DE3047154A1

DE3047154A1 - AC motor position control - has switching stage to introduce DC breaking control for accurate positioning

Info

Publication number: DE3047154A1
Application number: DE19803047154
Authority: DE
Inventors: Arthur 7000 Stuttgart Fettig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-15
Filing date: 1980-12-15
Publication date: 1982-07-29

Abstract

An a.c. motor is controlled by a switching stage to provide high accuracy position control. The system operates on the basis of a fast approach followed by slow final traverse with clamping when at rest. The system uses a sixteen pole motor (1) that drives a tachogenerator (7) to provide a feedback signal for comparison with a command value (6). A specific error value is amplified (9) and used to control a d.c. supply (10). A switching stage (4) operates to introduce the d.c. signal to give extra braking. The d.c. signal is amplified to selected windings.

Description

Positionierantrieb mit verbesserter Haltegenauigkeit Positioning drive with improved stopping accuracy

Bei einem Positionierantrieb, bestehend aus einem Drehstrom-Kurzschlußläufer-Motor mit Bremse und mit oder ohne FremdlUfter, wird Gleichstrom in die an Spannung liegende oder in eine andere Wicklung eingespeist, und so die Annäherungsdrehzahl auf einen konstanten Wert geregelt, um die Haltegenauigkeit bei der Endabbremsung zu verbessern.With a positioning drive consisting of a three-phase squirrel-cage motor with brake and with or without external fan, direct current is converted to voltage or fed into another winding, and so the approach speed to one controlled to a constant value in order to improve the stopping accuracy during final deceleration.

Positionierantriebe mit polumschaltbaren Drehstrommotoren zeichnen sich, im Vergleich mit Gleichstrom- oder Schrittmotoren, dadurch aus, daß sie einfach aufgebaut und daher preiswert sind, und außer den Kugellagern keine Verschleißteile haben. Die Antriebe haben meist Wicklungen fUr 2 Drehzahlen, wobei die höhere Drehzahl beim Eilgang, die niedere Drehzahl beim Feingang, d. h. beim Annähernandie Position - daher Annäherungsdrehzahl - wirksam ist. Beim Umschalten von der hohen auf die niedere Drehzahl erfolgt eine verschleißlose, generntorsiche Bremsung. Zur Endabbremsung ist eine Stillsetzbremse vorhanden, die dann nur noch die geringe, der bei der niederen Drehzahl in den rotierenden Massen vorhandene kinetische Energie aufnehmen muß. Diese Stillsetzbremsen sind meist Reibungsbremsen, die wegen der in den meisten Fällen erforderlichen Sicherheitsfunktion, im spannungslosen Zustand Bremswirkung ausuben (Ruhestrombremsen).Draw positioning drives with pole-changing three-phase motors in comparison with direct current or stepper motors, in that they are simple constructed and therefore inexpensive, and apart from the ball bearings no wearing parts to have. The drives usually have windings for 2 speeds, the higher speed with rapid traverse, the lower speed with fine input, d. H. when approaching the position - therefore approach speed - is effective. When switching from the high to the Low speed, wear-free, generic braking takes place. For final deceleration there is a stopping brake, which then only applies the low one, the lower one Speed must absorb existing kinetic energy in the rotating masses. These stop brakes are mostly friction brakes, which because of the in most In cases of required safety function, braking effect in the de-energized state exercise (closed-circuit braking).

Zur Kühlung des Antriebs ist meist ein Lüfter angebaut, der, durch einen separaten Motor angetrieben, auch dann einen KUhllvftstrom erzeugt, wenn der Hauptmotor stillsteht.In order to cool the drive, a fan is usually installed which, through driven by a separate motor, also generates a KUhllvftstrom when the Main engine has stopped.

Die Haltegenauigkeit solcher Antriebe wird beurteilt nach der Winkeldifferenz zwischen dem Haltepunkt mit dem kurzesten und dem längsten Nachlauf. Diese Winkeldifferenz wird umso kleiner, die Haltegenauigkeit umso besser, je niedriger die Drehzahl ist, aus der heraus endabgebremst wird, und je gReichmäßiger das Bremsmoment der Stillsetzbremse ist.The stopping accuracy of such drives is judged on the basis of the angle difference between the stopping point with the shortest and the longest trail. This angle difference becomes smaller, the stopping accuracy the better, the lower the speed, from which the final braking takes place, and the more smoothly the braking torque of the standstill brake is.

Es ist daher anzustreben, die Annaherungsdrehzahl gerade so niedrig zu halten, daß'die geforderte Haltegenauigkeit erreicht wird, wobei zu beachten ist, daß der Positioniervorgang umso länger dauert, je niedriger die Annäherungsdrehzahl ist, und außerdem die Stillsetzbremse mit einer möglichst geringen Bremsarbeit zu belasten. - Eine niedere Annöherungsdrehzahl wird mit einer hochpoligen Wicklung erreicht. Eine hochpolige Wicklung erfordert einen Stator mit vielen Nuten, die wiederum einen großen Motordurchmesser bedingen. Um Abmessungen und Kosten in Grenzen zu halten, werden die Wicklungen für die Annäherungsdrehzahl mit 12 oder 16, maximal 18 Polen ausgefuhrt. Ein 16-poliger Motor hat am 50 Hz-Netz eine Leerlaufdrehzahl von 375/min.It is therefore desirable to keep the approach speed just as low to keep that the required stopping accuracy is achieved, taking into account is that the positioning process takes longer, the lower the approach speed is, and also the shutdown brake with as little braking work as possible burden. - A lower approach speed is achieved with a multi-pole winding achieved. A multi-pole winding requires a stator with many slots, the again require a large motor diameter. To keep dimensions and costs within limits to keep the windings for the approach speed with 12 or 16, maximum 18 Poland exported. A 16-pole motor has an idle speed on the 50 Hz network from 375 / min.

GenUgt die mit dieser Annäherungsdrehzahl erzielbare Haltegenauigkeit nicht, kann diese durch Speisung des Motors mit Drehstrom niederer Frequenz oder durch Erhöhung des Schlupfes reduziert werden. Der Schlupf kann beim belasteten Kurzschlußläufer-Motor durch eine verringerte Klemmenspannung oder durch Erhöhung der Belastung durch eine Zusatz last vergrößert werden.The stopping accuracy that can be achieved with this approximate speed is sufficient not, this can be done by supplying the motor with three-phase current of low frequency or can be reduced by increasing the slip. The slip can occur when loaded Squirrel cage motor by reducing the terminal voltage or increasing it the load can be increased by an additional load.

Geräte, mit denen die Frequenz oder die Spannung an den Klemmen des Drehstrommotors geregelt werden kann, sind sehr aufwendig und teuer. Deshalb ist immer wieder versucht worden, den Schlupf mittels einer Zusatzlast zu regeln, wobei diese dadurch erzeugt wird, daß bei Betrieb des Motors mit der hochpoligen Wicklung, Gleichstrom in die nicht ans Drehstromnetz angeschlossene niederpolige oder in die mit zwei äquipotentialen Stempunkten ausgeführte hochpolige Wicklung eingespeist wird. Im angeführten Beispiel ist so die Drehzahl auf 100/min oder noch weiter absenkbar.Devices with which the frequency or the voltage at the terminals of the Three-phase motor can be regulated are very complex and expensive. Therefore been tried again and again to regulate the slip by means of an additional load, with this is generated by the fact that when the motor is operated with the multi-pole winding, Direct current into the low-pole or into the With two equipotential star points, high-pole winding is fed in will. In the example given, the speed can be reduced to 100 rpm or even further.

Da bei hochpoligen Motoren sich Einschalt-, Nenn- und Leerlaufstrom im Betrag kaum unterscheiden, ist ein kurzzeitiger Betrieb mit hohem Schlupf, besonders auch bei vorhandener Fremdkuhlung, zulässig. Nun ist der Schlupf aber von der Belastung des Motors abhängig. So hat der 16-polige Motor mit 375/min Leerlaufdrehzahl bei Nennlast eine Drehzahl von 280/min. Erfolgt nun die Endabbremsung einmal bei nahezu leerlaufendem und einmal bei voll belastetem Motor mit gleichem Lastmoment, so ergeben sich unterschiedliche Haltepunkte. Hier, und vor allem auch bei durch Zusatzlast erhöhtem Schlupf, genügen die bekannten Verfahren nicht, um eine gute Haltegenauigkeit zu erzielen.Since inrush, nominal and no-load currents hardly differ in amount, a short-term operation with high slip is especially important also with existing external cooling, permissible. But now the slip is from the burden of the engine. The 16-pole motor has an idling speed of 375 rpm Rated load a speed of 280 / min. The final deceleration now takes place once at almost idling and once with a fully loaded motor with the same load torque, so result different breakpoints. Here, and especially with additional load increased slip, the known methods are not sufficient to achieve a good stopping accuracy to achieve.

Erfindungsgemäß wird zur Verbesserung der Haltegenauigkeit ein Regler verwendet, der bei zunehmendem Lastmoment die Stärke des zur Erzeugung der Zusatz last erforderlichen Gleichstromes reduziert und bei abnehmendem Lastmoment erhöht. Entsprechend einem Drehzahl-Soll-lstwert-Vergleich wird der Gleichstrom der Zusatzlast entsprechend dem Regelverhalten (P, I, D) des Reglers geregelt. Dadurch wird, auch unabhängig vom Widerstand der mit Gleichstrom beaufschlagten Wicklung, eine konstante Annäherungsdrehzahl und damit eine gute Haltegenauigkeit erzielt.According to the invention, a controller is used to improve the stopping accuracy used, the strength of the to generate the addition with increasing load torque load required direct current is reduced and increased with decreasing load torque. According to a speed-target-actual value comparison, the direct current becomes the additional load regulated according to the control behavior (P, I, D) of the controller. This will, too regardless of the resistance of the winding to which direct current is applied, a constant Approach speed and thus a good stopping accuracy achieved.

Im Schaltbild sind dargestellt: Ein polumschaltbarer Drehstrommotor 1 mit 16/2-poliger Wicklung, mit Stillsetzbremse 2 und Fremdlüfter 3, dessen 2-polige Wicklung mit dem Schalter 4 wahlweise auf 2-poligen Betrieb oder auf Zusatzlast umgeschaltet werden kann. Mit dem Schalter 5 wird die 16-polige Wicklung geschaltet. Der Drehzahl-Sollwert wird durch das Potentiometer 6 vorgegeben, der Istwert mit der Tacho 7 erzeugt. In der Vergleicherstufe 8 werden Soll-und Istwert-Signal miteinander verglichen und der Verstärker 9 steuert das Gleichstromspeisegerät 10 entsprechend an.The circuit diagram shows: A pole-changing three-phase motor 1 with 16/2-pole winding, with standstill brake 2 and external fan 3, its 2-pole Winding with switch 4 either on 2-pole operation or on additional load can be switched. The 16-pole winding is switched with switch 5. The speed setpoint is specified by potentiometer 6, the actual value with the speedometer 7 generates. In the comparator stage 8, the setpoint and actual value signals are combined with one another compared and the amplifier 9 controls the DC power supply unit 10 accordingly at.

Claims

Claims relating to the method for a positioning drive with three-phase Short circuit motor, with one or more windings, with or without external air, characterized in that, in a known manner, direct current into the three-phase current or is fed into another winding and the speed before the final deceleration is regulated to a constant value.

2. Control method according to claim 1, characterized in that the Strength of the direct current to reduce the speed, with increasing load torque is reduced and increased with decreasing load torque and that the control, according to a speed-target-actual value comparison, takes place in a closed control loop.

3. Control method according to claim 1 and 2, characterized in that a tacho dynamometer or a pulse generator is used as the actual speed value encoder.

4. Control method according to claim 1, 2 and 3, characterized in that that the speed setpoint is given by a potentiometer or a coding switch.

5. Regulator according to claim 2, characterized in that the direct current feed takes place from a half or fully controlled thyristor bridge.

6. Regulator according to claim 2, characterized in that the direct current is regulated by a transistor regulator.