DE2501786A1 - Control device for motor supplied through rectifier - consists of speed controller together with limiter stage and current controller - Google Patents

Control device for motor supplied through rectifier - consists of speed controller together with limiter stage and current controller

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DE2501786A1
DE2501786A1 DE19752501786 DE2501786A DE2501786A1 DE 2501786 A1 DE2501786 A1 DE 2501786A1 DE 19752501786 DE19752501786 DE 19752501786 DE 2501786 A DE2501786 A DE 2501786A DE 2501786 A1 DE2501786 A1 DE 2501786A1
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Abstract

The limiter stage (10) contains a potentiometer (10c) and its limit is adjustable in steps by a switching device (11) which is provided with a timer (23). This timer is used to trip the switching over from one limit value to another after a specified time which is related to the instant of connection of the motor (M). A tachogenerator (T) connected to an adder stage to provide feedback information. The output of the limiter stage is connected to a second adder stage which is connected to a current measuring device in the supply to the motor.

Description

Regelvorrichtung für einen über einen Stromrichter gespeisten Motor Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen über einen Stromrichter gespeisten Motor bestehend aus einem Drehzahlregler, einer Begrenzerstufe, die dem Ausgang des Drehzahlreglers nachgeschaltet ist, und einem Stromregler, der mit dem Ausgang der Begrenzerstufe verbunden ist, dessen Ausgang der Steuersatz für den Stromrichter nachgeschaltet ist.Control device for a motor fed by a converter The invention relates to a control device for a power converter fed by a power converter Motor consisting of a speed controller, a limiter stage, the output of the speed controller is connected downstream, and a current controller, which is connected to the output the limiter stage is connected, the output of which is the tax rate for the converter is downstream.

Solche Regelvorrichtungen zur Drehzahlregelung mit unterlagerter Stromregelung sind beispielsweise aus dem Buch von D.rnst und D.Ströhle, "Industrieelektronik" Springer-Verlag 1973, beispielsweise S. 150, S. 169 und S. 178 bekannt. Dabei kann der Motor ein Gleichstrommotor, eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine sein. Der genannten Literaturstelle ist auch zu entnehmen, daß als Drehzahl- und Stromregler in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung Regler -unterschiedlicher Charakteristik eingesetzt werden können.Such control devices for speed control with subordinate current control are for example from the book by D.rnst and D.Ströhle, "Industrieelektronik" Springer-Verlag 1973, for example p. 150, p. 169 and p. 178 known. Here can the motor is a DC motor, a synchronous machine or an asynchronous machine be. The cited reference can also be seen that as speed and Current controller -different depending on the specific application Characteristic can be used.

Bei solchen Antrieben kann es erforderlich sein, den Motor in der Anlaufphase mit einem Anlaufstrom zu speisen, der größer als der Dauerstrom des Motors ist. Die Strombegrenzung ist entsprechend auszulegen.With such drives it may be necessary to put the motor in the To feed the start-up phase with a start-up current that is greater than the continuous current of the Engine is. The current limitation is to be designed accordingly.

Es besteht die Aufgabe, eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dadurch bedingte Überlastungen vermieden werden.The object is to provide a control device of the type mentioned at the beginning Art to be trained in such a way that overloads caused thereby are avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strombegrenzungswert der Begrenzerstufe mit einer Umschalteinrichtung stufenweise einstellbar ist und daß die Umschalteinrichtung ein Zeitglied enthält, daq eine Umschaltung von einem Strombegrenzungswert auf einen anderen nach einer vorgegebenen Zeitspanne auslöst, die auf den Einschaltzeitpunkt des Motors bezogen ist.According to the invention, this object is achieved in that the current limiting value the limiter stage can be set in stages with a switching device and that the switching device contains a timer, daq a switch from one Current limit value triggers to another after a specified period of time, which is related to the switch-on time of the motor.

Mit dieser zeitabhängigen Strombegrenzung, bei der der Strombegrenzungswert auf einen kleineren Wert umgeschaltet wird, wenn die Anlaufphase des Antriebs abgeschlossen ist, werden Überlastungen durch den höheren Strom, der in der Anlaufphase erforderlich ist, im Dauerbetrieb vermieden.With this time-dependent current limit at which the current limit value it is switched to a lower value when the start-up phase of the drive has been completed is, overloads are required by the higher current that is required in the start-up phase is avoided in continuous operation.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Regelvorrichtung beispielhaft anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.The control device according to the invention is exemplified below explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Regelvörrichtung, wobei über den Stromrichter ein Gleichstrommotor gespeist ist. Es ist nochmals zu betonen, daß sich die erfindungsgemäße Regelvorrichtung auch bei Drehstrommotoren einsetzen läßt, wie der obengenannten Literaturstelle zu entnehmen ist. Die Figur 1 zeigt einen Gleichstrommotor 1, der über einen Stromrichter 2 gespeist wird, dessen Thyristoren von einem Steuersatz 3 angesteuert werden. Mit der Antriebswelle 4 des Gleichstrommotors 1 ist ein Tachodynamo 5 verbunden, dessen Spannung über eine Leitung 6 einer Addierstufe 7 als Drehzahlistwert zugeführt ist. Über eine Klemme 8 wird der Addierstufe 7 eine Spannung zugeführt, die den Drehzahlsollwert repräsentiert. Die Addierstufe 8 ist mit einem Drehzahlregler 9 verbunden, dem eine Strombegrenzerstufe 10 nachgeschaltet ist. Mit der Strombegrenzerstufe 10 ist eine Umschalteinrichtung 11 verbunden, mit der der Strombegrenzungswert der Strombegrenzerstufe 10 stufenweise einstellbar ist.Figure 1 shows a block diagram of a control device according to the invention, a DC motor being fed via the converter. It is closed again emphasize that the control device according to the invention is also applicable to three-phase motors can be used, as can be seen from the above-mentioned reference. The figure 1 shows a direct current motor 1 which is fed via a converter 2, its Thyristors can be controlled by a tax rate 3. With the drive shaft 4 of the DC motor 1 is connected to a speedometer 5, whose voltage is via a line 6 is fed to an adder 7 as an actual speed value. A terminal 8 is used the adder 7 is supplied with a voltage which represents the speed setpoint. The adder 8 is connected to a speed controller 9, which is a current limiter 10 is connected downstream. With the current limiter stage 10 is a switching device 11 connected, with which the current limiting value of the current limiter stage 10 is gradually increased is adjustable.

Der Ausgang der Strombegrenzerstufe 10 ist mit einer zweiten Addierstufe 12 verbunden, der über eine Leitung 13 der mit einer Stromerfassungsstufe 14, beispielsweise einem Stromwandler, erfaßte Istwert des Speisestroms des Motors 1 zugeführt ist. Die Addierstufe 12 ist mit einem Stromregler 15 verbunden, dessen Ausgang am Steuersatz 3 liegt und mit dem diesem Steuersatz eine veränderliche Steuergleichspannung zugeführt ist, mit der die Zeitfolge der Zündimpulse und damit die Zündzeitpunkte der Thyristoren des Stromrichters 2 zu steuern sind.The output of the current limiter stage 10 is connected to a second adder stage 12 connected, which is connected via a line 13 to a current detection stage 14, for example a current transformer, the detected actual value of the feed current of the motor 1 is fed. The adder 12 is connected to a current regulator 15, the output of which is at the control set 3 and is supplied with a variable DC control voltage with this tax rate with which the timing of the firing pulses and thus the firing times of the thyristors of the converter 2 are to be controlled.

Mit der Umschaltstufe 11 kann der Strombegrenzungswert der Begrenzerstufe 10 auf unterschiedliche Werte umgeschaltet werden und damit die Strombegrenzung unterschiedlichen Betriebszuständen angepaßt werden. Insbesondere ist es möglich, mit der Umschalteinrichtung den Strombegrenzungswert zeitabhängig so auf einen kleineren Wert umzuschalten, daß der höhere Strom, der zum Losbrechen des Motors in der Anfahrphase oder ZllM schnellen Beschleunigen einer großen Masse erforderlich ist, im späteren Dauerbetrieb zu keinen Überlastungen führt. Hierzu ist die Umschalteinrichtung 11 mit einem Zeitglied ausgestattet, das zu einem vorgegebenen und einstellbaren Zeitpunkt nach dem Einschalten des Antriebs die Umschaltung auf einen kleineren Strombegrenzungswert selbsttätig vornimmt.With the switching stage 11, the current limiting value of the limiter stage 10 can be switched to different values and thus the current limitation be adapted to different operating conditions. In particular, it is possible with the switching device, the current limiting value is time-dependent to a smaller one Switch value that the higher current required to break loose of the motor in the start-up phase or ZllM rapid acceleration of a large mass is required later Continuous operation does not lead to overloads. The switching device 11 is for this purpose equipped with a timing element that occurs at a specified and adjustable time after switching on the drive, switching to a lower current limit value does it automatically.

Figur 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Als Drehzahlregler 9 ist ein PI-Regler vorgesehen, der mit einem Operationsverstärker 9a realisiert ist, dessen Ausgang über einen Kondensator 9b und einen Widerstand 9c zu seinem invertierenden Eingang rückgeführt ist und dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand 9d- mit Nullpotential verbunden ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist auch mit der Additionsstufe 7 verbunden, der der Drehzahlistwert n über die Leitung 6, ein Potentiometer 16 und ein Glättungsglied 17 und der Drehzahlsoll-* wert n über die Klemme 8 ein Potentiometer 18 und ein Glättungsglied 19 zugeführt ist. Die Glättungsglieder 19 und 17 sind T-Glieder, die aus den Widerständen 17a und 17b bzw. 19a und 19b und den Kondensatoren 17c bzw. 19c aufgebaut sind.FIG. 2 shows a detailed circuit diagram of the device according to the invention. A PI controller is provided as the speed controller 9, which is connected to an operational amplifier 9a is realized, the output of which is via a capacitor 9b and a resistor 9c is fed back to its inverting input and its non-inverting one Input is connected to zero potential via a resistor 9d-. The inverting one The input of the operational amplifier is also connected to the addition stage 7, the the actual speed value n via the line 6, a potentiometer 16 and a smoothing element 17 and the speed setpoint * value n via terminal 8 a potentiometer 18 and a Smoothing member 19 is supplied. The smoothing links 19 and 17 are T-links, those from the resistors 17a and 17b or 19a and 19b and the capacitors 17c and 19c are constructed.

Die Begrenzungsstufe 10 ist mit einem Diodengatter und dem Begrenzungseingang des Operationsverstärkers 9a realisiert, mit dem es verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Diodengatter aus zwei Begrenzerdioden 10a und 10b aufgebaut. Die Kathode der Begrenzerdiode 10a ist mit dem Abgriff eines Potentiometers 10c verbunden und liegt damit- an einer einstellbären, konstanten Spannung. Mit der Kathode der Begrenzerdiode lOb ist der Ausgang der Umschalteinrichtung 11 verbunden, auf die noch näher eingegangen wird.The limiting stage 10 has a diode gate and the limiting input of the operational amplifier 9a to which it is connected. In the exemplary embodiment the diode gate is made up of two limiter diodes 10a and 10b. The cathode the limiter diode 10a is connected to the tap of a potentiometer 10c and is therefore due to an adjustable, constant voltage. With the cathode of the limiter diode 10b the output of the switching device 11 is connected, which will be discussed in more detail below will.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 9a ist über ein Glättungsglied 20 mit der Addierstufe 12 verbunden, der über ein weiteres Glättungsglied 21 und die Leitung 13 der mit dem Stromwandler 14 erfaßte Istwert des Motorspeisestromes zugeführt ist. Auch die Glättungsglieder 20 und 21 sind mit Widerständen 20a und 20b bzw. 21a und 21b und je einem Kondensator 20c bzw. 21c als T-Filter ausgeführt. Der Stromregler 15 ist beim Ausführungsbeispiel ebenfalls ein PI-Regler. Der PI-Regler ist mit einem Operationsverstärker 15a aufgebaut, dessen Ausgang über einen Kondensator 15b und einen Widerstand 15c auf seinen invertierenden Eingang zurückgeführt ist, der auch mit der Addierstufe 12 verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 15a liegt über einem Widerstand 15d am Nullpotential. Am Ausgang des Operationsverstärkers 15a steht die Steuerspannung an, die dem Steuersatz 3 über eine Leitung 22 zugeführt ist.The output of the operational amplifier 9a is via a smoothing element 20 connected to the adder 12, which is via a further smoothing element 21 and the line 13 is the actual value of the motor feed current detected by the current transformer 14 is fed. The smoothing members 20 and 21 are provided with resistors 20a and 20b or 21a and 21b and each a capacitor 20c or 21c designed as a T-filter. The current regulator 15 is also a PI regulator in the exemplary embodiment. The PI controller is constructed with an operational amplifier 15a, the output of which is via a capacitor 15b and a resistor 15c is fed back to its inverting input, which is also connected to the adder 12. The non-inverting input of the Operational amplifier 15a is at zero potential via a resistor 15d. At the exit of the operational amplifier 15a is the control voltage that the control set 3 is supplied via a line 22.

Die Umschaltstufe 11 enthält ein Zeitglied 23, dem beim Ausführungsbeispiel eine bistabile Kippstufe 24 nachgeschaltet ist. Das Zeitglied 23 ist beim Ausführungsbeispiel ein Integrator, der mit einem Operationsverstärker 23a aufgebaut ist, dessen Ausgang über einen Kondensator 23b zu seinem invertierenden Eingang zurückgeführt ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 23a ist über einen Widerstand 23c mit Nullpotential verbunden. Über den Begrenzungseingang 23d kann die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 23a begrenzt werden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 23a ist über einen Widerstand 25 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 24a verbunden, mit dem die bistabile Kippstufe 24 realisiert ist. Der Operationsverstärker 24a ist mit dem Widerstand 24b mitgekoppelt, der den Ausgang des Operationsverstärkers 24a mit seinem nichtinvertierenden Eingang verbindet. Der invertierende Eingang ist über den Widerstand 24c mit einer Klemme 25 verbunden, die mit. negativer Spannung beaufschlagt ist. Der Begrenzungseingang 24d des Operationsverstärkers 24a ist mit der Anode einer Bégrenzungsdiode 24e und mit der Kathode einer weiteren Begrenzungsdiode 24f verbunden. Die Kathode der Begrenzungsdiode 24e liegt über den Abgriff eines Potentiometers 24g und die Klemme 24h an positiver Spannung und die Anode der Begrenzungsdiode 24f über den Abgriff eines Potentiometers 24i und eine Klemme 24k ebenfalls an positiver Spannung. Der Ausgang des Operationsverstärkers 24a ist mit der Kathode der Begrenzungsdiode 1Ob der Strombegrenzerstufe 10 verbunden.The switching stage 11 contains a timing element 23, which in the exemplary embodiment a bistable flip-flop 24 is connected downstream. The timer 23 is in the embodiment an integrator constructed with an operational amplifier 23a has its output is fed back to its inverting input via a capacitor 23b. Of the The non-inverting input of the operational amplifier 23a is via a resistor 23c connected to zero potential. The output voltage of the operational amplifier 23a can be limited. The output of the operational amplifier 23a is via a resistor 25 to the inverting input of an operational amplifier 24a connected, with which the bistable flip-flop 24 is realized. The operational amplifier 24a is also coupled to the resistor 24b, which is the output of the operational amplifier 24a connects to its non-inverting input. The inverting input is connected to a terminal 25 via the resistor 24c, which is connected to. negative tension is applied. The limiting input 24d of the operational amplifier 24a is with the anode of a limiting diode 24e and with the cathode of another limiting diode 24f connected. The cathode of the limiting diode 24e is over the tap of a potentiometer 24g and the terminal 24h at positive voltage and the anode of the limiting diode 24f via the tap of a potentiometer 24i and a terminal 24k also at positive voltage. The output of the operational amplifier 24a is connected to the cathode of the limiting diode 10b of the current limiter stage 10.

An dem invertierenden Eingang des-Operationsverstärkers 23a des Zeitgliedes 23 kann über einen Widerstand 26, einen Schalter 27 und eine Klemme 28 negative Spannung gelegt werden. Der Schalter 27 ist mit dem Hauptschalter des Motors 1 verbunden und wird beim Einschalten des Motors 1 geschlossen. Das Ausgangspotential des Operationsverstärkers 23a steigt dann infolge der Integration langsam in positiver Richtung an. Erreicht das Ausgangspotential einen bestimmten Wert, der von den Widerstandswerten der Widerstände 25, 24c und 24b abhängt, so kippt die bistabile Kippstufe in ihren zweiten stabilen Zustand, in dem sie eine negative Spannung an die Begrenzungsdiode 1Ob legt. Der Schaltbereich der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 24a kann mittels der Potentiometer 24g und 24i eingestellt werden. Im Ausführungsbeispiel ist der Schalter 27 als Umschalter bezeichnet, der beim Ausschalten des Motors eine Klemme 29, die an positiver Spannung liegt, über die Diode DB mit dem Kondensator 23b verbindet. Damit wird eine schnelle Rückstellung des Zeitgliedes beim Ausschalten des Motors bewirkt, um eine sofortige Bereitschaft der Umschaltstufe sicherzustellen.At the inverting input of the operational amplifier 23a of the timer 23 can be negative via a resistor 26, a switch 27 and a terminal 28 Tension to be put. The switch 27 is connected to the main switch of the engine 1 and is closed when motor 1 is switched on. The output potential of the operational amplifier 23a then increases slowly in a positive direction as a result of the integration. Achieved the output potential has a certain value that depends on the resistance values of the resistors 25, 24c and 24b depends, so the bistable flip-flop toggles in its second stable State in which it applies a negative voltage to the limiting diode 1Ob. Of the Switching range of the output voltage of the operational amplifier 24a can be adjusted by means of the Potentiometers 24g and 24i can be adjusted. In the exemplary embodiment, the switch is 27 referred to as a changeover switch, which when the motor is switched off a terminal 29, the is at positive voltage, connects via the diode DB to the capacitor 23b. This enables the timer to be reset quickly when the engine is switched off causes to ensure an immediate readiness of the switching stage.

Die Höhe der Strombegrenzung am Ausgang des Operationsverstärkers 9a hängt von der Höhe des Potentials am Begrenzungseingang 9e des Operationsverstärkers 9a ab. Im Einschaltzeitpunkt befindet sich die bistabile Kippstufe in einem Schaltzustand, in dem ihr Ausgang mit positiver Spannung beaufschlagt ist. Der Begrenzungseingang 9e liegt daher über die Begrenzungediode 1Oa an der negativen Spannung des Abgriffs des Potentiometers 10c. Kippt die bistabile Kippstufe 24 in ihren zweiten stabilen Schaltzustand, so ist der Ausgang des Operationsverstärkers 24a mit einer negativen Spannung beaufschlagt, die mit Hilfe der Potentiometer 24g und 24i so eingestellt werden kann, daß sie negativer als die Spannung am Abgriff des Potentiometers 10c ist. Nun sperrt die Diode 1Oa und das negativere Potential wird über die Diode 1Ob am Begrenzungseingang 9e wirksam und verkleinert den Wert der Strombegrenzung. Damit wird die Strombegrenzung an den Betriebszustand angepaßt, wie bereits mehrfach erwähnt wurde. Hervorzuheben ist nochmals, daß auch eine mehrfache, selbsttätige Umschaltung möglich ist, womit die Strombegrenzung an unterschiedliche Betriebszustände angepaßt werden kann. Hierzu sind in der Umschalteinrichtung weitere Umschaltglieder vorzusehen, die analog dem Beschriebenen aufgebaut sind und mit entsprechenden Zeitverzögerungen ausgerüstet sein müssen.The amount of current limitation at the output of the operational amplifier 9a depends on the level of the potential at the limiting input 9e of the operational amplifier 9a. At the switch-on time, the bistable multivibrator is in a switching state in which its output has a positive voltage applied to it. The limit input 9e is therefore connected to the negative voltage of the tap via the limiting diode 10a of the potentiometer 10c. Tilts the bistable flip-flop 24 into its second stable one Switching state, the output of the operational amplifier 24a is negative Voltage applied, with the help of potentiometers 24g and 24i can be set so that it is more negative than the voltage at the tap of the potentiometer 10c is. Now the diode 1Oa blocks and the more negative potential is across the diode 1 Whether effective at the limitation input 9e and reduces the value of the current limitation. In this way, the current limitation is adapted to the operating state, as has already been done several times was mentioned. It should be emphasized again that a multiple, automatic Switching is possible, which means that the current is limited to different operating states can be customized. For this purpose, further switching elements are in the switching device to be provided, which are structured analogously to the one described and with corresponding time delays must be equipped.

4 Patentansprüche 2 Figuren4 claims 2 figures

Claims (4)

Patentansprüche Regelvorrichtung für einen über einen Stromrichter gespeisten Motor bestehend aus einem Drehzahlregler, einer Begrenzerstufe, die dem Ausgang des Drehzahlreglers nachgeschaltet ist und einem Stromregler, der mit dem Ausgang der Begrenzerstufe verbunden ist und dessen Ausgang der Steuersatz für den Stromrichter nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzungswert der Begrenzerstufe (10) mit einer Umschalteinrichtung (11) stufenweise einstellbar ist und daß die Umschalteinrichtung ein Zeitglied (23) enthält, das eine Umschaltung von einem Strombegrenzungswert auf einen anderen nach einer vorgegebenen Zeitspanne auslöst, die auf den EinschaLtzeitpunkt des Motors (1) bezogen ist. Control device for a converter via a power converter powered motor consisting of a speed controller, a limiter stage, the Output of the speed controller is connected downstream and a current controller, which is connected to the Output of the limiter stage is connected and its output is the tax rate for the Converter is connected downstream, characterized in that the current limiting value the limiter stage (10) can be set in stages with a switching device (11) is and that the switching device contains a timing element (23) that a switch from one current limit value to another after a predetermined period of time triggers, which is related to the time at which the motor (1) is switched on. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zeitglied (23) eine bistabile Kippstufe (24) nachgeschaltet ist, deren Ausgang mit der Begrenzerstufe (10) verbunden ist.2. Control device according to claim 1, characterized in that the The timer (23) is followed by a bistable multivibrator (24), the output of which with the limiter stage (10) is connected. 3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (23) ein Integrator (23a, 23b) ist.3. Control device according to claim 2, characterized in that the Timing element (23) is an integrator (23a, 23b). 4. Regelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerstufe (10) zwei Begrenzerdioden (10a, 1Ob) enthält, daß die eine Begrenzerdiode (1Oa) an einer einstellbaren, konstanten Spannung liegt und daß die andere Begrenzerdiode (1 Ob) mit dem Ausgang der bistabilen Kippstufe (24) verbunden ist.4. Control device according to claim 2 or 3, characterized in that that the limiter stage (10) contains two limiter diodes (10a, 1Ob) that the one Limiter diode (1Oa) is at an adjustable, constant voltage and that the other limiter diode (1 Ob) connected to the output of the bistable multivibrator (24) is. LeerseiteBlank page
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