DE2523511C3

DE2523511C3 - Circuit arrangement for clocked current control of a brushless direct current motor

Info

Publication number: DE2523511C3
Application number: DE2523511A
Authority: DE
Inventors: Kunimitsu Dipl.-Ing. Yokkaichi Mie Muroya (Japan)
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1974-06-05
Filing date: 1975-05-27
Publication date: 1980-03-27
Also published as: JPS50154718A; DE2523511B2; DE2523511A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur getakteten Stromregelung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, dessen in Stern geschaltete Ständerwicklungen durch eine aus Transistoren bestehende elektronische Kommutierungseinrichtung gesteuert wird, bei dem ferner in der Zuleitung zum Sternpunkt eine Glättungsdrossel und eine Strommeßeinrichtung in Reihe liegen.The invention relates to a circuit arrangement for clocked current regulation of a brushless DC motor, whose star-connected stator windings are replaced by a transistor made up of transistors electronic commutation device is controlled, in which also in the supply line to Star point, a smoothing choke and a current measuring device are in series.

Eine solche Anordnung ist bekannt durch die DE-AS 23 49 770.Such an arrangement is known from DE-AS 23 49 770.

Bei dieser findet die Stromregelung unmittelbar über die elektronische Kommutierungseinrichtung statt, so daß auf eine gesonderte Reglerstufe verzichtet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß parallel zu der Glättungsdrossel und dem Strommeßwiderstand eine Freilaufdiode geschaltet ist, so daß in der Glättungsdrossel ein stetiger Stromfluß auftritt, in der Ständerwicklung des Motors der Stromfluß dagegen pulsiert. Auch bei dieser bekannten Einrichtung müssen die Transistoren der Kommutierungseinrichtung infolge der taktweisen Steuerung mit Dämpfungsgliedern beschaltet werden.In this case, the current control takes place directly via the electronic commutation device, see above that a separate controller stage can be dispensed with. This is achieved in parallel to the Smoothing choke and the current measuring resistor, a freewheeling diode is connected, so that in the smoothing choke a steady current flow occurs, whereas the current flow in the stator winding of the motor pulsates. In this known device, too, the transistors of the commutation device must as a result the cyclic control can be wired with attenuators.

Aus der »ETZ-B« 1972, Seiten 295 bis 298 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der in der Zuleitung zum Sternpunkt der Ständerwicklungen ein Strommeßwiderstand und in der Zuleitung zu den Transistoren der Kommutierungseinrichtung eine Glättungsdrossel liegen, wobei der Glättungsdrossel ein mit einer Freilaufdiode beschalteter Freilaufkreis zugeordnet ist. Für die Stromregelung dieses Motors ist eine gesonderte Reglerstufe vorgesehen, die durch einen Stromregler taktweise gesteuert wird. Die taktweise Steuerung hat gegenüber einer kontinuierlichen Steuerung den Vorteil, daß die Verluste geringer sind und damit ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird Diesem Vorteil steht allerdings der durch die gesonderte Reglerstufe bedingte Aufwand entgegen. Infolge der taktweisen Steuerung müssen die Transistoren der elektronischen Kommutierungseinrichtung in der Regel mit Dämpfungsgliedern beschaltet werden, um eine Zerstörung durch Spannungsspitzen zu vermeiden.From the "ETZ-B" 1972, pages 295 to 298, a circuit arrangement is known in which in the supply line to the star point of the stator windings a current measuring resistor and in the lead to the transistors of the Commutation device are a smoothing choke, the smoothing choke one with a Freewheeling diode wired freewheeling circuit is assigned. For the current control of this motor there is a separate Controller stage provided, which is cyclically controlled by a current controller. The clockwise control has compared to a continuous control the advantage that the losses are lower and thus a better efficiency is achieved. However, this advantage is due to the separate controller stage contingent effort. As a result of the clockwise control, the transistors of the electronic Commutation devices are usually wired with attenuators to avoid destruction to be avoided by voltage peaks.

Durch die Fig. 1 der DE-AS 12 44 933 ist außerdem eine Schaltungsanordnung mit einem kollektorlosen Gleichstrommotor bekannt, bei der die Ständerwicklung des Motors in Brückenschaltung über zwei Kommutierungstransistoren von zwei Gleichstromquellen gespeist wird. Bei dieser Anordnung erfolgt die taktweise Steuerung des Stromes direkt über die Kommutierungstransistoren. Eine gesonderte Reglerstufe ist somit nicht erforderlich. Damit bei dieser Anordnung der Strom während der Sperrung beider Kommutierungstransistoren in der Ständerwicklung weiterfließen kann, ist jedem Transistor eine Freilaufdiode parallelgeschaltet. Ein derartiger Schaltungsaufbau ist jedoch bei bürstenlosen Gleichstrommotoren mit in Stern geschalteter Ständerwicklung nicht möglich.1 of DE-AS 12 44 933 also shows a circuit arrangement with a brushless DC motor known, in which the stator winding of the motor in a bridge circuit over two Commutation transistors is fed by two direct current sources. With this arrangement, the Clockwise control of the current directly via the commutation transistors. A separate controller stage is therefore not required. So with this arrangement the current during the blocking of both Commutation transistors can continue to flow in the stator winding, each transistor is a freewheeling diode connected in parallel. Such a circuit structure is, however, with brushless DC motors Star-connected stator winding not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der nicht nur die Stromregelung unmittelbar über die elektronische Kommutierungseinrichtung erfolgen kann, sondern auch die Transistoren der Kommutierungseinrichtung ohne gesonderte Dämpfungsglieder gegen Spannungspitzen geschützt sind.The invention is based on the object of creating an arrangement of the type mentioned at the beginning which not only control the current directly via the electronic commutation device can, but also the transistors of the commutation device without separate attenuators are protected against voltage peaks.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß zwischen jeden Transistor der Kommutierungseinrichtung und der zugehörigen Ständerwicklung ein von der Kommutierungseinrichtung in entsprechender Folge gezündeter Thyristor angeordnet und zwischen dem Thyristor und dem Transistor der Kommutierungseinrichtung ein mit wenigstens einer Freilaufdiode beschalteter Freilaufkreis für die Ständerwicklung angeschlossen ist.The solution to the problem is achieved according to the invention in that between each transistor Commutation device and the associated stator winding from the commutation device arranged in a corresponding sequence ignited thyristor and between the thyristor and the The transistor of the commutation device is a free-wheeling circuit connected to at least one free-wheeling diode for the stator winding is connected.

Durch den Anschluß des Freilaufkreises vor dem Transistor kann die Stromregelung unmittelbar durch die Transistoren der Kommutierungseinrichtung erfolgen. Werden diese Transistoren gesperrt, so kann der Strom über den Freilaufkreis weiterfließen. Durch die Thyristoren, welche am Ende der Kommutierungsperiode verlöschen, wird verhindert, daß durch die in der Ständerwicklung induzierte EMK ein Bremsstrom über den Freilaufkreis getrieben wird. Da außerdem am Ende der Kommutierungsperiode der von der induktivität der Ständerwicklung getriebene Strom über den Freilaufkreis bis zu seinem Abklingen weiterfließen kann, entstehen keine Spannungsspitzen, welche zu einer Beschädigung der Transistoren der Kommutierungseinrichtung führen.By connecting the freewheeling circuit upstream of the transistor, the current can be regulated directly by the transistors of the commutation device. If these transistors are blocked, the current can continue to flow via the free-wheeling circuit. The thyristors, which go out at the end of the commutation period, prevent the EMF induced in the stator winding from driving a braking current through the freewheeling circuit. In addition, since at the end of the commutation period the current driven by the inductance of the stator winding can continue to flow through the freewheeling circuit until it dies down, there are no voltage peaks that could damage the transistors of the commutation device.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Anzahl der für die Kommutierungseinrichtung erforderlichen Transistoren dadurch vermindert werden, daß der Thyristor der einen Ständerwicklung zusammen mit dem Thyristor oder den Thyristoren der in der Kommutierungsfolge jeweils übernächsten Ständerwicklung bzw. Ständerwicklungen an einen Transistor der Kommutierungseinrichtung angeschlossen istAccording to one embodiment of the invention, the number of required for the commutation device Transistors are reduced by the fact that the thyristor of a stator winding together with the thyristor or thyristors of the next but one stator winding in the commutation sequence or stator windings is connected to a transistor of the commutation device

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigtThe subject of the application is based on an exemplary embodiment shown in the drawing described in more detail below. It shows

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur getakteten r romregelung, bei der zu jeder Ständerwicklung ein Thyristor und ein Transistor in Reihe geschaltet sind,F i g. 1 shows a circuit arrangement for clocked rom regulation, in which one for each stator winding Thyristor and one transistor are connected in series,

F i g. 2 und 3 je eine Schaltungsanordnung zurF i g. 2 and 3 each have a circuit arrangement for

getakteten Stromregelung, bei der die Thyristoren der jeweils übernächsten Ständerwicklungen parallel an einen Transistor der Kommutierungseinrichtung angeschlossen sind.Clocked current control, in which the thyristors of the next but one stator windings are connected in parallel a transistor of the commutation device are connected.

In F i g. 1 sind mit Wi bis W4 die Ständerwicklungen eines bürstenlosen Gleichstrommotors bezeichnet Die Ständerwicklungen Wi bis W4 sind mit ihrem einen Anschlußpol in Stern geschaltet und über eine Glättungsdrossel L und einen als Strommeßeinrichtung dienenden Widerstand R an den Pluspol einer Gleichspannungsquelle E angeschlossen. Mit ihrem anderen Anschlußpol sind die Ständerwicklungen WX bis W4 jeweils über die Reihenschaltung eines Thyristors 77/1 bis TH 4 und eines Transistors Ti bis T4 mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle E verbunden. Die Transistoren 7*1 bis T4 bilden die elektronische Kommutierungseinrichtung. Zwischen jedem Thyristor THi bis TH 4 und jedem Transistor Ti bis T4 ist jeweils eine Freilaufdiode Di bis D4 angeschlossen. Die Freilaufdioden liegen mit ihrem anderen Anschlußpol am Pluspol der Gleichspannungsquelle £ In Fig. 1 are equipped with Wi through W4, the stator windings of a brushless DC motor referred to the stator windings Wi through W4 are connected with their one terminal post in star and connected to the positive pole of a DC power source E via a smoothing reactor L and serving as a current measuring resistor R. The other terminal pole of the stator windings WX to W4 is connected to the negative pole of the DC voltage source E via the series connection of a thyristor 77/1 to TH 4 and a transistor Ti to T4 . The transistors 7 * 1 to T4 form the electronic commutation device. A freewheeling diode Di to D4 is connected between each thyristor THi to TH 4 and each transistor Ti to T4. The other terminal pole of the free-wheeling diodes is connected to the positive pole of the DC voltage source £

Die Transistoren TX bis T4 werden durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Kommutierungsschaltung gesteuert. Durch diese Kommutierungsschaltung werden auch die Thyristoren TH1 bis TH4 in entsprechender Folge gezündetThe transistors TX to T4 are controlled by a commutation circuit not shown in the drawing. This commutation circuit also triggers the thyristors TH 1 to TH4 in a corresponding sequence

Es wird angenommen, daß bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung zunächst der Transistor Ti leitend ist. Der Strom in diesem Transistor 7Ί steigt entsprechend der Zeitkonstanten, welche durch den Widerstand R, die Glättungsdrossel L und die Induktivität der Ständerwicklung Wl bestimmt ist, an. Wenn der durch den Transistor Ti fließende Strom einen bestimmten Wert erreicht, wird dieser Transistor Π durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Stromregler vorübergehend gesperrt. Der Thyristor TH1 bleibt gezündet, so daß über diesen Thyristor, über die Freilaufdiode D1, über den Widerstand R und die Glättungsdrossel L der Strom in der Ständerwicklung W1 weiterfließen kann. Wenn der durch die Ständerwicklung Wi fließende Strom auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist, wird der Transistor Π durch den Stromregler wieder aufgesteuert Der beschriebene Vorgang kann sich während der Kommutierungsperiode, in der die Ständerwicklung Wi erregt werden muß, mehrfach wiederholen. Ist das Ende der Kommutierungsperiode erreicht wird der Transistor Ti endgültig gesperrt Danach wird der Transistor TI gezündet. Auch dieser Transistor Γ2 wird nun während der Kommutierungsperiode durch den Stromregler entsprechend auf- und zugesteuert Am Ende einer Kommutierungsperiode, wenn der betreffende Transistor Ti bis T4 zugesteuert ist, fließt über den entsprechenden Thyristor THi bis 77/4 die entsprechende Freilaufdiode D1 bis D 4, den Widerstand R und die Glältungsdrossel L noch ein von der Induktivität der betreffenden Ständerwicklung W1 bis W4 getriebener Strom. Da dieser Strom langsam abklingt treten keine gefährlichen Spannungsspitzen auf.It is assumed that in the case of FIG. 1, the arrangement shown is initially the transistor Ti is conductive. The current in this transistor 7Ί increases according to the time constant, which is determined by the resistor R, the smoothing inductor L and the inductance of the stator winding Wl. When the current flowing through the transistor Ti reaches a certain value, this transistor Π is temporarily blocked by a current regulator not shown in the drawing. The thyristor TH 1 remains ignited, so that the current in the stator winding W 1 can continue to flow through this thyristor, the freewheeling diode D 1, the resistor R and the smoothing inductor L. When the current flowing through the stator winding Wi has dropped to a predetermined value, the transistor Π is turned on again by the current regulator. The process described can be repeated several times during the commutation period in which the stator winding Wi must be excited. When the end of the commutation period is reached, the transistor Ti is finally blocked. Then the transistor TI is ignited. This transistor Γ2 is now also opened and closed accordingly by the current regulator during the commutation period. At the end of a commutation period, when the relevant transistor Ti to T4 is closed, the corresponding freewheeling diode D 1 to D 4 flows through the corresponding thyristor THi to 77/4 , the resistor R and the smoothing throttle L are still a current driven by the inductance of the relevant stator winding W 1 to W4. Since this current slowly decays, there are no dangerous voltage peaks.

In Fig.2 sind die den Ständerwicklungen Wi und W3 bzw. W2 und W4 zugeordneten Thyristoren TH1 und 77/3 bzw. TH2 und THA jeweils an einen. Transistor Ti bzw. T2 angeschlossen. Dementsprechend ist den mit einem Transistor Ti bzw. 7"2 verbundenen Thyristoren THi und 77/3 bzw. 77/2 und TH4 jeweils eine Freilaufdiode Di bzw. D 2 zugeordnet Bei dieser Anordnung sind somit die Thyristoren der in der Kommutierungsfolge jeweils übernächsten Ständerwicklungen WX und W3 bzw. W2 und W4 parallel an einen Transistor Tl bzw. T2 angeschlossen. Auf diese Weise kommt man bei einem Motor mit einer Vielzahl von Ständerwicklungen mit insgesamt nur zwei Transistoren für die Kommutierungseinrichrung aus. Desgleichen reduziert sich die Anzahl der Freilaufdioden auf zwei.In FIG. 2, the thyristors TH 1 and 77/3 or TH2 and THA assigned to the stator windings Wi and W3 or W2 and W4 are each connected to one. Transistor Ti or T2 connected. Accordingly, the thyristors THi and 77/3 or 77/2 and TH4 connected to a transistor Ti or 7 "2 are each assigned a freewheeling diode Di or D 2. In this arrangement, the thyristors are the next but one stator windings WX in the commutation sequence and W3 or W2 and W4 connected in parallel to a transistor T1 or T2 . In this way, in the case of a motor with a large number of stator windings, a total of only two transistors for the commutation device can be used.

Die Anordnung nach F i g. 3 zeigt den Anschluß der Thyristoren für einen Motor mit insgesamt sechs Ständerwicklungen. Die Ständerwicklungen sind in dieser Darstellung mit »VI bis W3 und Mit IVl' bis W3' bezeichnet Desgleichen die Thyristoren TH1 bis 77/3 und TH V und TH 3'.The arrangement according to FIG. 3 shows the connection of the thyristors for a motor with a total of six stator windings. In this illustration, the stator windings are labeled “VI to W3 and IVl 'to W3' . Likewise, the thyristors TH 1 to 77/3 and TH V and TH 3 '.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1.Circuit arrangement for clocked current regulation of a brushless DC motor, whose star-connected stator windings are controlled by an electronic commutation device consisting of transistors, in which a smoothing choke and a current measuring device are also in series in the supply line to the star point, characterized in that between each transistor ( Ti to T4) of the commutation device and the associated stator winding (Wi to W 4), a thyristor (TH 1 to TH4) ignited by the commutation device in a corresponding sequence and arranged between the thyristor (TH 1 to TH 4) and the transistor (Ti to TAi ) the commutation device is connected to a free-wheeling circuit connected to at least one free-wheeling diode (Tl to TA) for the stator windings (W i to W4).

2. Circuit arrangement according to claim I, characterized in that the thyristor (TH i or TH 2) of a stator winding (Wi or W 2) together with the thyristor (TH3 or 77/4) or the thyristors (TH 2 'and THi or THY and 7H3') which in the commutation sequence is connected to the next but one stator winding (Wi or W4) or stator windings (WZ and W3 or WV and Wy) to a transistor (Ti or T2) of the commutation device ( Fig. 2 and 3).