DE2650409A1 - DRIVE CIRCUIT FOR DC MOTORS - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Antriebsschaltungen für Gleichstrommoliren.The invention relates to drive circuits for DC power units.
Erfindungsgemäß weist eine Antriebsschaltung für einen Gleichstrommotor einen Gleichstrommotor mit zwei parallelen, entgegengesetzt gewickelten Erregerwicklungen, ein Paar steuerbare Gleichrichter, die jeweils mit einer der Erregerwicklungen in Reihe geschaltet sind, einen mit den steuerbaren Gleichrichtern verbundenen Kompensationskondensator und eine Vorrichtung zum abwechselnden Anlegen von Auftastimpulsen an die beiden steuerbaren Gleichrichter auf, so daß durch die zwei Erregerwicklungen abwechselnd und in komplementären Perioden der Leitfähigkeit Gleichstrom fließt.According to the invention, a drive circuit for a DC motor a DC motor with two parallel, oppositely wound excitation windings, a pair controllable rectifiers, each connected in series with one of the excitation windings, one with the controllable Rectifiers connected compensation capacitor and a device for alternately applying gating pulses to the two controllable rectifiers so that the two excitation windings alternate and complement each other Periods of conductivity direct current flows.
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In einer solchen Schaltung dient jeder der oben erwähnten steuerbaren Gleichrichter, die vorzugsweise Thyristoren sind, als ein Hauptstromschalter für die Wicklung, mit der er in Reihe geschaltet ist, und als Löschschalter für den anderen steuerbaren Gleichrichter. Die Perioden der Leitfähigkeit des einen steuerbaren Gleichrichters sind komplementär zu denen des anderen. Wenn die Perioden der Leitfähigkeit gleich sind, werden die entgegengesetzt gewickelten Erregerwicklungen abwechselnd mit im wesentlichen gleichen Stromimpulsen erregt, so daß sich der Motor im Stillstand befindet, vorausgesetzt, daß die Kommutierungsfrequenz groß genug ist. Gleichheit der Leitfähigkeitsperioden tritt dann auf, wenn die aufeinanderfolgenden Zwischenräume zwischen den abwechselnd an die Gleichrichter angelegten Auftastsignalen gleich sind, z.B. wenn die Auftastsignale eine Rechteckkurvenform mit Tastverhältnis 1:1 aufweisen, jedoch in Gegenphase zueinander stehen. Die zwei Erregerwicklungen stellen einen Transformator dar, der bewirkt, daß die durch die Wicklungen fließenden Ströme bei Stillstand sehr gering sind Der Transformator verhindert auch das Auftreten von Überspannungen an den steuerbaren Gleichrichtern. Eine Veränderung der relativen Zeitfolge der Auftastsignale verändert die durch die Erregerwicklungen fließenden arithmetischen Strommittelwerte (average currents) differentiell so, daß der Motor in der einen oder anderen Richtung angetrieben wird, je nach dem, welche der Wicklungen den größeren Strommittelwert empfängt.In such a circuit, each of the above-mentioned controllable rectifiers, which are preferably thyristors, serves as a main current switch for the winding with which it is connected in series, and as a cancel switch for the other controllable rectifier. The periods of conductivity of one controllable rectifier are complementary to those of the other. If the periods of conductivity are the same, the oppositely wound excitation windings are alternately excited with essentially the same current pulses, so that the motor is at a standstill, provided that the commutation frequency is high enough. The conductivity periods are equal when the successive gaps between the gating signals alternately applied to the rectifiers are the same, for example when the gating signals have a rectangular waveform with a duty cycle of 1: 1 but are in phase opposition to one another. The two excitation windings represent a transformer which has the effect that the currents flowing through the windings are very low when the system is stationary. The transformer also prevents overvoltages from occurring in the controllable rectifiers. A change in the relative time sequence of the gating signals changes the arithmetic mean currents flowing through the excitation windings differentially so that the motor is driven in one direction or the other, depending on which of the windings receives the greater mean current value.
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Da das Starten, Stoppen und die Umkehr des Motors allein dadurch bewirkt werden kann, daß die relative Zeitfolge der Auftastsignale eingestellt wird, kann leicht auf die Verwendung von Kontaktgebern oder Relais für diese Operationen verzichtet werden.Since the starting, stopping and reversing of the motor can be effected solely by the relative timing of the Detection signals can be adjusted easily on the use of contactors or relays for these operations can be dispensed with.
Um zu verhindern, daß an die Thyristoren Umkehrspannungen angelegt werden, und um den Entladungsstrom des Kompensationskondensators zu begrenzen, kann eine Drossel jeweils mit der Kathode der steuerbaren Gleichrichter und der entsprechenden Klemme der Stromquelle verbunden sein. Im Falle eines Reihenschlußmotors oder Hauptschlußmotors kann jedoch der Anker des Motors die gleichen Funktionen wie die Drossel ausüben, und es kann deshalb der Anker des Motors verbunden sein mit der Kathode der steuerbaren Gleichrichter und einer Klemme der Stromquelle.To prevent reverse voltages from being applied to the thyristors are applied, and the discharge current of the compensation capacitor to limit, a choke can each with the cathode of the controllable rectifier and the corresponding Connected to the terminal of the power source. In the case of a series motor or main circuit motor, however, the armature of the engine perform the same functions as the throttle, and it can therefore be connected to the armature of the engine the cathode of the controllable rectifier and one terminal of the power source.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 jeweils eine vereinfachte Form einer Antriebsschaltung für einen Gleichstrommotor.Embodiments of the invention are described in more detail with reference to the drawings. 1 and 2 each show a simplified form of a drive circuit for a DC motor.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weist eine positive Klemme 1 und eine negative Klemme 2 auf. Diese Klemmen sind normalerweise mit den Klemmen einer elektrischen Batterie verbunden. Der Motor weist zwei parallele Erregerwicklungen 3 und 4 auf, die so angeordnet sind, daß sie, bei nor-The circuit shown in FIG. 1 has a positive terminal 1 and a negative terminal 2. These clamps are usually connected to the terminals of an electric battery. The motor has two parallel excitation windings 3 and 4, which are arranged in such a way that they
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maler Erregung durch den Strom von der Batterie, elektrische Flüsse in entgegengesetzte Richtungen erzeugen. Bei dieser Ausführungsform ist der Motor ein Reihenschlußmotor oder Hauptschlußmotor,' bei dem der Anker 5 mit der Klemme 1 und den Erregerwicklungen 3 und 4 verbunden ist.painter excitation by the current from the battery, creating electrical flows in opposite directions. at In this embodiment, the motor is a series-wound motor or main-wound motor, in which the armature 5 is connected to the terminal 1 and the excitation windings 3 and 4 is connected.
Parallel zum Anker 5 des Motors liegt in üblicher Art und Weise eine Freilaufdiode 6.A freewheeling diode 6 is located parallel to the armature 5 of the motor in the usual manner.
Ein Kommutierungsnetzwerk für den Motor weist normalerweise zwei steuerbare Gleichrichter auf, die in der dargestellten Ausführungsform zwei Thyristoren 7 und 8 sind. Jeder Thyristor liegt jeweils in Reihe mit einer der Erregerwicklungen 3 und 4. Die Anode der Thyristoren ist jeweils mit einem Kompensations- oder Wendekondensator 9 verbunden. Bei diesem Netzwerk dient jeder Thyristor als Hauptthyristor für den Stromdurchgang durch die entsprechende Erregerwicklung und auch, wenn er leitend ist, als Löschthyristor für den Hauptthyristor der anderen Wicklung.A commutation network for the motor normally has two controllable rectifiers, which are shown in FIG Embodiment two thyristors 7 and 8 are. Each thyristor is in series with one of the excitation windings 3 and 4. The anode of the thyristors is each connected to a compensation or reversing capacitor 9. In this network, each thyristor serves as the main thyristor for the passage of current through the corresponding excitation winding and also, when it is conductive, as a quenching thyristor for the main thyristor of the other winding.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weist auch eine zwischen der Erregerwicklung 3 und dem Thyristor 7 angeordnete Sperrdiode 10 und eine zwischen der Erregerwicklung 4 und dem Thyristor 8 angeordnete Sperrdiode 11 auf. Eine Freilaufdiode 12 liegt zwischen der negativen Klemme 2 und einem Punkt des Schaltungsweges zwischen der Erregerwicklung 3 und der Sperrdiode 10. Eine Freilauf_diode 13 liegt zwischen derThe circuit shown in FIG. 1 also has one arranged between the excitation winding 3 and the thyristor 7 Blocking diode 10 and a blocking diode 11 arranged between the excitation winding 4 and the thyristor 8. A freewheeling diode 12 lies between the negative terminal 2 and a point on the circuit path between the excitation winding 3 and the blocking diode 10. A freewheeling diode 13 is located between the
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Klemme 2 und einem Punkt des Schaltungsweges zwischen der Erregerwicklung 4 und der Sperrdiode 11. Die Kathode der beiden Thyristoren ist jeweils miteinander und gerneinsam über eine Drossel 14 mit der negativen Klemme 2 verbunden. Die Gate-Elektroden der Thyristoren 7 und 8 sind mit den Ausgangsklemmen eines astabilen Multivibrators 15 verbunden, der an seinen Ausgangsklemmen zwei zueinander komplementäre Rechtecksignale erzeugt, deren Tastverhältnis in komplementärer Weise, d.h. gegensinnig gleich, veränderbar ist. Die besondere Konstruktion des astabilen Multivibrators ist nicht wesentlich. Die Betriebsfrequenz des astabilen Multivibrators ist ebenso nicht wesentlich, vorausgesetzt, daß der Motor stillsteht, wenn das Tastverhältnis der beiden komplementären Ausgangssignale gleich ist und somit die Leitfähigkeitsperioden der Thyristoren 7 und 8 und damit die Perioden des Stromflusses in den entsprechenden Wicklungen ebenfalls gleich groß sind. Eine Bewegung des Motors in die eine oder andere Richtung kann dadurch bewirkt werden,·daß das Tastverhältnis des einen der Ausgangssignale des Multivibrators verändert wird und das Tastverhältnis des anderen AusgangsSignaIs in dazu komplementärer Weise verändert wird, so daß sich die erwähnten Leitfähigkeitsperioden differentiell ändern, so daß sich der durch die eine der Erregerwicklungen fließende Strommittelwert oder mittlere Wechselstromwert auf Kosten des durch die andere WicMLung fließenden Strommittelwerts erhöht.Terminal 2 and a point of the circuit path between the excitation winding 4 and the blocking diode 11. The cathode of the both thyristors is in each case with each other and like togetherness Connected to negative terminal 2 via a choke 14. The gate electrodes of the thyristors 7 and 8 are with the Output terminals of an astable multivibrator 15 connected, the two complementary to each other at its output terminals Generates square-wave signals, the duty cycle of which can be changed in a complementary way, i.e. in opposite directions. the special construction of the astable multivibrator is not essential. The operating frequency of the astable multivibrator is also not essential, provided that the motor is stopped when the duty cycle of the two complementary Output signals is the same and thus the conductivity periods of the thyristors 7 and 8 and thus the periods of the current flow are also the same size in the corresponding windings. A movement of the motor in one way or another Direction can be effected by changing the pulse duty factor of one of the output signals of the multivibrator and the duty cycle of the other output signal in is changed in a complementary manner, so that the conductivity periods mentioned change differentially, so that the mean current value flowing through one of the excitation windings or mean alternating current value at the expense of the increased by the other winding of the flowing mean current.
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Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch, daß die Drossel 14 weggelassen und der Anker des Motors an die Stelle der Drossel eingesetzt wurde. Bei dieser Ausführungsform ist die Freilaufdiode 6 unnötig und wurde deshalb weggelassen.The circuit shown in Fig. 2 differs from that in Fig. 1 in that the throttle 14 is omitted and the armature of the motor is used in the place of the throttle became. In this embodiment, the freewheeling diode 6 is unnecessary and has therefore been left out.
Es wäre auch noch möglich, die durch die Wicklungen fließenden Ströme zu vermindern, wenn der Motor im Stillstand ist, indem Wicklungen eines Transib rmators (nicht gezeigt) in Reihe mit den Erregerwicklungen geschaltet werden.It would also be possible to reduce the currents flowing through the windings when the motor is at a standstill is by connecting windings of a transducer (not shown) in series with the excitation windings.
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