DE2604638C3 - Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstr ommotor - Google Patents
Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstr ommotorInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
Description
Die Erfindung Dezieht sich auf eine Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine solche Steuerschaltung ist aus der deutschen Patentschrift 12 24 824 bekannt. Dort ist eine Ansteuerschaltung
für 4 oder 6 usw. Phasen Geschrieben, bei der die Amplituden der in zwei benachbarten Wicklungen
induzierten Spannungen verglichen werden und bei der bei Gleichheit ein bistabiles Glied, das die Ansteuerung
der nächstfolgenden Phase bewirkt, eingeschaltet, dagegen ein vorher eingeschaltetes bistabiles Glied zur
Speisung der vorher wirksamen Phase rückgesetzt wird.
Weiterhin ist aus der DD-PS 97 108 eine Steuerschaltung bekannt, bei der die augenblicklich induzierte
Spannung mit einer allen Phasen gemeinsamen Gegenspannung verglichen wird.
Es ist bekannt, daß bei diesen bekannten Ansteuerschaltungen
gesonderte Anlaufschaltungen oder Anwerfvorrichtungen
benötigt werden, da die erwähnten Ansteuerschaltunge.i erst ab einer bestimmten Drehzahl
sicher die Kommutierung übernehmen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der schon ab einer sehr geringen Drehzahl die Eigenkom
mutierung anwendbar ist und welche Störungen infolge Schaltens der Motorströme auf die Motorkommutierürig
vermeidet
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Vorzeichenbüd die momentane Stellung des Rötö'ffe1<
des, die bistabilen Stufen dagegen diejenige des Statorfeldes darstellen,
Bei der Erfindung wird somit ähnlich wie bei der eingangs beschriebenen Ansteuerschaltung für vier
oder sechs usw. Phasen ein Impuls erzeugt, wenn zwei durch die Induktion erzeugte Spannungen ein bestimmtes
Verhältnis zueinander bilden und dieser Impuls wird zur Umschaltung eines von mehreren bistabilen
Gliedern zwecks Motoransteuerung benutzt. Erfindungsgemäß wird jedoch zu jedem Zeitpunkt der
Erzeugung dieses Impulses geprüft, ob die Vorzeichen der in den d-ei Wicklungen induzierten Spannungen |0
einem Sollzustand entsprechen. Hierdurch können die im Anlauf bei kleinen Drehzahlen durch Schalten der
Motorströme fälschlich erzeugten Fortschaltimpulse erkannt werden und es kann eine Korrektur erfolgen
derart, daß die Motoransteuerung und/oder das π Fortschalten der bistabilen Stufen vorübergehend
ausgesetzt wird. Durch diese Überwachung mit Korrekturmöglichkeit wird es möglich, die Ansteuerschaltung
schon bei sehr kleinen Drehzahlen einzusetzen, bei denen ja solche Verfälschungen am wahrscheinlichsten
sind. Auch die zusätzliche Angabe, Abtastimpulse zu Zeitpunkten zu erzeugen, bei denen die drei
induzierten Spannungen möglich groß sind, üringt eine Verbesserung in der gleichen Richtung, da zu diesen
Zeitpunkten die Vorzeichen auch schon bei kleiner Amplitude der induzierten Spannungen trotz der durch
den Wicklungsstrom bedingten Spannungsabfälle erkennbar sind. Bei Nutzung der Ständerwicklungen auch
zur Gewinnung der Induktionsspannungen wirkt sich vorteilhaft aus, daß die mit der Vergleichospannung
jeweils zu vergleichende Spannung von einer unbelasteten Ständerwicklung ableitbar ist
Anhand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 — ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Ringzähler
F i g. 2 — ein Zeitdiagramm mit den drei induzierten Spannungen
F i g. 3 — eine Verknüpfungstabelle
F i g. 4 — eine mögliche Schaltung zur Bildung des Schaltimpuises und der Ableitung des Vorzeichens
F i g. 5 — eine Alternative zu F i g. 4
F i g. 6 — ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels
mit drei miteinander nicht verschalteten bistabilen Stufen.
In F i g. I werden die drei Moforwicklungen (oder gesonderte Hilfswicklungen) an den Klemmen 1 bis ?
angeschaltet. Die Spannungen werden den Schaltsignalgebern
4 bis 6 zugeführt, die an ihrem Ausgang Tjeweils
den AHtastimpuls und am Ausgang VZ log. ! abgeben,
wenn die induzierte Spannung positiv ist und log. 0, wenn die induzierte Spannung nega'iv ist. Die
Γ-Ausgange sind mittels des NAND-Gatters 7 zusammengefaßt.
Am Ausgang entsteht jeweils ein Schallim puls, wenn das S'gnal an einem der Γ-Ausgänge auf
log. 0 geht, was kurzzeitig zustandekommt, wenn die verglichenen Werte einander gleich sind. Eine mögliche
Schaltung der Schaltsignalgeber 4 bis 6 ist in Fig.4
dargestellt. Dort wird bei Γ die induzierte Spannung zugeführt, deren Spitzenwert im Speicher 41 gespeichert
wird. Zur Unterdrückung von kurzen Störimpul» sen dient das Filter 40. Die gefilterte induzierte
Spannung wird auch dem Verstärker 42 mit dem Verstärkungsfaktor «
> 1 zugeführt. Da — wie sich aus F i g. 2 z. B. für den Verlauf der Spannung A, die an der
Klemme Γ anlieget* soll, ergibt — die Referenzspannung
ÜRctder positive Spitzenwert der Spannung A ist,
erhält man am Ausgang des Addiergliedes 43 dann den Wert 0, wenn der Augenblickswert negativ und
außerdem so groß ist, daß er mit « vervielfacht dem Betrag nach gleich der Spitzenspannung t/«e/ist. Der am
Ausgang des Komparator 44, der logische Pegel abgibt, hierbei entstehende Spannungssprung wird mittels des
Differenzierers 45 in einen negativ gehenden kurzen Impuls umgewandelt Der Wert « ist hier derart
gewählt, daß der Zeitpunkt der Abgabe dieses Impulses bei u (F i g. 2) liegt. Entsprechend liefert das Sensierglied
5 aufgrund des Verlaufs B an seinem Ausgang T zum Zeitpunkt I2 und das Sensierglied 6 aufgrund des
Verlaufs Can seinem Ausgang Tzum Zeitpunkt tz einen
Impuls; alle Ausgangsimpuise zusammen erzeugen am
Ausgang des NAND-Gatters 7 die Schaltimpulse, die über das ODER-Gatter 8 und die normalerweise
durchlässige Sperrschaltung zum Eingang eines Ringzählers 10 gelangen und diesen jeweils weiterschalten.
Die drei Ausgänge dieses Ringzäftlers sind über den logischen Schalter 14 mit den Leistungsschaltern der
Ständenvicklungen verbunden, so daß durch die
Weiterschaltung jeweils eine and . e Ständerwicklung
(Phase) an Spannung gelegi wird. Diese Umschaltung ist
in F i g. 2 durch die angedeuteten Zeitspannen (PH 1 EIN = Phase 1 eingeschaltet usw.) angedeutet.
Der Ringzähler 10 ist infolge von internen Rückführung?': selbstkorrigierend, so. daß er auch nach
Störungen stets wieder den umlaufenden Inhalt log. 1/0/0 annimmt.
In F i g. 4 ist auch die Erzeugung des das Vorzeichen anzeigenden Signals angedeutet, indem die Klemme Γ
über die Schaltung 46 (die nur positive Spannungen durchläßt) mit dem Ausgang VZ verbunden ist. Ein
Signal log I am Ausgang VZ entsteht also nur, wenn und solange der Augenblickswert der einzelnen
induzierten Spannung positiv ist.
Die erzeugten Schaltimpulse am Ausgang des NAND-Gatters 7 werden auch dem Speicher 11
zugeführt, an dessen Eingänge die VZ-Ausgänge der Schaltsignalgeber 4 bis 6 angeschaltet sina.
Sie bewirken dort die Einspeicherung entsprechend den Ausgangssignalen der Ausgänge VZ zu den
Zeitpunkten fi. t2. ij usw. Die möglichen Kombinationen
der Vorzeichen zu diesen Zeitpunkten fi bis ti lassen sich
aus F 1 g. 2 ablesen, in der die Verläufe mil A, B und C
bezeichnet sind. Diese Vorzeichenverteilung geht nochmals in der linken Tabelle der F i g. 3 hervor. Zu
den drei verschiedenen Zeitpunkten wird somit jeweils ein anderer Speicher in der Speicherschaltung 11 auf
log. 1 gesetzt.
Aus Fig. 2 unten ergibt sich, wann die einzelnen Phasen WI-3 eingeschaltet werden müssen. Dies ist
auch in der rechten Tabelle der F1 g. 3 eingezeichnet. Man erkennt, daß in beiden Tabellen ein ähnliches
Mu. te. der gesetzten Speicher einerseits bzw. der eingeschalteten Stufen des Ringzählers 10 andererseits
vorliegt, allerdings mit einer Phasenverseuung. Um in
der Vergleichsschaltung 12 einen Vergleich auf Gleicn heit der sich entsprechenden Ausgänge der Glieder 10
und 11 durchführen zu können, ist daher eine (zyklische)
Vertauschung der Ausgänge des Gliedes 11 vorgenom
men, so daß dann das Vorzeichen von B mit der
Ansteuerung von Phase I usw. Verglichen wird.
Ist die Anschaltung der Phasen synchron mit dein induzierten Feld, so stimmen die verglichenen Werte
überein und es wird ein Ausgangssignal log. 1 erzeugt, das in 13 invertiert wird, d, h., daß am Ausgang der
Umkehrstufe 13 nur ein Signal entsteht, wenn keine Übereinstimmung vorliegt; dann wird mittels der
Sperrschaltung 14 eine weitere VVicklungsansteuerung verhindert, bis wieder Synchronismus festgestellt wird.
Außerdem dient das Signal am Ausgang der Umkehrstufe 13 dazu, den Ringzähler mit Hilfe des ODER-Gatters
8 anzuhalten, um hierdurch wieder Synchronismus zu erreichen.
Für den Anlauf aus dem Stillstand dient die Startlogik, die beim Einschalten des Motors eingeschaltet wird und
die dann die Sperrschaltung 9 Umschältet, so, daß der Ringzähler 10 nun Taktimpulse von der Startlogik
Erhält Vorzugsweise wird der Abstand zwischen den Startimpulsen immer kürzer. Erscheint ein Impuls am
Ausgang des NAND-Gatters 7 und wird im folgenden Takt Synchronismus festgestellt, so wird die Startlogik
rückgeschaltet und damit auch die Sperrschaltung 9 umgeschaltet.
Die Fig,5 zeigt eine Alternative zu Fig.4. Hier
werden die Referenzspannung, die an der Klemme 50 zugeführt wird Und z. B. durch Gleichrichtung und
Mittelung der induzierten Spannungen A, B und C erzeugt werden kann, über einen Widerstand R und der
Augenblickswert, z. B. die Spannung A an Klemme 1",
über einen Widerstand <xR, der um den Faktor cc
< 1 kleiner als R ist, zusammengeführt und über einen Komparator 51 und einen Differenzierer 52 dem
Ausgang Tzugeführt. Die Bildung des dem Vorzeichen entsprechenden Signals entspricht der Lösung der
Fig. 4.
Im Ausführungsbeispiel der Fig.6 entsprechen die
Bausteine 4'—T und 1Γ—14' den Bausteinen 4—7 Und
11 — 14 der Fig. 1. Anstelle des Ringzählers sind nur drei miteinander unverschaltete bistabile Schaltglicder
ri 61—63 vorgesehen, die von den T-Ausgangen der
Schaltsignalgeber 4'—6' so angesteuert werden, daß jeweils nur ein bistabiles Glied gesetzt wird, dagegen die
anderen einen Restimpuls erhalten. Hier wird, wenn das Vofzeichenmuster der Speicherschaltung 11' nicht mit
in dem Ausgangssignalmuster der bistabilen Schaltglieder
61—63 übereinstimmt, die Sperrschaltung 14 aktiviert,
bis nach erneuter Prüfung wieder Übereinstimmung festgestellt wird.
Die Störsicherheit der Anordnung nach Fi g. 6 kann
noch verbessert werden durch Hinzufügen der Rückführungen 64. Diese verriegeln mittels der ODER-Gatter
65 die Verbindungen der Taktausgänge T der Schaltsignalgeber 4'—6' mit den Eingängen der
bistabilen Schaltglieder 61 —63 derart, daß Takte Tnur
2(i dann wirksam werden, wenn sie das Statonfeld
entsprechend dem gewünschten Drehsinn fortschallten; so ist z. B., wenn das bistabile Glied 61 logisch 1 abj'ibt
wegen der Inversion das mittlere Gatter 65 für eiiien
negativ gehenden Impuls am Ausgang Tdes Glied:s 5'
durchlässig, während die beiden anderen Gatter für solche Impulse verriegelt sind. Es kann somit als
nächstes bistabiles Glied nur das Glied 62 geschaltet werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetläufer
und einem drei Ständerwicklungen einer beliebigen Polpaarzahl aufweisenden Ständer, bestehend
aus Schaltsignalgebern zur Abgabe von Schaltimpulsen, wenn die in den Ständerwicklungen
oder in zusätzlichen Hilfswicklungen von dem Permanentmagnetläufer induzierten Spannungen
vorgegebene Größenverhältnisse aufweisen, und aus den Schaltsignalgebern zugeordneten bistabilen
Schaltgliedern, die in Abhängigkeit von den Schaltimpulsen die jeweils zugeordnete Ständerwicklung
an eine Gleichstromquelle schalten, dadurchgekennzeichnet,
daß jeder Schaltsignalgeber (4—6; 4'—6') einen Komparator (44; 51)
zum Vergleich der augenblicklichen induzierten Spannung mit einer der maximal induzierten
Spannung entsprechenden Spannung (UKi), der
jeweils aß einen ersten Ausgang (T) den Schaltimpuis
zu einem Zeitpunkt (I i, i£ 13) abgibt, zu dem
alle induzierten Spannungen (A, B, C) relativ groß sind, und eine mit dem zweiten Ausgang (VZ)
verbundenen Schaltung (46) zur Feststeilung des Vorzeichens der induzierten Spannung enthält, daß
eine Speicherschaltung (11; ti') angeschlossen ist, deren Eingänge jeweils mit den zweiten Ausgängen
(VZ) des Schalts.gnalgebers (4-6; 4'—6') zur
Speicherung der bei Abgabe eines Schaltimpulses so vorhandenen Vorzeichenkombination aller induzierten
Spannu gen verbunden ist, daß der Speicherschaltung (11; 11') einp mit de- bistabilen Schaltgliedern
(Ringzähler 10; 61—63) verbundene Vergleichsschaltung (12; 12'} zurr Vergleich der die
Vorzeichenkombination wiedergebenden Zustände der Speicherschaltung (11; 11') mit der Stellungskombination der bistabilen Schaltglieder (Ringzähler
10; 61—63) nachgeschaltet ist, und daß eine Sperrschaltung (9, 14; 14') zur Sperrung der
bistabilen Schaltglieder (Ringzähler 10; 61-63) und/oder den Verbindungsleitungen zwischen
Gleichstromquelle und Ständerwicklung bei Abweichung des Vergleichsergebnisses der Vergleichsschaltung
(12; 12') von einer vorgegebenen Relation vorgesehen ist
2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsignalgeber (4—6,
4'—6') zur Erzeugung der Schaltimpulse für jede der induzierten Spannungen aus einem Vergleich'glied
(43) und einem Referenzspannungserzeuger (40, 41) bestehen, wobei der Referenzspannungserzeuger
(40, 41) ein dem Scheitelwert der induzierten Spannung entsprechendes Signal erzeugt, im Vergleichsglied
(43) dieses Signal mit dem Augenblickswert der induzierten Spannung verglichen wird und
der Schaltimpuls erzeugt wird, wenn diese Spannungen ein vorgegebenes Verhältnis zueinander aufwei-
»en und ihre Differenz sich gleichzeitig in vorgege
bener Richtung ändert.
3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspannungserzeuger
ein Spitzenspannungsspeicher (41) mit Vörge^
setztem Filter (40) ist.
4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Gewinnung einer gemein* samen Referenzspannung Gleichrichter vorgesehen
sind, welche die drei induzierten Spannungen (A, B,
C) einphasig gleichrichten und eine Schaltung vorgesehen ist, die daraus das Kurzzeitmittel der
Summe bildet
5. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen
Schaltglieder (61—63) zu einem Ringzähler (10) verschaltet sind.
6. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Anlauf
aus dem Stillstand heraus an die bistabilen Schaltglieder (61—63) eine Startlogik anschaltbar
ist, die diese in einem vorgegebenen Rhythmus umschaltet und daß ein Umschalter zur Abschaltung
der Startlogik und zur Einschaltung der Weiterschaltung der bistabilen Schaltglieder (Ringzähler 10,
61—63) durch die Schaltimpulse vorgesehen ist, sobald Schaltimpulse entstehen und Synchronismus
zwischen den verglichenen Zuständen und Stellungen besteht.
7. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungen
der Schaitsignaigeber (4—6, 4'—6') zur Erzeugung
der Schaltimpulse mit den bistabilen Schaltgliedern (Ringzähler 10,61—63) Gatter (65) eingeschaltet
sind, und daß diese mit den Ausgängen der bistabilen Schaltglieder derart verkoppelt sind, daß
in der Arbeitsstellung eines bistabilen Schaltglieds nur das in die Verbindung zum nachfolgend
anzusteuernden bistabilen Schaltglied liegende Gatter durchlässig ist.
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ID=5969221
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