DE2749820B2

DE2749820B2 - Antriebsschaltung für einen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2749820B2
Application number: DE2749820A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Dipl.-Ing. Kawada; Yoshinori Dipl.-Ing. Kohzai; Shigeaki Dipl.-Ing. Hachioji Oyama
Original assignee: Fujitsu Fanuc Ltd
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1976-11-12
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1980-03-06
Also published as: FR2371087A1; US4181875A; JPS5361013A; CH621021A5; DE2749820A1; FR2371087B1; GB1560163A; JPS573316B2; DE2749820C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsschaltung für einen Gleichstrommotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Ein solcher wird beispielsweise als Spindelmotor einer Werkzeugmaschine verwendet.

Ein Spindelmotor soll eine solche Kennlinie haben, daß eine konstante Ausgangsleistung über einen möglichst großen Bereich der Drehzahl erhalten wird.

Es ist bekannt, einen getrennt erregten Gleichstrommotor zu verwenden, bei dem die Ankerspannung, bis die Drehzahl des Motors eine Grunddrehzahl erreicht, gesteuert wird, um ein konstantes Drehmoment zu erhalten, wobei der Feldstrom und der Ankerstrom konstant gehalten werden. In dem die Grunddrehzahl übersteigenden Drehzahlbereich wird die Ankerspannung konstant gehalten, um der Feldstrom zu steuern, was eine konstante Ausgangsleistung ergibt, hierbei wird jedoch eine Schaltung zum Steuern des Feldstroms verwendet. Wenn das Magnetfeld im wesentlichen auf Null verringert wird, steigt des weiteren die Motordrehzahl drei im Nichtlastfall an, so daß die Ausgangsleistung nicht durch Feldsteuerung über einen weiten Bereich konstant gehalten werden kann.

Bei einem Gleichstrom-Reihenschlußmotor ist, da der Ankerstrom als Feldstrom verwendet wird, keine Feldsteuerschaltung erforderlich. In dem Bereich, in dem der Ankerstrom gering ist, ist jedoch das Ausgangsdrehmoment klein, um eine geringe Drehzahlabhängigkeit im Hochdrehzahlbereich zu erhalten. Wenn der Feldstrom Null im Nichtlastfall wird, erreicht die Ankerdrehzahl eine Durchgangsdrehzahl, was eine Begrenzung des steuerbaren Bereichs des Ankerstroms ergibt.

Bekannt ist eine Antriebsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs durch die US-PS 35 66 251. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Strom in den Feldwicklungen dauernd gleich dem Läuferstrom, so daß eine lineare Charakteristik des Stroms für die Feldmagneten gegeben ist. Durch den dauernd in den Polwicklungen fließenden Strom tritt durch Wärmeerzeugung ein relativ hoher Energieverlust auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsschaltung nach dem Oberbegriff des PatentansDruchs zu schaffen, die zu einer nichtlinearen

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h^r> Charakteristik des Motors führt Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung besitzt der Motor, wenn der Läuferstrorn unter einen bestimmten Weit fällt, die Charakteristik eines fremderregten Gleichstrommotors, während die Charakteristik eines Reihenschlußmotors erhalten wird, wenn der Läuferstrom oberhalb des bestimmten Wertes liegt Hierdurch wird erreicht, daß im Normalbetrieb der Läuferstrom klein ist so daß durch die Feldwicklungen kein Strom fließt, womit ein Wärmeverlust vermieden wird.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schnittbild eines Gleichstrommotors, der durch die Antriebsschaltung der Erfindung angetrieben wird,

Fig.2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ankerstrom und dem Feldstrom bei der erfindungsgemäßen Antriebsschaltung,

Fig.4 eine Darstellung von Wellenformen der Ausführungsform der F i g. 2,

Fig.5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ankerstrom und dem Drehmoment bei verschiedenen Gleichstrommotoren und

F i g. 6 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsschaltung.

F i g. 1 zeigt im Schnitt einen Gleichstrommotor M, der durch die Antriebsschaltung nach der Erfindung angetrieben wird. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Anker mit einer Ankerwicklung 2.30 bezeichnen Feldpole, von denen jeder aus einem Hauptpol 3, der durch eine Feldwicklung 4 erregt wird, und einem Hilfspol 5 besteht, der aus einem Paar Permanentmagneten gebildet ist, die an beiden Seiten des Hauptpols 3 angeordnet sind und dieselbe Polarität wie der Hauptpol haben.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform der Antriebsschaltung der Erfindung für den in F i g. 1 gezeigten Gleichstrommotor M. 21 bezeichnet einen Verstärker, der einen Wechselstrom von einer (nicht dargestellten) Wechselstromquelle durch eine Zündphasensteuerung eines Transistors gleichrichtet, wobei ein Strom mit Welligkeit erhalten wird. 22 ist die mit 4 in Fig. 1 bezeichnete Feldwicklung. Die Feldwicklung ist in Reihe mit dem Anker des Gleichstrommotors M geschaltet. 23 bezeichnet einen Gleichrichter, der aus Dioden besteht, um die Flußrichtung eines Feldstroms // unabhängig von der Polarität der Ausgangsspannung des Verstärkers 21 unverändert zu halten. Die Feldwicklung 22 ist parallel zu einem Nebenschlußkreis geschaltet, der aus einer Reihenschaltung einer Diode 24 und eines Widerstands 25 besteht.

P zeigt die mit 5 in F i g. 1 bezeichneten Hilfsfeldpole.

F i g. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Ankerstrom Ia und dem Feldstrom //im Falle der Verwendung der Antriebsschaltung der Erfindung. Wenn der Ankerstrom Ia kleiner als ein bestimmter /1 ist, wird der Feldstrom //"Null. Wenn der Ankerstrom la den Wert /1 übersteigt, steigt der Strom //"linear an.

Die Ausgangswellenform des Verstärkers 21 in F i g. 2 ist wellig und der Ankerstrom Ia hat die in Fig. 4 gezeigte Wellenform. Da dem Feldstrom // ein Widerstand wegen der Welligkeit aufgrund der Wicklungsimpedanz entgegengesetzt wird, entsteht andererseits ein Gleichstrom eines Pegels, der im

wesentlichen dem Wellental des Ankerstroms la entspricht, wie durch //in Fig.4 angegeben ist Der Stromnebenschluß in der Reihenschaltung der Diode 24 und des Widerstands 25 ist die wellige Komponente des Ankerstroms la.

Wenn der Ankerstrom la ansteigt, steigt der Feldstrom //auch an. Wenn jedoch der Ankerstrom la abfällt, wobei seine Gleichstromkomponente auf Null verringert wird, wird der Feldstrom //Null.

Dies bedeutet, daß, wenn der Ankerstrom la k'einer als der *¥ert /1 wird, der Gleichstrommotor als Permanentmagnetfeld-Gleichstrommotor arbeitet. Wenn der Strom /a größer als der Wert /1 ist, arbeitet der Gleichstrommotor in der Weise, daß das Feld durch den Permanentmagneten und den Feldstrom gesteuert ι -, wird.

F i g. 5 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Ankerstrom la und dem Drehmoment T bei verschiedenenen Arten von Gleichstrommotoren zeigt Bei dem Permanentmagnetfeld-Gleichstrommotor

T = A-, ■ Iei, (D

wobei k] eine Konstante ist. In diesem Fall wird die mit >-> (I) bezeichnete Kennlinie in F i g. 5 erhalten.
Bei einem Gleichstrom-Reihenschlußmotor gilt

Mit der AntriebsschaHung nach der Erfindung ergibt sich

T = A₂ ■ If- la = A₂ ■ Ier ,

(2)

wobei Jt₂ eine Konstante und // der Feldstrom ist. Daraus ergibt sich die mit {II) in Fig. 5 bezeichnete Kennlinie.

T = A,- Ia + k₂- If ■ Ia.

Dadurch wird die mit (III) in Fig.5 bezeichnete Kennlinie erhalten.

Gemäß der Erfindung wird in dem Bereich, in dem der Ankerstrom Ia gering ist, d. h. im Hochdrehzahlbereich, ein größeres Drehmoment als das des Reihenschlußmotors erhalten. In dem Bereich, in dem der Strom la groß ist, d. h. im Niedrigdrehzahlbereich, wird ein größeres Drehmoment als das des Permanentmagnetfeld-Gleichstrommotors erhalten.

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebsschaltung der Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform ist ein Nebenschiußwiderstand RS in Reihe zu dem Anker geschaltet und eine Spannung an dem Widerstand RS wird an einen Gleichrichter gelegt, der aus den Dioden D\ bis D 4 besteht. Der Gleichrichter ist mit einer Feldwicklung 22 über Dioden D5 und D6 verbunden. Wenn der Ankerstrom la in der durch den Pfeil angegebenen Richtung fließt, fließt demgemäß der Feldstrom //nicht, bis die Spannung an dem Widerstand RS die Gesamtsumme der Widerstände in Vorwärtsrichtung der Dioden D 1, D 5, D 6 und D4 übersteigt. Wenn die Spannung an dem Widerstand RS die oben erwähnte Gesamtsumme der Widerstände in Vorwärtsrichtung übersteigt, steigt der Feldstrom //mit einem Ansteig des Ankerstroms la an, was zu der in F i g. 2 gezeigten nichtlinearen Kennlinie führt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Antriebsschaltung für einen Gleichstrommotor, welcher Feldpole besitzt, die jeweils aus einem mittels einer Feldwicklung erregten Hauptpol und einem aus einem permanenten Magnetmaterial gebildeten Hilfspol bestehen, und einen Läufer mit einer Läuierwicklung aufweist, wobei der Läufer mit der Feldwicklung über einen Gleichrichter verbun- ι ο den ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter nichtlineare Elemente (24,25; D1,... D 6) besitzt, so daß der Strom (If) durch die Feldwicklung den Wert Null hat, wenn der Strom (la)amch den Läufer unterhalb eines vorbestimmten Werts (/1) liegt, und daß der Strom durch die Feldwicklung mit dem Strom durch den Läufer ansteigt bzw. abnimmt, wenn der Strom durch den Läufer oberhalb des vorbestimmten Werts (11) liegt.

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