DE2233188A1

DE2233188A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR A DC SHUNT MOTOR WITH PULSE CONTROL AND REVERSIBLE DIRECTION OF ROTATION

Info

Publication number: DE2233188A1
Application number: DE2233188A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Eckermann; Herbert Franke
Original assignee: Kiepe Bahn Elektrik GmbH
Current assignee: Kiepe Bahn Elektrik GmbH
Priority date: 1972-07-06
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1974-01-24

Description

Schaltungsanordnung für einen Gleichstrom-Nebenschlußmotor mit Impuissteuerung und umkehrbarer Drehrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für einen Gleichstrom-Nebenschlußmotor mit Impuissteuerung und umkehrbarer Drehrichtung, dessen Motoranker in dem Diagonalzweig einer aus vier elektronischen Schaltern gebildeten Brückenschaltung liegt und und bei welcher jedem elektronischen Schalter eine Diode antiparallel geschaltet sein kann0 Es ist bekannt, Gleichstromverbraucher wie beispielsweise Gleichstrommotoren mittels einer Impulssteuerung praktisch verlustfrei anzufahren und abzubremsen, wozu man bei kleineren Leistungen in vorteilhafter Weise Leistungstransistoren verwendet, welche über Treibertransistoren angesteuert werden. Es ist auch bekannt, für Antriebe mit umkehrbarer Drehrichtung Nebenschlußnotoren anzuwenden, deren Motoranker in dem Diagonalzweig einer aus elektronischen Schaltelementen gebildeten Brückenschaltung liegt. Bei einer derartigen Schaltung besteht aber der Nachteil, daß sich. Circuit arrangement for a direct current shunt motor with pulse control and reversible direction of rotation The invention relates to a circuit arrangement for a direct current shunt motor with pulse control and reversible direction of rotation, its motor armature in the diagonal branch one formed from four electronic switches Bridge circuit is and and in which each electronic switch a diode can be connected in antiparallel0 It is known that direct current loads such as To start up DC motors with practically no loss by means of a pulse control and to decelerate, for which purpose power transistors are advantageously used for smaller powers used, which are controlled via driver transistors. It is also known to use for drives with reversible direction of rotation shunt motors, their motor armature in the diagonal branch of a bridge circuit formed from electronic switching elements lies. With such a circuit, however, there is the disadvantage that.

beim Umsteuern der Brücke zwecks Drehrichtungsumkehr infolge der Sperrverzugeladung der Halbleiterelemente ein Kurzschlußstrom über die Leistungstransistoren ausbildet, der zur Zerstörung derselben führt.when reversing the bridge for the purpose of reversing the direction of rotation as a result of the locking delay charge the semiconductor elements generate a short-circuit current through the power transistors, which leads to their destruction.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Nachteil in einfacher Weise zu vermeiden0 Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannungs- und Stromregelung mittels der Impuissteuerung zu ernöglichen und den motor mit einstellbarer Spannung betreiben zu können.The invention has set itself the task of eliminating this disadvantage in a simple Way to avoid0 Another object of the invention is to provide a voltage and To enable current control by means of the impulse control and the motor with adjustable To operate voltage.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwecks Begrenzung des durch die Sperrverzugsladung der Leistungstransistoren beim Umsteuern der Brücke verursachten Kurzschlußstromes Drosselspulen angewendet werden, denen Dioden antiparallel geschaltet sind0 Nach einem weiteren merkmal der Erfindung sind die dem motoranker vorgeschalteten Transistoren impulsweise steuerbar, während die dem Motoranker nachgeschalteten Transistoren je nach Drehrichtung durch ein Dauersignal angesteuert werden, wobei der motorenkerstrom durch Drosselepulen geglättet wird0 Eine Kurzschlußbremsung des Motorankers wird dadurch erzielt, daß die dem Motoranker vorgeschalteten Transistoren gesperrt werden und der andere dem motoranker nachgeschaltete Leistungstransistor ebenfalls durch ein Dauersignal angesteuert wird0 Nach der Erfindung wird eine Gegenstrombremsung des Motorankere durch Sperren der für die eine Drehrichtung und Einschalten der für die andere Drehrichtung wirksamen Transistoren erzielt, wobei mittels der Impulusteuerung der Ankerstrom entsprechend dem vorgegebenen Stromwert bzw. den Drehmoment begrenzt wird. Erfindungsgemäß ermöglichen die im Impulsbetrieb steuerbaren Transistoren unabhängig von der Uersorgungsspannung eine Spannungs-und Drehzahlregelung und zusätzlich Langsa- und Schnellgang des Motorankers.This object is achieved according to the invention in that for the purpose of limitation caused by the reverse charging of the power transistors when reversing the bridge caused short-circuit current reactors are used, which diodes are anti-parallel are switched0 According to a further feature of the invention are the motor armature upstream transistors can be controlled in pulses, while those downstream of the motor armature Transistors are controlled by a continuous signal depending on the direction of rotation, whereby the motor core current is smoothed by choke coils 0 A short-circuit braking of the motor armature is achieved in that the transistors connected upstream of the motor armature are blocked and the other power transistor connected downstream of the motor armature is also controlled by a continuous signal. According to the invention, counter-current braking is used of the motor armature by locking the for one direction of rotation and switching on the for the other direction of rotation effective transistors achieved, by means of the pulse control the armature current is limited according to the specified current value or the torque will. According to the invention, the transistors which can be controlled in pulse mode make it possible voltage and speed control independent of the supply voltage and additionally Slow and fast gear of the motor armature.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Fig. 1.bis 4-einer Zeichnung als Ausführungsbeispiel erläutert werden: mi ist der fflotoranker, dessen zugehörige Nebenschlußerregerwicklung nicht dargestellt ist. Der motoranker liegt in dem Diagonalzweig einer Brückenschaltung und wird je nach verlangter Drehrichtung entweder über die dem ffiotoranker vorgeschalteten Transistoren ti, t2, t3 und den nachgeschalteten Transistor t7 oder über die vorgeschal teten Transistoren t4, t5, t6 und den nachgeschalteten Transistor t8 an die Stromquelle geschaltet. tl bis t6 werden im Impulsbetrieb gesteuert, während t7 und t8 durch ein Dauersignal angesteuert werden.The invention is intended below with reference to FIGS. 1 to 4 of a drawing to be explained as an exemplary embodiment: mi is the fflotoranker, its associated Shunt excitation winding is not shown. The motor anchor is in the diagonal branch a bridge circuit and, depending on the required direction of rotation, is either via the the transistors ti, t2, t3 upstream of the ffiotoranker and the downstream ones Transistor t7 or via the upstream transistors t4, t5, t6 and the downstream Transistor t8 connected to the current source. tl to t6 are controlled in pulse mode, while t7 and t8 are controlled by a continuous signal.

Zudem sind t3 und t6 Leistungstransistoren. 11, 12 und 13, 14 sind Drosselspulen, welche den Leistungstransistoren t3,t6 nachgeschaltet sind0 n1 bis n4 sind Dioden, welche den Leistungstransistoren antiparallel geschaltet sind. Den einzelnen Drosselspulen sind Dioden n5, n6, n7, nB antiparallel geschaltet, wobei n5, n6 mit ihrem Anodenanschluß am Nullpotential liegen. mit r ist ein dem fflotoranker nachgeschalteter Widerstand für Strommessung bezeichnet.In addition, t3 and t6 are power transistors. 11, 12 and 13, 14 are Choke coils, which are connected downstream of the power transistors t3, t6 0 n1 to n4 are diodes which are connected anti-parallel to the power transistors. The individual choke coils are diodes n5, n6, n7, nB connected in anti-parallel, whereby n5, n6 have their anode connection at zero potential. with r a is the fflor anchor downstream resistor for current measurement.

Sofern der Motoranker für die eine Drehrichtung beispielsweise über t3 und t7 gespeist wird und nun durch Kurzschlußbremsung bis zum Stillstand abgebremst werden soll, wird t3 gesperrt und ein Dauersignal auf t8 gegeben, demzufolge sich ein Kurzschlußstrom über den motoranker ml, t8, n3 zurück zum motoranker bildet. Für die andere Drehrichtung (t6 und t8 leitend) wird, wenn auf Kurzschlußbremsung übergegangen werden soll, t6 gesperrt und t7 durch ein Dauersignal angesteuert, demzufolge sich ein Kurzschlußstrom über den Motoranker m3, t7, n4 zurück zum fflotoranker bildet, Die Drosselspulen 11, 13 dienen dazu, den durch die Sperrverzugs ladung der Leistungstransistoren t3, t6 im Augenblick des Umsteuerns der Brücke verursachten Kurzschlußstrom zu begrenzen, während nach dem Umsteuern der Brücke zwecks Gegenstrombremsung der Strom des motorankers durch die impulsweise betriebene Transistorschaltung begrenzt wird. Dabei schaffen die im Impulsbetrieb gesteuerten Transistoren die möglichkeit, den Strom entsprechend einem vorgegebenen Stromwert bzw. Drehmomentwert zu begrenzen, was beispielsweise dadurch erzielt werden kann, daß der Strom gemessen und mit einem einstellbaren Sollwert verglichen wird Zudem kann man mittels der im Impulsbetrieb gesteuerten Transistoren eine Spannungs- bzw.If the motor armature for one direction of rotation, for example, over t3 and t7 is fed and now braked by short-circuit braking to a standstill is to be, t3 is blocked and a continuous signal is given to t8, accordingly a short-circuit current forms via the motor armature ml, t8, n3 back to the motor armature. For the other direction of rotation (t6 and t8 conductive), if on short-circuit braking should be passed over, t6 blocked and t7 triggered by a continuous signal, consequently, a short-circuit current flows through the motor armature m3, t7, n4 back to the fflotoranker forms, The choke coils 11, 13 are used to delay the locking delay charge of the power transistors t3, t6 at the moment of reversing the bridge to limit the short-circuit current caused while after reversing the bridge for the purpose of countercurrent braking, the current of the motor armature through the pulsed Transistor circuit is limited. In doing so, those controlled in impulse operation create Transistors allow the current according to a given current value or to limit the torque value, which can be achieved, for example, by that the current is measured and compared with an adjustable setpoint you can use the transistors controlled in pulse mode to set a voltage or

Drehzahlregelung des Motors unabhängig von der Versorgungsspannung erzielen und durch eine entsprechende Beeinflussung der Impulssteuerung bewirken, daß der motor im Langsam- und Schnellgang betrieben werden kann.Speed control of the motor independent of the supply voltage achieve and effect by influencing the impulse control accordingly, that the motor can be operated in slow and overdrive.

Die Drosselspulen 12, 14 dienen zur Glättung des MotorankerstromesO Es sei angenommen, daß t7 mit einem Dauersignal beaufschlagt wird, während tl, t2, t3 impulsweise gesteuert werden In der Phase, in der der obere rechte Brückenzweig eingeschaltet wird, baut sich ein motorankerstrom über t2, t3, 11, 12, Motoranker ml und t7 auf0 Dieser Strom wird hauptsächlich durch die Induktivität von 12 bestimmt, Wäre keine Induktivität im Stromkreis vorhanden, so würde der Strom auf einen Wert ansteigen, welcher praktisch nur durch den ohmschen Widerstand des Stromkreises begrenzt würde.The choke coils 12, 14 serve to smooth the motor armature current O It is assumed that a continuous signal is applied to t7, while tl, t2, t3 are controlled in pulses In the phase in which the upper right bridge branch is switched on, a motor armature current builds up via t2, t3, 11, 12, motor armature ml and t7 auf0 This current is mainly determined by the inductance of 12, If there were no inductance in the circuit, the current would be at a value increase, which is practically only due to the ohmic resistance of the circuit would be limited.

Eine zusätzliche Wirkung hat die Induktivität 12> wenn der obere rechte Stromkreis ausgeschaltet wird. Durch den bisher erfolgten Stromfluß in t2, t3 während der Leitphase derselben ist eine magnetische Energie in der Induktivität 12 gespeichert worden, welche in der Sperrphase von t2, t3 einen Strom im Motoranker weiter fliessen läßt. Der Ankerstrom fließt nun von 12 in den motoranker, dann über t7, Widerstand r und von diesem über die Diode n5 zur Induktivität 12 zurück. Bei Fehlen von 12 würde der Strom im totoranker in der Sperrphase von t2, t3 zu null werden und in Form sines Rechtecks verlaufen, was unerwünscht ist. Denn der Rechteckverlauf würde eine Grundwelle und eine Anzahl höherer Frequenzen mit erheblichen Asplituden enthalten, welche den Motoranker durch Wirbelströme zusätzlich erwärmen.The inductance 12> if the upper one has an additional effect right circuit is turned off. Due to the current flow in t2 that has taken place so far, t3 during the conduction phase of the same is a magnetic energy in the inductance 12 has been stored, which in the blocking phase of t2, t3 a current in the motor armature continues to flow. The armature current now flows from 12 into the motor armature, then over t7, resistor r and from this back to inductance 12 via diode n5. at If there is no 12, the current in the totoranker would be zero in the blocking phase from t2, t3 and run in the shape of its rectangle, which is undesirable. Because the rectangle would have a fundamental wave and a number of higher frequencies with considerable amplitudes which additionally heat the motor armature through eddy currents.

Bei einer Brückenschaltung entsprechend der Fig, 1 muß der Tatsache Rechnung getragen werden, daß die Transistoren t2, t3, t8 einerseits und die Transistären t5, t6, t7 anderseits nicht gleichzeitig leitend sein dürfen, weil andernfalls die Stromquelle einen Kurzechlußstrom über die Halbleiterelemente treiben würde. Die Gefahr des gleichzeitigen Leitens von zwei Gruppen von Halbleiterelementen ist dadurch bedingt, daß diese eine kleinere Zeit benötigen, um von dem nichtleitenden in den leitenden Zustand überzugehen als umgekehrt, was durch die Sperrverzugsladung Qe verursacht wirdo Die Wirkungsweise der entsprechend der Erfindung angewendeten Drooselspulen 11, 12 zur Begrenzung des die Halbleiterelemente beim Umsteuern der Brücke durchfließenden Kurzschlußstromes soll nachstehend unter Einbeziehung der Dioden n3, n4, n5, n6 anhand der Fig. 2 bis 4 beschrieben werden: Figo 2 zeigt den Vorgang beim Umsteuern der Brücke zwecks Gegenstrombremsung und Richtungsumkehr0 Wenn der linke obere Brückenzweig eingeschaltet ist (t6, t8 leitend) und die Brücke mit dem Motoranker mi in die andere Drehrichtung umgesteuert werden soll, müssen t6, t8 gesperrt und sodann t3, t7 angesteuert werden0 Infolge der dann vorhandenen Speicherladung von t6 bzwo t8 und der dann einschaltenden t3 bzw. t? kann ein Kurzschlußstrom über t6, t7 und t3, t8 fließen, welcher durch die Drosselspulen 13, 11 verhindert wird0 Fig. 3 bezieht sich ebenfalls auf die Wirkung der Drosselspulen 11, 13 beim Umsteuern der Brücke, jedoch unter Einbeziehung der für die Kurzschlußbremsung oder Drehrichtungsumkehr des Motorankers erforderlichen Dioden n3, n4. Es sei angenommen, der linke obere Brückenzweig sei eingeschaltet und daher t6, t8 leitend.In a bridge circuit according to FIG. 1, the fact It must be taken into account that the transistors t2, t3, t8 on the one hand and the transistors t5, t6, t7, on the other hand, may not be conductive at the same time, because otherwise the Current source would drive a short-circuit current across the semiconductor elements. the As a result, there is a risk of two groups of semiconductor elements being conducted at the same time This means that they need a shorter time to move from the non-conductive to the to pass the conductive state than vice versa, which is caused by the blocking delay charge Qe o The mode of operation of the droosel coils used according to the invention 11, 12 to limit the flow through the semiconductor elements when reversing the bridge Short-circuit current shall below with the inclusion of the diodes n3, n4, n5, n6 with reference to FIG. 2 to 4 are described: Figo 2 shows the process when reversing the bridge for the purpose Countercurrent braking and reversal of direction 0 When the upper left bridge branch is switched on is (t6, t8 conductive) and the bridge with the motor armature mi in the other direction of rotation is to be reversed, t6, t8 must be blocked and then t3, t7 must be activated0 As a result of the then existing storage tank charge from t6 or t8 and the then switching on t3 or t? a short-circuit current can flow through t6, t7 and t3, t8, which through the choke coils 13, 11 is prevented0 Fig. 3 also refers to the Effect of the choke coils 11, 13 when reversing the bridge, but with the inclusion the one required for short-circuit braking or reversing the direction of rotation of the motor armature Diodes n3, n4. It is assumed that the upper left branch of the bridge is switched on and therefore t6, t8 conductive.

Zwecks Einleitung einer Kurzschlußbremsung wird t6 gesperrt und gleichzeitig t7 leitend gemacht, während t8 leitend bleibt0 Demzufolge fließt ein Kurzschlußstrom von mi über t7, n4 nach m10 Wenn nun innerhalb der Kurzschlußbremsung die Gegenstrombremsung angefordert wird, muß t3 und t7 leitend sein0 Da t3 leitend ist und t8 gesperrt wird, kommutiert der fließende Kurzschlußstrom von n4 nach t30 Durch die Sperrverzugsladung von n4 bildet sich ein Rückwärtsstrom über n4 aus, dessen Anstieg und Amplitude durch die Induktivität von 11 begrenzt wird0 Für die andere Drehrichtung verhindert die Drosselspule 13 in gleicher Weise das Entstehen eines Kurzschlußstroaes über t6, n30 In Fig, 4 wird eine weitere Wirkung der Drosselepulen 11, 13 erläutert0 Zu diesem Zweck werden die Glättungsdrosseln 12, 14 und die Dioden n5, n6 in die Betrachtung mit einbezogen. Wie im vorhergehenden ausgeführt, werden die Transistoren t3 bzw0 t6 zwecks Regelung der Motordrehzahl impulsweise betrieben, wobei zur Glättung des Stromes die Drosselspulen 12, 14 angewendet werden. Es sei angenommen, der rechte obere Brückenzweig sei eingeschaltet0 Dann fließt in der LeiS phase von t3, wobei t7 durch ein Dauersignal angesteuert ist, ein Strom über 12 in den Motoranker ml. In der Sperrphase von t3 läßt die in 12 gespeicherte Energie einen Strom über mi weiterfließen, welcher über t7 und n5 zu 12 zurückfließt0 Unmittelbar hierauf geht t3 wieder in die Leitphase über. Infolge der Sperrverzugsladung von n5 kann sich hierdurch ein Rückwärtsstrom über n5 ausbilden, so daß ein Kurzschlußstrom über t3, n5 entstehen kann, dessen Anstieg und Amplitude durch die Induktivität von 11 begrenzt wird0 In gleicher Weise verhindert für die andere Drehrichtung die Drosselspule 13 das Entstehen eines Kurzschlußstromes über t6, n60To initiate short-circuit braking, t6 is blocked and at the same time t7 made conductive while t8 remains conductive0 As a result, a short-circuit current flows from mi via t7, n4 to m10 If the countercurrent braking is now within the short-circuit braking is requested, t3 and t7 must be conductive0 Since t3 is conductive and t8 is blocked the flowing short-circuit current commutates from n4 to t30 due to the reverse delay charge from n4 a reverse current forms via n4, its rise and amplitude limited by the inductance of 11 0 prevented for the other direction of rotation the choke coil 13 in the same way over the emergence of a Kurzschlussstroaes t6, n30 In Fig. 4 a further effect of the choke coils 11, 13 explained0 For this purpose the smoothing chokes 12, 14 and the diodes n5, n6 included in the consideration. As stated above, the transistors t3 or t6 operated in pulses for the purpose of regulating the engine speed, the inductors 12, 14 being used to smooth the current. Be it Assume that the upper right branch of the bridge is switched on0 Then flows in the LeiS phase from t3, where t7 is controlled by a continuous signal, a current through 12 in the motor armature ml. In the blocking phase of t3, the energy stored in 12 leaves a current continues to flow via mi, which flows back to 12 via t7 and n50 Immediately t3 then goes back to the lead phase. As a result of the blocking delay loading of As a result, n5 can form a reverse current through n5, so that a short-circuit current can arise via t3, n5, its rise and amplitude due to the inductance is limited by 11 0 In the same way, the Choke coil 13 the creation of a short-circuit current across t6, n60

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for a direct current shunt motor with pulse control and reversible direction of rotation, its motor armature in the diagonal branch a bridge circuit formed from four electronic switches is included which a diode can be connected in anti-parallel to each electronic switch, characterized in that to limit the current by the blocking delay charge of the power transistors (t3, t6, t7, tB) and diodes (n3, n4, n5, n6) when reversing the short-circuit current caused by the bridge, reactors (11, 13) are used, which diodes (n7, n8) or resistors are connected in anti-parallel.

2. Circuit arrangement for a direct current shunt motor according to Claim 1, characterized in that the transistors connected upstream of the motor armature (tal, t2, t3 or t4, t5, t6) are controlled in pulses and that of the motor armature downstream power transistors (t7, tB) depending on the direction of rotation by a continuous signal can be controlled, the motor armature current through throttle coils (12, 14) in connection with diodes (n5, n6) is smoothed0 3. Circuit arrangement for a direct current shunt motor according to claim 1 and 2, characterized in that for the purpose of short-circuit braking the the transistors (tal, t2, t3 or t4, t5 t6) blocked and the power transistors (t8 or t7) are controlled by a continuous signal, consequently the motor armature depending on the direction of rotation via the power transistor (t8) and the diode (n3) or decelerated via the power transistor (t7) and the diode (n4) wird0 4o circuit arrangement for a direct current shunt motor according to claim 1 and 2, characterized in that a countercurrent braking of the motor armature Block the transistors (tl, t2, t3, t7) and effective for one direction of rotation Switching on the transistors effective for the other direction of rotation (t4, t5, t8, t8) can be achieved0 5. Circuit arrangement for a direct current shunt motor according to claims 1 to 4, characterized in that the motor armature has a resistance (r) is connected downstream, the voltage drop of which enables a current measurement.

6. Circuit arrangement for a direct current shunt gate according to claim 1 to 3 and 5, characterized in that in the case of countercurrent braking, the pulsed controlled transistor circuit limits the user current.

7. Circuit arrangement for a direct current shunt motor according to Claim 1 to 3 and 5 to 6, characterized in that the in the Impulse operation controllable transistors (t1, t2, t3 or t4, t5, t6) with countercurrent braking limit the armature current according to the specified current value or torque, Circuit arrangement for a direct current shunt motor according to Claims 1 to 3 and 5 to 7, characterized in that the transistors which can be controlled in pulse mode enable voltage or speed control regardless of the supply voltage and in addition slow and overdrive of the motor armature by influencing the Pulse control is achievable.

L e r s e i t e