DE2343760B2 - Anordnung zur Lagesteuerung eines elektromotorisch bewegten Gliedes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist bekannt aus der DE-AS 63 526 und der US-PS 36 33 086. Dabei wird ein Gleichstrommotor verwendet, dessen Ankerstrom geregelt wird. Gleichstrommotoren haben jedoch bekanntlich den großen Nachfeil, daß sie Bürsten und eine Kommutatoranordnung erforderlich machen, wodurch das Motorsystem komplizierter und die nötigen Wartungsarbeiten erhöht werden. Daher ist es wünschenswert. Wechselstrommotoren für diesen Zweck, und insbesondere Induktionsmotoren zu benutzen, so daß die einfachere Bauweise des Wechselstrommotors vorteilhaft angewendet werden kann. Wird ein Induktionsmotor jedoch bei geringeren Geschwindigkeiten als der Nennwertdrehzahl betrieben, so führt der relative hohe Schlupfwert zu einer stärkeren Erwärmung im Motor, was nicht wünschenswert ist Solch eine Erwärmung führt nicht nur zu einer weniger wirksamen Motorbetriebsleistung, sondern kann auch zu einer Beschädigung des Motors führen.

Es ist möglich, zur Verwendung eines Wechselstrommotors in einer Servoschleife dem Μα,ατ eine ίο Wechselspannung mit variabler Frequenz zuzuführen, so daß der Motor bei verschiedenen Geschwindigkeiten mit einem im wesentlichen gleichbleibenden Schlupf arbeitet Ferner ist es auch möglich, daß die Eingangsspannung, die an den Motor angelegt wird, so variiert

is wird, daß die Ausgangsgeschwindigkeit des Motors vor allem eine Funktion der Eingangsspannung ist und daß beide Steuerverfahren miteinander so verbunden werden, daß die Amplitude der Motorspannung und ihre Frequenz gemeinsam durch eine feste Beziehung gesteuert werden. Die bis jetzt dafür entwickelten Mittel waren jedoch nicht ganz erfolgreich. Die Motoren sprachen relativ langsam auf Befehle zur Änderung der Drehzahl- und Drehmomentwerte an, und die verwendeten Vorrichtungen ermöglichten weder einen hohen Grad an Präzision und Genauigkeit bei der Motorsteuerung, noch eine Anpassungsfähigkeit in dem Verhältnis ^wischen Frequenz- und Spannungssteuerung. Eine Schwierigkeit die sich beim Niedrigfrequenzlauf ergibt ist, daß ein relativ langer Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden Zustandsänderungen in den Wicklungen, die das Ständerfeld erzeugen, verstreicht Bei einem dreiphasigen Motor gibt es z. B. nur sechs Zustandsänderungen pro Zyklus, und das Zeitintervall

3s zwischen aufeinanderfolgenden Zustandsänderungen, d. h. We des Rotorzyklus, wird bei niedrigen Läuferfrequenzen ziemlich lang. Außerdem kann der den Luftspalt zwischen Ständer und Läufer überquerende Fluß wertmäßig nur relativ langsam geändert werden, da der Läufer eine hohe Induktanz besitzt Diese gemeinsam mit anderen Schwierigkeiten deuten an, daß die Verwendung eines Induktionsmotors bisher praktisch nicht möglich war, wenn eine genaue Steuerung bei geringen Läuferdrehzahlen erforderlich war.

« Aus der Zeitschrift »Control Engineering«, Vol. 17 (1970, Heft 5, Seiten 66 bis 71), ist eine Anordnung zur Steuerung eines Synchronmotors in einer Servcv-nhleife bekannt Aufgrund der besonderen Verhältnisse bei einem Synchronmotor werden bei dieser bekannten

so Anordnung eine Winkelstellung als Sollwert und die Winkelstellung des Statorfeldes als Istwert verglichen und abhängig vom Vergleichsergebnis direkt die Winkelstellung des Statorfeldes gesteuert da der Rotor unmittelbar dem Statorfeld folgt Eine derartige Steuerung ist für einen Induktionsmotor nicht verwendbar. Ein Synchronmotor hat andererseits u.a. den Nachteil, daß er nur für verhältnismäßig geringe abzugebende Leistungen zur Verfügung steht Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

μ Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ein Induktionsmotor Ober einen großen Bereich von Geschwindigkeiten bis zum Stillstand für eine präzise Lagesteuerung gesteuert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil

f>; des Patentanspruchs I gelöst.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die genaue Steuerung eines Induktionsmotors durch ein flexibles Verhältnis in der Steuerung der Amplitude und

der Frequenz der dem Motor zugeführten Wechselspannung ohne unzulässige ErwSrmung oder Überbelastung des Motors. Zur Erreichung optimaler Bedingungen kann dieses Verhältnis für einen gegebenen Motor empirisch bestimmt werden. Dabei kann die Frequenz der Wechselspannung nur abhängig von der Ist-Drehzahl des Motors eingestellt werden, und zwar auf wenige festgelegte diskrete Werte oder auf einen konstanten Schlupf. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Frequenz abhängig vom geforderten Drehmo- ι ο ment entsprechend dem Ausgangssignal des weiteren unterJagerten Regelkreises einzustellen. Eine zusätzliche Möglichkeit, die Rotationsfrequenz des Ständerfeldes einzustellen, ist bei Verwendung eines polumschaltbaren Motors die Umschaltung des Betriebs auf einen von zwei verschiedenen Pclzahlen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, worin

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer vollständigen Anordnung nach der Erfindung in Verbindung mit einem Dreiphasen-Induktionsmötor zeigt

Fig.2 den die Leistungstransistoren andeutenden Block der F i g. 1 mehr im einzelnen darstellt,

Fig.3 ein teilweise als schematisches Schaltdiagramm dargestelltes funktionelles Blockdiagramm des in Fi g. 1 veranschaulichten Oszillators zeigt,

Fig.4 ein schematisches Schaltdiagramm der in Fig. 1 gezeigten siliziumgesteuerten Gleichrichterauslöserschaltkreise darstellt,

Fig.5a und 5b gemeinsam ein schematisches Schaltdiagramm, das teilweise als funktionelles Blockdiagramm dargestellt ist, worin der Oszillator die Zündwinkel-Steuerung und der Logikverstärker aus F i g. 1 veranschaulicht werden, bilden,

F i g. 6 eine Kurve der beim Betrieb der in F i g. 5a und 5b dargestellten Vorrichtung erzeugten Grippe von Wellenformen darstellt,

Fig.7 eine weitere Kurve der beim Betrieb der in Fig.5a und 5b gezeigten Vorrichtung erzeugten Gruppe von ''Yellenformen darstellt,

Fig.8 eine Kurve der beim Betrieb der in Fig.3 gezeigten Vorrichtung erzeugten Gruppen von Wellen darstellt,

F i g. 9 ein Ablaufschema darstellt, in dem der Betrieb eines erfindungsgemäßen Servosystems unter Verwertdung der ei F i g. 1 gezeigten Vorrichtung veranschaulicht wird,

Fig. 10 eine graphische Darstellung einer in der Vorrichtung nach Fig.9 verwendeten empirischen Beziehung gibt,

F i g. 11 ein Ablaufschema darstellt, in dem der Betrieb eires Servosystem^ unter Einbau der Vorrichtung in F i g. 1 im Schnellgang gezeigt wird,

Fig. 11 eine graphische Darstellung einer in der Vorrichtung nach Fig. U verwendeten empirischen Beziehung gibt,

Fig. 13 ein Ablauf schema darstellt, in dem die Arbeitsweise eines weiteren möglichen erfindungsgemäßen Servo-Systems unter Verwendung der Vorrichtung nach F i g. 1 veranschaulicht wird, eo

Fig. 14 ein logisches Blockdiagramm einer Abänderung im Ablaufschema nach F i g. 13 darstellt,

Fig. 15 eine graphische Darstellung eines Schlupf-Drehmomentkennwertes für einen Induktionsmotor gibt, <,·-,

Fi g. 16 und 17 zwei graphische Kurvendarstellungen eines Verhältnisses zwis hen dem gewünschten Drehmoment und dem Antriebsstrom, welches für das in Fig. 13 dargestellte Ablaufschema benutzt werden kann, zeigen,

Fig, 17 ein Ablaufschema eines weiteren erfindungsgemäßen Servosystems, bei dem ein Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 gemeinsam mit einem Synchronmotor verwendet werden, darstellt,

F i g. 18 eine Veranschaulichung eines zweipoligen Dreiphasenmotors in einem Diagramm darstellt,

Fig. 19 eine graphische Kurvendarstellung der dem Motor nach F i g. 18 zugeführten Wellen zeigt,

F i g. 20 eine graphische Darstellung der Funktion, die sich auf die befohlene Ständerfeldstellung bezieht, zeigt,

Fig.21 eine Liste der Ausgabedaten und Zwischenwörter darstellt, die in dem Ablaufschema nach F i g. 17 Verwendung finden.

In F i g. 1 ist ein Dreiphaseninduktionsmotor 10 in einer diagrammatischen Darstellung, gezeigt, wobei jede der drei Phasen eine getrennte Verbindung mit einer Anzahl von Leistungstransistoren 12 (die als Leistungsschalter fungieren) über eine der Leitungen 14 besitzt Die Leistungstransistoren 12 bestehen aus mehreren Transistorschaltern, die durch ein von einer Gruppe von Leistungstransistortreibern 16 erhaltenes Signal gesteuert werden, um ein von einer Gruppe von gesteuerten Siliziumgleichrichtern (SCR) 18 erhaltenes variables Stromerregersignal mit den Leitungen 14 selektiv zu verbinden. Das von den Leistungstransistortreibern 16 erzeugte Signal besitzt eine regulierbare Frequenz, die zwischen 30 und 100 Hz gesteuert werden kann. Die Frequenz wird durch einen an die Leistungstransistortreiber 16 angeschlossenen Oszillator 20 bestimmt Die vom Oszillator 20 erzeugte Frequenz wird mittels der Software-Vorrichtung 22 entsprechend der von den mit dem Motor 10 in Verbindung stehenden Wandlern abgefühlten Bedingungen geregelt Die Software-Vorrichtung 22 ist digitaler Natur, wobei sie mit einer (nicht dargestellten) numerischen Steuereinheit zusammenarbeitet die Befehlssignale zur Steuerung des Motors 10 erzeugt.

Der von der Gruppe von gesteuerten Siliziumgleichrichtern (SCR) 18 gelieferte Strom wird von einer Dreiphasenstromquelle 24 erhalten, die über einen Transformator 26 mit der Gruppe von SCR 18 verbunden ist Die SCR 18 arbeiten als Dreiphasengleichrichter, wobei der Zündwinkel eines jeden SCR aus der Gruppe 18 durch von einer Anzahl von SCR-Auslöseschaltkreisen 28 erhaltenen geeigneten Signalen geregelt wird. Die SCR-Auslöseschaltkreise 28 sprechen auf die Ausgabedaten eines Logikverstärkers 30 an. Der Verstärker 30 erhält ein von einem Oszillator 32 erzeugtes Signal und ein Signal von einer Zündwinkelsteuervorrichtung 34, um eine bestimmte Spannung über die Auslöseschaltkreise 28 in der Gruppe der SCR zu erzeugen. Die Zündwinkelsteucrvorrichtung 34 wird von der Software-Verrichtung 36 geregelt Die Software-Vorrichtung 36 ist digitaler Natur und arbeitet mit einer (nicht dargestellten) numerischen Steuerung zusammen, die Befehlssignale für die Steuerung*'Ss Motors 10 erzeugt

Ein Motorüberstromschutz 38 ist an die Leistungstransistortreiber 16 angeschlossen, um die Leistungstransistortreiber 16 zu unterbrechen, wenn ein Sensor feststellt, daß eine Stromüberlast im Motor herrscht.

In F i g. 2 wird nun die Anordnung der Leistungstransistoren 12 und Jer Leistun^stransistortreiber 16 veranschaulicht. Die zwei Anschlüsse von der SCR-Gruppe 18 sind durch Anschlußklemmen 40 und 42 dargestellt, an die der positive bzw. negative Stromaus-

gang der SCR 18 angeschlossen ist. Drei Leistungstransistortreiberkreise 16a, 166 und 16c sind an Klemme 40 sowie jeweils an die drei getrennten Klemmen des Induktionsmotors 10 angeschlossen. Desgleichen sind Treiber 16d, 16e und 16A an Klemme 42 und jeweils < individuell über die Leistungstransistoren I2d, I2e und \2fan die drei Klemmen des Motors 10 angeschlossen. Da alle sechs Leistungstransistortreiberschaltkreise identisch sind, reicht die Beschreibung eines einzigen Schaltkreises aus, und in Fig. 2 ist nur der Treiber- ui schaltkreis 16c völlig dargestellt. Außerdem sind alle sechs Leistungstransistorschaltkreise identisch. Daher werden nur der Treiberschaltkreis 16c und der Leistungstransistor 12t? im Detail beschrieben.

Bei einem Transformator 44 ist sein Eingang an eine i^r> Netzspannungsquelle und sein Ausgang an einen Vollwellengleichrichter in Grätzschaltung 46 angeschlossen. Zwei strombegrenzende Widerstände 48 sind an die zwei Ausgänge der Grätzschaltung angelegt, wobei jeder durch einen Kondensator 50 mit der Mittelanzapfung der Sekundärspannung des Transformators 44 verbunden ist. Daher ergeben sich gleiche Spannungen von entgegengesetzter Polarität über den zwei Kondensatoren 50.

Vom Oszillator 20 wird ein Steuersignal an Anschluß- .'"> klemme 52, die über einen Optokoppler mit der Basis des Transistors 56 verbunden ist, abgegeben. Der Optokoppler 54 ist konventioneller Bauart, etwa wie der von Texas Instruments hergestellte TIL 112. Sowohl der Optokoppler 54 als auch der Kollektor des Transistors m> 56 sind an den positiven Kondensator 50 angeschlossen. Der Optokoppler 54 ist ferner direkt geerdet, und sein Ausgang ist mit dem negativen Kondensator über einen Widerstand 58 verbunden. Der Emitter des Transistors 56 ist über einen Spannungsteiler, der die Widerstände π 60 und 62 enthält, geerdet, und die dazwischenliegende Verbindungsstelle ist mit der Basis des Transistors verbunden, wobei der Emitter mit dem negativen Anschluß des Kondensators 50 über einen Widerstand 66 und mit dem positiven Anschluß des Kondensators 50 »n über einen Widerstand 67 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 64 ist außerdem mit der Basis der Leistungstransistoren 68 und 70 verbunden, bei denen alle drei Klemmen in Parallelschaltung angeordnet sind und die gemeinsam den Leistungstransistorschaltkreis ■»■> 12c bilden. Die Kollektoren der Transistoren 68 und 70 ebenso wie der Kollektor des Transistors 64 sind über die Diode 72 mit der Anschlußklemme 40 verbunden, und die Emitter der Transistoren 68 und 70 sind direkt an eine Anschlußklemme des Motors 10 angeschlossen, w Eine Diode 74 ist quer über den aus den Leistungstransistoren 68 und 70 und der Diode 72 bestehenden Schaltkreise verbunden, um eine Leitung für den Stromfluß in umgekehrter Richtung um die Transistoren 68 und 70 zu bilden. Es ist die Aufgabe der Diode 72, den Fluß des Basisstromes zu verhindern, wenn die Transistoren abgeschaltet sind.

Beim Betrieb wird eine Rechteckwelle der Eingangsklemme 52 zugeführt, die nach dem Durchgang durch den Optokoppler 54 abwechselnd den Transistor 56 m> abschaltet und dann wieder sättigt Der Transistor 56 ist als Emitterfolger angeschlossen, und sein Ausgangssignal wird noch weiter durch efnen zweiten in dem Transistor 64 eingebauten Emitterfolger verstärkt, welcher die Leistungstransistoren 68 und 70 treibt Die & Transistoren 56 und 64 arbeiten als Stromverstärker und machen es möglich, daß die Leistungstransistoren 68 und 70 gemäß dem an Klemme 52 angelegten Signal abwechselnd unterbrechen und sättigen. Daher wird die Anschlußklemme 76, an die die Emitter der Leisttingstransistoren 68 und 70 angeschlossen sind, selektiv mit der positiven an Klemme 40 angelegten Spannung verbunden und von ihr getrennt.

Auf die gleiche Weise werden die Leistungstransistorkreise 12a und 126 von Anschlußklemmen 40 aus mit den Anschlußklemmen 78 bzw. 80 des Motors 10 verbunden. Wie im folgenden beschrieben wird, sind die an die Optokoppler der Treiberschaltkreise 16a und 166 angelegten Signale um 120° phasenverschoben untereinander und gegenüber dem an Klemme 52 abgegebenen Signal, so daß eine Dreiphasenverbindung zwischen dem Motor 10 und der positiven Anschlußklemme 40 hergestellt wird. Desgleichen verbinden die Leistungstransistorkreise 12</, 12eund \2fd\e drei Anschlüsse des Motors 10 mit dem negativen Anschluß 42 in einem dreiphasigen Verhältnis. Der an die Emitter der Transistorkreise i2d, 12eund l2Ajnddie Anschlußklemme 42 angeschlossene Widerstand 79 entwickelt bei Anschluß 81 eine dem durch den Motor 10 fließenden Strom proportionale Spannung und wird in Verbindung mit dem Überstromschutzkreis 38, wie im folgenden näher beschrieben wird, verwendet.

Die dem Anschluß 52 zugeführten Steuersignale werden durch in F i g. 3 veranschaulichte Schaltungen erzeugt. F i g. 3 erläutert die Konstruktionsdetails des Oszillators 20, und die Arbeitsweise, in der die Software-Einheit 22 fungiert, um geeignete Steuersigna-Ie für die Antriebsschaltkreise 16 zu erzeugen.

Der Oszillator 20 besteht aus einem astabilen Multivibrator 82, dessen Zuleitung mit dem Schleifer eines Potentiometers 84 verbunden ist. Die Anschlüsse des Potentiometers 84 sind mit einem Anschluß 86 verbunden, an den eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist bzw. geerdet. Das Potentiometer 84 regelt die Frequenz des Multivibrators 82 und ist so eingestellt, daß es eine Frequenz von ca. 29 000 Hz an seinem Ausgang ergibt. Sofern es wünschenswert ist, kann auch eine höhere Frequenz verwendet werden. Eine Leistung 88 stellt die Verbindung von dem Ausgang des Multivibrators 82 zum Eingang eines aus drei Bit bestehenden Binärzählers 90 her. Der Übertraganschluß des Zählers 90 ist an den Eingang eines Vier-Bit-Binärzählers 92 angeschlossen. Gemeinsam bilden die Zähler 90 und 92 einen binären Zähler der achten Ordnung, so daß ein Ausgangsimpuls auf dem Übertraganschluß des Zählers 92 jeweils für 256 an den Eingang des Zählers 90 über Leitung 88 angelegte Impulse erzeugt wird. Daher beträgt die Frequenz der am Ausgang des Zählers 92 erzeugten Impulse ungefähr 113 Hz, vorausgesetzt, daß die Zähler 90 und 92 so arbeiten können, daß sie die Frequenz der an ihren Eingängen angelegten Impulse durch 256 teilen können. Es sind jedoch Mittel vorgesehen zur Steuerung der Teilung, um eine variable Ausgangsfrequenz am Ausgang des Zählers 92 innerhalb des Bereiches von 113 bis zu 29 000 Hz zu erzeugen.

Jeder einzelne der Zähler 90 und 92 besitzt mehrere Eingangsleitungen 96, die mit den Einstelleingängen einer jeden der sieben höchsten Ordnungen der Zähler verbunden sind. Jede Eingangsleitung 96 ist mit einem einzelnen Eingangsanschluß 98 über ein Leistungs-Gatter tOO und einen Optokoppler 102 sowie ihrem entsprechenden Zähler verbunden, so daß der Zustand des auf jeder Leitung 98 vorhandenen Signals vom Zustand der Spannung des damit in Verbindung stehenden Anschlusses 9» abhängt Die ArtschlußkJem-

men 98 stehen mit dem Ausgang eines innerhalb der NC-Vorrichtung angeordneten Speicherregisters in Verbindung, welche eine numerische Größe in der Form einer Binärzahl, die die gewünschte Impulsfrequenz repräsentiert, speichert. Wird daher die niedrigste Frequenz von 113Hz gewünscht, so wird keine der Klemmen 98 erregt, und die Zähler 90 und 92 arbeiten normal, »"'ird eine Frequenz von ca. 600 Hz gewünscht, so werden jedoch für die Binärzahl 208 repräsentative Signale an die Anschlußklemmen 98 angelegt, so daß jeder 48. zugeführte Eingangsimpuls in der Eii.gangsleitung 88 einen Ausgangspuls in Leitung 94, die mit dem Übertraganschluß des Zählers 92 in Verbindung steht, erzeugt. Falls ein Zwischenwert für die Frequenz gewünscht wird, so ist eine Kombination der Anschlußklemmen 98 in benärer Form repräsentativ für eine Zahl zwischen 0 und 208, die dann erregt wird, um einen Übertragimpuls in der Leitung 94 zu erzeugen, nachdem cine UCSiIiIiIiItC /Mi/.aiii VUIi impulsen an i^

tung 88 abgegeben wurden, wodurch die Impulsfolgegeschwindigkeit geregelt wird. Es ist bemerkenswert, daß durch die Verbindung der Leitungen 96 mit den sieben größten Ordnungen der Zähler 90 und 92, die in dem Binärzähler eingestellte binäre Zahl zweimal so groß ist, wie die an den Eingangsklemmen 98 dargestellten binären Zahlen. Wenn z. B. das binäre Zeichen 24 an den Eingangsklemmen 98 aufscheint, so ist die in den Zählern 90 und 92 eingestellte Größe 48.

Die Leitung 94 ist an die T-Eingänge von drei Flip-Flops 104, 106 und 108 angeschlossen. Der D-Eingc.ig des Flip-Flops 104 wird aus einem Ausgang des Flip-Flops 106 abgeleitet. Der D-Eingang des Flip-Flops 106 wird gleichfalls von einem Ausgang des Flip-Flops 108 abgeleitet, und der D-Eingang des Flip-Flops 108 wird von einem Ausgang des Flip-Flops 104 abgeleitet.

Da die Eingänge der drei Flip-Flops 104,106 und 108 mit ihren Ausgängen kreuzverbunden sind, ist nur einer in der Lage, seinen Zustand zu einem bestimmten Zeitpunkt in Abhängigkeit von dem Zustand der anderen zwei zu verändern. Daraus ergibt sich, daß die drei Flip-Flops ihren Zustand in einer zeitlichen Reihenfolge verändern, und daß sie daher an ihren Ausgängen eine dreiphasige Rechteckwelle als Signal mit einer Frequenz, die '/β der Pulsfrequenz in Leitung 94, nämlich von 30 bis 100 Hz, entspricht. Die Teilung durch sechs ergibt sich aus der Tatsache, daß sechs Impulse in Leitung 94 nötig sind, um den Zustand eines jeden der drei Flip-Flops 104, 106 und 108 zweimal zu verändern, damit ein Zyklus vollendet, und damit die drei Flip-Flops in ihren Anfangszustand zurückkehren.

Die Ausgänge der Flip-Flops 104, 108 und 108 sind mit einigen Invertem HO verbundea Die Inverter 110 invertieren jeweils die Ausgangssignale von den drei Flip-Flops. Der Ausgang der Inverter 110 ist jeweils mit eigenen Verzögerungsvorrichtungen 114 verbunden. Die Ausgänge der zu dem Flip-Flop 104 gehörenden Verzögerungseinrichtungen 114 sind über eigene Gatter 115 an eigene Leistungs-Gatter 116, deren Ausgänge mit den Klemmen 52 und 53 in Verbindung stehen, angeschlossen. Der Ausgang des Gatters 115, der zu dem Rücksetz- (bzw. p)-Ausgang des Flip-Flops 104 gehört, ist außerdem mit dem D-Eingang des Flip-Flops 108 verbundea Die Gatter 115 besitzen je einen Eingang, der an eine Klemme 112 angeschlossen ist, weiche ein Signal bereitstellt, welches angibt, daß der durch den Motor 10 fließende Strom nicht zu stark ist Verschwindet dieses Signal, so werden die Gatter 115

gesperrt. Die Anschlußklemme 52 ist an den Optokoppler 54 des Treiberkreises 16c, der in Fig.2 dargestellt ist, angeschlossen. Die Klemme 53, die das gleiche Signal wie Klemme 52, jedoch in invertierter Form enthält, ist an den Optokoppler, der zu dem Antriebskreis \6f gehört, angeschlossen.

Die zu den Flip-Flops 106 und 108 gehörenden Verzögerungsvorrichtungen 114 sind an ein Gatternetzwerk angeschlossen, die ein Invertieren der Phase des Ausgangssignals sofern wünschenswert ermöglichen. Die zwei Verzögerungsvorrichtungen 114, die ?u dem Flip-Flop 106 gehören, sind an den einen Eingang der Gatter 118 bzw. 120 angeschlossen. Die Verzögerungsvorrichtung 114, die zu dem Einstell-(Q-)Ausgang des Flip-Flops 106 gehört, ist außerdem an den D-Eingang des Flip-Flops 104 angeschlossen. Die übrigen Eingänge der Gatter 118 und 120 sind an die Klemme 121 angeschlossen, die erregt wird, sobald die eine

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erregungslosen Zustand verbleibt, wenn die umgekehrte Reihenfolge gewünscht wird. Die Gatter 118 und 120 besitzen eine Verbindung ihrer Ausgänge über die Leistungsgatter 122 und 124 mit den Klemmen 126 bzw. 128. Die Klemme 126 ist an einen Eingang des Flip-Flops 106 und an den Optokoppler des Transistortreiberkreises 16e angeschlossen, während die Klemme 128 an den Eingang des Optokopplers 16c/ angeschlossen ist.

Die Ausgänge der Verzögerungsvorrichtung 114, die zu dem Flip-Flop 106 gehören, sind ebenfalls an eine Klemme der Gatter 130 und 132 angeschlossen. Die Verzögerungsvorrichtung 114, die zu dem Einstell-(bzw. Q-)Ausgang des Flip-Flops 108 gehört, ist wiederum an den D-Eingang des Flip-Flops 106 angeschlossen. Der andere Eingang der Gatter 130 und 132 ist über einen Inverter 134 mit einer Klemme 121 verbunden. Die Gatter 130 und 132 sind an Leistungs-Gatter 135 und 136 angeschlossen, die wiederum an die Klemmen 138 und 140 angeschlossen sind. Die Klemme 138 ist mit dem Eingang des Optokopplers des Treiberkreises 16c/ verbunden, die Klemme 140 hingegen ist direkt mit dem Optokoppler des Treiberkreises 16a verbunden. Wenn daher die Klemme 121 nicht erregt ist, bewirken die Gatter 130 und 132 eine Verbindung der Signale (die sonst dazu verbunden wären, die Treiberkreise 166 und 16e zu steuern), um statt dessen die Kreise 16a und 16c/zu steuern.

Vier zusätzliche Gatter wurden vorgesehen, um den Ausgang des Flip-Flops 108 mit den zwei übrigen Treiberkreisen 16 zu verbinden. Die Gatter 142 und 144 haben jeweils einen Eingang, der mit dem Ausgang der zu Flip-Flop 108 gehörenden Verzögerungsvorrichtungen verbunden ist, während der zweite Eingang mit der Klemme 121 verbunden ist. Ihre Ausgänge sind an die Leistungs-Gatter 135 bzw. 136 angeschlossen, um das Ausgangssignal des Flip-Flops 108 an die Klemmen 138 und 140 weiterzuleiten, wenn die Klemme 121 eregt ist. Die Gatter 146 und 148 haben jeweils einen Eingang, der mit dem Ausgang der zu Flip-Flop 108 gehörenden Verzögerungsvorrichtungen verbunden ist, während der zweite Eingang mit dem Inverter 134 verbunden ist. Ihre Ausgänge sind an die Leistungs-Gatter 122 und 124 angeschlossen, um ein von Flip-Flop 108 erzeugtes Signal an die Klemmen 126 und 128 weiterzuleiten, wenn die Klemme 121 in einem nicht erregten Zustand ist Die Klemme 112 ist so verbunden, daß sie als dritter Eingang für alle Gatter 118,120,130,132,142,144,148 und 146 wirkt, um ihre Betätigung zu unterbinden, wenn

das Fehlen eines Signals an Klemme 112 anzeigt, daß der Motorstrom zu hoch ist.

In Fig.8 werden nun die Ausgänge der drei Flip-Flops 104,106 und 108 veranschaulicht. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, ändert der Ausgang des Flip-Flops 108 als erster seinen Zustand nach einem willkürlichen Zeitpunkt zu Beginn der graphischen Darstellung. 60° später ändert das Flip-Flop 106 seinen Zustand, und 60° später ändert das Flip-Flop 104 seinen Zustand, so daß alle drei Flip-Flops 104,106 und 108 im umgekehrten Zustand als zu Beginn der in Fig.8 dargestellten Kurve sich befinden. Daraufhin kehren die Flip-Flops 108, 106 und 104 in ihren früheren Zustand zurück, da sie jeweils um 60° verschoben geschaltet sind. Der Vorgang wird daraufhin in der gleichen Weise fortgesetzt, um eine dreiphasige Rechteckwelle als Signal zu erzeugen, wobei jeder der drei Flip-Flops invertierte und nicht invertierte Ausgangssignale Widerstände 182 bzw 184 verbunden. Die positive Spannung an Klemme 170 gibt den beiden Transistoren 174 und 180 eine normal leitende Vorspannung. Die Basis des Transistors 174 ist außerdem direkt an die Klemme 186 angeschlossen, so daß ein negativer Impuls bei seinem Auftreten an der Klemme 186 den Transistor 174 sperrt. Desgleichen ist die Basis des Transistors 180 direkt an die Klemme 188 angeschlossen, so daß ein negativer Impuls an der Klemme 188 den Transistor 180 sperrt. Zwei Kondensatoren 190 und 192 befinden sich in Parallelschaltung mit der Primärwicklung der Wicklungen 166 und 168, um Strom von den Transformatorwicklungen zu übernehmen, wenn die Transistoren 174 und 180 gesperrt sind.

Während des Betriebs werden Impulse abwechselnd an die Klemmen 186 und 188 in einem bestimmten Phasenverhältnis zu dem an den Klemmen 150 auftretenden Signal geliefert. Durch die Impulse lösen

ct&cugi. L/aiau3 tat ci3icntiit.il, uau cm neues uicipuasi ges Signal für jede Gruppe von sechs in der Ausgangsleitung 94 des Zählers 92 erzeugten Impulsen eingeführt wird, und daß sich eine Frequenz ergibt, die von den Software-Eingabedaten an den Klemmen 98 abhängt.

Wie Fi g. 4 zeigt, sind die gesteuerten Siliziumgleichrichter-(SCR-)Kreise 18a, ISb und 18c mit ihren betreffenden Transformatoren 26a, 26b und 26c- und ihren Auslösekreisen 28a, 286 und 28c genauer dargestellt.

Die Primärleitungen der Transformatoren 26a, 26b und 26c sind jeweils an die Dreiphasenquelle 24 über die Klemmen 150 angeschlossen. Da die Bauweise der verschiedenen SCR-Kreise und die Transformatoren in allen Fällen identisch sind, soll nur eine Phase genauer im Detail beschrieben werden.

Die Sekundärwicklung des Transformators 26a wurde mit einer Mittelanzapfleitung, die geerdet und über eine Leitung 152 mit der Klemme 42 verbunden ist, versehen. Die Endklemmen der Sekundärwicklung sind jeweils an die Anoden der SCR 154 bzw. 156 angeschlossen, deren Kathoden beide mit einer Leitung 158 verbunden sind, die über eine Drossel 16C zu der Klemme 40 führt, an der die Gleichspannung wie oben beschrieben den Leistungstransistoren 12 zugeführt wird. Das Gatter des SCR 154 ist über einen Widerstand 162 mit der Leitung 158 verbunden, und das Gatter des SCR 156 ist durch Linen Widerstand 164 mit der Leitung 158 verbunden.

Der Widerstand 162 ist über die Sekundärwicklung de:; Transformators 166 verbunden, und der Widerstand 164 ist über die Sekundärwicklung des Transformators 168 verbunden. Die Transformatoren 166 und 168 sind beide Impulstransformatoren und bilden einen Teil des SCR-Auslösekreises 28a, durch den die SCR 154 und 156 zum richtigen Zeitpunkt Torimpulse erhalten. Eine Klemme der Primärwicklung des Transformators 166 stellt eine Verbindung zwischen einer Klemme 170, die an eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist, her, und die gegenüberliegenden Klemme der Primärwicklung des Transformators 166 ist über einen Widerstand 172 an den Kollektor des Transistors 174 angeschlossen, wobei dessen Emitter über eine Diode 176 geerdet ist In gleicher Weise ist eine Klemme der Primärwicklung des Transformators 168 mit einer Klemme 170 verbunden, während die gegenüberliegende Klemme über einen Widerstand 178 an den Kollektor des Transistors 180 angeschlossen ist, wobei dessen Emitter über eine Diode 181 wiederum geerdet ist Die Basis der Transistoren 174 und 180 ist mit der Klemme 170 über die I lliailH CM IIIU UIHJ IWJ Uli*.

UlC ΙΙΙΐμΐΙΙΑΙΙ a

den SCR 154 und 156 aus. woraui die SCR für den restlichen positivlaufenden Halbzyklus seiner Erregerspannung leitend bleibt. Die SCR 154 und 156 werden in abwechselnden Halbzyklen erregt, so daß sie als ein Vollwellengleichrichter wirken, wobei sie an Leitung 158 einen pulsierenden Gleichstrom liefern, der einen von den Zeitpunkten, an denen in jedem Zyklus die Impulse an die Klemmen 186 und 188 abgegeben werden, abhängenden Mittelwert besitzt. Die Drossel 160 bewirkt eine Glättung der der Klemme 40 zugeführten Spannung, und ein zwischen dieser Klemme 40 und der Erdung verbundener Kondensator 194 bewirkt ebenfalls eine Glättung. Eine Diode 196 ist als Verbindung zwischen der Leitung 158 und der Erdung vorgesehen, damit negativer Strom abgeleitet werden kann.

Die zwei anderen mit den Transformatoren 26b und 26c in Verbindung stehenden Auslösekreise 2Sb und 28c werden durch Signale ausgelöst, die um 120° gegenseitig phasenverschoben sind, und die außerdem um 120° gegenüber den an den Klemmen 186 und 188 auftretenden Impulsen phasenverschoben sind. Daher wirken die zwei SCR 154 und 156 und die zwei weiteren SCR-Paare, die ähnlich geschaltet sind, gemeinsam als ein dreiphasiger Vollwellengleichrichter und liefern eine relative glatte Gleichstromspannung an die Klemme 40.

In den F i g. 5a und 5b sind nun der Oszillator 32 (Fig.5a) und der Logikverstärker 30 (Fig.5b) dargestellt. Diese Einheiten erzeugen Impulse, die den Klemmen 186 und 188 aus F ι g. 4 zugeführt werden. Der Oszillator besitzt einen Signalformer, der aus einem, in Serie geschalteten Widerstand 200 und einer Zenerdiode 20Z die quer über die Quelle 203 einer 60-Hz-Netz-Wechselspannung verbunden ist, besteht Der Widerstand 200 und die Zenerdiode 202 veranlassen einen Abfall der der Leitung zu der Zenerdiodenspannung zugeführten Spannung, wodurch die Wellenform rechteckig wird. Daraufhin wird der Ausgang mit der Basis des Transistors 204 verbunden. Der Kollektor des Transistors 204 ist an die positive Klemme einer Gleichstromquelle über eine Klemme 206 angeschlossen, während sein Emitter über einen Widerstand 208 geerdet ist Der Transistor 204 wirkt als ein Stromverstärker, der abwechselnd gesperrt und gesättigt wird über den Eingang, um die Wellenform noch mehr rechteckig zu machen. Eine Diode 210 verbindet die Basis des Transistors mit einem Erdanschluß, um den negativlaufenden Teil der Wellenform auf Erdspannung zu klemmen. Der Emitter des Transistors 204 ist

nacheinander über ein Paar umkehrender Verstärker 212 und 214 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 214 erzeugt eine ßO-Hz-Rechteckwelle. und der Ausgang des Verstärkers 212 erzeugt ein identisches Signal in umgekehrter Phase. i

Der Ausgang des Verstärkers ist an einen Eingang eines Phasendetektors 216 angeschlossen, dessen Ausgang durch ein Tiefpaßfilter geleitet wird, welches aus einem Widerstand 218 und einem Kondensator 220 besteht, und zum Eingang eines spannungsgesteuerten Multivibrators 222, der eine Ausgangsklemme 223 besitzt, weitergeleitet wird. Der Multivibrator 222 ist so ausgelegt, daß er bei einer Frequenz von 15 360Hz arbeiten kann, und die vom Phasendetektor 216 erhaltene Spannung ermöglicht es dem Multivibrator _t.; 222, daß er bei dieser Frequenz arbeitet. Eine erste Zählereinheit 224 ist an den Ausgang des Multivibrators 22?. geschaltet, wobei es ihre Aufgabe ist, die

tragerimpuls in Leitung 226 erzeugt wird bei jedem sechzehnte:,· Impuls, der vom Multivibrator 222 erzeugt wurde. Eine zweite Zählereinheit 228 ist so angeschlossen, daß sie die Impulse auf Leitung 226 erhält und ihre Frequenz nochmals um den Faktor 16 teilt, wodurch ein Impuls in der Ausgangsleitung 230 für jeweils 256 Impulse des Multivibrators 222 erzeugt wird. Die Leitung 230 ist als zweiter Eingang mit dem Detektor 216 verbunden. Der Ausgang des Phasendetektors spricht auf die Phasenuntersrhiede in seinen zwei Eingängen an, und ändert diese soweit es nötig ist, um so die Frequenz und Phase des Multivibrators 222 zu stabilisieren, so daß eine konstante Phasenverschiebung zwischen den zwei Eingängen des Phasendetektors 216 erhalten bleibt. Daher ist das Ausgangssignal des Multivibrators 222 bei 15 360 Hz stabilisiert, und ist im ^ Verhältnis zu dem Ausgang des Vcrsti: kers 214 phasenstarr.

Zwei zusätzliche Schaltkreise 232 und 234 wurden vorgesehen, die dem die oben beschriebenen Teile 200—214 enthaltenden Kreise identisch sind, aber statt 4η dessen mit zwei Phasen 236 und 238 einer 60 Hz starken Netzspannung verbunden sind. Die Quellen 236 und 238 sind gegenseitig um 120° phasenverschoben und außerdem um 120° mit dem von Quelle 204 erzeugten Signal phasenverschoben, so daß die Kreise 232 und 234 4i mit den Ausgängen der Verstärker 212 und 214 eine Quelle für ein dreiphasiges Quadratwellensignal einer Frequenz von 60 Hz bilden. Die drei Phasea sind mit den Buchstaben A, Sund Cbezeichnet. Diese Ausgänge sind in verschiedenen Kombinationen mit einer Serie von sechs Gattern 240-245 (Fig.5) verbunden, die die SCR-Zündwinkelsteuerung 34 bilden. Der Logikverstärker 30, der mit der Steuerung 34 in Verbindung steht, liefert ein Ausgangssignal, das verstärkt wird, um die Impulse an die Klemmen 186 und 188 zu liefern, und außerdem Impulse zu den entsprechenden Klemmen der zwei anderen SCR-Auslösekreise 28 (Fig.4) zu liefern. Die Arbeitsweise des Logikverstärkers 30 wird unter Bezugnahme auf Fig.6, in der eine graphische Darstellung verschiedener entwickelter Wellenform zur ω Erzeugung von Impulsen zur Auslösung der SCR gegeben wird, beschrieben.

In Fig.6 veranschaulicht die Wellenform 246 den Ausgang des Verstärkers 214 und die Wellenform 248 den Ausgang des Verstärkers 212. Die Wellenformen 250 und 252 repräsentieren die umgekehrten und nicht umgekehrten Ausgabesignale des Kreises 232, und die Wellenformen 254 und 256 repräsentieren die umgekehrten und nicht umgekehrten Ausgabesignale des Kreises 234. Diese Ausgabesignale bilden eine dreiphasige Rechteckwelle, wobei jede Phase jeweils um 120° gegenüber den zwei anderen, wie in F i g. 6 zu sehen ist, verschoben ist. Die Wellenform 258 veranschaulicht das Ausgabesignal des Gatters 240 (Fig.5b) und die Wellenform 260 veranschaulicht das Ausgabesignal des Gatters 241. Diese beiden Ausgänge sind als Eingänge für Gatter 262 geschaltet, welches an seinem Ausgang das durch Wellenform 264 dargestellte Signal erzeugt.

Der Ausgang des Gatters 262 ist an den Eingang des Gatters 266 angeschlossen, wobei der andere Eingang an den Ausgang des Multivibrators 222 über die Klemme 223 angeschlossen ist. Die Wellenform 268 erläutert das von dem Multivibrator 222 erzeugte Signal. Der Ausgang des Gatters 266 wird durch die Wellenform 270 dargestellt, die aus dem positivverlaufenden Teil der Wellenform mit einer Modulation durch das !5 36CHz stärke Si™ns! besteht. Die Wellenform 270, die am Ausgang des Gatters 266 auftritt, wird dem Eingang eines aus drei Bit bestehenden Binärzählers 272, dessen Aufgabe es ist, die Pulsfrequenz durch 8 zu teilen, zugeführt. Der Ausgang des Zählers 272 ist mit einem aus vier Bit bestehenden Binärzählers 274 verbunden, der die am Ausgang des Zählers 272 erzeugten Impulse in ihrer Frequenz durch 16 teilt.

Der Ausgang des Gatters 262 ist über eine Leitung 275 mit den Rücksetzeingängen des Zählers 272 und des Zählers 274 verbunden, so daß beide Zähler jedesmal, wenn der Ausgang des Gatters 262 seinen geringeren Wert annimmt, der für die ersten 60° einen jeden Halbzyklus der Phase B andeutet, auf Null rückgesetz; werden. Daher beginnen die Zähler 272 und 274 ihre Zählung der Impulse aus dem Multivibrator 222 bei 60° nach der Einleitung eines jeden Halbzyklus der Phase B, und zählen bis zum Ende dieser Hälfte weiter. Tritt ein Übertrag bei Zähler 274 ein, so wird ein einziger Impuls erzeugt, der einem Impuls des Multivibrators 222 wie in Wellenform 280 dargeste'lt entspricht. Der Moment in jedem Halbzyklus, zu dem der Ausgangsimpuls erzeugt wird, hängt von dem Zustand ab, auf den die Zähler 272 und 274 über die Klemmen 2786 voreingestellt werden. Die Voreinstellung erfolgt in jedem Zyklus wäVend der 60°, in denen keine Zählung stattfindet. Werden die Zähler 272 und 274 auf die binäre Größe 127 eingestellt, so erzeugt der erste Impuls von Gatter 262 einen Übertrag, wodurch der Ausgangsimpuls beim 60° igen Punkt eines jeden Halbzyklus erzeugt wird. Werden die Zähler 272 und 274 auf die binäre Größe 45 voreingestellt, so müssen achtzig dreier Impulse gezählt werden, bevor der Übertragimpuls während eines jeden Haibzykius erzeugt wird, wodurch er kurz vor dem Ende eines jeden Halbzyklus auftritt Dazwischenliegende Ergebnisse werden erreicht, wenn dazwischenlie gende Größen voreingestellt werden in den Zählern 272 und 274, und zwar in der gleichen Weise, wie es in bezug auf die Zähler 90 und 92 (F i g. 3) beschrieben wurde.

Die Wellenform 280 (F i g. 6) stellt das Ausgabesignal des Zählers 274 dar welches in Leitung 276 zur Verfügung steht Es besteht aus einer Reihe von positiv verlaufenden Impulsen mit einer Impulsfolgegeschwindigkeit von 120 Hz, wobei die Impulse jeweils in ihrer Breite einem Puls bei der Frequenz von 15 360Hz gleichen. Die Leitung 276 ist an einen Eingang eines jeden der zwei Gatter 282 und 284 angeschlossen, deren andere Eingänge an die umgekehrten bzw. nicht umgekehrten Phase-ß-Ausgänge des Kreises 232 angeschlossen sind, die ihre Ausgabesignale in den

Wellenformen 252 und 250, respektive, dargestellt haben (Fig.6). Der Ausgang des Gatters 282 ist an einen Eingang des Gatters 286 angeschlossen, welches mit einem anderen Gatter 288 quergeschaltet ist, so daß die Ausgänge eines j xlen der zwei Gatter 286 und 288 an einen Eingang des anderen Gatters angeschlossen sind Der andere Eingang des Gatters 288 ist über eine Leitung 290 mit der Leitung 292 verbunden, die zu einem Ausgang 293 des Kreises 232 führt Daher ist das bei dem Ausgang des Gatters 282 erzeugte Signal eine Reihe von abwechselnden Impulsen der Wellenform 280, und wird durch die Wellenform 294 dargestellt Die aus der Wellenform 280 entfernten Impulse treten auf, wenn die Wellenform 250 relativ negativ ist, wenn das Gatter 282 gehemmt ist

Der die Gatter 286 und 288 enthaltende Kreis wirkt als Flip-Flop, der von den von Gatter 282 abgegebenen Pulsen eingestellt und durch die Hinterkante der Wellenform 250 über die Leitung 290 wiedereingestellt wird. Als Ergebnis davon wird die in Fig.6 gezeigte Wellenform 296 erhalten. Diese Wellenform ist als das BP-Signal gekennzeichnet, welchen Namen es detfialb erhielt weil es die positive Hälfte der B-Phase auslöst Die Vorderkanten der Impulse in der Wellenform 296 fallen alle mit den Impulsen in der Wellenform 294 zusammen, während sich die Kurve in ihrem positiv verlaufenden Teil der ß-Phase befindet, und ihre Hinterkanten fallen mit dem Ende dieses Halbzyklus zusammen, wie Fi g. 7 zeigt Das der Klemme 188 des in F i g. 4 dargestellten Kreises zugeleitete Signal ist dieser Art

Das Gatter 284 ist an einen Eingang eines anderen aus den Gattern 298 und 300 bestehenden Flip-Flops angeschlossen, dessen anderen Eingang an die umgekehrte Phase-ß-Ausgangsleitung 302 des Kreises 232 angeschlossen ist Das Ausgangssignal des Gatters 284 ist der Wellenform 294 ähnlich, besitzt eine Impulsfolgegeschwindigkeit von 60 Hz, abgesehen davon, daß die zur Erlangung der Wellenform 294 entfernten abwechselnden Impulse der Wellenform 280 wieder eingeführt werden und die in der Wellenform 294 vorhandenen Impulse statt dessen entfernt werden. Dadurch leitet das BN-Signal (d.h. das Steuersignal für den negativ verlaufenden Halbzyklus in der Phase B) 180° nach dem BP-Signal seine Tätigkeit ein und dauert bis zum Ende seines Halbzyklus an. Dieses Signal wird der Klemme 186 des in Fig.6 gezeigten Kreises zugeführt Als Ergebnis davon wird der SCR-Auslösekreis erregt durch die an die Klemmen 186 und 188 angelegten Impulse, wobei diese Pulse um ca. 180° (im Verhältnis zu einem 60-Hz-Signal) verschieden sind, und deren Vorderkanten in Abhängigkeit von der Voreinstellung in den Zählern 272 und 274 zu einem bestimmten Zeitpunkt auftreten.

Der Logikverstärker 30 besteht aus zwei zusätzlichen Kreisen für die zwei übrigen Phasen, die dem oben bereits beschriebenen, die Zähler 272 und 274 enthaltenden Kreis identisch sind. Identische Zähler werden für die zwei anderen Phasen vorgesehen und sind auf die gleichen Werte wie die Zähler 272 und 274 während der ersten 60° eines jeden Halbzyklus ihrer entsprechenden Phasen Ober 278c und 278a voreingestellt. Die an ihren Ausgängen erzeugten Signale, die an die Stcuerklemmen der SCR-Auslösekrcise 286 und 28c angeschlossen sind, werden in bezug auf ihre Phasen auf gleiche Weise gebildet. Daher werden die 6 SCR der Kreise 18 alle ungefähr zum gleichen Zeitpunkt im Verhältnis zu ihren betreffenden Phasen gezündet, und

jeder trägt ungefähr die gleiche Spannungsmenge zu der zwischen den Klemmen 40 und 42 vorhandenen Spannung bei. Die Größenordnung dieser Gleichstromspannung ändert sich gemäß der in den verschiedenen Zählern voreingestellten Zahl

Eine weitere Klemme 340 wird in F ί g. 5b dargestellt, wobei diese Klemme 340 über eine Leitung 342 an einen Eingang des Flip-Flops 343, das aus den kreuzverbundenen Gattern 344 und 346 besteht, angeschlossen ist Der andere Eingang zu dem Flip-Flop 343 ist von der Klemme 340 über einen Inverter 346 geschaltet Ein jedes der Gatter 344 und 346 besitzt einen dritten Eingang, der gemeinsam an die Klemme 348 angeschlossen ist, die einen Zeitimpuls abgibt, sobald ein Signal bei Klemme 340 anlagt Daher wird das Flip-Flop 343 in den einen oder anderen seiner Zustände eingestellt je nachdem, ob der Eingang zu Klemme 340 relativ hoch oder niedrig ist und es bleibt bis zum nächsten Zeitimpuls in diesem Zustand. Ein Ausgang des Flip-Flops 343 ist mit einer Gruppe von Polauswählungsrelais 350, die mit dem Motor verbunden sind, verbunden. Die polauswählenden Relais 350 besitzen mit den Motorwickhingen verbundene Kontakte, um den Motor gewöhnlich in einer achtpoligen Drehphasenkonfiguration zu verbinden, doch wenn die Relais 350 durch das Flip-Flop 343 erregt werden, so ändert sich der Motor zu einer vierpoligen Dreiphasenkonfiguration. Die Klemme 340 wird gemäß eines Polauswählbits PS erregt wenn der Betrieb mit dem Schnellgang erwünscht wird, wie im folgenden genauer beschrieben werden wird.

Bezugnehmend auf Fig.9» wird nun ein Ablaufschema für die Arbeitsprozesse eines erfindungsgemäß verwendeten Servosystems näher beschrieben. Ein is Impulsgenerator 450 steht mit der Motorwelle in Verbindung, um Impulse in der Leitung 452 in Obereinstimmung mit der Motordrehzahl zu erzeugen. Die Impulse werden dem Eingang des Zählers 454 zugeführt, der die Impulse sammelt und einen Hinweis auf die jeweilige Lage des mit der MotorweUe verbundenen Antriebes erhält. Der Impulsgenerator 450 soll vorzugsweise eine große Anzahl von Impulsen für jede Umdrehung der Motorwelle durch optische Mittel, zum Beispiel, erzeugen, um eine gute Auflösung bei der Ermittlung der Motorwellenlage zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu ermöglichen. Es wurde festgestellt, daß 1600 Impulse für jede Wellenumdrehung erfolgreich sind, doch kann eine größere Anzahl Von Impulsen pro Umdrehung verwendet werden, falls eine größere so Zerlegung gewünscht wird. Eine andere Möglichkeit ist, daß der Impulsgenerator 450 eine Wellenstellungs-Ver· schlQsselungseinheit enthält, durch die die Stellung der Welle direkt durch Beobachtung der Marken auf einer Anzahl von konzentrischen Kreisen auf einer an die Motorwelle gekuppelten Scheibe abgelesen werden kann, wobei die Marken gemäß des bekannten Gray-Schlüssels verschlüsselt werden.

Der Inhalt des Zahlers 454 wird periodisch überprüft, wobei der Unterschied zwischen den Inhalten des Zahlers an zwei aufeinanderfolgenden Prüfzellen; d. h X 2, der durch das Dia oder den anderen von der Motorwelle getriebenen Mechanismus innerhalb des zwischen zwei aufeinanderfolgenden Überprüfungen zurückgelegten Entfernung entspricht. Die Größe X2 wird an ein Summenregister 458 über Leitung 460 weitergegeben. Die Leitung 460 ebenso wie die anderen Leitungen in F i g. 9 repräsentieren Informationsflußwege und entsprechen nicht notwendigerweise einer

einzigen Leitung in dem Maschinengerät. Das Summenregister 458 erhält als zweiten Eingang die NC-Befehlimpulse {3Γ1) Ober die Eingangsleitung 462, Die Summe der Befehlsimpulse in der Eingangsleitung 462 hängt von der Art des verwendeten NC-Gerätes ab, doch beschreibt es die durchzuführende Bewegung der Motorwelle innerhalb des nächsten Zeitraumes, d.h. innerhalb der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abfragungen des Zählers 454, in allen Fällen. Diese Abfragungen werden vorteilhaft mit einer Geschwindigkeit von ca. 120 pro Sekunde, oder nach je 83 Millisekunden, durchgeführt, wobei eine Reihe von Befehlsimpulsen ebenfalls nach je 83 ms in Leitung 462 abgegeben werden.

Der Ausgang des Summenregisters 458 steht auf einer Ausgangsleitung 464, die mit dem Eingang des Integriergeräts 466 verbunden ist, zur Verfugung. Das Summenregister 458 berechnet den Unterschied zwischen seinen zwei Eingaben und fügt den Unterschied der vorher in dem Integriergerät 466 gespeicherten Summe hinzu. Daher entspricht der Inhalt des Integriergeräts 466 dem Nachfolgefehler, d.h. dem Unterschied zwischen der von dem NC-Programm verlangten Stellung zu einem beliebig gegebenen Zeitpunkt und der tatsächlichen Stellung der Motorwelle, wie sie sich aus dem Signal in Leitung 460 ergibt In einem anderen Sinne kann der Inhalt des Integriergeräts 466 als die Summe der Lagefehler bezeichnet werden, da er die Summe der aneinandergereihten Lagefehler ist, die innerhalb eines jeden 83 ms langen Zeitraumes berechnet werden.

Der Ausgang des (XS) des Integriergeräts 466 ist Ober tifie Leitung 468 mit einer Zähleinrichtung 470, der Ausgang (X6) hingegen wird an Leitung 472 verbunden. Der Zähleinrichtung 470 ist die Aufgabe gestellt, ein Signal zu erzeugen, das dem Nachfolgefehler, der mit einem entsprechenden Faktor multipliziert wurde, entspricht, so daß das Signal in Leitung 472 der gewünschten Geschwindigkeit oder der befohlenen Motorgeschwindigkeit entspricht

Bei dem in Fig.9 gezeigten Beispiel wird der Nachfolgefehler durch 8 dividiert, um den Geschwindigkeitsbefehl zu erhalten. Diese Zahl wird gemäß der gewünschten Leistungskennwerte des Systems ausgewählt

Da» Geschwindigkeitssignal in Leitung 472 ist an einen Eingang des Summenregisters 474 angeschlossen, und ein weiterer Eingang ist von der Leitung 460 Ober die Zähleinrichtung 476 an das Summenregister 474 angeschlossen. Die Zähleinrichtung 476 dient dazu, die durch Xl vertretene Größe mit dem Faktor 2 zu multiplizieren. Der Faktor für die Zähleinrichtung 476 wird gcmäu der gewünschten Leistungskennwerte des Systems ausgewählt Das Summenregister 474 berech' net den Unterschied zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlssignal X6 und dem Ausgang KXl der Zähleinrichtung 476, so daß der in Leitung 478 verfügbare Ausgabewert (XT) des Summenregisters 474 dem zunehmenden Geschwindigkeitsfehler des Systems entspricht.

Der Ausgang X 7 des Summenregisters 474 ist mit der Leitung 478 an den Eingang des Voreilungs-Verzögerungs-Netzes 480 angeschlossen. Es ist die Aufgabe des Voreilungs-Verzögerungs-Netzes 480, daß es eine variable Verstärkung des aus dem Summenregister 474 erhaltenen Signals vornimmt. Eine Zähleinrichtung 482 ist von der Leitung 478 an einen Eingang des Summenregisters 484 geschaltet, und ein Integriergerät 486 ist von der Leitung 478 an einen zweiten Eingang des Summenregisters 484 über einen Begrenzer 485 geschaltet Das Summenregister 484 addiert die Signale in seinen zwei Eingängen, um ein zusammengesetztes Signal an seinem Ausgang zu ermitteln. Die Einheit 486 wirkt wie ein Niederdurchgangsfilter, um die Zunahme des Systems zu erhöhen, wenn das Signal auf Leitung 478 einen sich langsam ändernden Wert darstellt, doch begrenzt der Begrenzer 485 die Zunahme auf ein

to bestimmtes Maximum.

Auf diese Art spricht das System am besten bei niedrigen Frequenzen an, d. h. wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Geschwindigkeitsfehlersignals langsam ist

Der Ausgabewert des Summenregisters 484 geht durch eine Zähleinrichtung 488, die die durch das Signal repräsentierte und vom Summenregister 484 erzeugte Größe durch 8 teilt Die Leitung 490 ist mit einem Eingang eines Summenregisters 492 verbünden, und der

2s zweite Eingang des SunHnenregistei5-492r «si über Leitung 503 mit der Leitung 460 verbunden. Das Signal in Leitung 503 entspricht der tätsächlichen Drehzahl des Motors, und der in Leitung 496_vorhander.e Unterschied entspricht der gewünschten Änderung in der Motor-

drehzahl Ober eine Zähleinheit 498 und dann über einen Begrenzer 491 ist die Leitung 496 an einen Funktionsgenerator 500 angeschlossen, der das den Klemmen 278 des Logikverstärkers 30 zugeführte Signal erzeugt um die Spannungsamplitude in Motor 10 zu steuern.

Dies wird mittels der Berechnung einer Ausgabegröße aufgrund der EingabegröBe gemäß bestimmter mathematischer Beziehungen erreicht

Fig. 10 veranschaulicht eine graphische Kurve der Beziehung zwischen den an die Klemme 278 innerhalb eines jeden Zyklus angelegten Signalen als eine Funktion des Ausgabewertes der Zähleinheit 498. Es sind zwei Kurvenzüge gezeigt: eine für den Betrieb bei 30 Hz, und die zweite bei 60 Hz. Auf diese Weise wird die Amplitude der an den Motor 10 gelieferten

Antriebsspannung gemäß des Ausgabewertes des Summenregistefs 492 in Übereinstimmung mit der von

dem Funktionsgenerator SOO ermittelten Beziehung (Fig. 10) gesteuert

Die Frequenz der Wechselspannung wird durch ein

« Gerät 502 gesteuert, welches die Zähler 90 und 92 (Fig.3) in jedem Zyklus auf die geeigneten Werte einstellt Die Frequenz wird aufgrund des Wertes X 2 ausgewählt, der über Leitung 460 via Leitung 406a an das Gerät 502 geliefert wird. Gibt der Wert von Xl an,

so daß der Motor 10 langsam läuft, so werden 30Hz gewählt während 60Hz gewählt wird, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Motors groß ist

Eine Einheit 504 untersucht das Vorzeichen des am Ausgang der Zähleinheit 498 erzeugten Wertes und

ss erzeugt ein Signal auf Klemme 121 (Fig.3) entsprechend dieser Information, so daß der Motor 10 in der richtigen Richtung erregt wird.

Die in Fig. 10 veranschaulichte Beziehung zur Abänderung der von den SCR 18 ermittelten Spannung

ö> wird empirisch festgestellt, um die beste Motorleistung des Motors 10 in bezug auf die Ansprechwerte, maximale Wirksamkeit und minimale Erwärmung zu erreichen. Die exakten Werte und die genaue Form der Kurven für jede Frequenz hängen von den einzelnen Kennwerten des Motors 10 ab, doch werden die Kurvenformen nach Fig. 10 als nahezu optimal angesehen. Wie in den Kurvenzügen zu sehen ist, ist der Anstieg aller Kurven bei geringen Werten des von der

Zähleinheit 498 an den Funktionsgenerator 500 gelieferten Signals groß, während ein geringerer, positiver Anstieg für höhere Eingangswerte verzeichnet wurde.

In Fig. It wird nun ein Abluftscbsma dargestellt, in dem die Abänderung der in Schema nach Fig.9 gezeigten Arbeitsweise für eine Arbeitsweise mit dem Schnellauf näher erklärt wird Der Impulsgenerator 450 und sein dazugehöriger Zähler 54 und seine Zähleinrichtung 456 sind den in Fig.9 gezeigten identisch, ebenso wie das Summenregister 458 und das Integriergerät 466, das an dessen Ausgang angeschlossen ist Hinter dem Integriergerät 466 wurde jedoch ein anderer Zähler 506 mit seinem Eingang an die vom Ausgang des Integrators 466 herbeigeführte Leitung 468 angeschlossen. Die Zähleinheit 506 dividiert die in Leitung 468 dargestellte Größe X5 durch den Faktor 64 und leitet den Ausgabewert (X9) an die Leitung 508 weiter. Der Wert X9 in der Leitung 508 entspricht der gewünschten Ständerfrequ?nzdes Motors 10;

Die Leitung 508 ist an einen Eingang des Summenregisters 510 angeschlossen, dessen anderer Ausgang Ober die Zähleinrichtung 514 von, der Leitung 460 eine Verbindung mittels Leitung 512 herstellt Die Zähleinrichtung 514 modifiziert die in Leitung 460 vorhandene Größe durch einen solchen Faktor, daß das Signal RTF auf Leitung 512 der Rotorfrequenz entspricht Das Summenregister 510 berechnet den Unterschied zwischen den durch,die Signale in Leitung 508 und 512 repräsentierten Werte, und sein Ausgang ist mit Leitung 513 verbunden Daher entspricht die Bedeutung des Signals auf Leitung 513 dem gewünschten oder als Befehl eingegebenen Mo:orschlUf>f.

Die Leitung 513 ist mitOen Eingang des Begrenzers 516 verbunden, der die Grööt des eingegebenen Schlupfes, welcher durch das in Leitung 512 vorhandene Signal repräsentiert wird, beschränkt, und leitet das begrenzte Signal an die Ausgabeleilung 518 weiter. Die Leitung 518 ist an einen Eingang des Summenregisters 520 angeschlossen, dessen anderer Eingang mit der Leistung 512, welche den Ausgabewert der Zähleinrichtung 514 enthält, verbunden ist So wie das Signal ÄTFin Leitung 512 der Läuferfrequenz entspricht, entspricht das Signal FRQ in der Ausgangsleitung 522 der als Befehl eingegebenen Ständerfrequenz, wobei der Schlupf als Ergebnis der Tätigkeit des Begrenzers 516 begrenzt ist, so daß der Schlupf ungefähr auf jenen Wei t beschränkt wird, der die maximalen Drehmomentswerte ergibt und außerdem die Erwärmung des Motors begrenzt

Die Leitung 522 ist mit dem Eingang eines Funktionsgenerator 524 verbunden, der das den Zählern zur Spannungs- und Frequenzsteuerung des Gerätes nach F i g. 1 zuzuführende Signal bestimmt, damit der Motor 10 mit der geeigneten Kombination vor. Frequenz und Spannung gesteuert wird. Dieses Verhältnis wird in Fig. 11 diagrammatisch mittels einer zwischen der Einheit 5214 und dem Motor 10 verbundenen Leitung 256 dargestellt, die die Steuerung der dem Motor 10 zugeführten Spannung andeutet, und einer sieh vöt der Einheit 524 m dem Mofof fO erstreckenden Leitung 528 dargestellt, die die Steuerung der dem Motor 10 zugeführten Frequenz der Antriebsspannung andeutet. Eine Einheit 530 berechnet das Vorzeichen der Drehrichtung von dem in Leitung 522 aufscheinenden Signal und leitete es über die Leitung 532 an den Motor 10 (über die Klemme 121 dsr F i g. 3) weiter. In der Vorrichtung nach Fig. 11 kann die Frequenz bis auf 90 Hz ansteigen, wenn der Schnellauf als Arbeitsweise ausgewählt wird

Die Frequenz der Antriebsspannung, die von der Einheit 524 ausgewählt wird, wird durch das in Fig. 12 dargestellte Verhältnis veranschaulicht und bestimmt F i g. 12 zeigt eine graphische Kurvendarstellung der den Klemmen 98 (in Fig.3) zugeführten Mengen in Beziehung zu dem FRQ-Signal der Leitung 522. Die spezifische Form des Kurvenzuges ist so angepaßt, daß

ίο der Kreis in F i g. 3 eine Frequenz für die Zufuhr zu dem Motor 10 auswählt, die dem FRQ-Signal proportional ist Falls natürlich ein anderes Verhältnis zwischen dem FRQ-Signal und der dem Ständer zugeführten Frequenz gewünscht wird, kann der Funktionsgenerator 524 entsprechend geändert werden.

In Fig. 13 ist ein Ablaufschema einer abgeänderten Programmreihe, die anstelle der in Verbindung mit den Ablaufschemen der Fig.9 und 11 besprochenen Programme eingesetzt werden können. In der in dem Ablaufschema der Fig. 13 beschriebenen Arbeitsweise wird der Schlupf des Induktionsmotors gesteuert, so daß ein konstanter Schlupfwert beibehalten wird Dadurch wird die Erwärmung Im Motor direkt proportional dem vom Motor entwickelten Drehmoment und als Ergebnis davon wird ein maximales Drehmoment für den Motor und eine obere Grenze für die Wärmeausstrahlung im Motor festgelegt

Das Summenregister 800 ist das gleiche wie das Register 458 aus F i g. 9, und die Eingabeleitung 462 hat die gleiche Bedeutung wie sie in bezug auf Fig.9 beschrieben wurde. Die Größe X 2, die für die Läuferfrequenz charakteristisch ist, wird dem Summenregister 800 über die Leitung 802 zugeführt, während der dem zunehmenden Lagefehler entsprechende Unterschied auf der Ausgabeleitung 80 abgreifbar ist Eine Integriereinheit 806 ist mit der Leitung 804 verbunden und liefert an seine Ausgabeleitung 808 den summierten Lagefehler, oder den Nachfolgefehler, des Systems. Die Leitung 808 ist mit^iner Zähleinheit 810

verbunden, die an ihrer Ausgabeleitung 812 ein dem Geschwindigkeitsbefehl entsprechendes Signal oder die vom System verlangte Geschwindigkeit, um den Nachfolgefehler beizubehalten, erzeugt Die Leistung 812 ist mit einem Eingang des Summenregisters 814 verbunden, welches einen anderen Eingang mit der Leitung 802 in Verbindung stehen hat Der Unterschied zwischen den zwei Eingaben, der den Geschwinoi^keitsfehler repräsentiert, wird an der Ausgabeleitung 81b erzeugt Dies wird durch ein Kompensationsnetz 818,

so das dem Voreil-Verzögerungs-Netz 480 nach Fig.9 identisch ist, verarbeitet, und die Ausgabe dieses Netzes wird durch einen weiteren Zähler 820 modifiziert, um an einer Ausgabeleitung 822 ein dem von dem Motor erforderten Drehmoment entsprechendes Signal, um den Nachfolgefehler aufrechtzuerhalten zu pflegen. Die befohlene Drehmomentgröße, die von der Zähleinheit 820 erzeugt wird, wird als Funktion des Geschwindigkeitsfehlersignals auf der Leitung 816 ermittelt Auf diese Art erzeugt jeder Größenanstieg des Geschwin digkeitsfehlersignals in Leitung 816 eine Erhöhung in der durch das Signal auf Leitung 822 dargestellten Größe, deren Bedeutung darin besteht, daß sie die von der Maschine verlangte Drehmomentsgröße darstellt Die Leitung 822 ist an den Eingang eines Funktions generators 824, mit dem der Wert der TRIG-Größe berechnet wird, angeschlossen, wobei die letztere den Klemmen 278 zugeleitet wird (Fig.5b), und zwar den Klemmen 278 des Motors 10 über die Leitung 826.

Die Leitung 822 ist ferner an eine Einheit 828 angeschlossen, die das Vorzeichen des von der Leitung 822 befohlenen Drehmoments prüft und ein oder zwei getrennte Signale auf ihrer Ausgabeleitung 830 entsprechend dem Vorzeichen des Signals auf Leitung s 822 erzeugt Das von der Einheit 828 erzeugte Signal wirkt als eine proportionale Größe zu dem gewünschten Schlupf des Motors 10, Der Schlupf ist entweder positiv oder negativ in seinem Vorzeichen, in Übereinstimmung mit dem Vorzeichen des befohlenen Drehmomentes, das durch das Signal in der Leitung 822 angezeigt wird. Die Größe des Signals auf der Leitung 830 ist konstant und entspricht dem konstanten Schlupf, der für den Motor 10 erwünscht ist. Die Leitung 830 ist mit einem Summerverstärker 832 verbunden, dessen zweiter Eingang mit der Leitung 834 verbunden ist Die Leitung 834 ist von der Leitung 802 (die das A"2-Signal, welche.! die Läuferfrequenz anzeigt führt durch eine Zähleinrichtung 838 über die Leitung 836 verbunden. Die Zähleinrichtung 838 ändert den Maßstab von X2 auf den Maßstab der durch das in Leitung 830 anwesende Signal vertretenen Größe. Di? von dem Summenregister 832 erzeugte Summe, die an die Ausgabeleitung 840 abgegeben wird, ist typisch für die befohlene Ständerfrequenz. Diese wird an den Motor 10 über die Klemmen 98 (Fig.3) in der Form des FREQ-Zeichens in der oben beschriebenen Weise geliefert

Die über die Leitung 826 zugeführte TRIG-Größe wird durch den Funktionsgenerator 824 als eine Funktion der verlangten Drehmomentsgröße bestimmt Ein zweiter Eingang zum Funktionsgenerator 824 wird durch eine Leitung 242 gebildet die ein der Läuferfrequenz entsprechendes Signal führt Daher hängt die Ausgabe der Leitung 826 sowohl von dem verlangten Drehmoment und der beobachteten Läuferfrequenz des Motors 10 ab.

Die Berechnung, die durch den Funktionsgenerator 824 durchgeführt wird, wird in den F i g. 16a, 17a und 16b veranschaulicht die zwei Kurven des Ausganges als der Funktion der Eingabe an die Einheit 824 für zwei verschiedene Läuferfrequenzen darstellen. Das in der Kurve 16a dargestellte Verhältnis wird benutzt wenn die Läuferfrequenz niedrig ist und das Verhältnis in Kurve 166 wird dann benutzt, wenn die Läuferfreqiieiiz hoch ist in jedem Fall wird die G: öße des verlangten Drehmoments, die durch das Signal in der Leitung 822 dargestellt ist mit dem Anstieg in der betreffenden Kurve entsprechenden Faktor multipliziert wobei der so erzeugte Wert der TRIG-Wert ist der der dem so Motor 10 zuzuführenden Spannung entspricht Die Kurvenaeniege in den Fig. 16a und 17b sind verschieden, do sie die Funktion des Momentanwertes der Läuferfrequenz darstellen, die durch das Signal in der Leitung 842 veraiischaulicht wird. Der Multiplikation«- ss faktor, der für die Berechnung des TRIG-Wertes verwendet wird, wird aus dem Wert von X 2, der in der Leitung 842 vorhanden ist berechnet.

Die Ähnlichkeiten der Ablaufschemen in F i g. 13 und 11 sind offensichtiieh, und die von dem Aublaufschema in Fig. i3 vorgeschriebenen Abläufe können leicht durch die Programmierung eines allgemeinen digitalen Computers in der oben beschriebenen Art für die Ablaufschemen der F i g. 9 und 11 erzielt werden.

In einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung kann die Einheit 844 (F i g. 14) die Einheit 828 in dem in Fig. 13 darge teilten Ablaufschema ersetzen. Die Wirkungsweise der Einheit 844 ist der der Einheit 828 ähnlich, da eine Größe für den verlangten Motorschlupf aufgrund des verlangten Drehmomsntsparameters berechnet wird.

Die Einheit 844 berechnet jedoch den Schlupf als proportional dem verlangten Drehmoment bei geringen Werten des erforderlichen Drehmoments, wobei ein maximaler Schlupf für hohe vorgeschriebene Drehmomentwerte. Die maximalen Plus- und Minuswerte, die für den Schlupf durch die Begrenzungen ermittelt werden, entsprechen den gestrichelten Linien 846 und 848 in Fig. 15, welche eine typische Induktionsmotorkennkurve zeigt Die Abszisse der Kurve in Fig. 15 ist in Schlupfeinheiten, die in UpM (d.h. in dem Unterschied zwischen Ständer- und Läufer-Umdrehungen pro Min.) ausgedrückt sind, und die Ordinaten stellen den von dem Induktionsmotor in Reaktion auf den Schlupf erzeugten Drehmoraentswert dar. Aus Fig. 15 ist ersichtlich, daß innerhalb eines begrenzten Schlupfbereiches das vorn Motor entwickelte Drehmoment allgemein dem Schlupf propo-ijonal ist Die durch die gestrichelten Linien 846 utto 848 dargestellten Begrenzungen werden an den äußeren Enden des Bereiches, an dem ein ungefähr lineares Verhältnis zutrifft festgesetzt

Das zum Zwecke der Spannungssteuerung für den Motor erhaltene Signal wird aus dem vorgeschriebenen Drehmoment berechnet und zwar für jede bestimmte Läuferfrequenz wie es in F i g. 13 beschrieben wurde. Da ja für niedrige Werte des vorgeschriebenen Drehmoments verschiedene Schlupfwerte verwendet werden, ist die an den Motor 10 angelegte Spannung jedoch nicht die gleiche, wenn die Einheit 844 oder die Einheit 828 verwendet werden. Der als Funktion des vorgeschriebenen Drehmoments berechnete Spannungswert wird durch die Anwendung eines empirisch ermittelten Verhältnisses gemäß der in dem Zusammenhang mit dem Ablaufschema in Fig.9 und 11 beschriebenen Art gefunden. In jedem Fall kann das empirische Verhältnis für einen bestimmten Motor dadurch ermittelt werden, daß eine konstante Frequenz einer Stromquelle an den Ständer des Motors angelegt und das Verhältnis zwischen Drehmoment und Spannung bei dieser Frequenz für den Motor bestimmt wird Dieses Verhältnis bildet eine Grundlage für die Arbeitsweise des Funktionsgenerators 824, so daß das vom Motor entwickelte Drehmoment in Reaktion auf die angelegte Spannung dem vorgeschriebenen Drehmoment, das durch das Signal auf der Leitung 822 repräsentiert wird, gleich ist Wird nun ermittelt daß die Spannungs/Drehmoment-Kennwerte nicht bei allen Motorfrequenzen gleich sind, so wird eine Anzahl von Verhältnissen jeweils für einen beschränkten Frequenzbereich ermittelt und für die an den Motor anzulegenden Spannungen wird durch die Anwendung der geeigneten Spannungs-Drehrnoment-Verhältnisse ein Wert berechnet Nachdem die Einheit 828 durch die Einheit 844 ersetzt wurde, kann die Vorrichtung nach Fig. 13 mit Recht als proportionale Schlupfanordnung bezeichnet werden, da der vorgeschriebene Schlupf für die niedrigsten Werte des befohlenen Drehmoments dem Wert des befohlenen Drehmoments proportional ist. Fig. 16a zeigt eine Kurvendarstellung r!es Verhältnisses, dessen sich die Einheit 824 benutzt, um die spannungssteuernden Informationen, die dem Motor über die Klemmen 278 (F i g. 5b) zuzuführen sind, zu erhalten. Fig. 16b zeigt ein anderes Verhältnis, das benutzt wird, wenn es wünschenswert erscheint, daß das Verschwinden der angelegten Spannung bei einem

vorgeschriebenen Drehmoment von null verhindert wird.

Aus der oben angeführten Beschreibung ist klar ersichtlich, daß die Vorrichtungen der Fig. 13 und Hf(Ir die Vorrichtungen der F i g. 9 und 11 eingesetzt werden können, je nachdem, ob die Arbeitsweise mit dem konstanten Schlupf oder die mit dem proportionalen Schlupf wünschenswert ist.

Alle bisher beschriebenen Systeme steuern die Spannung und Frequenz der dem Motor zugeführten Antriebsspannung mittels der in den Fig. 2-5 veranschaulichten Vorrichtung. Es ist jedoch außerdem möglich, die Treiber 16 (Fig. I) der Leistungstransistoren 12 direkt durch ein Signal zu steuern, das das Ergebnis der Verarbeitung von Informationen in einer digitalen Rechenanlage ist. In solch einem Falle sind weder der Oszillator 20, noch die SCR-Auslösekreise 28

I I 1 J Um 1

TCIUUIIUCIICII UIIU UOtUgCIIUI tllUtll dem befohlenen Drehmoments proportionalen Faktor und des der Läuferdrehzahl proportionalen Faktors darstellt, weitergedreht. Daher je gröOer die Läuferdrehzahl ist, desto weiter wird die Ständerfeldstellung bei jedem gegebenen, befohlenen Drehmoment sein. Je größer außerdem das befohlene Drehmoment ist, desto weiter wird die Ständerfeldstellung für jede gegebene Läufergeschwindigkeit sein. Die Leitung 866 ist mit dem Eingang eines Funktionsgenerators 868 verbunden, der

in auf der Leitung 870 Signale zur Steuerung der Kraftanwendung auf die verschiedenen Phasen der Ständerwicklungen des Motors 10 entwickelt.

Bei einem Summenregister 854 ist ein zweiter Eingang von der Leitung 802 über die Zähleinheit 853 verbunden, und es besitzt ein Gerät 855, welches die absoluten Werte der Läuferdrehzahl in ihrer durch die Zähleinheit 853 ohne Berücksichtigung des Vorzeichens

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Vorrichtungen erforderlich. Die SCR 18 können direkt durch die vom Computer erhaltenen Informationen gesteuert werden. Im folgenden wird nun ein System zur Erzielung der Direktsteuerung der Geräte 16 und der SCR 18 beschrieben werden.

In Fig. 17 wird nun ein Blockschaltbild dargestellt, das eine Anordnung zur direkten Erhaltung von Signalen zur Steuerung der Antriebe 16 und der SCR 18 direkt als Ergebnis der für das befohlene Drehmoment stehenden Informationen, die wie oben beschrieben am Ausgang 822 der Einheit 820 (Fig. 13) abgreifbar ist, veranschaulicht. Die Leitung 822 ist (in Fig. 17) mit einer Einheit 850 verbunden, die auf einer Ausgabeleitung 852 ein den absoluten Wert des befohlenen Drehmoments vertretendes Signal erzeugt, wobei das Vorzeichen (die Richtung) des befohlenen Drehmoments nicht in Betracht gezogen wird. Die Leitung 852 ist mit einem Eingang des Summenregisters 854 verbunden.

Ein weiterer Eingangswert in dem Blockschaltbild nach Fig. 17 ist die Größe X2, die der Motordrehzahl proportional ist, und die auf der Leitung 802 als das Ergebnis des Ausgabewertes von Einheit 838 zur Verfügung steht. Die Leitung 802 ist mit einem Integriergerät 856 verbunden, mit dem das der Motordrehzahl proportionale Signal X 2 auf einen Wert so integriert wird, daß ein der Läuferstellung RTP entsprechenden Wert erhalten wird. Der Ausgang des Integriergeräts 856 ist mit einem Eingang des Summenregisters 856 verbunden. Der andere Eingang des Summenregisters 856 ist über einen Zähler 860 mit der Leitung 822 verbunden. Die zwei Eingänge des Summenregisters 858 werden addiert, worauf sie auf einer Ausgabeleitung 861 ein der Läuferstellung entsprechendes Signal erzeugen, das abhängig von dem in der Zähleinheit 860 verwendeten Multiplikationsfaktor durch einen Faktor vermehrt wurde, der dem Betrag des befohlenen Drehmoments proportional ist. Die Leitung 861 ist mit einem Eingang des Summenregisters 862 verbunden, während der andere Eingang über die Zähleinheit 864 mit der Leitung 802 verbunden ist Die Summe der zwei Eingaben in das Summenregister 862 wird an einer Ausgabeleitung 866 zur Verfugung gestellt und entspricht der gewünschten Läuferfeldstellung. Die gewünschte Läuferfeldstellung ist der durch das Signal in Leitung 861 angegebenen Stellung zuzüglich einer vom Multiplikator der Zähleinheit 864 bestimmten, der Läuferdrehzahl proportionalen Größe, gleich. Daher wird die Ständerfeldstellung über die Momentanstellung des Läufers um einen Betrag, welcher die Summe des wird diese Größe zum absoluten Wert des befohlenen Drehmoments hinzugefügt, wodurch auf der Leitung 857 ein Signal erzeugt wird. Das Signal auf der Leitung 857 entspricht dem befohlenen Drehmoment, das durch einen der Läuferdrehzahl proportionalen Betrag vermehrt wurde. Es ist mit dem Eingang einer Einheit 859, die die SCR 18 enthält, verbunden.

Das auf der Leitung 866 vorhandene Signal wird in regelmäß'äin Zeitabständen häufig auf den neuesten Stand gebracht, so daß das befohlene Ständerfeldstellungssignal auf der Leitung sich ändert, wenn der Motor

jo dazu veranlaßt werden muß, daß er in der programmierten Weise läuft. In einer Ausführungsform wird das Signal auf der Leitung 866 alle 83 ms, d. h. 120mal in der Sekunde, auf den neuesten Stand gebracht.

Fig. 18 zeigt ein schematiches Diagramm eines

)5 zweipoligen Dreiphasenmotors mit drei Paaren von Poleinheiten, A-A, B—Bund C-C, die in gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Läufers R angeordnet sind. F i g. 19 veranschaulicht eine dreiphasige Rechteckwelle, die an die drei Polpaare bei dem in

■»ο Fig. 18 gezeigten Motor angelegt werden kann. Die Rechteckwellen in Fi g. 19 sind solcher Art, daß sie zu jedem Zeitpunkt einen von zwei Werten anliefern, je nachdem, wie der entsprechende Pol zu erregen ist. Das heißt, daß ein Pol eines jeden Paares entweder einen magnetischen Nordpol und der gegenüberliegende Pol einen magnetischen Südpol darstellt oder umgekehrt. Wie F i g. 19 zeigt, wird zu einem willkürlich gewählten Zeitpunkt Ib das A —Λ-Polpaar in einer Richtung erregt, wähernd das andere Polpaar in der entgegengesetzten Richtung erregt wird. Das wird in Fig. 18 durch PfJIe, die in die Flußrichtung des Magnetstromes zu diesem Zeitpunkt weisen, angezeigt Aus der Fig. 18 wird ersichtlich, daß der sich ergebende Fluß in seiner Richtung mit dem Polpaar A-A ausgerichtet ist Nach 1/6 des Zyklus hat zum Zeitpunkt fi das Polpaar B—ßdie Richtung des Magnetfeldes umgekehrt, so daß eine Überprüfung der F i g. 18 beweist, daß da das sich ergebende Magnetfeld dann mit dem Polpaar C-C ausgerichtet ist Nach einem weiteren Sechstel des Zyklus, zum Zeitpunkt t₂ haben dann das Polpaar C-C ihre Feldrichtung geändert, wodurch dann der Magnetfluß in der Richtung des Polpaares B—fiist

Im ersten Umdrehungsdrittel seit Ib hat sich daher die Magnetflußrichtung von A-A nach C-Cnach B-B,

ω d.h. ein Drittel des Streckenwegfes um den Läufer, gedreht Dieser Vorgang setzt sich auf die gleiche Weise fort, wobei die Richtung des Magnetfeldes sich jeweils um 60° verschiebt, wenn eine Zustandsänderung in einer

der in Fig. 13 dargestellten Wellenformen auftritt. Daher dreht sich das Magnetfeld des Ständers um die Läuferstellung in einer Reihe von Schritten, wobei das sich ergebende Magretfeld zu jedem Zeitpunkt eine von nur 6 Stellungen einnimmt.

Wenn die befohlene Ständerstellung, der das Signal auf der Leitung 866 entspricht, einer der sechs möglich'*' Stellungen, die von dem resultierenden StänderfluO eingenommen werden können, entspricht, so sind die Polpaare des Motors derartig erregt, daß der resultierende Magnetfluß in der richtigen Richtung erzeugt wird. Fs ist jedoch häufig der Fall, daß die durch das Signal auf der Leitung 866 angezeigte Ständerfluß-Mellung nicht einer der sechs Richtungen, die von dem Ständerfluß eingenommen werden können, wenn er durch die in Fig. 20dargestellten Wellenformen erregt wurde, entspricht. Daher ist es wünschenswert, daß die verschiedenen Polpaare des Motors derartig und zu solchen Zeitpunkten erregt werden, daß sie eine durchschnittliche mittlere Flußrichtung erzeugen, und zwar während eines 8,3-ms-Intervalls entsprechend der befohlenen Ständerstellung für dieses Intervall. Dies wird durch Programme erzielt, die die in Fig. 19 gezeigten Wellenformen bei ihrer Abänderung selektiv innerhalb einer 8,3-ms-Periode so steuern, daß eine mittlere Ständerflußrichtung entsprechend des gern wünschten Wertes erzeugt wird.

Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind auf einer Vielzahl von Wechselstrommotoren, einschließlich der gewöhnlich als Kurzschlußläufermotoren. Induktionsmotoren mit einer Läuferwicklung, Synchronmotoren, Reluktanzmotoren sowie Hysterese- und anderen bekannten Motortypen bezeichneten Motoren anwendbar.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Lagesteuerung eines elektromotorisch bewegten Gliedes mit einem Eingang für einen Lagesollwert, einem Vergleicher zum Vergleich der Lagesoli- und istsignale, einem unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreis, der als Eingangsgrößen ein der Lageabweichung proportionales Geschwindigkeitssollwertsignal und ein der Istgeschwindigkeit des bewegten Gliedes proportionales Signal erhält und ein Geschwindigkeitsabweichungssignal bildet, welches als Sollwert einem weiteren unterlagerten Regelkreis zur Steuerung der Beschleunigung des bewegten Gliedes und damit des von Motor aufzubringenden Drehmomentes zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere unterlagerte Regelkreis (492, 52O₁ 824, 854) als Istwert ein der Istdrehzahl des bewegten Gliedes proportionales Signal (X2) erhält und daß dessen Aesgangssignal über einen Funktionsgenerator (500, 524, 824) die Amplitude einer einem Induktionsmotor (10) zugeführten Wechselspannung (76,78,80) steuert, deren Frequenz einstellbar ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (502,832) das der Istdrehzahl proportionale Signal (Xi) erhält und abhängig davon die Frequenz der dem induktionsmotor (10) zugeführten Wechselspannung einstellt

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (832) die Frequenz der Wechselspannung auf eine konstante Abweichung von der Istjrehzahl (konstanter Schlupf) einstellt .

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (859) die Frequenz der Wechselspannung abhängig von dem Ausgangssignal des weiteren unterlagerten Regelkreises (854) einstellt

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem Her folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (SUO, 524, 824) ein Umschaltkreis (350) ansteuert, das den Betrieb des Induktionsmotors (10) wahlweise auf eine von zwei verschiedenen Polzahlen umschaltet.

6. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß der Funktionsgenerator (500,524,824) die Wechselspannung für eine vorbestimmte Zeitdauer während der Polumschaltung auf den Wert Null steuert