DE3004456A1

DE3004456A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE SPEED CONTROL OF AC MOTORS

Info

Publication number: DE3004456A1
Application number: DE19803004456
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-INg. Waidhofen Ibbs Grunert; Dipl.-Ing. Dr.-techn. Konrad Wien Kuschel
Original assignee: IFE GmbH
Current assignee: IFE GmbH
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1980-02-07
Publication date: 1981-06-11
Also published as: GB2065337B; SE8008422L; ES8201781A1; AT369934B; ES497484A0; GB2065337A; ATA773479A; FR2471697B1; FR2471697A1; ZA807524B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Regeleinrichtung zur Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren durch sich wiederholendes Ab- und Einschalten der Stromzufuhr mittels elektronischer ßchaltmittel.The invention relates to a method and a control device for controlling the speed of alternating current motors by repeatedly switching the power supply off and on by means of electronic switching means.

Es sind bereits Drehzahlregelungen bekannt, bei welchen die Dauer der Stromzufuhr in Abhängigkeit von der Anzeige eines Drehzahlmessers bestimmt wird. Die Wiedereinschaltung des Motors erfolgt beispielsweise nach Ablauf einer durch einen Zeitgeber vorgegebenen stromlosen Zeit (DE-PS 15 38 577). Solche Regelverfahren sind beim Antrieb von Aggregaten, welche einen hohen Gleichförmigkeitsgrad aufweisen, gut geeignet, nicht aber bei starken und schnellen periodischen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit ausgesetzten Antriebsmotoren. In solchen Fällen wäre es zweckmäßiger, beispielsweise aus dem von einem von einem Tachogenerator abgegebenen, dem Momentanwert der Winkelgeschwindigkeit proportionalen Spannungssignal einen Spannungsmittelwert zu bilden,-welcher einen der mittleren Drehzahl des Antriebsmotors proportionalen Ausgangswert für die Regelung des Motors zur Verfügung stellt. Eine solche Regelung wäre jedoch aufwendig.Speed controls are already known in which the duration of the power supply depends on the display a tachometer is determined. The motor is switched on again, for example, after a a timer predetermined currentless time (DE-PS 15 38 577). Such control methods are well suited for driving units that have a high degree of uniformity, but not in the case of drive motors exposed to strong and rapid periodic fluctuations in the angular velocity. In such cases it would be more convenient, for example from the output from a tachometer generator, proportional to the instantaneous value of the angular velocity Voltage signal to form a voltage mean value, -which provides an output value proportional to the mean speed of the drive motor for regulating the motor. However, such a regulation would be costly.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren, welches auf einen Tachogenerator oder ein ähnliches Element zur Bestimmung der momentanen oder mittleren Drehzahl des Antriebsmotors überhaupt verzichtet und eine unmittelbare Erfassung der mittleren Drehzahl gestattet. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß arithmetische Mittel der Rotorwinkelgeschwindigkeit des Motors durch die Messung der Zeit für die Verdrehung des Rotormotors um einen bestimmten Winkel benutzt und mit einem vorgegebenen Zeitwert vergleicht. Liegt das gemessene Zeitintervall unter dem vorgegebenen Zeitwert, wird die Stromzufuhr abgeschaltet. Liegt bei einer späteren Zeitmessung das gemessene Intervall über der vorgegebenen Zeit, so wird die Stromzufuhr zum Motor wieder eingeschaltet. Zweckmäßig werden Zeitmessungen bei jederThe invention now relates to a method for speed control of alternating current motors, which on a tachometer generator or a similar element to determine the instantaneous or mean speed of the drive motor is dispensed with at all and an immediate detection of the mean speed allowed. According to the invention this is achieved in that arithmetic mean of the rotor angular speed of the motor by measuring the time for the rotation of the rotor motor used by a certain angle and compared with a given time value. Is the measured time interval below the specified time value, the power supply is switched off. Is the measured interval in a later time measurement? over the specified time, the power supply to the motor is switched on again. Time measurements are useful for each

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vollen Motorumdrehung vorgenommen.full engine revolution.

Soll eine besonders genaue Drehzahlregelung erreicht werden, so sind mehrere Zeitmessungen während einer Motorumdrehung vorzunehmen. Die Festlegung der Drehwinkel für die einzelnen Zeitmessungen wird hiebei.so vorgenommen, daß bei ununterbrochener Zufuhr von Antriebsleistung in solcher Höhe, daß die Zeit für aufeinanderfolgende volle Motorumdrehungen konstant bleibt, auch die Teilzeiten für den Durchlauf der einzelnen Drehwinkel gleich sind.If a particularly precise speed control is to be achieved, several time measurements are made during one motor revolution to undertake. The definition of the angle of rotation for the individual time measurements is made so that at uninterrupted supply of drive power to such an extent that the time for successive full engine revolutions remains constant, and the partial times for the passage of the individual angles of rotation are the same.

TJm ein besonders einfaches Zeitmeßverfahren realisieren zu können, erscheint es zweckmäßig, die Summe der Drehwinkel für die einzelnen Zeitmessungen gleich ( 2 ^, 360°), also einer vollen Motorumdrehung entsprechend, zu wählen.TJm realize a particularly simple time measurement method to be able to, it seems appropriate to equate the sum of the angles of rotation for the individual time measurements (2 ^, 360 °), that is corresponding to a full motor revolution.

Vorzugsweise wird für die Ist-Zeitmessungen ein induktiver Näherungsschalter am Motorgehäuse vorgesehen, der durch am Rotor des Motors angebrachte Metallplättchen beim Vorbeilauf bedämpft wird.An inductive proximity switch is preferably provided on the motor housing for the actual time measurements Metal plates attached to the rotor of the motor are dampened as they pass.

Im folgenden wird eine Regeleinrichtung beschrieben, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Drehzahlregelungsverfahrens dienen kann. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild und Fig. 2 das zugehörige Signalflußdiagramm.In the following, a control device is described which is used to carry out the speed control method according to the invention can serve. In the drawing, FIG. 1 shows a block diagram and FIG. 2 shows the associated signal flow diagram.

Im Blockschaltbild Fig. 1 sind die folgenden Baugruppen dargestellt:The following assemblies are shown in the block diagram in Fig. 1:

Baugruppe:Module: Eingangsschaltung mitInput circuit with
Initiatorinitiator SollwertgeberSetpoint generator Bezeichnung:Description: Ausgänge:Outputs: Eingänge:Entrances: 11 flankengesteuerter, zeitedge-controlled, time
verzögerter Flip-Flopdelayed flip-flop NetzsignalgeberNetwork signaling device H-EH-E E-3, E-4E-3, E-4 E-I, E-2E-I, E-2 22 3ίflankengesteuerter Mono-3-edge-controlled mono
jflop mit auffrischbarerjflop with refreshable
Laufzeitrunning time AusgangsleistungsteilOutput power section iFFiFF FF-Ö?FF-Ö? FF-S, FF-CP, FF-DFF-S, FF-CP, FF-D 4!Oszillator4! Oscillator 8'Netzteil8 'power supply !MF"! MF " HF-"*}HF - "*} MF-T, MF-AMF-T, MF-A OzOz Oz-2Oz-2 Oz-1Oz-1 66th P+SoP + Sun .So-I, So-2So-I, So-2 . So-3, So-4, So-5. Sun-3, Sun-4, Sun-5 77th NSNS NS-INS-I -- LTLT LT-2, LT-3LT-2, LT-3 LT-1LT-1 • N• N

Die Signalflußwege sind mit den Buchstaben a, b, c, d, e, f bezeichnet. 130024/0646The signal flow paths are identified by the letters a, b, c, d, e, f designated. 130024/0646

Description of the individual assemblies:

1) Eingangsschaltung mit Initiator (I+E):1) Input circuit with initiator (I + E):

Zur Erfassung der Ist-Drehzahl (Istwert) befindet sich am Gehäuse (Stator) des Motors ein induktiver Näherungsschalter I. Ein oder mehrere am Rotor angebrachte Metallplättchen bedampfen den Näherungsschalter bei ihrem Vorbeilauf an der aktiven Schaltfläche des Näherungsschalters. Die Eingangsschaltung E formt die vom Initiator I abgegebenen Impulse auf OV (L-Pegel) bzw. HV (Η-Pegel) um und gibt sie am Ausgang E 4- ab.An inductive proximity switch is located on the housing (stator) of the motor to record the actual speed (actual value) I. One or more metal plates attached to the rotor vaporise the proximity switch as it passes on the active button of the proximity switch. The input circuit E forms the output from the initiator I. Pulses to OV (L level) or HV (Η level) and emits them at output E 4-.

Die Leitungen zum Initiator I werden auf Unterbrechung überwacht. Bricht eine der beiden Leitungen, so wird am Ausgang E 3 ein Η-Signal abgegeben.The lines to the initiator I are monitored for interruptions. If one of the two lines breaks, the Output E 3 emits a Η signal.

2) Flankengesteuerter, zeitverzögerter Flip-Flop (FF): Liegt vom Netzsignalgeber NS kommend am Eingang FF-S ein L-Signal an, ist der Flip-Flop FF außer Tätigkeit. Am Ausgang FF-Q liegt ein L-Signal.2) Edge-controlled, time-delayed flip-flop (FF): Is present at input FF-S coming from the network signal generator NS If the L signal is on, the flip-flop FF is inactive. At the There is an L signal at output FF-Q.

Liegt am Eingang FF-S ein Η-Signal, gibt der Flip-Flop FF beim Eintreffen eines positiven Impulses am FF-CP das an FF-D anliegende Signal invertiert bei FF-Q ab.If there is a Η signal at the FF-S input, the flip-flop FF sends the FF-D to FF-D when a positive pulse arrives at the FF-CP applied signal inverted at FF-Q.

3) Flankengesteuerter Monoflop mit auffrischbarer Laufzeit (MF): Ist der Monoflop nicht angesteuert, liefert Ausgang MF-iJ ständig ein Η-Signal. Trifft am Eingang MF-A ein Impuls ein, ändert sich das Signal am Ausgang MF-φ von H auf L und bleibt für eine Laufzeit 1 stehen, welche durch die am Eingang MF-T anliegende Sollwertspannung bestimmt ist. Kommt vor Ablauf von 1 neuerdings ein Impuls am Eingang MF-A an, beginnt die Zeitzählung von Neuem.3) Edge-controlled monoflop with refreshable running time (MF): If the monoflop is not activated, output MF-iJ delivers constant Η signal. If a pulse arrives at input MF-A, the signal at output MF-φ changes from H to L and remains for a running time 1, which is determined by the setpoint voltage applied to input MF-T. If a new pulse arrives at input MF-A before 1 has elapsed, the time counting starts again.

4-) Oszillator (Oz):4-) Oscillator (Oz):

Liegt am Eingang Oz-1 des Oszillators ein L-Signal an, gibt der Oszillator Oz an Ausgang Oz-2 eine Zündimpulsfolgs mit einer Frequenz von ca. 1 kHz ab.If there is an L signal at input Oz-1 of the oscillator, the oscillator Oz emits an ignition pulse train at output Oz-2 with a frequency of approx. 1 kHz.

Liegt ein Η-Signal am Eingang 0z-1 an, werden vom Oszillator keine Impulse abgegeben.If there is a Η signal at input 0z-1, the oscillator no impulses given.

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5) Sollwertgeber (P+So):5) Setpoint generator (P + So):

Der Sollwertgeber So gibt am Ausgang So-2 eine Sollspannung ab, die durch das Sollwertpotentiometer P stufenlos einstellbar ist.The setpoint generator So outputs a setpoint voltage at output So-2, which can be continuously adjusted using the setpoint potentiometer P. is.

Der obere und untere Stellgrenzwert wird durch zwei Einstelltrimmer festgelegt. Die Leitungen zum Sollwertpotentiometer P werden auf Unterbrechung überwacht. Bricht eine der Leitungen, wird am Ausgang So-1 ein Η-Signal abgegeben.The upper and lower control limit values are set by two setting trimmers set. The lines to the setpoint potentiometer P are monitored for interruptions. Breaks one of the lines, a Η signal is output at output So-1.

6) Netzsignalgeber (NS):6) Mains signal generator (NS):

Wird der Netzteil N an Spannung gelegt, gibt der Netzsignalgeber NS am Ausgang NS-1 ein L-Signal ab. Nach Ablauf von ca. 1 see springt das Signal auf H und bleibt bis zum Abschalten des Netzteils e~If the power supply unit N is connected to voltage, the network signal generator NS emits an L signal at output NS-1. After expiration from approx. 1 see the signal jumps to H and remains until the power supply unit e ~ is switched off

7) Ausgangsleistungsteil (LT):7) Output power section (LT):

Der AusgangsleiFtungsteil verstärkt die vom Oszillator Oz gelieferten Zündimpulse zur Zündung von Triacs oder Thyristoren. The output part amplifies the output from the oscillator Oz supplied ignition pulses for the ignition of triacs or thyristors.

8) Netzteil (N):8) Power supply unit (N):

Der Netzteil N liefert die Gleichstromversorgungsspannung für die elektronischen Baugruppen 1-7·The power supply unit N supplies the DC power supply voltage for the electronic assemblies 1-7

How the individual assemblies work during operation:

Im Signalflußdiagramm Fig. 2 ist die Funktion der Baugruppen über der Zeit eingetragen.In the signal flow diagram of FIG. 2, the function of the modules is plotted against time.

Es werden folgende Zeitabschnitte unterschieden: 1-2 EinschaltvorgangA distinction is made between the following time periods: 1-2 switch-on process

2-3 Hochlauf der Motordrehzahl bis über die Solldrehzahl 3-4- Abfall der Motordrehzahl bis unter die Solldrehzahl2-3 run-up of the engine speed to above the target speed 3-4- drop of the engine speed to below the target speed

Zeitabschnitt 1 - 2 :Period 1 - 2:

In Zeitpunkt 1a wird eingeschaltet. NS-1 gibt ein L-Signal ab, welches am Eingang FF-S anliegt (a). Am Ausgang FF-φ und am Eingang Oz-1 liegt ein L-Signal an (e). Oz-2 liefert Zündimpulse (f).It is switched on at time 1a. NS-1 emits an L signal which is applied to input FF-S (a). At the output FF-φ and at the There is an L signal at input Oz-1 (e). Oz-2 delivers ignition pulses (f).

Es wird angenommen, daß im Zeitpunkt 1a die aktive Schaltfläche nicht bedämpft ist. Daher liefert E-4- ein Η-Signal anIt is assumed that the active button is not dampened at time 1a. Therefore, E-4- delivers a Η signal

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BATH ORIGINAL

MF -A und FF-CF (b).MF -A and FF-CF (b).

MP -Q liefert ein L-Signal mit Laufzeit 1 an FF-V (d). Im Zeitpunkt 1b beginnt (durch den Durchlauf eines Metallplättchens) die Bedämpfung der aktiven Schaltfläche, E-4 liefert ein L-Signal (b).MP -Q supplies an L signal with running time 1 to FF-V (d). At time 1b, damping of the active button begins (when a metal plate passes through), E-4 supplies an L signal (b).

Im Zeitpunkt 1c endet die Bedämpfung, E-4 liefert wieder ein Η-Signal (b). MF-Q liefert verzögert um die Baugruppendurchlaufzeit im Zeitpunkt 1d wieder ein L-Signal für die Dauer der Laufzeit 1 (Zeitpunkt 1e) (d).At the point in time 1c, the damping ends, E-4 delivers again a Η signal (b). MF-Q delivers an L signal for the again delayed by the module cycle time at time 1d Duration of term 1 (time 1e) (d).

Zeitabschnitt 2 - 3 :Period 2 - 3:

Im Zeitpunkt 2a ist ca. 1 see abgelaufen. NS-1 setzt auf Η-Signal (a), E-4 springt am Ende der nächsten Bedampfung (Zeitpunkt 2b) wieder von L auf H und gibt damit ein H-Signal ab (b).At time 2a, approx. 1 second has elapsed. NS-1 touches down Η signal (a), E-4 jumps at the end of the next steaming process (Time 2b) again from L to H and thus emits an H signal (b).

MF-Q liefert (wieder verzögert um die Baugruppendurchlaufzeit) im Zeitpunkt 2c ein L-Signal für die Dauer der Laufzeit 1 (d).MF-Q delivers (again delayed by the module throughput time) at time 2c an L signal for the duration of running time 1 (d).

Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis (durch Erhöhung der Drehzahl des Motors) der Zeitabstand zweier positiver Flanken von E-4 kürzer ist als die Laufzeit 1.This process is repeated until (by increasing the speed of the motor) the time interval between two positive ones Flanks of E-4 is shorter than the running time 1.

Siehe Zeitpunkt 2d, in welchem um die Durchlaufzeit verzögert an MF -Q ein L-Signal mit der Laufzeit 1 anliegt.See time 2d, in which delayed by the processing time There is an L signal with running time 1 at MF -Q.

Vor Ablauf von 1 springt an E-4 das L-Signal auf H und wird an FF-CP und MF-A weitergegeben (b). Wegen der Laufzeit 1 von MF liegt bis zum Zeitpunkt 3» an FF-D noch ein L-Signal an.Before 1 has elapsed, the L signal at E-4 jumps to H and is passed on to FF-CP and MF-A (b). Because of the running time 1 of MF there is still an L signal at FF-D up to time 3 ».

FF-Q springt von L auf H (e), Oz-2 gibt keine Impulse ab.FF-Q jumps from L to H (e), Oz-2 does not emit any pulses.

Zeitabschnitt 3-4:Period 3-4:

Die Stromversorgung des Motors ist unterbrochen, die Motordrehzahl beginnt abzufallen und fällt solange, bis der zeitliche Abstand zweier positiver Flanken an E-4 länger ist als die Laufzeit 1 von MF ; siehe Zeitpunkt 4a.The power supply to the motor is interrupted, the motor speed begins to fall and falls until the time interval between two positive edges at E-4 is longer than the term 1 of MF; see time 4a.

Der Motor läuft wieder hoch bis der Abstand zweier positiver Flanken an E-4 kurzer ist als die Laufzeit von MF. Der Motor wird wieder abgeschaltet. Dies entspricht dem Vorgang zum Zeitpunkt 3a·The motor runs up again until the distance between two positive edges at E-4 is shorter than the running time of MF. The engine is switched off again. This corresponds to the process at time 3a

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Die Erfindung ist nicht auf die "beschriebene Ausführungsform beschränkt. So können Näherungsschalter und Metallplättchen bezüglich Rotor und Stator des Motors invers angeordnet
sein. An Stelle eines elektrischen bzw. elektromagnetischen
Signalgebers können solche anderer Art wie z.B. optische oder akustische Signalgeber verwendet werden.The invention is not restricted to the embodiment described. For example, proximity switches and metal plates can be arranged inversely with respect to the rotor and stator of the motor
be. Instead of an electric or electromagnetic one
Signal transmitters can be of other types such as optical or acoustic signal transmitters.

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Claims

PATENT LAWYERS

H.

SCHROETER - K.

LEHMANN Q UU 4 h 0 Q

ife-8

February 6, 1980

Lipowskystraße 10 IPE Gesellschaft mbH D-8000 Munich 70 ife-8

Patent claims:

1.! Procedure for speed control of alternating current v J itself

motors by / repeatedly switching the Power supply by means of electronic switching means, characterized in that the power supply is switched on and maintained is as long as the arithmetic mean of the rotor angular velocity over a given angle of rotation (Measuring angle), is below a specified nominal value,

2. The method according to claim 1, characterized in that for determining the arithmetic mean of the angular velocity of the rotor is the time for the rotation of the rotor by a predetermined angle of rotation (measurement angle), preferably is measured by means of two pulse signals.

3. The method according to claim 2, characterized in that the time interval between the two pulse signals compared with a reference time taken from a reference timer and, if the reference time is not reached, the Power supply to the motor is interrupted and switched on when exceeded.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized that at least one time measurement is made with each revolution of the rotor.

5- device for performing the method according to claim 2, 3 or 4, characterized in that with the Fixed to the stator of the motor, a signal transmitter is arranged with markings attached to the limits of the measuring angle cooperates on the rotor.

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6. Device according to claim 5, characterized in that a signal transmitter for the time measurement on the rotor housing inductive proximity switch or the like. Is provided, for the damping or excitation of metal plates or the like. are arranged firmly connected to the rotor.

7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the size of the measuring angle is 2Jl.

8. Device according to claim 5 or 6, characterized in that several measuring angles are provided consecutively without gaps, the sum of which corresponds to an angle of rotation of 2 0 [ (560 °).

9. Circuit for a Einrichtui ^ laugh one of the claims 5 "to 8, characterized by an edge-controlled Monoflop with refreshable running time, at one input of which a setpoint generator is used to set its running time and the pulse signal generator measuring the time interval is connected to the other input; an edge-controlled, Time-delayed flip-flop, on whose input side the pulse signal generator, ei- Eetzsignalgeber and the monoflop are connected are and whose output is led to an oscillator whose ignition pulse trains are used to control the Current flow to the AC motor controlling triacs or thyristors are used.

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pad