DE3042819A1

DE3042819A1 - Schaltungsanordnung zur versorgung eines synchronmotors aus einem gleichspannungsnetz

Info

Publication number: DE3042819A1
Application number: DE19803042819
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter 7145 Markgröningen Schray; Bernd 7141 Schwieberdingen Taubitz; Rainer Dipl.-Ing. 7145 Markgröningen Wirtz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-11-13
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1982-06-16
Also published as: US4431953A

Description

R. 666 4

28.10.1980 Lr/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Gynchror,-motors aus einem Gleichspannungsnetz

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Kauptanspruchs.

Synchronmotoren werden üblicherweise aus einem 'Wechselspannungsnetz gespeist, wobei die vom Hetz gespeiste Drehstromwicklung ein Drehfeld erzeugt, von dem das Polsystem des Läufers mitgenommen vird. Das Polsystem des Läufers wird da"bei entweder über Schleifringe mit Gleichstrom gespeist oder ist als Permanentmagnetsystem ausgebildet. Steht zur Speisung des Synchronmotors nur ein Gleichspannungsnetz zur Verfugung, ist es bekannt, die Ständerwicklungen des Synchronmotors zyklisch an die Gleichspannung zu schalten. So ist beispielsweise aus der Druckschrift "Intermetall, 100 typische Schaltungen mit Halbleiterbauelementen", Freiburg 1^Q67» Beispiel Hr. 30 ein Drehstromgenerator ohne Transformator bekannt, wie er in Verbindung mit Synchronmotoren eingesetzt werden kann, wenn die Drehzahl von örtlich getrennten Antrieben untereinander exakt gleich und außerdem veränderlich sein sollen. Dies ermöglicht die Realisierung einer sogenannten "elektrischen Welle". Es lassen

sich damit auch "elektrische Getriebe" aufbauen, -wenn man die Frequenz, mit der der erste Generator gesteuert ■wird, elektronisch untersetzt und damit einen zweiten Generator steuert. Man erhält dann Antriebe mit festem Drehzahlverhältnis.

Die bekannte Schaltungsanordnung offenbart jedoch keine Mittel zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen des Synchronmotors. Außerdem ist den Problemen des Anlaufens des Motors, der Strombegrenzung und der Drehzahlregelung nicht Rechnung getragen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß das Weiterschalten der Ständerwicklungen von der Lage des Läufers gesteuert wird, so daß sich d°r Synchronmotor insgesamt wie ein permanenterregter Gleichstrommotor verhält.

Durch die in den ünteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich.

So wird die jeweils zugeschaltete Wicklung während eines elektrischen Winkels von 360 dividiert durch die Phasenzahl des Motors zugeschaltet, der symmetrisch zum Scheitelpunkt der netativen Halbwelle der induzierten Wechselspannung liegt. Hierdurch liefert der Synchronmotor sein maximales Drehmoment und hat den höchsten Wirkungsgrad.

Durch Verwendung eines Ringzählers zum zylklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen mit einer Klemmschaltung am Zähleingang wird erreicht, daß sich beim Umschalten

if
- s - ε. 66

der Ständerwicklungen auftretende Störsignale nicht auf das Weiterschalten des Ringzählers auswirken.

Weiterhin sind in "bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsnaorndung Mittel vorgesehen, die eine Anlauf-Strombegrenzung "bewirken, sowie weitere Mittel, die eine Drehzahlregelung des Synchronmotors ermöglichen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 das Prinzipschalfbild eines Synchronmotors mit Schaltventilen in den Zuleitungen der Ständerwicklungen ;

Figur 2 den Stromlaufplan einer elektronischen Schaltungsanordnung zum zyklischen Weiterschalten der Ständer vicklung en;

Figur 3 verschiedene Signalverläufe, wie sit· in der Schaltungsanordnung nach Figur 2 auftreten;

Figuren h bis 6 Stromlaufplane von Schaltungsanordnungen zur Anlauf-Strombegrenzung des Synchronmotors;

Figur T den Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung und Drehzahlregelung des Synchronmotors ;

Figuren 8 und 9 Schaltungen für eine Steuereinrichtung mit verbessertem Anlaufverhalten;

Figur 10 zeigt ein Zeitschaubild hierfür.

In Figur 1 ist der Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung dargestellt, die zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz dient. Der Synchronmotor ist

-χ- R. 66

dabei mit 10 "bezeichnet und weist Ständerwicklungen ¥. , ¥„, W_, Wi auf, die im Stern geschaltet sind, wobei der Sternpunkt an eine Klemme der Versorgungs-Gleichspannung U geführt ist. Die anderen Enden der Ständerwicklungen W₁, W₂, W_, Wi sind über elektrische Ventile T₁, V_p, T-, V. an eine Sammelleitung angeschlossen, die mit dem anderen Pol der Versorgungs-Gleichspannung U verbunden ist. Die elektrischen Ventile V₃ V₃ V₅ V, sind im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 als Transistoren dargestellt, an deren Kollektor-Emitter-Strecken bei jeweils gesperrtem Ventil die Steuerspannungen U₁, U₃ U_ , Ui 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.

Durch zyklisches Ansteuern der Ventile V , V₂, V₅ V, können nun die Ständerwicklungen W , W_p, W_ , Wi nacheinander an die Versorgungs-Gleichspannung U geschaltet werden, wobei bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung jeweils eine Wicklung zugeschalteten und die -anderen abgeschaltet sind und die Weiterschaltung der Ventile V , V , V , V, in Abhängigkeit von den Spannungen vorgenommen wird, die sich aus der Differenz zwischen der Versorgungsgleichspannung und den in die Ständerwicklungen induzierten Wechselspannungen er-geben und als U₁, Up₃ U_, Ui abnehmbar sind.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum zyklischen Umschalten der Ständerwicklungen W₁, W₂, W_ , Wi ist in Figur 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung wird eingangsseitig von den Spannungen U₁, U_?, U_, Ui beaufschlagt und liefert ausgangsseitig Steuersignale für die Ventile V₁, V₃₅ V , V^. Die Spannungen U , U , U„,

- * - *· 66

U. -werden jeweils auf positive Eingänge von Komparatoren 11, 12, 13s I^ geführt, deren negative Eingänge mit jeweils einem positiven Eingang eines anderen !Comparators so verschaltet sind, daß im ersten Komparator 11 die Spannung U mit der Spannung U,, im zweiten Komparator 12 die Spannung U mit der Spannung U., im dritten Komparator 13 die Spannung U^ mit der Spannung Up und im vierten Komparator ~\h die Spannung Ui mit der Spannung U verglichen wird. Die Ausgänge der Komparatoren 11, 12, 13, 1H sind auf erste Eingänge von UND-Gattern 15, 16, 1T₅ 18 geführt, deren weitere Eingänge an die Ausgangs-Steuerleitungen für die Ventile V , V^, V , V. geführt sind. Dabei ist das erste UND-Gatter 15 mit der Ausgangs-Steuerleitung für V , das zweite UND-Gatter i6 mit der für V₅ 'das dritte UND-Gatter 17 mit der für V. und das vierte UND-Gatter 18 mit der für V verbunden. Die Ausgänge der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 sind auf ein U-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 monostat>ilen Kippstufe 21, die die Standzeit t„.. aufweist, in Verbindung. Der nichtinvertierende Ausgang der monostabilen Kippstufe 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 η = U des in Figur 1 dargestellten Synchronmotors 10 vier Zähler zustände auf. Jeder Zählerzustand 1 bis k erzeugt ein Signal an einer der Zählerausgangsleitungen 1 bis U, wobei die Ausgangsleitung 1 mit dem Steuereingang für das Ventil V₁, die Ausgangsleitung 2 mit dem für das Ventil V , Ausgangsleitung 3 mit dem für das Ventil V_ und die Ausgangsleitung h mit dem für das Ventil V, verbunden ist. Bei jeder Ansteuerung des Eingangs 230 wird der Zähler um eine Stelle in der Reihenfolge 1-2-3-^-1

iZ

-j6- κ. 6 6

weitergesetzt und die Ansteuerung der. Ventile damit in der gleichen Reihenfolge weitergeschaltet.

Die Wirkungsweise der in Figur 2 dargestellten Schaltung soll nun anhand der in Figur 3 dargestellten Diagramme erläutert werden. Figur 3a zeigt dabei die in dei Ständerwicklungen W₅ Wp, W_, Wi induzierten Spannungen U₁, U_?, U_, Ui , 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 U , U , U , U, zugeschaltet. Aus Figur 3a folgt damit unmittelbar, daß beispielsweise der Zuschaltbeginn für die Ständerwicklung W₁ mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, an dem die Spannung U_ größer als U_? wird. Entsprechend ist von der ersten Wicklung W₁ auf die zweite Wicklung W_? weiterzuschalten, wenn die Spannung Ui größer als U_ wird. Allgemein gesprochen wird bei einem n-phasigem Synchronmotor (n geradzahlig) die i-te Wicklung zugeschaltet und die (i-i)-te Wicklung abgeschaltet, wenn

^üi₊| > ^üi₊f - 1

wird, wobei U. die in die i-te Wicklung induzierte Span nung bezeichnet und i = i + k . η für k = 0,1,2 ... ist (Beispiel: η = k, Zuschaltung von Wi wenn Uy- "> U bzw. mit k = 1 wenn U_g>U₁ ) .

Dies drückt sich in Figur 3b aus, wo der jeweilige Zustand Z des Zählers 23 aufgetragen ist. Wie ersichtlich, ist das

-x-

66 64

Ansteuersignal während des vorerwähnten Zuschalt Zeitraumes für die Wicklung W₁ mit dem Zählerstand "i" verknüpft. Wenn die Spannung U> größer als U„ wird, geht der Zähler in den Zustand 2, wodurch entsprechend der Schaltung nach Figur 2 das Ventil V betätigt wird.

Das Weiterschalten des Zählers 23 wird, wie erwähnt, durch Ansteerung des Einganges 230 ü"ber die nonostabile Kippstufe 21 "bewirkt. Hierzu werden zunächst in den Komparatoren 11, 12, 13, 1U die Umschaltbedingungen entsprechend einem Vergleich der Spannungen U , U , U , U, festgelegt und "bei Erreichen eines Umschaltpunktes, "beispielsweise, wenn U_ größer als Up wird, am Ausgang des !Comparators 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 "V eingeschrieben ist, was, wie Figur 3-b zeigt vor Erreichen der Umschaltbedingung U größer U_? der Fall ist. Durch Beschälten der UND-Gatter 15s 16 j 17 j 1"8 mit dem Zählerausgangssignal wird damit eine Vorbereitung der UND-Gatter 1 5 ₅ 16, 17, 18 derart bewirkt, daß ein Signal zum -Weiterschalten des Zählers über die UND-Gatter 15₅ 16, 17» 18 nur dann weitergegeben wird, wenn einerseits der Zähler 23 in dem vorausgegangenen Zähler zustand war und andererseits die aus den Spannungen U., U , U.., U- festgelegte Umschaltbedingung erreicht ist.

Jedes der Ausgangssignale der UND-Gatter 15» 1 6 a 17s 18 steuert über das ODER-Gatter 19 einen Eingang des UND-Gatters 20 an, das seinerseits auf den Steuer eingang der

- μ - κ. 66

monostabilen Kippstufe 21 einwirkt. Die Verknüpfung des
nichtinvertierenten 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 Figur 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. Figur 3c stellt dabei die-Ausgangsspannung am nichtinvertierten Ausgang der monostabilen Kippstufe 21 dar, wobei mit t_v1 die Standzeit bzeichnet ist. Die'se Standzeit ist dabei so bemessen, daß alle
Einschwingvorgänge nach dem Umschalten der Ständerwicklung w/Uircml 'IrT nt.find v.ri t iilifrpkiunßen sind und die monontabilc-Ki 14'IiIuIV ..'1 und damil. der Zähler 'di für den nächaten Umschaltvorgang freigegeben werden kann.

Figur 3d, 3e, 3f, 3g zeigen die an den Ausgangsklemmen
für die Ventile V , V , V_ , V> anliegenden Steuersignale. Bei dem oben erwähnten Beispiel, bei dem auf die Ständerwicklung W dann umgeschaltet wird, wenn U_ größer als U₅ wird, bedeutet dies, daß bis zum Erreichen der nächsten
Umschaltbedingung (U, größer als U) das Ventil V angesteuert bleibt. Danach wird auf V , dann auf V usf. weitergeschaltet .

In Figur 3h ist schließlich beispielsweise die Spannung
U für die Ständerwicklung W₁ dargestellt, wobei im Gegensatz zu Figur 3a die Zu- und Abschaltung der Ständerwicklungen vorgenommen wird. Dies bedeutet, daß zum Zuschalt-

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κ. 66

Zeitpunkt der Ständerwicklung W₁ die Spannung U wegen der Ansteuerung des Ventils V auf Null absinkt» bis auf die Ständerwicklung W„ weitergeschaltet wird. Wie weiter unten ausgeführt, ist es in einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung möglich, den Zuschaltseitpunkt für die einzelnen Wicklungen, im dargestellten Beispiel also für die Ständerwicklung W₁ um einen vorgebbaren Betrag von t„_ zu verzögern, um auf diese Weise eine Drehzahlregelung des Synchronmotors zu bewirken.

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 erforderlieh, in der Anlaufphase des Motors den Strom zu begrenzen.

In einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (Figur k) wird hierzu ein an sich bekannter Vorwiderstand 2k in die Zuleitung des Sternpunktes der Ständerwicklungen W₁, W„, W~, W< geschaltet, wie dies in Figur k dargestellt ist. Der Vorwiderstand 2h ist dabei entweder strom- oder drehzahlabhängig mit einem elektromechanischen oder elektronischen Schalter 25 überbrückbar.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (Figur 5) ist der Synchronmotor 10 an dem Abgriff eines Spannungsteilers geschaltet, der aus einen Längselement 26 und einem Kondensator 27 besteht. Durch das einstellbare Längselement 26, beispielsweise einen Längstransistor, wird dabei die Spannung U und dadurch indirekt der Motorstrom begrenzt. Der Kondensator 27 dient bei dieser

ro - R.

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Auführungsform dazu, für einen Ausgleich der in den Freilaufphasen auftretenden Spitzen zu sorgen und damit insgesamt eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Synchronmotors zu "bewirken ·

Schließlich ist in Figur 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt, bei der die Gloichr.pannung zur Speisung der. Synchronmotors 10 aus einer Wechselspannung U-^ gewonnen wird, wobei die Versorgungs-Gleichspannung U am Kondensator 27 durch einen steuerbare Gleichrichter 28 einstellbar ist.

Eine Begrenzung des Anlaufstroms kann dadurch erreicht werden, daß das durch den Zähler 23 jeweils angesteuerte Ventil V , V , V , V. 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 U _a U , U , U, nicht mehr möglich.' Deshalb muß kurz vor einem zu erwartenden Schnittpunkt der Spannungswerte das Takten eingestellt werden. In Figur T 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 ODEE-Gatter 32 beschaltet sind. Das UND-Gatter 31 ist eingangsseitig einerseits an das Steuersignal für das Ventil V angeschlossen, anderer.'·, c- i I :: an den invertierten Ausgang einer monostabilen einer monostabilen Kippstufen 33, die eine Standzeit t_v aufweist, die in Abhängigkeit von der Differenz einer SoIl-

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-Λ η. ⁶6

Drehzahl η ., ., und einer Ist-Drehzahl η. , einstellbar ist, soll ist

wie dies durch den Summenpunkt 35 angedeutet ist. Das ODER-Gatter 32 ist eingangsseitig an den invertierten Ausgang einer monostabilen Kippstufe 3*+, 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 und eines Ist-Stroms

max

steuerbar ist, wie dies durch den Summenpunkt 37 dargestellt ist.

Um eine Strombegrenzung in der oben beschriebenen Weise zu bewirken, wird am Summenpunkt 37 zunächst die Differenz

von Ist-Strom i. , und Maximalstrom i gebildet und in ist max

Abhängigkeit von dieser Differenz die Takteinrichtung 36 gesteuert. Das Steuersingal für das Ventil V setzt die laonostabile Kippstufe 3^ für eine vorbestimmte Zeit, die beispielsweise das 0,8-fach der Zuschaltzeit einer Wicklung beträgt. Dann ist durch die Verknüpfung der Ausgangssignale der Elemente 3^_s 36 im ODER-Gatter 32 sichergestellt, daß nach Ablauf der Standzeit der monostabilen Kippstufe 3^ 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.

Um die Drehzahl des Synchronmotors 10 einzustellen, ist es einerseits möglich, entweder das Längselement 26 gemäß Figur 5 oder den steuerbaren Gleichrichter 28 gemäß Figur 6 der-

- « - β. 6 6 6

art einzustellen, daß sich die Spannung U verändert, bis sich die gewünschte Drehzahl einstellt. Es ist jedoch andererseits auch möglich, eine Drehzahlregelung durch Pulslängensteuerung vorzunehmen. Hierzu wird im Summenpunkt 35 gemäß Figur T die Differenz der Ist-Drehzahl n. und einer So]!-Drehzahl η _Ί1 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 Figur 3h erwähnt, bewirkt diese Verzögerung des Steuersignales V eine Veränderung des Spannungsverlaufes von beispielsweise U in der Weise, wie dies gestrichelt in Figur 3h dargestellt ist. Die wirksame Zuschaltzeit der Ständerwicklung W₁ im Beispiel wird dadurch verkürzt und die Drehzahl entsprechend vermindert. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 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 einer 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 einer bestimmten Drehzahl erfolgen oder in Abhängigkeit von Schaltmitteln, die

β.

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erkennen, -wann die induzierten Spannungen U₁, U_?, U , U. 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, 1^, daß das übernächste Ventil bereits selbstgeführt einschaltex.

Die oben beschriebene, indirekte Polradstellungsmeldung beruht auf dem Vergleich der elektromotorisch induzierten Spannungen in den gerade nicht vom Strom durchflossenen Wicklungen. Z.B. leitet der Transistor T. so lange, bis U, > U wird, dann sperrt T und T wird leitend, bis U > Ui wird usw. Diese Erkennung der Polradstellung durch Vergleich er Phasenspannungen benötigt keine zusätzlichen Einbauten am Motor. Sie funktioniert schon bei sehr kleinen Drehgeschwindigkeiten, aber noch nicht im Stillstand. Deshalb sind für den Start besondere Maßnahmen erforderlich.

Wie oben vorgeschlagen, kann zum Start der Zähler durch einen Hilfstakt in sehr langsamen Schritten (ca. 0,5 see) weitergeschaltet werden, so daß sich der Läufer mit Sicherheit ausrichten kann. Sobald Drehrichtung, Zählerstand und Spannungsschnittpunkt zusammenpassen, geht der Motor in Selbststeuerung über und beschleunigt mit maximalem Drehmoment bis auf die Betriebsdrehzahl. Im ungünstigsten Fall ergibt sich bei dieser Anordnung eine Startverzögerung von mehr als einer Sekunde.

Für bestimmte Anwendungen ist diese Startverzögerung nicht tragbar (z.B. bei der Kraftstoffpumpe für Einspritzermotoren)

ε.

Ein unverzögerter Start kann erfindungsgemäß dadurch erzielt werden, daß beim Stillsetzen des Motors der Läufer in eine definierte Stellung gebracht wird, aus der heraus ein erneuter Start unverzögert erfolgen kann.

Jeder Startvorgang setzt eine bestimmte Stellung des Polrades voraus und beginnt, indem der Zähler in eine bestimmte Stellung gesetzt wird und über den entsprechenden Transistor eine Motorwicklung an die Versorgungsspannung gelegt wird (beispielsweise T₁, der weitere Verlauf bezieht sich auf dieses Beispiel). Wenn innerhalb einer bestimmten Zeit U- > U wird, wird T gesperrt und T leitend. Der Motor läuft also in der Regel vom ersten Schritt an in Selbststeuerung. Wenn eine bestimmte Zeit überschritten wird, ehe Ui > U wird (Stillstand wegen unpassender Anfangsstellung des Polrades), oder wenn unmittelbar nach dem Schnittpunkt U^ !> U_ bereits U ">■ U, ist (Rückwärtslauf wegen unpassender Anfangs stellung des Polrades), wird der Anlauf unterbrochen und ein Positionierungsvorgang eingeleitet. Bei der Positionierung werden die Transistoren T und T, nacheinander für ca. 0,5 see. leitend gesteuert", dadurch richtet sich das Polrad so aus, daß anschließend mit Zählerstellung T der Start in Selbststeuerung erfolgen kann.

Zur Vorbereitung des Schnellstarts wird erfindungsgemäß nach jedem Stillsetzen des Motors (z.B. Stillsetzen der Kraftstoffpumpe, wenn der Verbrennungsmotor durch den Zündschlüssel abgeschaltet wird) in einem Nachlaufprogramm die Positionierung durchgeführt und danach die Anlage abgeschaltet.

Ein neuer Start erfolgt in der Regel ohne Startverzögerung.

Sollte die Nachpositionierung durch irgend einen Umstand gestört worden sein und der Schnellstart nicht funktionieren, wird automatisch ein zusätzlicher Positionierungsvorgang eingeleitet.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der Positionierungsvorgang vor dem eigentlichen Start über den Zündschlüssel von einem zusätzlichen Signal, z.B. Sitz- oder Türkontakt, eingeleitet.

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Claims

3 O Λ 2 8 1

β. 6^64

28.10.1980 Lr/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Ansprüche

/ 1. ^Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz, bei der die Ständerwicklungen des Synchronmotors in zyklischer Reihenfolge an die Gleichcijannung geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in die nicht zugeschalteten Ständerwicklungen induzierten Wechselspannungen gemessen und die Zuschaltung jeweils einer Ständerwicklung während eines vorgegebenen elektrischen Winkelbereiches wenigstens näherungsweise symmetrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der in die jeweils eine Ständerwicklung induzierten Wechselspannung vorgenommen wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Winkelbereich bei einem n-phasigen Synchronmotor (10) 360 /n ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkte für Zu- und Abschaltung der jeweils einen Ständerwicklung durch Vergleich der in

ORIGINAL INSPECTED

. ⁶664

die nicht zugeschalteten Ständerwicklungen induzierten Spannungen bestimmt werden.

h. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem n-phasigen Synchronmotor (10) (n geradzahlig) die i-te Wicklung zugeschaltet und die (i-i)-te Wicklung abgeschaltet wird (i=i+k.n für k=0,1 , 2 , 3 . . .; i < η), wenn

U. ,n ^ U. η

ist, wobei U. die in die i-te Wicklung induzierte Spannung be zeichnet.

5· Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum zyklischen Umschalten der Ständerwicklungen (W-, W₂, W , W* ) ein Zähler (23) verwendet wird, der in Abhängigkeit von die induzierten Wechselspannungen (U , U_p, U , U, ) vergleichenden Komparatoren (11, 12, 13, 1M weiterzählt und dessen Ausgänge einerseits an die Zu- und Abschaltung der Ständerwicklungen (W , W , W , Wi ) bewirkende Ventile (V , V , V , Vi) angeschlossen sind und andererseits an Schaltmittel angeschlossen sind, mit denen die Ausgangssignale aller Komparatoren (11, 12, 13, 1*0 bis auf einer blockiert wer-

ε. 6664

den, und der jeweils nicht "blockierte Komparator den nächsten Zählimpiils liefert.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Zählereingang (230) des Ringzählers (23) nach jedem Zählimpuls für eine vorbestimmte Zeit gesperrt wird.

7· Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stromzuführung des Synchronmotors (10) ein überbrückbarer Vorwiderstand (2U) geschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (1O) an eine Anzapfung deines Spannungsteilers (26, 27) angeschlossen ist, der ein· steuerbares Längselement (26), vorzugsweise einen Längstransistor enthält.

9- Schaltungsanordnung nach einem eier Anr.prücho 1 bin 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsgleichspannung (ü ) des Synchronmotors (10) über einen steuerbaren Gleichrichter (28) aus einem Wechselstromnetz gewonnen wird.'

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An-.

Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsgleich-Bparinuiig (U ) des Synchronmotors (1O) getaktet wird.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Taktverhältnis durch Vergleich von Ist-Strom (i. ,) und maximal zulässigen Strom (i ) bestimmt ist max

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (10) nur während
eines ersten Teiles, Torzugsweise 80 %, der Zuschaltungszeits der jeweiligen Ständerwicklung (W , W_? , W_ , Wi ) getaktet wird.

13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltungszeit der jeweiligen Ständerwicklungen (W , W₂, W_ , Wi ) in Abhängigkeit von der Differenz Soll-Drehzahl/Ist-Drehzahl
des Synchronmotors (lO) einstellbar ist.

lh. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschalt Zeitpunkt der jeweiligen Ständerwicklung (W , W_, W , Wi ) verzögert wird.

15- Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden

Anspruches dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Oszillator, vorzugsweise niedrigerer oder leicht ansteigender Frequenz vorgesehen ist, auf die der Zähler (23) zum Anlauf des Synchronmotors (10) aus dem Stillstand kurzzeitig umschaltbar ist.

16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 "bis 1U, dadurch gekennzeichnet, daß "bei Inbetriebnahme des Synchronmotors (10) zunächst eine Ständerwicklung statisch zugeschaltet und alsdann auf die zyklisch nächste Wicklung umgeschaltet wird.

17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die "beim Stillsetzen des Läufers diesen in eine definierte Ruhelage gegenüber dem Ständer bringen.

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine nachlaufsteuerung vorgesehen ist, die beim Stillsetzen des Motors in einem Nachlaufprogramm die Positionierung durchführt.

19· Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß für den Posxtionierungsvorgang in minde-

:. 6664

stens zwei Phasenleitungen Transistoren (T-, T, ) vorgesehen sind, die nacheinander für je etwa 0,5 see. leitend gesteuert werden.

20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung des Positionierungsvorganges wenigstens ein zusätzlicher Kontakt, z.B. Sitz- oder Türkontakt vorgesehen ist.