulse inverter