DE2540156C3

DE2540156C3 - Arrangement for clocked current control of an electronically commutated direct current motor

Info

Publication number: DE2540156C3
Application number: DE2540156A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. Kuehnlein; Manfred Dr.-Ing. Liska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-09-09
Filing date: 1975-09-09
Publication date: 1980-01-03
Also published as: DE2540156B2; DE2540156A1; JPS5233018A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur getakteten Stromregelung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, dessen elektronische Kommutierungseinrichtung aus Transistoren besteht welche durch eine Auswahlschaltung gesteuert sind, die durch Rotorstellungsipber beeinflußt ist, bei welchem Motor ferner die Ständerwicklungen in Stern geschaltet sind und ein Freilaufkreis für die Ständerwicklungen vorgesehen ist, außerdem in rter Zuleitung zum Sternpunkt eine vom Betriebsstroiti und vom Freilauf- J5 strom durchflossene Strommeßeinrichtung angeordnet istThe invention relates to an arrangement for clocked current regulation of an electronically commutated DC motor, the electronic commutation device of which consists of transistors are controlled by a selection circuit, which is influenced by rotor position sensors, in which motor Furthermore, the stator windings are connected in star and a free-wheeling circuit for the stator windings is provided, in addition, in the red lead to the star point, one from Betriebsstroiti and one from freewheeling J5 current flowing through the current measuring device is arranged

Eine solche Anordnung ist aus der »ETZ-B« 1972, S. 295 bis 298 bekannt. Für die Stromregelung dieses Motors ist eine gesonderte Stromregelstufe vorgesehen, die durch einen Stromregler taktweise gesteuert wird. Bei einer taktweisen Steuerung sind die Verluste geringer als bei einer kontinuierlichen Steuerung, so daß ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird. Dieser Vorteil muß jedoch durch den höheren Aufwand für die gesonderte Stromregelstufe erkauft werden.Such an arrangement is known from "ETZ-B" 1972, pp. 295-298. For the current control this A separate current control stage is provided for the motor, which is controlled cyclically by a current regulator. In the case of cyclic control, the losses are lower than in the case of continuous control, so that a better efficiency is achieved. However, this advantage must be due to the higher costs for the separate current control stage can be purchased.

Durch die DE-AS 12 44 933 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor in Brückenschaltung bekannt, bei dem die taktweise Steuerung des Stromes direkt über die elektronische Kommutierungseinrichtung erfolgt und somit keine gesonderte Reglerstufe erforderlich ist. Damit bei diesem bekannten Motor in Strompausen der Strom in der Motorwicklung weiterfließen kann, sind den beiden Kommutierungseinrichtungen Freilaufdioden parallelgeschaltet. Ein derartiger Schaltungsaufbau ist jedoch bei kollektorlosen Gleichstrommotoren mit in Stern geschalteter Ständerwicklung nicht möglich.From DE-AS 12 44 933 a brushless DC motor in a bridge circuit is known in which the cyclic control of the current takes place directly via the electronic commutation device and therefore no separate controller stage is required. So that in this known motor in power breaks the Current can continue to flow in the motor winding, the two commutation devices are free-wheeling diodes connected in parallel. Such a circuit structure is, however, in the case of brushless direct current motors not possible with a star-connected stator winding.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur getakteten Stromregelung eines elek- ω> Ironisch kommutierten Gleichstrommotors zu schaffen, mit der auch bei einem Motor mit in Stern geschalteter Ständerwicklung die Stromregelung unmittelbar über die Transistoren der elektronischen Kommutierürigseinrichtung erfolgen kann,The invention is based on the object of an arrangement for clocked current control of an electrical ω> Ironically commutated DC motor to create, with the same with a motor with star-connected Stator winding regulates the current directly via the transistors of the electronic commutation device can take place,

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch, daß als Freilaufkreis jeder Ständerwicklung ein Thyristor zugeordnet und jeder Thyristor mit seinem Steueranschluß über eine Inverterstufe an den gleichen Ausgang der Auswahlschaltung angeschlossen ist, an den auch der mit der betreffenden Ständerwicklung verbundene Transistor angeschlossen ist.The problem posed is achieved with an arrangement of the type described in the introduction Invention characterized in that each stator winding is assigned a thyristor as a free-wheeling circuit and each thyristor connected with its control terminal via an inverter stage to the same output of the selection circuit is to which the transistor connected to the relevant stator winding is also connected is.

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

Mit 1 ist der Dauermagnetläufer des Motors bezeichnet Die Ständerwicklungen 2 bis 5 sind mit ihrem einen Anschlußpol in Stern geschaltet Der andere Anschlußpol jeder Ständerwicklung 2 bis 5 ist jeweils über einen Transistor 6 bis 9 an den einen Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen. Zwischen dem mit dem zugeordneten Transistor 6 bis 9 verbundenen Pol der Ständerwicklungen 2 bis 5 und dem anderen Anschlußpol der Gleichspannungsquelle ist jeweils ein Thyristor 10 bis 13 als Freilaufkreis angeschlossen. Der andere Anschlußpol der Gleichspannungsquelle ist über eine Strommeßeinrichtung 14 mit dem Sternpunkt der Ständerwicklungen 2 bis 5 verbunden.1 with the permanent magnet rotor of the motor is referred to. The stator windings 2 to 5 are with One of its connecting poles is star-connected. The other connecting pole of each stator winding 2 to 5 is each connected via a transistor 6 to 9 to one pole of a DC voltage source. Between the pole of the stator windings 2 to 5 and connected to the assigned transistor 6 to 9 the other terminal of the DC voltage source is a thyristor 10 to 13 as a free-wheeling circuit connected. The other terminal of the DC voltage source is via a current measuring device 14 connected to the star point of the stator windings 2 to 5.

Durch Hallgeneratoren 15 und 16 wird jeweils die Stellung des Dauermagnetläufers 1 erfaßt. Die Hallspannungen der Hallgeneratoren 15 und 16 werden einer Auswahlschaltung 17 zugeführt Mittels dieser Auswahlschaltung 17 werden Steuersignale für die Transistoren 6 bis 9 gebildet Die Transistoren 6 bis 9 sind daher mit ihren Steueranschlüssen an die Ausgänge der Auswahlschaltung 17 angeschlossen. Mit den Ausgängen der Auswahlschaltung 17 sind ferner die Steueranschlüsse der Thyristoren 10 bis 13 über Inverterstufen 18 bis 21 verbunden. Hierbei ist jeweils der mit der einen Ständerwicklung z. B. 5 verbundene Transistor 6 und der mit der gleichen Ständerwicklung 5 verbundene Thyristor 10 an den gleichen Ausgang der Auswahlschaltung 17 angeschlossen. Der Auswahlschaltung 17 ist ferner ein Strecnregk r 22 vorgeschaltet, welcher Taktimpulse an die Auswahlschaltung 17 abgibt. Am Eingang des Stromreglers 22 wird ein Soll-Istwert-Vergleich durchgeführt. Der Sollwert wird hierbei von außen vorgegeben und der Istwert an der Strommeßeinrichtung 14 abgegriffen.Hall generators 15 and 16 each detect the position of the permanent magnet rotor 1. The Hall voltages of the Hall generators 15 and 16 are fed to a selection circuit 17. This selection circuit 17 generates control signals for the transistors 6 to 9. The control connections of the thyristors 10 to 13 are also connected to the outputs of the selection circuit 17 via inverter stages 18 to 21. Here is in each case with the one stator winding z. B. 5 connected transistor 6 and the thyristor 10 connected to the same stator winding 5 connected to the same output of the selection circuit 17. The selection circuit 17 is also preceded by a Strecnregk r 22, which outputs clock pulses to the selection circuit 17. A target / actual value comparison is carried out at the input of the current regulator 22. The setpoint is specified from the outside and the actual value is tapped at the current measuring device 14.

Die Anordnung arbeitet wie folgt: Es wird angenommen, daß entsprechend der Kommutierungsfolge der Transistor 6 über die Auswahlschaltung 17 ein Steuersignal erhält. Durch die Inverterstufe 18 wird zunächst verhindert, daß durch das gleiche Signal auch der Thyristor 10 gezündet wird. Nachdem der Transistor 6 durch das Steuersignal aufgesteuert ist, fließt ein Strom durch die Ständerwicklung 5. Der gleiche Strom fließt auch über die Strommeßeinrichtung 14. Hat dieser Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, so wird durch den Stromregler 22 ein Impuls abgegeben, durch welchen der Transistor 6 gesperrt wird. Der gleiche Impuls wird über die Inverterstufe 18 in seiner Polarität umgekehrt und zündet den Thyristor 10. Der nach dem Sperren des Transistors 6 durch die Induktivität der Ständerwicklung 5 getriebene Strom kann somit über den Thyristor 10 weiterfließen. Dieser Strom wird ebenfalls von der Strommeßeinrichtung 14 erfaßt. Sobald dieser Strom auf einen vorbestimmten Wert abgesunken ist, wird von dem Stromregler 22 wiederum ein Steuerimpuls abgegeben, durch den der Transistor 6 wieder aufgesteuert wird. Die Inverterstufe 18 verhindert, daß dieser Impuls den Thyristor 10 Weiterhin gezündet hält. Der beschriebene VorgangThe arrangement works as follows: It is assumed that according to the commutation sequence of Transistor 6 receives a control signal via the selection circuit 17. Through the inverter stage 18 is initially prevents the thyristor 10 from being triggered by the same signal. After the Transistor 6 is turned on by the control signal, a current flows through the stator winding 5. Der The same current also flows through the current measuring device 14. This current has a predetermined value reached, a pulse is emitted by the current regulator 22, by means of which the transistor 6 is blocked will. The polarity of the same pulse is reversed via the inverter stage 18 and ignites the thyristor 10. The current driven through the inductance of the stator winding 5 after the transistor 6 has been blocked can thus continue to flow via the thyristor 10. This current is also measured by the current measuring device 14 recorded. As soon as this current has dropped to a predetermined value, the current regulator 22 again emitted a control pulse by which the transistor 6 is turned on again. The inverter stage 18 prevents this pulse from the thyristor 10 Keeps ignited. The process described

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kann sich während der Kommutierungsperiode, in der die StänderwicldungS eingeschaltet sein muß, mehrfach wiederholen. Aim Ende der Kommutierungsperiode wird der Transiirtor 6 endgültig gesperrt. Der Transistor 10 erhält über die Inverterstufe 18 nochmals ein Zündsignal, so daß der von der Induktivität der Ständerwicklung 5 getriebene Strom noch weiterfließen kann. Dieser Strom klingt allmählich ab und es werden hierdurch die Sipannungsspitzen, die zu einer Gefährdung der Transistoren fi bis 9 führen können, vermieden, ι ο Die weiteren Transistoren 7 bis 9 werden entsprechend der Kommutierungsfolge über die Auswahlschaltung 17 nacheinander angesteuert Sie werden in der gleichen Weise wie der Transistor 6 durch Steuerimpulse des Stromreglers 22! getaktetcan occur several times during the commutation period in which the stator winding must be switched on repeat. Aim the end of the commutation period the transit gate 6 is finally closed. The transistor 10 receives a further one via the inverter stage 18 Ignition signal, so that the current driven by the inductance of the stator winding 5 continues to flow can. This current gradually subsides and this causes the voltage peaks to become a hazard the transistors fi to 9 can lead, avoided, ι ο The further transistors 7 to 9 are switched via the selection circuit 17 in accordance with the commutation sequence They are activated in the same way as transistor 6 by control pulses from the Current regulator 22! clocked

Dadurch, daß jeder Ständerwicklung 2 bis 5 ein Thyristor 10 bis 13 als Freilaufkreis zugeordnet ist, ist es möglich, die Transistoren 6 bis 9 taktweise zu steuern. Hierdurch erübrigt sich eine gesonderte Stromregelstufe. Der Anschluß der Thyristoren 10 bis 13 zwischen den mit den Transtoren 6 bis 9 verbundenen Anschlußpolen der Ständerwicklung 2 bis 5 und dem mit dem Sternpunkt der Ständerwicklung verbundenen Anschlußpol der Gleichspannungsquelle hat den Vorteil, daß die Thyristoren 10 bis 13 nicht den Laststrom führen müssen und daher nur in Abhängigkeit von der magnetischen Energie der Ständerwicklungen 2 bis 5 zu bemessen sind. Weiterhin haben alle Thyristoren ein gemeinsames Bezugspotential (Anschlußpol der Gleichspannungsquelle), so daß sich hierdurch eine vereinfachte Ansteuerung der Thyristoren ergibt. Weiterhin kann bei der beschriebenen Anordnung der Stromregler 22 auf ein gleiches und festes Potential wie die Thyristoren 10 bis 13 bezogen werden. Da die Thyristoren 10 bis 13 jeweils dann Strom führen müssen, wenn die Transistoren 6 bis 9 gesperrt sind, ist eine Steuerung der Thyristoren 10 bis 13 durch die Auswahlschaltung 17 unter Zwischenschaltung von Inverterstufen 18 bis 21 möglich.Because each stator winding 2 to 5 is assigned a thyristor 10 to 13 as a free-wheeling circuit it is possible to control the transistors 6 to 9 clockwise. This eliminates the need for a separate current control stage. The connection of the thyristors 10 to 13 between the connection poles connected to the transtors 6 to 9 the stator winding 2 to 5 and the connection pole connected to the star point of the stator winding the DC voltage source has the advantage that the thyristors 10 to 13 do not carry the load current have to and therefore only depending on the magnetic energy of the stator windings 2 to 5 are sized. Furthermore, all thyristors have a common reference potential (connection pole of the DC voltage source), so that this results in a simplified control of the thyristors. Furthermore can in the described arrangement, the current regulator 22 has the same and fixed potential as the thyristors 10 to 13 can be obtained. Since the thyristors 10 to 13 then each have to carry current when the transistors 6 to 9 are blocked, the thyristors 10 to 13 are controlled by the selection circuit 17 possible with the interposition of inverter stages 18 to 21.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

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Arrangement for clocked current control of an electronically commutated direct current motor, whose electronic commutation device consists of transistors, which through a selection circuit are controlled, which is influenced by the rotor position sensor, in which motor also the Stator windings are connected in star and a free-wheeling circuit is provided for the stator windings is, also in the supply line to the star point, one through which the operating current and the freewheeling current flow Current measuring device is arranged, characterized in that as a free-wheeling circuit each stator winding (2 to 5) is assigned a thyristor (10 to 13) and each thyristor (10 to 13) with its control connection via an inverter stage (18 to 21) to the same output of the selection circuit (17) is connected to which the stator winding (2 to 5) in question is also connected Transistor (6 to 9) is connected