DE2135324B2 - Steuereinrichtung für einen Einphasen-Wechse Istrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen in beiden Drehrichtungen durch einen Wechselstromsteller zu betreibenden Einphasen-Wechselstrommotor mit zwei gesonderten Ständerwicklungen und Betriebskondensator, wobei jeder Ständerwicklung zwei antiparallcle steuerbare Halbleitergleichrichter zugeordnet sind. Solche Motoren sind in Form von Asynchronmotoren vielfach für Stellantriebe benutzt. Um eine genaue und schnelle Verstellung in der einen oder anderen Richtung zu erhalten, ist ein schneller Anlauf und eine schneite Abbremsung notwendig. Die Abbremsung erfolgt hierbei durch zusätzliche mechanische Bremsvorrichtungen. Die ge forderte hohe Schalthäufigkeit und Einschaltdauer wird von der Erwärmung der Motoren begrenz;, so daß sich insbesondere Motoren mit hohem Läuferwiderstand und kleinem Anlaufstrom anbieten, bei denen z. B. über 1000 Schaltungen pro Stunde bei einer Einschaltdauer von 20% und einer Gesamtschwungmasse von 120% der Motoreigenschwungmasse erreicht werden.

Die mechanischen Bremsvorrichtungen sind dabei einer starken Abnutzung unterworfen. Außerdem ist die notwendige Justierung und Wartung solcher Bremsvor richtungen aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Einphasen-Wechselstrommotoren allgemein und bei Stellmotoren insbesondere eine zuverlässige Bremsung ohne mechanische Bremsvorrichtung zu erreichen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die steuerbaren Halbleitergleichrichter in Zündabhängigkeit von einer Steuerschaltung gebracht sind, die von Eingangssignalen für jede Drehrichtung einzeln gesetzte Speicher aufweist, die in verzögerte Rückstellabhängigkeit von einem netzgeführten Signalformer bei Fortfall der Eingangssignale gebracht sind und die bei der Rückstellung eine monostabile Kippstufe zur Abgabe eines Bremssignals steuern, das sowohl in der Zwischenzeit auftretende Eingangssignale unterdrückt als auch zwei gleichsinnig angeordnete steuerbare Halbleitergleichrichter des Stellers während der Rückkippzeit sperrt und gleichzeitig die beiden anderen steuerbaren Halbleitergleichrichter zur Gleichstrombremsung des Motors zündet.

Wenn das zum Betrieb des Motors dienen ie Eins-Signal am Eingang der Steuerschaltung weggenommen wird, erhalten beide Ständerwicklungen gleichzeitig pulsierenden Gleichstrom. Dadurch wird der Bremsvorgang unabhängig von der vorherigen Drehrichtung, so daß nur eine Steuerschaltung für das Abbremsen aus beiden Drehrichtungen benötigt wird, und es wird mit Sicherheit ein unerwünschter Anlauf nach Stillstand vermieden, da das gleiche Potential an beiden Wicklungseingängen das Entstehen eines Drehfeldes verhindert. Wenn die bei der Bremsung entstehenden Verluste zu einer unzulässigen Erwärmung des Motors führen können, ist gemäß einer

weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Phasenanichnittsteuerung der den Bremsgleichstrom führenden Halbwellen vorgesehen. Dabei kann entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen die Bremszeit durch die Zahl der Bremsgleichstrom führenden Halbwellen fest eingestellt werden und durch die Phasenanschnittsteuerung der Effektivwert des Bremsgleichstromes. 4 h. die zulässige Bremsenergie, gewählt werden, so daß bei zulässiger Erwärmung die bestmögliche Brenswirkung eintritt Bezogen auf die Phasenlage der Netzspannung ist für die Weitergabe des Ausschaltsi-•nals an die Leistungsstufe ein definierter Zeitpunkt festgelegt, der die Polarität der letzten Halbwelle des treibenden Motorstrcmes bestimmt und eine konstante leitliche Verknüpfung zwischen dem Ausschalten des Motors und dem Bremsbeginn ergibt.

Weitere Einzelheiten sind nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit anschnittgesteuertem Bremsstrom näher erläutert.

Zum Betrieb eines Motors in der einen oder anderen Drehrichuing werden gemcß F i g. 1 dem einen oder anderen Eingang £1, £2 einer Steuerschaltung SS Eins Signale zugeführt, die über den zugeordneten Ausgang Al oder Al auf den Eingang Fl bzw. £'2 einer Leistungsstufe Z-S gelangen und ausgangsseitig (All, All, A21, A22) dem Steller Sie eines Einphasen-Wechselstrommotors M zugeführt werden.

Somit ermöglicht die Steuerschaltung SS in Verbindung mit der die Zündimpulse liefernden Leistungsstufe LSden Betriebeines Wechselstrominduktionsmotors M mit zwei Ständerwicklungen Wl, Wl. die an ihren einen Enden bei 3 mit dem Leiter Mp und mit ihren anderen Enden bei 1 bzw. 2 über je zwei antiparallele steuerbare Halbleitergleichrichter (Thyristoren) p\, pl bzw. pi, p4 des Stellers Sie mit der Phase R verbunden sind. Die Wicklungsenden 1 und 2 sind über einen Betriebskondensator C und einen Vorwiderstand r miteinander gekoppelt. Die Thyristorpaare pl.p2 ermöglichen dabei den Betrieb in der einen Drehrichtung und die Thyristorpaare pi. p4 in der anderen Drehrichtung.

Zur unabhängig von der jeweiligen Drehrichtung erfolgenden Gleichstrombremsung des Motors M

erden zwei in gleicher Durchlaßrichtung angeordnete Thyristoren — je einer für eine Stämkrwicklung — synchron anschnittgesteuert und die beiden anderen Thyristoren durch Bremssignale an den Sperraus- und -eingängen AS, £S. A12, A22 während des Bremsens gesperrt. Beide Ständerwicklungen erhalten somit einen pulsierenden Bremsgleichstrom, wobei die Zahl der anschnittgesteuerten Halbwellen, d. h. der Bremsstrom führenden Halbwellen, einstellbar ist und die Bremsenergie durch Beeinflussung des Effektivwertes des Bremsstromes verändert werden kann.

Die Steuerschaltung SS weist nach F1 g. 2 zwei Signaleingänge £1, £2 und zwei Signalausgänge Al, A2 auf. von denen die mit gleichen Indizes zusammengehören für die eine bzw. andere Drehrichtung. In nicht weiter dargestellter Weise können Sieb- und Schwellwertglieder zur Unterdrückung kurzzeitiger Störungen und zur Erhöhung der statischen Störsicherheit zugeordnet sein.

Jeder Signaleingang £1. £2 ist über je ein Und-Gatter Ul, U2 und den Setzkreis je einer als Speicher dienenden bistabilen Kippstufe BKl, BKl auf den einen Eingang je eines Oder-Gatters 01, 02 geführt, deren Ausgänge Al, A2 die Ausgänge der Steuerschaltung sind. Der Löschkreis jeder Kippstufe SKI, BKl ist jeweils mit dem Ausgang eines Und-Gatters Ui bzw. ΙΆ verbunden, von denen jedes einen mit Punkt bezeichneten Nein-Eingang hat, der mit dem Ausgang des Und-Gatters L/l bzw. Ul verbunden ist. Die beiden anderen Eingänge der Und-Gatter Ui, IM sind miteinander und mit dem Ausgang eines ersten Verzögerungsgliedes VZl verbundea Die Nein-Eingänge der Und-Gatter Ul. Ul sind miteinander und mit einem Sperrausgang AS der Steuerschaltung SS verbunden.

Ein von der den Motor M speisenden Netzphase R synchronisierter Signalformer SF in Gestalt eines Rechteckgenerators wandelt die Netzwechselspannung U( F i g. 4a) in eine Rechteckimpulsfolge (Fig. 4b) um. die einerseits dem Eingang des ersten Verzögerungsgliedes VZl unmittelbar und über ein Umkehrglied dem Eingang eines zweiten Verzögerungsgliedes VZ2 zugeführt wird. Der Ausgang des zweiten Verzögerungsgliedes VZl ist mit dem einen Eingang eines Und-Gatters U5 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Sperrausgang AS und dem Ausgang einer die Bremszeit bestimmten monostabilen Kippstufe MK in Verbindung steht. Der Ausgang des Und-Gatters L5 ist mit je einem zweiten Eingang der Oder-Gatter 01, 02 verbunden. Die Ausgänge der Speicher BKl. BKl sind über je ein Umkehrglied Gl, Gi mit den beiden Eingängen eines Oder-Gatters 03 verbunden, dessen Ausgang auf den Eingang der monostabilen Kippstufe MK geführt ist.

Im Ruhezustand der Steuerschaltung SS führen die Eingänge £1, £2 und die Ausgänge Al, A2 Nullsignal. Wenn der Motor M in der einen Drehrichtung durch Zuführung eines Eins-Signals, z. B. zum Eingang £1 betrieben wird, wird die bistabile Kippstufe BKl gesetzt, so daß am Ausgang Al des Oder-Gatters 01 ebenfalls ein Eins-Signal erscheint. Wenn das Eins-Signa! am Eingang £1 zur Einleitung der Motorbremsung zum Zeitpunkt M ( F i g. 4a) unterbrochen wird, so kann das nun anstehende Null-Signal wegen des Und-Gatters 1/3 nur zusammen mit dem Rückstellimpuls des Ver/ögerungsgliedes VZl ( Fig.4c) den Speicher BKl zum Zeitpunkt fl ( F i g. 4a) löschen, d. h. zurückstellen Der zurückgestellte Speicher BACl bewirkt über das Umkehrglied Gl und das Oder-Gatter 03 eine Betätigung der monostabilen Kippstufe MK, so daß während deren einstellbarer Rückkippzeit ( F i g. 4e, Bremszeit tür), ein Eins-Signal am Kippstufen-Ausgang auftritt, das die beiden Eingänge £1, £2 gegen etwaige Eins-Signale während des Bremsvorganges verriegelt, über den Sperrausgang AS die zur Bremsung nicht benötigten Thyristoren des Stellers Ste sperrt und zusammen mit den die Phasenanschnittsteuerung bewirkenden Ausgangssignalen des zweiten Ver/ögerungsgliedes VZl (Fig.4d) über das Und-Gatter <5 Steuerimpulse zur Anschnittsteuerung der die Bremsung herbeiführenden Thyristoren des Stellers über die beiden Oder Gatter 01,02 gleichzeitig auf die Ausgänge Al, A2 gibt. Die Ausgangssignale des Verzögerungsgliedes VZl (Fig. 4d) können mit ihren ansteigenden Flanken zeitverschoben werden. Eine Zeitverschiebung ist auch bei den ansteigenden Flanken der Rückstellsignale des Zeitverzögerungsgliedes ZVl ( F i g. 4c) möglich.

Die beiden Zeitverzögerungsglieder VZl, VZ2 sind gesteuert vom netzsynchronisierten Signalformer SF, der die sinusförmige Netzspannung (Fig.4a) in eine gleichfrequente Rechteckspannung (Fig.4b) umwandelt, wobei die positive Halbwelle einem Eins-Signal

jnd die negative Halbwelle einem Null-Signal entspricht. Das Zeitverzögerungsglied VZl verzögert den Übergang von Null- auf Eins-Signal (Fig. 4c). d. h. den Beginn des Rückstellsignals für den jeweils gesetzten Speicher, der gelöscht wird und dabei die monostabile Kippstufe MK kippt. Somit wird der Motor M mit dem Ende der phasenverschobenen positiven Stromhalbwelle J abgeschaltet. Die Zeit zwischen dem Beginn des Null-Signals am Eingang £1 bis zum Löschen des Speichers BKX beträgt maximal die Differenz aus der Periodendauer und der Dauer des Rückstellsignals. Aus der durch das Umkehrglied GI gewonnenen »umgekehrten« Rechteckspannung werden über das Verzögerungsglied VZZ, das ebenfalls den Übergang von Nullauf Eins-Signal verzögert, die Impulse für die Phasenan-Schnittsteuerung beim Bremsen des Motors in der obengenannten Weise gewonnen. Mit der Verzögerung wird die Impulsbreite und damit der Effektivwert des Bremsstromes (Gleichstrom) verändert.

Die an einem oder beiden (Bremssteuerung) Ausgängen Ai, A2 auftretenden Eins-Signale werden gemäß Fig.3 den Eingängen £*1, £*2 der Leistungsstufe LS des Stellers Sie zugeführt und bewirken das Starten eines oder beider Taktgeber 71, 72 (Rechteckgeneratoren), der oder die über Verstärker VIl bzw. V21 und potentialtrennende, störsignalabhaltende Übertrager L/11 bzw. L/21 Zündimpulse den Ausgängen AW bzw. ,422 mit nachgeordneten Übertragern Ü12 bzw. Ü22 Zündimpulse den Ausgängen /412 bzw. Λ22 zuführt. Die zweiten Verstärker V12, V22 haben jeweils einen zusätzlichen, mit dem Sperrausgang AS verbundenen Sperreingang ES. der bei Auftreten eines Sperrsignals über die Ausgänge /412, Λ22 die zugeordneten Thyristoren p2, p4 während des Bremsvorganges sperrt, so daß die eine Halbwelle der Netzspannung ausgeblendet ist. Die beiden anderen Thyristoren pi, pi erhalten gleichzeitig die anschnittgesteuerten Bremszündimpulse von den Ausgängen Ai 1 und 421 der Leistungsstufe. Bei normalem Betrieb des Motors erhalten, dagegen je nach Drehrichtung entweder die Thyristoren pi, pi oder pi, pA Zündimpulse.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für einen in beiden Drehrichtungen durch einen Wechselstromsteller zu betrei- !»enden Einphasen-Wechselstrommotor mit zwei gesonderten Ständerwicklungen und Betriebskondensator, wobei jeder Ständerwicklung zwei antiparallele steuerbare Halbleitergleichrichter zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet. 4aß die steuerbaren Halbleitergleichrichter (pi. p2, jj3, pi) in Zündabhängigkeit von einer Steuerschaltung (SS) gebracht sind, die von Eingangssignalen (E!, £2) für jede Drehrichtung einzeln gesetzte Speicher (BKi. BK2) aufweist, die in verzögerte Rückstellabhängigkeit von einem netzgeführten Signalformer (SF) bei Fortfall der Eingangssignale gebracht sind und die bei der Rückstellung eine monostabil Kippstufe (MK) zur Abgabe eines Bremssignals steuern, das sowohl in der Zwischenzeit auftretende Eingangssignale unterdrückt als auch zwei gleichsinnig angeordnete steuerbare Halbleitergleichrichter des Stellers (Ste) während der Rückkippzeit sperrt und gleichzeitig die beiden anderen steuerbaren Halbleitergleichrichter zur Gleichstrombremsung des Motors (M)zündei.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Bremssignal der monostabilen Kippstufe (MK) zusammen mit einem vom umgekehrten Ausgangssignal des Signalformers (SF) verzögert abgeleiteten Anschnitt steuersignal über ein Und-Gatter (Lß) den beiden ungesperrten steuerbaren Halbleitergleichrichtern zugeführt ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2. daJuich gekennzeichnet, daß die Ausgänge (Ai. Al) der Steuerschaltung (SS) mit je einem Taktgeber (71. 72) einer Leistungsstufe (LS) verbunden sind, und daß jeder Taktgeber über einen ersten Verstärker (VIl. V21) mit nachgeordnetem Übertrager (Uli. Ö21) und einem zweiten Verstärker (V'12. V22) mit nachgeordnetem Übertrager (Ü2i. Ü22) mit den Steuerkreistn jeweils eines steuerbaren Halbleitergleichrichters verbunden sind und daß die zweiten Verstärker vorübergehend in Sperrabhängigkeit vom Bremssignal gebracht sind. ₄j

4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eingang (£1, £2) der Steuerschaltung (SS) über ein Und-Gatter (Ui, Ul) und den Setzkreis einer bistabilen Kippstufe (BKi, BK2) mit einem Eingang eines Oder-Gatters (01, 02) verbunden ist, dessen Ausgang (Ai, /42) mit einem Taktgeber (71. 72) verbunden ist, daß die Nein-Eingänge de^r beiden Und-Gatter (Ui. Ul) miteinander und mit dem Sperrausgang (AS) der Steuerschaltung (SS) sowie dem Ausgang der monostabilen Kippstufe (MK) verbunden sind, die ihrerseits eingangsseitig über ein Oder-Gatter (02) und jeweils ein Umkehrglied (Gl. Gi) mit dem Ausgang eines Speichers (BKi. BK2) gekoppelt ist, daß der Ausgang der monostabilen ^₀ Kippstufe (ΛίΚ,ίaußerdem über die Oder-Gatter (01, 02) an die Ausgänge (Ai, A2) angeschlossen ist und daß die Löschkreise der Speicher (BKi, BK2) über je ein Und-Gatter (LQ. W) einerseits über den Nein-Eingang mit dem Ausgang des eingangssignalabhängigen Und-Gatters (Ui, Ul) und andererseits über den anderen Eingang an ein Rückstellimpulse ■ erzeugendes Verzögerungsglied (VZl) gelegt ist, das

vom Signalformer (SF) gespeist ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Signalformer (SF) über ein Umkebrglied (GI) ein Verzögerungsglied (VZi) speist, das seine Anschnittsteuerimpulse dem einen Eingang eines Und-Gatters (U5) zuführt, dessen zweiter Eingang vom Bremssignal der monostabilen Kippstufe (MK)beaufschlagt ist und dessen Ausgang mit den Ausgängen (Ai. A2) in Verbindung steht.