DE3012833C2

DE3012833C2 -

Info

Publication number: DE3012833C2
Application number: DE3012833A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. 7145 Markgroeningen De Wirtz; Helmut 7250 Leonberg De Domann; Johannes Dipl.-Ing. 5275 Bergneustadt De Hlusiak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1990-01-04
Also published as: DE3012833A1

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-PS 12 24 824).The invention relates to a circuit arrangement to supply a synchronous motor from a DC network according to the preamble of claim 1 (DE-PS 12 24 824).

Synchronmotoren werden üblicherweise aus einem Wechselspannungsnetz gespeist, wobei die vom Netz gespeiste Drehstromwicklung ein Drehfeld erzeugt, von dem das Polsystem des Läufers mitgenommen wird. Das Polsystem des Läufers wird dabei entweder über Schleifringe mit Gleichstrom gespeist oder ist als Permanentmagnetsystem ausgebildet. Steht zur Speisung des Synchronmotors nur ein Gleichspannungsnetz zur Verfügung, ist es bekannt, die Ständerwicklungen des Synchronmotors zyklisch an die Gleichspannung zu schalten. Synchronous motors are usually from an AC network fed, with the three-phase winding fed from the network a rotating field generated, from which the pole system of the runner is taken away. The pole system the runner is either using slip rings with direct current fed or is designed as a permanent magnet system. Stands only a direct voltage network is available to supply the synchronous motor, it is known to cycle the stator windings of the synchronous motor to switch to the DC voltage.

Aus der DE-PS 12 24 824 ist eine derartige Schaltungsanordnung für kollektorlose Gleichstrom-Kleinstmotoren mit Permanentmagnetläufer und mindestens vier Ständerwicklungen bekannt, die sternförmig geschaltet und zur Erzeugung eines Drehfeldes über steuerbare Ventile in zyklischer Folge mit Gleichstrom erregbar sind. Zur Steuerung der die Ständerströme schaltenden Ventile werden die Spannungen herangezogen, die der Läufer in den jeweils stromlosen Ständerwicklungen induziert. Die Umschaltung des Stroms von einer Wicklung auf die darauffolgende erfolgt im Augenblick der Gleichheit der Momentanwerte der Spannungen zweier Wicklungen, die gegenüber den an der Kommutierung beteiligten Wicklungen um 180° el. versetzt sind. Das Signal für die Umschaltung wird aus der Gleichheit der Momentanwerte der beiden Spannungen abgeleitet.From DE-PS 12 24 824 is such a circuit arrangement for collectorless Small DC motors with permanent magnet rotor and at least four stator windings are known, which are connected in a star shape and for generation of a rotating field via controllable valves in a cyclical sequence are excitable with direct current. To control the stator currents switching valves the voltages are used that the rotor induced in the currentless stator windings. The switchover the current from one winding to the next takes place in the Instant of equality of the instantaneous values of the voltages of two Windings compared to the windings involved in commutation are offset by 180 ° el. The signal for the switchover is off the equality of the instantaneous values of the two voltages.

Zum zyklischen Umschalten werden bistabile Kippstufen und zum Spannungsvergleich Komparatoren verwendet.For cyclical switching bistable flip-flops and for Voltage comparison comparators used.

Aus der DE-AS 13 03 612 ist eine Überwachungseinrichtung für einen impulsgesteuerten Schrittmotor mit einem Permanentmagneten als Rotor und mehreren Statorwicklungen bekannt, welche eine kollektorlose Steuerschaltung besitzt, die die Eingangsimpulse auf die Statorwicklungen verteilt. Die Stellung des Rotors wird dabei durch eine mit ihm über eine Welle gekuppelte Scheibe abgebildet, welche eine Öffnung aufweist, durch die das Licht einer Lichtquelle auf Fotozellen fällt, die auf einem Kreis entsprechend den Stellungen der Statorwicklungen angeordnet sind. Den Fotozellen sind UND-Schaltungen nachgeordnet, von denen jeweils der eine Eingang mit einer Fotozelle und der andere Eingang mit derjenigen Ausgangsleitung der Steuerschaltung verbunden ist, über welche die der betroffenen Fotozelle stellungsmäßig zugeordnete Statorwicklung beaufschlagt wird. Die Ausgänge der UND-Schaltungen sind über eine ODER- auf eine Torschaltung geführt, deren zweiter Eingang an den Impulsgenerator angeschlossen ist. Die Torschaltung liefert bei Anwesenheit eines Signals der ODER-Schaltung einen Fortschaltimpuls an die Steuerschaltung. Im Vergleich mit elektronischen Schaltmitteln erlaubt diese optische Steuerung des Motors eine nicht für alle Anwendungsfälle ausreichende Steuergenauigkeit. Eine Verzögerungsschaltung im Sinne der Erfindung ist bei dieser bekannten Überwachungseinrichtung nicht vorgesehen.DE-AS 13 03 612 is a monitoring device for one pulse-controlled stepper motor with a permanent magnet as a rotor and several stator windings are known which have a collector-free control circuit owns the input pulses to the stator windings distributed. The position of the rotor is determined by one with it a shaft-coupled disc is shown, which has an opening, through which the light from a light source falls on photocells that arranged on a circle according to the positions of the stator windings are. AND circuits are subordinate to the photocells, from each of which has an entrance with a photocell and the other entrance is connected to that output line of the control circuit, via which the position assigned to the photocell concerned Stator winding is applied. The outputs of the AND circuits are connected via OR- to a gate circuit, the second input is connected to the pulse generator. The gate circuit delivers in the presence of a signal from the OR circuit, a step-up pulse to the control circuit. Compared to electronic This optical control of the motor does not allow switching means sufficient control accuracy for all applications. A delay circuit in the sense of the invention is known in this Monitoring device not provided.

Aus der DE-AS 12 44 287 ist eine Einrichtung zur Zwangskommutierung für einen gleichstromgespeisten Motor mit einer mindestens zwei Ankerzweige aufweisenden Ankerwicklung im Ständer, läuferseitiger Felderregung und elektronischem Stromwender bekannt. Die Speisung des Motors erfolgt über Thyristoren in einer mehrphasigen Brückenschaltung und über einen in jeweils einer Brückenzuleitung liegenden Hauptthyristor. Vor dem Kommutieren des Ankerstromes auf den nachfolgenden Ankerwicklungszweig sind von den stromführenden Hauptthyristoren zunächst nur die in einer Zuleitung liegenden gelöscht, so daß sich für den gerade stromführenden Ankerwicklungszweig bis zur Löschung der stromdurchlässig gebliebenen Hauptthyristoren der anderen Zuleitung eine Nullanode ergibt, welche ein langsames, nur durch die elektrische Zeitkonstante der strömführenden Ankerwicklung bestimmtes Abklingen des Ankerstromes zuläßt. Zwischen dem Wiederzünden der Hauptthyristoren und dem Zünden der Thyristoren in der Brückenschaltung liegt eine vom gewünschten Drehmoment (Strom) bestimmte Zeitspanne.DE-AS 12 44 287 is a device for forced commutation for a DC-powered motor with at least two armature branches showing armature winding in the stator, field excitation on the rotor side and electronic power converter known. The motor feed takes place via thyristors in a multi-phase bridge circuit and one in each of a bridge feed line main thyristor. In front commutating the armature current on the subsequent armature winding branch of the current-carrying main thyristors are initially only those in a supply line lying deleted, so that the current-carrying Armature winding branch until extinguishing the current-permeable remaining main thyristors of the other lead results in a zero anode, which is a slow one, only by the electrical time constant the current-carrying armature winding certain decay of the armature current allows. Between the re-ignition of the main thyristors and igniting the Thyristors in the bridge circuit is one of the desired torque (Electricity) certain period of time.

Schließlich sind aus der DE-OS 25 08 546 und der DE-Z Industrie-Elektrik und Elektronik, insbesondere Seiten 405 ff, aus einer Gleichspannungsquelle gespeiste Elektromotoren bekannt, wobei zwischen der Kommutierungseinrichtung und der Gleichspannungsquelle zur Taktung des Kommutierungsstromes Schaltelemente angeordnet sind. Die Steuerung der Ventile kann beispielsweise über Hall-Geber erfolgen.Finally, from DE-OS 25 08 546 and DE-Z industrial electronics and electronics, in particular pages 405 ff, from a DC voltage source powered electric motors known, being between the commutation and the DC voltage source for clocking the Commutation current switching elements are arranged. The control of the Valves can be made, for example, via Hall sensors.

Die DE-AS 24 28 718 zeigt einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und einer mehrphasigen, mittels einer Kommutierungseinrichtung ansteuerbaren Statorwicklung. Die Kommutierungseinrichtung wird in Abhängigkeit von durch den drehenden Rotor induzierten Spannungen gesteuert. Die Kommutierungseinrichtung des Motors ist mit einer Schaltvorrichtung verbunden, welche während des Anlaufs des Motors bewirkt, daß der Rotor durch Ansteuerung vorgegebener Phasen der Statorwicklung in die Ruhelage gestellt wird. Anschließend wird wenigstens eine Phase der Statorwicklung für eine vorwählbare Zeitdauer angesteuert, um den Motor in Drehung zu versetzen.DE-AS 24 28 718 shows a brushless DC motor with a permanent magnet rotor and a multi-phase stator winding which can be controlled by a commutation device. The commutation device is dependent on induced by the rotating rotor Tensions controlled. The commutation device of the motor is connected to a switching device which during startup of the motor causes the rotor by driving predetermined phases the stator winding is put into the rest position. Subsequently will at least one phase of the stator winding for a preselectable Time period controlled to set the motor in rotation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau einen weitgehend störungsfreien Antrieb ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. The invention has for its object a circuit arrangement of the type mentioned to create one with a simple structure largely trouble-free drive enables. This task is accomplished by the distinctive features solved by claim 1.

Durch Verwendung eines Ringzählers zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen mit einer Sperrschaltung am Zähleingang wird erreicht, daß sich beim Umschalten der Ständerwicklungen auftretende Störsignale nicht auf das Weiterschalten des Ringzählers auswirken.By using a ring counter for cyclical switching the stator windings with a blocking circuit on Counter input is achieved that when switching the Noise signals occurring on the stator windings do not affect the Switch on the ring counter.

Weiterhin sind in bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Mittel vorgesehen, die eine Anlauf-Strombegrenzung bewirken, sowie weitere Mittel, die eine Drehzahlregelung des Synchronmotors ermöglichen.Furthermore, preferred embodiments of the invention Circuit arrangement means provided that cause a starting current limitation, as well as other means, which enable speed control of the synchronous motor.

drawing

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Synchronmotors mit Schaltventilen in den Zuleitungen der Ständerwicklungen; Fig. 2 den Stromlaufplan einer elektronischen Schaltungsanordnung zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen; Fig. 3 verschiedene Signalverläufe, wie sie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auftreten; Fig. 4 bis 6 Stromlaufpläne von Schaltungsanordnungen zur Anlauf-Strombegrenzung des Synchronmotors; Fig. 7 den Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung und Drehzahlregelung des Synchronmotors.The invention is explained with reference to the drawing and in the description below. In the drawings: Figure 1 shows the basic circuit diagram of a synchronous motor with switching valves in the supply lines of the stator windings;. FIG. 2 shows the circuit diagram of electronic circuitry for cyclically indexing the stator windings; Fig. 3 different waveforms, as they occur in the circuit arrangement of FIG. 2; Fig. 4 to 6 are circuit diagrams of circuit configurations for startup current limitation of the synchronous motor; Fig. 7 shows the circuit diagram of a circuit arrangement for current limitation and speed control of the synchronous motor.

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist der Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung dargestellt, die zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz dient. Der Synchronmotor ist dabei mit 10 bezeichnet und weist Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ auf, die im Stern geschaltet sind, wobei der Sternpunkt an eine Klemme der Versorgungs-Gleichpannung U₀ geführt ist. Die anderen Enden der Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ sind über elektrische Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ an eine Sammelleitung angeschlossen, die mit dem anderen Pol der Versorgungs-Gleichspannung U₀ verbunden ist. Die elektrischen Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als Transistoren dargestellt, an deren Kollektor-Emitter-Strecken bei jeweils gesperrtem Ventil die Steuerspannungen U₁, U₂, U₃, U₄ anliegen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere elektrische oder elektronische Schaltelemente als Ventile einsetzbar. Der Rotor des Synchronmotors 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Permanentmagnet ausgebildet, dessen Pole mit N und S bezeichnet sind.In Fig. 1, the circuit diagram of a circuit arrangement is shown, which serves to supply a synchronous motor from a DC voltage network. The synchronous motor is designated 10 and has stator windings W ₁, W ₂, W ₃, W ₄, which are connected in a star, the star point being connected to a terminal of the DC supply voltage U ₀. The other ends of the stator windings W ₁, W ₂, W ₃, W ₄ are connected via electrical valves V ₁, V ₂, V ₃, V ₄ to a collecting line which is connected to the other pole of the DC supply voltage U ₀. The electrical valves V ₁, V ₂, V ₃, V ₄ are shown in the exemplary embodiment according to FIG. 1 as transistors, on the collector-emitter paths of which the control voltages U ₁, U ₂, U ₃, U ₄ are present when the valve is blocked . Of course, other electrical or electronic switching elements can also be used as valves. In the exemplary embodiment shown, the rotor of the synchronous motor 10 is designed as a permanent magnet, the poles of which are denoted by N and S.

Durch zyklisches Ansteuern der Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ können nun die Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ nacheinander an die Versorgungs-Gleichspannung U₀ geschaltet werden, wobei bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung jeweils eine Wicklung zugeschaltet und die anderen abgeschaltet sind und die Weiterschaltung der Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ in Abhängigkeit von den Spannungen vorgenommen wird, die sich aus der Differenz zwischen der Versorgungsgleichspannung und den in die Ständerwicklungen induzierten Wechselspannungen ergeben und als U₁, U₂, U₃, U₄ abnehmbar sind.By cyclically actuating the valves V ₁, V ₂, V ₃, V ₄, the stator windings W ₁, W ₂, W ₃, W ₄ can now be switched in succession to the DC supply voltage U ₀, with one winding each in the circuit arrangement according to the invention switched on and the others are switched off and the switching of the valves V ₁, V ₂, V ₃, V ₄ is carried out as a function of the voltages which result from the difference between the DC supply voltage and the AC voltages induced in the stator windings and as U ₁ , U ₂, U ₃, U ₄ are removable.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum zyklischen Umschalten der Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung wird eingangsseitig von den Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ beaufschlagt und liefert ausgangsseitig Steuersignale für die Ventile V₁, V₂, V₃, V₄. Die Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ werden jeweils auf positive Eingänge von Komparatoren 11, 12, 13, 14 geführt, deren negative Eingänge mit jeweils einem positiven Eingang eines anderen Komparators so verschaltet sind, daß im ersten Komparator 11 die Spannung U₁ mit der Spannung U₄, im zweiten Komparator 12 die Spannung U₂ mit der Spannung U₁, im dritten Komparator 13 die Spannung U₃ mit der Spannung U₂ und im vierten Komparator 14 die Spannung U₄ mit der Spannung U₃ verglichen wird. Die Ausgänge der Komparatoren 11, 12, 13, 14 sind auf erste Eingänge von UND-Gattern 15, 16, 17, 18 geführt, deren weitere Eingänge an die Ausgangs-Steuerleitungen für die Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ geführt sind. Dabei ist das erste UND-Gatter 15 mit der Ausgangs-Steuerleitung für V₂, das zweite UND-Gatter 16 mit der für V₃, das dritte UND-Gatter 17 mit der für V₄ und das vierte UND-Gatter 18 mit der für V₁ verbunden. Die Ausgänge der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 sind auf ein 4-Fach-ODER-Gatter 19 geführt, dessen Ausgang mit einem Eingang eines UND-Gatters 20 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 20 steht mit einem dynamischen Setzeingang einer eine monostabile Kippstufe aufweisenden Sperrschaltung 21, die die Standzeit t _{V 1} aufweist, in Verbindung. Der nichtinvertierte Ausgang der monostabilen Kippstufe 21 ist einmal über einen Inverter 22 mit dem weiteren Eingang des UND-Gatters 20 und weiterhin mit dem dynamischen Zähleingang 230 eines Zählers 23 verbunden. Der Zähler 23 weist entsprechend der Phasenzahl n =4 des in Fig. 1 dargestellten Synchronmotors 10 vier Zählerzustände auf. Jeder Zählerzustand 1 bis 4 erzeugt ein Signal an einer der Zählerausgangsleitungen 1 bis 4, wobei die Ausgangsleitung 1 mit dem Steuereingang für das Ventil V₁, die Ausgangsleitung 2 mit dem für das Ventil V₂, Ausgangsleitung 3 mit dem für das Ventil V₃ und die Ausgangsleitung 4 mit dem für das Ventil V₄ verbunden ist. Bei jeder Ansteuerung des Eingangs 230 wird der Zähler um eine Stelle in der Reihenfolge 1-2-3-4-1- weitergesetzt und die Ansteuerung der Ventile damit in der gleichen Reihenfolge weitergeschaltet. An embodiment of a circuit arrangement according to the invention for cyclically switching the stator windings W ₁, W ₂, W ₃, W ₄ is shown in Fig. 2. The circuit arrangement is acted upon by the voltages U ₁, U ₂, U ₃, U ₄ on the input side and supplies control signals on the output side for the valves V ₁, V ₂, V ₃, V ₄. The voltages U ₁, U ₂, U ₃, U ₄ each lead to positive inputs of comparators 11 , 12, 13, 14 , the negative inputs of which are connected to a positive input of another comparator so that the first comparator 11 Voltage U ₁ with the voltage U ₄, in the second comparator 12 the voltage U ₂ with the voltage U ₁, in the third comparator 13 the voltage U ₃ with the voltage U ₂ and in the fourth comparator 14 the voltage U ₄ with the voltage U ₃ is compared. The outputs of the comparators 11, 12, 13, 14 are guided to first inputs of AND gates 15, 16, 17, 18 , whose further inputs to the output control lines for the valves V ₁, V ₂, V ₃, V ₄ are led. The first AND gate 15 with the output control line for V ₂, the second AND gate 16 with that for V ₃, the third AND gate 17 with that for V ₄ and the fourth AND gate 18 with that for V ₁ connected. The outputs of the AND gates 15, 16, 17, 18 are routed to a 4-way OR gate 19 , the output of which is connected to an input of an AND gate 20 . The output of the AND gate 20 is connected to a dynamic set input of a blocking circuit 21 having a monostable multivibrator, which has the service life t _{V 1} . The non-inverted output of the monostable multivibrator 21 is connected via an inverter 22 to the further input of the AND gate 20 and further to the dynamic counter input 230 of a counter 23 . The counter 23 has four counter states corresponding to the number of phases n = 4 of the synchronous motor 10 shown in FIG. 1. Each counter state 1 to 4 generates a signal on one of the counter output lines 1 to 4 , the output line 1 with the control input for the valve V ₁, the output line 2 with that for the valve V ₂, output line 3 with that for the valve V ₃ and the output line 4 is connected to that for the valve V ₄. Each time input 230 is activated, the counter is incremented by one position in the sequence 1-2-3-4-1- and the activation of the valves is thus switched on in the same sequence.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung soll nun anhand der in Fig. 3 dargestellten Diagramme erläutert werden. Fig. 3a zeigt dabei die in die Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ induzierten Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄, die auftreten, wenn keine Zuschaltung einer Ständerwicklung erfolgen würde. Um das maximale Drehmoment und den höchsten Wirkungsgrad des Synchronmotors auszunutzen, wird erfindungsgemäß jede Wicklung entsprechend einem Winkel von 90° (bei vierphasigem Motor) symmetrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der induzierten Wechselspannung, d. h. zum Minimum der Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ zugeschaltet. Aus Fig. 3a folgt damit unmittelbar, daß beispielsweise der Zuschaltbeginn für die Ständerwicklung W₁ mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, an dem die Spannung U₃ größer als U₂ wird. Entsprechend ist von der ersten Wicklung W₁ auf die zweite Wicklung W₂ weiterzuschalten, wenn die Spannung U₄ größer als U₃ wird. Allgemein gesprochen wird bei einem n-phasigen Synchronmotor (n geradzahlig) die i-te Wicklung zugeschaltet und die (i-1)-te Wicklung abgeschaltet, wennThe mode of operation of the circuit shown in FIG. 2 will now be explained with reference to the diagrams shown in FIG. 3. Fig. 3a shows the induced in the stator windings W ₁, W ₂, W ₃, W ₄ voltages U ₁, U ₂, U ₃, U ₄, which would occur if no connection of a stator winding would take place. In order to utilize the maximum torque and the highest efficiency of the synchronous motor, according to the invention, each winding is symmetrical to the apex of the negative half-wave of the induced alternating voltage, that is to say the minimum of the voltages U 1, U 2, U 3, at an angle of 90 ° (in the case of a four-phase motor) , U ₄ switched on. From Fig. 3a it follows immediately that, for example, the start of connection for the stator winding W ₁ coincides with the time at which the voltage U ₃ is greater than U ₂. Correspondingly, from the first winding W ₁ to the second winding W ₂ to advance if the voltage U ₄ is greater than U ₃. Generally speaking, in the case of an n- phase synchronous motor (n even number), the i th winding is switched on and the ( i -1) th winding is switched off when

U _{i +n/2} < U _{i +n/2-1} U _{i + n / 2} < U _{i + n / 2-1}

wird, wobei U _i die in die i-te Wicklung induzierte Spannung bezeichnet und i =i +k · n für k =0, 1, 2 . . . ist (Beispiel: n =4, Zuschaltung von W₄ wenn U₆<U₅ bzw. mit k =1 wenn U₂<U₁)., where U _i denotes the voltage induced in the i th winding and i = i + k · n for k = 0, 1, 2. . . is (example: n = 4, connection of W ₄ if U ₆ < U ₅ or with k = 1 if U ₂ < U ₁).

Dies drückt sich in Fig. 3b aus, wo der jeweilige Zustand Z des Zählers 23 aufgetragen ist. Wie ersichtlich, ist das Ansteuersignal während des vorerwähnten Zuschaltzeitraumes für die Wicklung W₁ mit dem Zählerstand "1" verknüpft. Wenn die Spannung U₄ größer als U₃ wird, geht der Zähler in den Zustand 2, wodurch entsprechend der Schaltung nach Fig. 2 das Ventil V₂ betätigt wird. This is expressed in FIG. 3b, where the respective state Z of the counter 23 is plotted. As can be seen, the control signal is linked to the counter reading "1" during the aforementioned connection period for the winding W 1. If the voltage U ₄ is greater than U ₃, the counter goes to state 2, whereby the valve V ₂ is operated according to the circuit of FIG. 2.

Das Weiterschalten des Zählers 23 wird, wie erwähnt, durch Ansteuerung des Einganges 230 über die monostabile Kippstufe 21 bewirkt. Hierzu werden zunächst in den Komparatoren 11, 12, 13, 14 die Umschaltbedingungen entsprechend einem Vergleich der Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ festgelegt und bei Erreichen eines Umschaltpunktes, beispielsweise, wenn U₃ größer als U₂ wird, am Ausgang des Komparators 13 ein Steuersignal an die UND-Gatter 15, 16, 17, 18, im Beispiel also das UND-Gatter 17, weitergegeben. Das UND-Gatter 17 schaltet dann durch, wenn gleichzeitig im Zähler 23 der Zustand "4" eingeschrieben ist, was, wie Fig. 3b zeigt, vor Erreichen der Umschaltbedingung U₃ größer U₂ der Fall ist. Durch Beschalten der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 mit dem Zählerausgangssignal wird damit eine Vorbereitung der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 derart bewirkt, daß ein Signal zum Weiterschalten des Zählers 23 über die UND-Gatter 15, 16, 17, 18 nur dann weitergegeben wird, wenn einerseits der Zähler 23 in dem vorausgehenden Zählerzustand war und andererseits die aus den Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ festgelegte Umschaltbedingung erreicht ist.The switching of the counter 23 is, as mentioned, effected by driving the input 230 via the monostable multivibrator 21 . For this purpose, the switching conditions are first determined in the comparators 11, 12, 13, 14 according to a comparison of the voltages U ₁, U ₂, U ₃, U ₄ and when a switch point is reached, for example when U ₃ is greater than U ₂, on Output of the comparator 13, a control signal to the AND gates 15, 16, 17, 18 , in the example thus the AND gate 17 , passed on. The AND gate 17 then turns on when the state "4" is simultaneously written in the counter 23 , which, as FIG. 3b shows, before the switching condition U ₃ greater than U ₂ is reached. By connecting the AND gates 15, 16, 17, 18 with the counter output signal, a preparation of the AND gates 15, 16, 17, 18 is effected in such a way that a signal for switching the counter 23 through the AND gates 15 , 16 , 17, 18 is only passed on if, on the one hand, the counter 23 was in the previous counter state and, on the other hand, the switching condition determined from the voltages U ₁, U ₂, U ₃, U ₄ has been reached.

Jedes der Ausgangssignale der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 steuert über das ODER-Gatter 19 einen Eingang des UND-Gatters 20 an, das seinerseits auf den Steuereingang der monostabilen Kippstufe 21 einwirkt. Die Verknüpfung des nichtinvertierten Ausganges der monostabilen Kippstufe 21 über den Inverter 22 mit dem weiteren Eingang des UND-Gatters 20 hat dabei den Sinn, den Eingang 230 des Zählers 23 während der Dauer der Standzeit der monostabilen Kippstufe 20 auf positivem Signal zu halten, wie dies in Fig. 3c dargestellt ist. Damit wird bewirkt, daß die beim Umschalten der Wicklungen auftretenden Störspannungen nicht zu einem unbeabsichtigten Weiterschalten des Zählers 23 führen, bevor die nächst definierte Umschaltbedingung erreicht ist. Fig. 3c stellt dabei die Ausgangsspannung am nichtinvertierten Ausgang der monostabilen Kippstufe 21 dar, wobei mit t _{V 1} die Standzeit bezeichnet ist. Diese Standzeit ist dabei so bemessen, daß alle Einschwingvorgänge nach dem Umschalten der Ständerwicklung während der Standzeit abgeklungen sind und die monostabile Kippstufe 21 und damit der Zähler 23 für den nächsten Umschaltvorgang freigegeben werden kann.Each of the output signals of the AND gates 15, 16, 17, 18 controls via the OR gate 19 an input of the AND gate 20 , which in turn acts on the control input of the monostable multivibrator 21 . The combination of the non-inverted output of the monostable multivibrator 21 via the inverter 22 with the further input of the AND gate 20 has the sense to keep the input 230 of the counter 23 during the life of the monostable multivibrator 20 on a positive signal, such as this is shown in Fig. 3c. This has the effect that the interference voltages which occur when the windings are switched over do not lead to an unintentional switching over of the counter 23 before the next defined switching condition is reached. FIG. 3c thereby represents the output voltage at the non-inverted output of the monostable multivibrator 21, wherein the standing time is denoted by t _V1. This service life is dimensioned such that all settling processes have decayed during the service life after the stator winding has been switched over and the monostable multivibrator 21 and thus the counter 23 can be released for the next switching operation.

Fig. 3d, 3e, 3f, 3g zeigen die an den Ausgangsklemmen für die Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ anliegenden Steuersignale. Bei dem oben erwähnten Beispiel, bei dem auf die Ständerwicklung W₁ dann umgeschaltet wird, wenn U₃ größer als U₂ wird, bedeutet dies, daß bis zum Erreichen der nächsten Umschaltbedingung (U₄ größer als U₃) das Ventil V₁ bleibt. Danach wird auf V₂, dann auf V₃ usf. weitergeschaltet. Fig. 3d, 3e, 3f, 3g show the control signals applied to the output terminals for the valves V ₁, V ₂, V ₃, V ₄. In the example mentioned above, in which the stator winding W ₁ is then switched when U ₃ is greater than U ₂, this means that the valve V ₁ remains until the next switching condition ( U ₄ greater than U ₃) is reached. Then it is switched to V ₂, then to V ₃ and so on.

In Fig. 3h ist schließlich beispielsweise die Spannung U₁ für die Ständerwicklung W₁ dargestellt, wobei im Gegensatz zu Fig. 3a die Zu- und Abschaltung der Ständerwicklungen vorgenommen wird. Dies bedeutet, daß zum Zuschaltzeitpunkt der Ständerwicklung W₁ die Spannung U₁ wegen der Ansteuerung des Ventils V₁ auf Null absinkt, bis auf die Ständerwicklung W₂ weitergeschaltet wird. Wie weiter unten ausgeführt, ist es in einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung möglich, den Zuschaltzeitpunkt für die einzelnen Wicklungen, im dargestellten Beispiel also für Ständerwicklung W₁ um einen vorgebbaren Betrag t _{V 2} zu verzögern, um auf diese Weise eine Drehzahlregelung des Synchronmotors zu bewirken.In Fig. 3h finally, for example, the voltage U ₁ for the stator winding W ₁ is shown, in contrast to Fig. 3a, the connection and disconnection of the stator windings is made. This means that at the time the stator winding W ₁ is switched on, the voltage U ₁ drops to zero because of the actuation of the valve V ₁, until the stator winding W ₂ is switched on. As explained below, it is possible in an advantageous embodiment of the circuit arrangement according to the invention to delay the connection time for the individual windings, in the example shown for stator winding W ₁ by a predeterminable amount t _{V 2} , in order in this way to regulate the speed of the synchronous motor cause.

Bei dem erfindungsgemäß betriebenen Synchronmotor baut sich wie bei einem Gleichstrommotor eine mit zunehmender Drehzahl wachsende Gegenspannung auf, so daß der Strom abnimmt. Will man nun die Schaltelemente für den Strom bei höherer Drehzahl dimensionieren, so ist es erforderlich, in der Anlaufphase des Motors den Strom zu begrenzen. The synchronous motor operated according to the invention builds up like with a DC motor one with increasing speed increasing counter voltage so that the current decreases. Want now the switching elements for the current at higher speed dimension, it is necessary in the start-up phase limit the motor's current.

In einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird hierzu ein an sich bekannter Vorwiderstand 24 in die Zuleitung des Sternpunktes der Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ geschaltet, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Der Vorwiderstand 24 ist dabei entweder strom- oder drehzahlabhängig mit einem elektromechanischen oder elektronischen Schalter 25 überbrückbar.In a first development of the circuit arrangement according to the invention, a series resistor 24 , known per se, is switched into the supply line of the star point of the stator windings W ₁, W ₂, W ₃, W ₄, as shown in FIG. 4. The series resistor 24 can be bridged either with an electromechanical or electronic switch 25 depending on the current or speed.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Synchronmotor 10 an dem Abgriff eines Spannungsteilers geschaltet, der aus einem Längselement 26 und einem Kondensator 27 besteht. Durch das einstellbare Längselement 26, beispielsweise einen Längstransistor, wird dabei die Spannung U₀ und dadurch indirekt der Motorstrom begrenzt. Der Kondensator 27 dient bei dieser Ausführungsform dazu, für einen Ausgleich der in den Freilaufphasen auftretenden Spitzen zu sorgen und damit insgesamt eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Synchronmotors zu bewirken.According to a further embodiment of the circuit arrangement according to the invention, the synchronous motor 10 is connected to the tap of a voltage divider, which consists of a longitudinal element 26 and a capacitor 27 . The adjustable longitudinal element 26 , for example a series transistor, limits the voltage U ₀ and thereby indirectly the motor current. In this embodiment, the capacitor 27 serves to compensate for the peaks occurring in the freewheeling phases and thus to improve the overall efficiency of the synchronous motor.

Schließlich ist in Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt, bei der die Gleichspannung zur Speisung des Synchronmotors 10 aus einer Wechselspannung U _∼ gewonnen wird, wobei die Versorgungs- Gleichspannung U₀ am Kondensator 27 durch einen steuerbaren Gleichrichter 28 einstellbar ist.Finally, FIG. 6 shows an embodiment of a circuit arrangement according to the invention, in which the DC voltage for supplying the synchronous motor 10 is obtained from an AC voltage U _∼ , the DC supply voltage U ₀ at the capacitor 27 being adjustable by a controllable rectifier 28 .

Schließlich kann der Anlaufstrom noch dadurch begrenzt werden, indem das durch den Zähler 23 jeweils angesteuerte Ventil V₁, V₂, V₃, V₄ getaktet und so beispielsweise der Maximalwert oder der Mittelwert des Stromes begrenzt wird. Geht man so vor, ist jedoch durch das Takten ein sicherer Vergleich der Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ nicht mehr möglich. Deshalb muß kurz vor einem zu erwartenden Schnittpunkt der Spannungswerte das Takten eingestellt werden. In Fig. 7 ist eine Anordnung dargestellt, bei der sowohl der Anlaufstrom durch Takten begrenzt wie auch die Drehzahl des Synchronmotors 10 eingestellt werden kann. Hierzu wird das Steuersignal für ein Ventil V in ein modifiziertes Steuersignal V′ umgewandelt. Das Steuersignal V′ ist am Ausgang eines UND-Gatters 30 abnehmbar, dessen Eingänge mit einem UND-Gatter 31 bzw. einem ODER-Gatter 32 beschaltet sind. Das UND-Gatter 31 ist eingangsseitig einerseits an das Steuersignal für das Ventil V angeschlossen, andererseits an den invertierten Ausgang einer monostabilen Kippstufe 33, die eine Standzeit t _{V 2} aufweist, die in Abhängigkeit von der Differenz einer Soll-Drehzahl n _soll und einer Ist-Drehzahl n _ist einstellbar ist, wie dies durch den Summenpunkt 35 angedeutet ist. Das ODER-Gatter 32 ist eingangsseitig an den invertierten Ausgang einer monostabilen Kippstufe 34, die vom Steuersignal für das Ventil V angesteuert wird sowie an den Ausgang einer Takteinrichtung 36 angeschlossen, die in Abhängigkeit von der Differenz eines Maximalstroms i _max und eines Ist-Stroms i _ist steuerbar ist, wie dies durch den Summenpunkt 37 dargestellt ist.Finally, the starting current can be limited by clocking the valve V ₁, V ₂, V ₃, V ₄, which is controlled by the counter 23 , and for example limiting the maximum value or the mean value of the current. Doing so, however, a reliable comparison of the voltages U ₁, U ₂, U ₃, U ₄ is no longer possible by clocking. Therefore, the clocking must be set shortly before an expected intersection of the voltage values. FIG. 7 shows an arrangement in which both the starting current is limited by clocking and the speed of the synchronous motor 10 can be set. For this purpose, the control signal for a valve V is converted into a modified control signal V ' . The control signal V ' is removable at the output of an AND gate 30 , the inputs of which are connected to an AND gate 31 or an OR gate 32 . The AND gate 31 is the input side on the one hand connected to the control signal for the valve V, on the other hand to the inverted output of a monostable multivibrator 33 which t a service life _{V 2} which is _to n-speed set depending on the difference of a and an actual Speed n _is adjustable, as indicated by the sum point 35 . The OR gate 32 is connected on the input side to the inverted output of a monostable multivibrator 34 which is controlled by the control signal for the valve V and to the output of a clock device 36 which, depending on the difference between a maximum current i _max and an actual current i _is controllable, as shown by the sum point 37 .

Um eine Strombegrenzung in der oben beschriebenen Weise zu bewirken, wird am Summenpunkt 37 zunächst die Differenz von Ist-Strom i _ist und Maximalstrom i _max gebildet und in Abhängigkeit von dieser Differenz die Takteinrichtung 36 gesteuert. Das Steuersignal für das Ventil V setzt die monostabile Kippstufe 34 für eine vorbestimmte Zeit, die beispielsweise das 0,8fache der Zuschaltzeit einer Wicklung beträgt. Dann ist durch die Verknüpfung der Ausgangssignale der Elemente 34, 36 im ODER-Gatter 32 sichergestellt, daß nach Ablauf der Standzeit der monostabilen Kippstufe 34 das ODER-Gatter 32 auf jeden Fall durchgesteuert wird, d. h. daß die Takteinrichtung 36 nur während eines ersten Teiles der Zuschaltzeit der jeweiligen Wicklung wirksam wird. Daran schließt sich eine Beruhigungszeit an, in der die durch die Taktung verursachten Übergangserscheinungen abgeklungen sind, so daß der Ringzähler 23 für das nächste Weiterschalten vorbereitet werden kann.In order to effect current limiting in the manner described above, the difference is at the summing point 37 of first actual current _is i and the maximum current i _max formed and controlled in dependence on this difference, the clock means 36th The control signal for the valve V sets the monostable multivibrator 34 for a predetermined time which is, for example, 0.8 times the connection time of a winding. Then, by linking the output signals of the elements 34, 36 in the OR gate 32, it is ensured that after the end of the service life of the monostable multivibrator 34, the OR gate 32 is activated in any case, ie that the clock device 36 only during a first part of the Switch-on time of the respective winding becomes effective. This is followed by a calming time, in which the transition phenomena caused by the clocking have subsided, so that the ring counter 23 can be prepared for the next switching on.

Um die Drehzahl des Synchronmotors 10 einzustellen, ist es einerseits möglich, entweder das Längselement 26 gemäß Fig. 5 oder den steuerbaren Gleichrichter 28 gemäß Fig. 6 derart einzustellen, daß sich die Spannung U₀ verändert, bis sich die gewünschte Drehzahl einstellt. Es ist jedoch andererseits auch möglich, eine Drehzahlregelung durch Pulslängensteuerung vorzunehmen. Hierzu wird im Summenpunkt 35 gemäß Fig. 7 die Differenz der Ist-Drehzahl n _ist und einer Soll-Drehzahl n _soll gebildet und in Abhängigkeit von dieser Differenz die Standzeit der monostabilen Kippstufe 33 eingestellt. Solange sich die monostabile Kippstufe 33 im gesetzten Zustand befindet, wird das Steuersignal für die Ventile V nicht über das UND-Gatter 31 und das UND-Gatter 30 weitergeleitet. Wie bereits oben bei der Beschreibung von Fig. 3h erwähnt, bewirkt diese Verzögerung des Steuersignales V eine Veränderung des Spannungsverlaufes von beispielsweise U₁ in der Weise, wie dies gestrichelt in Fig. 3h dargestellt ist. Die wirksame Zuschaltzeit der Ständerwicklung W₁ im Beispiel wird dadurch verkürzt und die Drehzahl entsprechend vermindert. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 wird die Drehzahl des Synchronmotors 10 aufgrund des Vergleiches von Soll- und Ist-Drehzahl geregelt. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, durch Einspeisung eines Steuersignales am Summenpunkt 35 statt einer Regelung eine Steuerung des Synchronmotors 10 einzusetzen. Da im Stillstand des erfindungsgemäß betriebenen Synchronmotors keine Information über die Position des Läufers vorliegt, ist für den Anlauf eine besondere Steuerung notwendig. Hierzu wird erfindungsgemäß entweder zunächst ein Drehfeld sehr niedriger, vorzugsweise über der Zeit leicht ansteigender Frequenz erzeugt und dann auf die oben im einzelnen beschriebene Selbstführung umgeschaltet. Die Umschaltung kann dabei entweder bei der bestimmten Drehzahl erfolgen oder in Abhängigkeit von Schaltmitteln, die erkennen, wann die induzierten Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ eine Lageerkennung ermöglichen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Anlaufsteuerung dadurch bewirkt, daß der Läufer vor dem Anlaufen durch längeres Einschalten eines Ventils in eine definierte Lage gebracht, das Ventil dann abgeschaltet und gleichzeitig das zyklisch nächste Ventil eingeschaltet wird. Dies bewirkt bei entsprechender Auslegung der Komparatoren 11, 12, 13, 14, daß das übernächste Ventil bereits selbstgeführt einschaltet.In order to set the speed of the synchronous motor 10 , on the one hand it is possible to set either the longitudinal element 26 according to FIG. 5 or the controllable rectifier 28 according to FIG. 6 such that the voltage U ₀ changes until the desired speed is set. On the other hand, however, it is also possible to control the speed by means of pulse length control. For this purpose, according to the summing point 35 Fig. 7, the difference between the actual speed _n, and n _to a target rotational speed is formed and set the life of the monostable multivibrator 33 as a function of this difference. As long as the monostable multivibrator 33 is in the set state, the control signal for the valves V is not passed on via the AND gate 31 and the AND gate 30 . As already mentioned above in the description of Fig. 3h, this delay of the control signal V causes a change in the voltage profile of, for example, U ₁ in the manner as shown in dashed lines in Fig. 3h. The effective connection time of the stator winding W ₁ in the example is thereby shortened and the speed reduced accordingly. In the exemplary embodiment according to FIG. 7, the speed of the synchronous motor 10 is regulated on the basis of the comparison of the target and actual speed. However, it is of course also possible to use a control of the synchronous motor 10 by feeding a control signal at the sum point 35 instead of a regulation. Since there is no information about the position of the rotor when the synchronous motor operated according to the invention is at a standstill, a special control is necessary for the start-up. For this purpose, according to the invention, either a rotating field of very low frequency, preferably a frequency that rises slightly over time, is generated and then switched over to the self-guidance described in detail above. The switchover can take place either at the specific speed or as a function of switching means which recognize when the induced voltages U ₁, U ₂, U ₃, U ₄ enable position detection. In a further preferred embodiment of the invention, a start-up control is brought about in that the runner is brought into a defined position by a long switch-on of a valve before the start-up, then the valve is switched off and at the same time the cyclically next valve is switched on. With a corresponding design of the comparators 11, 12, 13, 14, this causes the next but one valve to switch on in a self-guided manner.

Claims

1.Circuit arrangement for supplying a synchronous motor from a DC voltage network, in which the stator windings of the synchronous motor are connected to the DC voltage in a cyclic sequence by means of electrical valves, the AC voltages induced in the stator windings which are not connected being measured and the connection of one stator winding each during a predetermined electrical angular range is carried out at least approximately symmetrically to the vertex of the negative half-wave of the alternating voltage induced in one of the connected stator windings by 180 ° el., and a counter is used whose outputs are switched on and on depending on the alternating voltages induced in the not connected stator windings the control inputs of the valves are connected, characterized in that for the cyclical indexing the stator windings (W ₁, W ₂, W , W ₄) is of the synchronous motor (10) is used as counter is a ring counter (23) and that a signal depending on the difference between two consecutive induced AC voltages (U ₁ and U ₄) and the switching state of the associated ring counter output via a blocking circuit ( 21 ) is given to the counter input ( 230 ) of the ring counter ( 23 ), whereby the step forward is blocked for a predetermined time ( t _{V 1} ).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the comparison of the induced alternating voltages ( U ₁ to U ₄) via a corresponding to the number of phases of the synchronous motor number of comparators ( 11 to 14 ) and that each comparator ( 11, 12, 13, 14 ) an AND gate ( 15, 16, 17, 18 ) is assigned, which is connected in each case between a comparator and an OR gate ( 19 ), an input of the respective AND gate being connected to the output of the associated comparator ( 11 , 12, 13, 14 ) and a further input of the AND gate are each connected to an output ( 2, 3, 4, 1 ) of the counter ( 23 ) and the output of the OR gate ( 19 ) is connected to the input of the Blocking circuit ( 21 ) is connected, whereby the output signals of all comparators ( 11, 12, 13, 14 ) are blocked except for one and the non-blocked comparator delivers the next counting pulse.

3. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a bridgable series resistor ( 24 ) is connected in the power supply of the synchronous motor ( 10 ).

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the synchronous motor ( 10 ) is connected to a tap of a voltage divider ( 26, 27 ) which contains a controllable longitudinal element ( 26 ), preferably a series transistor.

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the DC supply voltage ( U ₀) of the synchronous motor ( 10 ) via a controllable rectifier ( 28 ) is obtained from an AC network.

6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the DC supply voltage ( U ₀) of the synchronous motor ( 10 ) is clocked.

7. The circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the clock ratio by comparison of actual current (i) _is a maximum allowable current, and (i _max) is determined.

8. Circuit arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the synchronous motor ( 10 ) is clocked only during a first part, preferably 80% of the connection time of the respective stator winding ( W ₁, W ₂, W ₃, W ₄).

9. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the connection time of the respective stator windings ( W ₁, W ₂, W ₃, W ₄) is adjustable as a function of the difference between the target speed / actual speed of the synchronous motor ( 10 ) .

10. Circuit arrangement according to claim 9, characterized in that the connection time of the respective stator winding ( W ₁, W ₂, W ₃, W ₄) is delayed.

11. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an oscillator, preferably a lower or slightly increasing frequency, is also provided, to which the counter ( 23 ) for starting the synchronous motor ( 10 ) can be briefly switched over from standstill.

12. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that when the synchronous motor ( 10 ) is started up, a stator winding is first switched statically and then switched over to the cyclically next winding.