DE2856012C2

DE2856012C2 - Schaltungsanordnung zur Phasenverschiebung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2856012C2
Application number: DE2856012A
Authority: DE
Inventors: Juergen 5162 Niederzier Raebiger; Wilfried Ing.(Grad.) 5170 Juelich Schalt; Arnold Dipl.-Ing. 5120 Herzogenrath Seeger
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1978-12-23
Filing date: 1978-12-23
Publication date: 1983-10-06
Also published as: FR2445069B1; US4310787A; FR2445069A1; DE2856012A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Einrichtung zur Einstellung der Winkellage der Polräder von Synchronmotoren zueinander oder in bezug auf einen Muttergenerator, wobei die einzelnen Motoren aus eigenen zugeordneten statischen Frequenzumformern gespeist werden. Solche Einrichtungen dienen insbesondere zur Einstellung des Rotationswinkels von mechanischen Choppersystemen in bezug auf einen Muttergenerator bei der Aufnahme von Spektren in der Neutronenspektroskopie unter Anwendung von »Flugzeitmeßmethoden« sowie allgemein zur Einstellung der Rotationswinkel mehrerer Motoren zueinander.

Nach einem bekannten Verfahren erhält man eine Phasenverschiebung, indem man die auf einem relativ hohen Niveau liegende Führungsfrequenz des Muttergenerators mit Teilerketten auf die Sollgröße herunterteilt, wobei durch kurzzeitiges Verkürzen odsr Verlängern der Teilerkette eine Phasenverschiebung erzielt wird (siehe DE-OS 15 37 160). Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß auf der einen Seite relativ hohe, nur noch schlecht beherrschbare Führungsfrequenzen erforderlich sein können oder — bei niedrigem Frequenzniveau — nur relativ große Winkeländerungen möglich sind, die gegebenenfalls zu einem »Außertrittfallen« der Maschine führen können.

Nach einem anderen, für kleine Winkelstellbereiche brauchbaren Verfahren erfolgt die Phasenverschiebung auf der Ebene der Mutterfrequenz, indem jede Periode der Mutterfrequenz über einen getakteten Integrator in eine Sägezahnform umgewandelt und mit einem nachgeschalteten Schwellendiskriminator dann in einen Rechteckfrequenzzug umgeformt wird, wobei durch unterschiedliche Einstellung der Schwelle des Diskriminators unterschiedliche Phasenlagen zur Mutterfrequenz erhalten werden. Bezogen auf die Drehfrequenz eines Antriebssystems, bestehend aus einer 3-pol-paarigen Synchronmaschine, die aus einem statischen Frequenzumformer gespeist wird, bedeutet das einen maximalen Verschiebebereich von 20°. Das heißt, diese Methode allein läßt nur relativ begrenzte Phasenverschiebungen zu.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es einen Phasenschieber zu schaffen, der eine relativ hohe Winkelauflösung bei praktisch nicht begrenztem Stellbereich über 360° hinweg zuläßt, wobei innerhalb der technisch interessierenden Stellbereiche praktisch keine Beschränkung bestehen soll. Insbesondere soll das System mit relativ geringem Aufwand erzielbar sein.

Die Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen Merkmale im kennzeichnenden Teil gelöst.

Die so gekennzeichnete Schaltanordnung ist mit bekannten elektronischen Baueinheiten realisierbar und bietet die Möglichkeit einer quasi stufenlosen Phasenverschiebung auch über 360° hinaus. Dabei sind Winkelauflösungen von 0,01° für Synchronantriebe mit 100 Upm bis 12 000Upm technisch realisiert worden. Eine Beschränkung auf bestimmte Drehzahlbereiche ist innerhalb der in der Praxis verwirklichten Systeme nicht erforderlich.

Zur nachfolgenden detaillierten Erläuterung der Erfindung wird auf die angefügten Zeichnungen Bezug genommen. Diese zeigen Blockschaltbilder für unterschiedliche Verfahrensvarianten, und zwar im einzelnen

F i g. 1 das allgemeine Prinzip der Phasenverschiebung;

F i g. 2 eine Anwendung zur Einstellung bestimmter Sollwinkel;

Fig.3 eine Winkelregelung gemäß der Erfindung; und

F i g. 4 und 5 zwei Varianten der abhängigen Phasenlagenregelung bei zwei bzw. mehreren Antriebssystemen in bezug auf einen Muttergenerator.

Gemäß der Erfindung wird — wie in F i g. 1 gezeigt ist — die Mutterfrequenz (f), deren Phasenlage verändert werden soll, in einer Multiplikationseinheit A, die vorzugsweise durch eine »Phase-Locked-Loopw-System gebildet wird, mit m multipliziert und die neue Frequenz f ■ m einer Divisionsstufe B — [1 :(m± I)] — zugeführt und dort im Normalfall durch m geteilt, so daß am Ausgang der Divisionsstufe erneut die Frequenz f erscheint. Die Phasenverschiebung der Frequenz /um

den Winkel φ beziehungsweise einen Verschiebungsschritt Δφ kann nun dadurch erzielt werden, daß man den Divisionsvorgang in der Divisionsstufe B, die praktisch durch eine Zählerkette realisiert wird, nicht bis zur Zahl m, sondern bis m + 1 oder ra — 1 für einen Zählzyklus durchlaufen läßt, wodurch ein Nach- oder Voreilen um einen Phasenschritt erreicht wird, dessen Größe vom Wert des Multiplikators abhängt Das heißt, wenn als Wert für m beispielsweise 360 gewählt vird, so erhält man bei der vorstehend skizzierten Arbeitsweise iü eine Phasenverschiebung um einen Winkel Δφ von 1°. Wenn die Phasenlage um mehr als 350°/m geändert werden soll, muß entweder die Zählerkette (B) um mehr als 1 verändert oder besser eine Änderung in mehreren Zyklen vorgenommen werden. Selbstverständlich bietet die Änderung des Multiplikators m eine weitere Möglichkeit, den Wert der Phasenverschiebung zu variieren.

Bei der vorstehend erläuterten Phasenverschiebung durch Multiplikation und anschließende Division ist der Anfangszustand nicht ohne weiters definiert. Fig. 2 zeigt nun eine praktische Ausführungsform, bei der dieser Mangel überwunden wird: In einen Zähler Z wird die multiplizierte Frequenz f ■ m im Zeitintervall der Phasenverschiebung zwischen /"und f+ φ eingezählt, wobei das Zählergebnis der Phasenverschiebung entspricht. Dieses Zählergebnis wird in einen Comparator C eingegeben und dort mit dem geforderten Sollwinkel verglichen. Wird im Comparator eine Abweichung festgestellt, so erhält die Divisionsstufe β den Befehl zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Teilers, bis der Ist- und der Sollwinkel übereinstimmen. Ab dann zählt der Teiler wieder konstant bis m.

Die erfindungsgemäße Phasenverschiebung kann nun auf ein Synchron-Antriebssystem angewendet werden, j5 bei dem die Polradwinkellage in bezug auf die Phasenlage eines Muttergenerators MG eingestellt werden soll. F i g. 3 zeigt eine entsprechende Schaltungsanordnung: In den Zähler Z wird die Mutterfrequenz / und die mittels eines Phasenlagendetektors abgenommene phasenverschobene Frequenz f+ φ eingegeben und die Phasendifferenz unter Zuhilfenahme der multiplizierten Frequenz /- m ermittelt. Die vorstehend angegebene Ermittlung der Phasendifferenz erfolgt nach einem von der Anmelderin in der US-PS 40 99 103 angegebenen Verfahren. Der festgestellte Winkel ψ wird mit dem Sollwert <p$ im Comparator C verglichen, der einen Befehl zur Vtrgrößerung oder Verkleinerung des Teilers an die Divisionseinheit B weitergibt Der Ausgang der Divisionsstufe B dient zum Takten des »Statischen Frequenzumformers« U. Dabei wird die Phasenlage der von der Divisionsstufe gelieferten Frequenz so lange in Schritten von Δφ variiert, bis das Polrad des Motors die gewünschte Phasenlage in bezug auf die Mutterfrequenz Im eingenommen hat (Gleichzeitig werden dabei eventuell auftretende Lastwinkeländerungen an der Maschine ebenfalls mit berücksichtigt)

Die in F i g. 3 gezeigte Anordnung für die Steuerung eines Rotationssystems läßt sich ohne weiteres für die Steuerung von zwei oder mehreren Antrieben in bezug auf einen Muttergenerator MC und damit auch der Polradwinkellagen zueinander ausnutzen, wie es in Fig.4 dargestellt ist. Jedes Einzelantriebssystem weist dabei eine Konfiguration auf, wie sie in F i g. 3 gezeigt ist. Eingeregelt wird jeweils die Winkellage φι beziehungsweise φ₂ der beiden Polräder in bezug auf den Muttergenerator. Die Winkellage der beiden Polräder zueinander ist demnach φ = φ₂ — φι.

Gemäß einer weiteren Anwendung kann die Taktfrequenz für eine Folgemaschine vom Polrad der Führungsmaschine über ein Pick-up-System abgenommen und die gewünschte Winkellage der Polräder zueinander eingestellt werden, wie es in F i g. 5 dargestellt ist. Dabei entspricht die Anordnung zur Einstellung der Winkellage praktisch der in Fig.3 gezeigten Anordnung, so daß sich eine erneute Erläuterung erübrigt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Phasenverschiebung einer vorgegebenen Frequenz um einen vom Wert dieser vorgegebenen Frequenz (f) unabhängigen Phasenwinkel (φ) mit einem Frequenzdivisionsglied mit einem die Phasenauflösung bestimmenden Divisor (m), gekennzeichnet durch ein Multiplikationsglied (A), welches die in ihrer Phase zu verschiebende Frequenz mit dem Divisorwert (ω) ig multipliziert, während die Division des so gewonnenen Impulszuges im nachfolgenden Divisionsglied Runter kurzzeitigem Vergrößern oder Verkleinern des Divisors erfolgt und ein Nach- oder Voreilen der Phasenlage zur vorgegebenen Frequenz bewirkt

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein »Phase-Locked-Loop«-System zur Multiplikation.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Winkelmeßeinheit (Z) mit Fühlern zur Erfassung der tatsächlichen Phasenlagen zweier Zustände beziehungsweise Phasendifferenz zwischen zwei periodisch, insbesondere mit gleicher Frequenz, arbeitenden Systemen durch Frequenzmultiplikation und Signalzählung mit nachfolgendem Comparator (C), der das Divisionsglied (B) abhängig von der Differenz zwischen dem Winkelsollwert <p_sund dem Istwert φ steuert.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch nur einen Frequenzmultiplikator für die Winkelmessung und für die Phaseneinstellung.

5. Verwendung eines Phasenschiebers nach den Ansprüchen 3 oder 4 zur Steuerung einer vorwählbaren Polradwinkellage eines aus einem statischen Frequenzumformer gespeisten Synchronmotors in bezug auf einen Muttergenerator (fiktive O-Marke).

6. Verwendung eines Phasenschiebers nach den Ansprüchen 3 oder 4, gekennzeichnet durch Zuordnung zu je einem Synchronmotor-Antriebssystem mit Speisung über statische Frequenzumformer unter Ableitung der gemeinsamen O-Marke (fiktive O-Marke) aus dem die Drehzahl vorgebenden Frequenzgeber zur Einstellung der Einzelpolräder in ihrer Winkellage zur O-Marke und zueinander.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfrequenz und die 0-Winkellage von einer Führungsmaschine vorgegeben werden (F ig. 5).