DE2718722A1

DE2718722A1 - Control circuit for induction motor torque and rotation - has windings supplied directly by operational amplifiers which can be operated in inverting or non-inverting mode

Info

Publication number: DE2718722A1
Application number: DE19772718722
Authority: DE
Inventors: Johann Von Der Dipl Ing Heide
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1976-04-27
Filing date: 1977-04-27
Publication date: 1977-11-17

Abstract

The induction motor is esp. an eddy current motor with n windings, where n is at least two. Motor windings (33, 34) are directly supplied from power operational amplifiers (21, 24). The amplifier (24) of at least one winding (34) can be switched over from inverting to non-inverting operation. A phase shifter (22) preceeds the inputs of (n-1) amplifiers (24). Amplitude of operational amplifiers' control voltage is adjustable, and the amplifiers can be over driven for braking, so that direct current is applied to motor windings. The control voltage adjustment is carried out by a voltage divider (11, 12, 13) composed of one variable and two fixed resistors.

Description

Schaltungsanordnung zum Steuern von Drehmoment und Dreh-Circuit arrangement for controlling torque and torque

richtung eines Induktionsmotors Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Steuern von Drehmoment und Drehrichtung eines Induktionsmotors, insbesondere eines Wirbelstromläufermotors, mit n Motorsträngen, wobei n > 2. direction of an induction motor The invention relates to a circuit arrangement for controlling the torque and direction of rotation of an induction motor, in particular an eddy current rotor motor, with n motor strands, where n> 2.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine Steuerung der vorstehend genannten Art mit robusten, vergleichsweise kostensparenden Schaltungskomponenten zuläßt, die sich auf kleinem Raum unterbringen lassen.The invention is based on the object of a circuit arrangement to create a controller of the type mentioned above with robust, comparatively allows cost-saving circuit components that can be accommodated in a small space permit.

Es bietet sich zunächst eine Relaissteuerung an. Das Umsteuern der Drehrichtung über ein Relais erfordert jedoch einen großen Kondensator. Zur Vorgabe von Drehmoment und Drehrichtung sowie zum Bremsen des Motors sind bei einer Relaissteuerung außerdem mehrere Relais erforderlich. Dadurch wird die Steuerung aufwendig, platzraubend und störanfällig.Relay control is the first option. Reversing the However, the direction of rotation via a relay requires a large capacitor. To the default of torque and direction of rotation as well as for braking the motor are with a relay control several relays are also required. This makes the control complex and space-consuming and prone to failure.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird demgegenüber dadurch gelöst, daß die Motorstränge unmittelbar aus Leistungsoperationsverstörkern gespeist sind, der Leistungsoperationsverstörker mindestens eines Motorstranges von invertierendem auf nichtinvertierenden Betrieb umschaltbar ist, dem Eingang von ( n - 1 ) Operationsverstärkern jeweils ein Phasenschieber vorgeschaltet ist, die Amplitude der Steuerspannung der Operotionsverstärker einstellbar ist und die Operationsverstärker zum Bremsen derart übersteuerbar sind, daß eine Beaufschlagung der Motorstränge mit Gleichstrom erfolgt.In contrast, the object on which the invention is based is thereby achieved solved that the motor strings are fed directly from power operational amplifiers are the power operational amplifier of at least one motor train of inverting can be switched to non-inverting operation, the input of (n - 1) operational amplifiers a phase shifter is connected upstream, the amplitude of the control voltage of the Operational enhancer is adjustable and the operational amplifiers for braking can be overridden in such a way that that a direct current is applied to the motor strands.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung läßt sich aus kostensparenden marktgängigen Halbleiterkomponenten aufbauen.The circuit arrangement according to the invention can be made of cost-saving build up marketable semiconductor components.

Sie kann insgesamt auf kleinem Raum untergebracht werden. Die Schaltungsanordnung ist robust und arbeitet wesentlich zuverlössiger als eine Relaissteuerung. Da sie ohne bewegte Teile auskommen kann, hat sie eine hohe Lebensdauer.Overall, it can be accommodated in a small space. The circuit arrangement is robust and works much more reliably than a relay control. Since they can do without moving parts, it has a long service life.

Zum Zwecke des Bremsens ist der invertierende Eingang der Operationsverstärker vorzugsweise über Schalter unmittelbar an die Versorgungsspannung legbar.For the purpose of braking, the inverting input is the operational amplifier can preferably be connected directly to the supply voltage via a switch.

Vorteilhafterweise ist die Amplitude der Steuerspannung der Operationsverstärker digital einstellbar und ist als Digital-Analog-Wandler ein Spannungsteiler vorgesehen, dessen. Teilungsverhältnis über Schalter änderbar ist.The amplitude of the control voltage is advantageously the operational amplifier digitally adjustable and a voltage divider is provided as a digital-to-analog converter, whose. The division ratio can be changed using a switch.

Zweckmäßig sind zum Umschalten von invertierendem auf nichtinvertierenden Betrieb, zum Anlegen der invertierenden Operotionsverstärkereingänge an die Versorgungsstufe und/oder zum Umschalten des Spannungsteilerverhöltnisses elektronisch ansteuerbare Schalter vorgesehen. Derartige Schalter können einfach computer- oder ferngesteuert werden, wobei nur kleine Steuersignale erforderlich sind.They are useful for switching from inverting to non-inverting Operation, for applying the inverting operational amplifier inputs to the supply stage and / or electronically controllable to switch the voltage divider ratio Switch provided. Such switches can be easily computer or remote controlled be, being only small Control signals are required.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung eignet sich unter anderem für eine Wickelmotorsteuerung für Kassettenlaufwerke.The circuit arrangement according to the invention is suitable, among other things for a winding motor control for cassette drives.

Sie erlaubt es beispielsweise, im Falle von Sprachlaborgeräten die Amplitude der Wickelmotorantriebsspannung beim Übergang von Wickeln auf Spielen umzusteuern.In the case of language laboratory devices, for example, it allows the Amplitude of the winding motor drive voltage when transitioning from winding to play to redirect.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung ist ein Prinzipschaltbild einer Steuerung für einen zweisträngigen WiF belstromläufermotor dargestellt.The invention is described in more detail below with the aid of an exemplary embodiment explained. In the accompanying drawing is a basic circuit diagram of a controller shown for a two-strand WiF air-current rotor motor.

Die Schaltungsanordnung nach der einzigen Figur weist einen Digital-Analog-Wandler 10 bestehend aus einem Potentiometer 11 und Widerständen 12,13 auf. Das Potentiometer 11 und die Widerstände 12, 13 bilden einen Spannungsteiler, dessen Teilungsverhältnis über zwei elektronisch ansteuerbare Schalter 14, 15 geändert werden kann. An einem Eingang 16 des Digital-Analog-Wandlers 10 liegt ein Wechselspannungssignal, beispielsweise ein 50 Hz-Signal an. Die in der Figur unteren Anschlüsse der Widerstände 12 und 13 lassen sich mit Masse verbinden, indem die Schalter 14, 15 durch digitale Signale an Eingängen 17 bzw. 18 geschlossen werden.The circuit arrangement according to the single figure has a digital-to-analog converter 10 consisting of a potentiometer 11 and resistors 12,13. The potentiometer 11 and the resistors 12, 13 form a voltage divider, its division ratio can be changed via two electronically controllable switches 14, 15. On one Input 16 of digital-to-analog converter 10 is an AC voltage signal, for example a 50 Hz signal. The lower connections in the figure of the resistors 12 and 13 can be connected to ground by switching the switches 14, 15 through digital signals at entrances 17 and 18 are closed.

Der Ausgang 19 des Digital-Analog-Wandlers 10 steht zum einen unmittelbar mit dem invertierenden Eingang 20 eines insgesamt mit 21 bezeichneten Le istungsope rat ionsve rstärkers in Verbindung. Zum anderen ist der Ausgang 19 über einen 900-Phasenschieber 22 an den invertierenden Eingang 23 eines zweiten Leistungsoperationsverstärkers 24 angeschlossen. Je nach der Schaltstellung eines elektronisch ansteuerbaren Schalters 25 steht der Phasenschieber 22 unmittelbar oder über einen Inverter 26 mit dem Eingang 23 in Verbindung.The output 19 of the digital-to-analog converter 10 is on the one hand directly with the inverting input 20 of a total of 21 designated Le istungsope rat ion amplifier in connection. On the other hand, the output 19 is via a 900 phase shifter 22 to the inverting input 23 of a second power operational amplifier 24 connected. Depending on the switch position of an electronically controllable switch 25, the phase shifter 22 is connected to the input directly or via an inverter 26 23 in connection.

Die beiden Leistungsoperationsverstärker 21, 24 umfassen eine Eingangsstufe 27 bzw. 28 sowie eine aus jeweils zwei Transistoren 29, 30 bzw. 31, 32 aufgebaute Leistungsstufe. An den Ausgang der Leistungsoperationsverstärker 21, 24 sind die beiden Stränge 33 bzw. 34 eines Wirbelstromläufermotors angeschlossen, der im übrigen nicht veranschaulicht ist und in bekannter Weise aufgebaut sein kann. Über elektronisch ansteuerbare Schalter 35 und 36 läßt sich der invertierende Eingang 20, 23 der Leistungsoperationsverstörker 21 bzw. 24 unmittelbar an die negative Seite UB der Versorgungsspannung legen. Der Schalter 25 wird über einen Eingang 37 angesteuert, während die Schalter 35 und 36 gemeinsam über einen Eingang 38 angesteuert werden.The two power operational amplifiers 21, 24 comprise an input stage 27 and 28 and one made up of two transistors 29, 30 and 31, 32 respectively Power level. At the output of the power operational amplifiers 21, 24 are the two strands 33 and 34 of an eddy current rotor motor connected, the rest is not illustrated and can be constructed in a known manner. About electronically controllable switches 35 and 36 can be the inverting input 20, 23 of the power operational amplifier Place 21 or 24 directly on the negative side UB of the supply voltage. Of the Switch 25 is controlled via an input 37, while switches 35 and 36 can be controlled jointly via an input 38.

Die beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Bei der in der Figur gezeigten Stellung der verschiedenen Schalter gelangt die zwischen dem Eingang 16 und Masse anliegende Wechselspannung, gegebenenfalls nach geeigneter Schwächung mittels des Potentiometers 11, unmittelbar zum Eingang 20 des den Strang 33 speisenden Leistungsoperationsverstärkers 21 sowie über den Phasenschieber 22 und den Inverter 26 zum Eingang 23 des dem Strang 34 vorgeschalteten Leistungsoperationsverstärkers 24. Die Stränge 33, 34 werden mit verhältnismäßig hohen, um 900 phasenverschobenen Wechselströmen beaufschlagt. Der Wirbelstromiäufermotor läuft in der einen Dreh richtung mit hoher Drehzahl um. Im Falle eines Kassettenlaufwerks kann es sich dabei um die Wickeldrehzahl handeln.The circuit arrangement described works as follows: In the case of the in the position of the various switches shown in the figure passes between the Input 16 and AC voltage applied to ground, if necessary according to a suitable one Attenuation by means of the potentiometer 11, directly to the input 20 of the strand 33 feeding power operational amplifier 21 and via the phase shifter 22 and the inverter 26 to the input 23 of the power operational amplifier connected upstream of the string 34 24. The strands 33, 34 are out of phase with relatively high, by 900 AC currents applied. The eddy current rotor motor runs in one turn direction at high speed. In the case of a cartridge drive, this can be the case be the winding speed.

Soll die Drehrichtung des Motors gesondert werden, wird an den Eingang 37 ein Signal angelegt, das den Schalter 25 umstellt.If the direction of rotation of the motor is to be changed separately, the input 37 a signal is applied which changes the switch 25.

Dadurch wird der Ausgang des Phasenschiebers 22 unmittelbar mit dem Eingang 23 des Leistungsoperationsverstärkers 24 verbunden. Im Vergleich zu dem zuvor erläuterten Betriebszustand ändert sich die Phase des Stroms im Strang 34 um 1800. Der Motor rotiert in entgegengesetzter Richtung.As a result, the output of the phase shifter 22 is directly connected to the Input 23 of the power operational amplifier 24 connected. Compared to that the previously explained operating state changes the phase of the current in strand 34 around 1800. The motor rotates in the opposite direction.

Geht auf den Eingang 18 ein Signal, schließt der Schalter 15.If a signal goes to input 18, switch 15 closes.

Zwischen den Ausgang 19 und Masse wird der Widerstand 13 gelegt. Das Wechselspannungssignal am Ausgang 19 sinkt ab. In die Motorstrange 33, 34 werden entsprechend verminderte Wechselströme eingespeist. Der Motor rotiert mit niedrigerer Drehzahl. Bei einem Kassettenlaufwerk ist dies die Drehzahl für Aufnahme oder Wiedergabe.Resistor 13 is placed between output 19 and ground. That AC voltage signal at output 19 drops. In the motor train 33, 34 are correspondingly reduced alternating currents fed in. The motor rotates at a lower rate Rotational speed. For a cassette drive, this is the speed for recording or playback.

Mittels eines dem Eingang 17 zugeführten Signals wird der Schalter 14 geschlossen. Das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers nimmt weiter zu. Das Signal am Ausgang 19 wird so klein, daß die Stränge 33, 34 nahezu stromlos sind. Der Motor bleibt stehen.By means of a signal fed to the input 17, the switch 14 closed. The division ratio of the voltage divider continues to increase. That The signal at the output 19 is so small that the strands 33, 34 are almost de-energized. The engine stops.

Um den laufenden Motor schnell herunterzubremsen, wird der Eingang 38 mit einem Signal beaufschlagt. Die Schalter 35, 36 schließen. Die invertierenden Eingänge 20, 23 der Eingangsstufen 27, 28 werden unmittelbar an die negative Versorgungsleitung -UB angeschlossen. Die Leistungsoperationsverstärker 21, 24 werden so weit übersteuert, daß in den Strängen 33, 34 Gleichstrom fließt. Dies hat eine starke Abbremsung des Motors zur Folge.To slow down the running engine quickly, the input 38 applied with a signal. The switches 35, 36 close. The inverting Inputs 20, 23 of the input stages 27, 28 are directly connected to the negative supply line -UB connected. The power operational amplifiers 21, 24 are overdriven to such an extent that that in the strands 33, 34 direct current flows. This has a strong deceleration of the Engine.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf eine Anwendung bei zweisträngigen Motoren beschränkt ist, sondern allgemein in Verbindung mit Motoren mit beliebiger Strangzahl eingesetzt werden kann.It will be understood that the invention is not intended to apply to two-legged ones Motors is limited, but generally used in conjunction with motors with any Number of strands used can be.

Während bei der veranschaulichten Ausführungsform der Operationsverstärker 24 durch wahlweises Vorschalten des Inverters 26 von invertierendem auf nichtinvertierenden Betrieb geschaltet werden kann, versteht es sich, daß eine entsprechende Umschaltung auch innerhalb der Eingangsstufe 28 vorgenommen werden kann.While in the illustrated embodiment the operational amplifier 24 by optionally connecting the inverter 26 from inverting to non-inverting Operation can be switched, it goes without saying that a corresponding switchover can also be carried out within the input stage 28.

Claims

Claims 1 1. Circuit arrangement for controlling torque and direction of rotation of an induction motor, in particular an eddy current rotor motor, with n motor trains, where n 2 2, characterized in that the motor trains (33, 34) are fed directly from power operational amplifiers (21,24), the power operational amplifier (24) at least one motor train (34) from inverting to non-inverting Operation is switchable, the input of (n - 1) operational amplifiers (24) each a phase shifter (22) is connected upstream, the amplitude of the control voltage of the Operational amplifier is adjustable and the operational amplifier for braking in such a way Can be overridden so that direct current is applied to the motor lines.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the inverting input (20, 23) of the operational amplifier (21, 24) directly can be connected to the supply voltage (-UB).

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the amplitude of the control voltage of the operational amplifier (21,24) can be set digitally and a voltage divider (11, 12, 13) is provided as a digital-to-analog converter (10) whose division ratio can be changed via switches (14, 15).

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that to switch from inverting to non-inverting operation, for applying the inverting operational amplifier inputs (20, 23) to the supply voltage and / or electronically controllable to switch the voltage divider ratio Switches (14, 15, 25, 35, 36) are provided.