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Titel der Erfindung
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Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Abkommutierwngsimpulse fuer
elektrische Maschinen.
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Anwendungsgebiet der Erfindwlg Die Erfindung betrifft die Schaltungsanordnung
mit Diac und Thyristor oder Symistor zur elektronischen Begrenzung der Abkommutierungsimpulse
der Laeufer- oder Jtaenderspulen elektrischer Maschinen, insbesondere elektronisch
kommutierter Motoren.
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Charakteristik der bekannten technischen Loesungen Es ist bekannt,
dass die in ihrer amplitude sehr hohen Spannungsimpulse, die beim Abkommutieren
der einzelnen Laeufer- oder Staenderspulen von Gleichstrommotoren auftreten, durch
Z-Dioden, Varistoren, Widerstaende oder Thyristoren mit gesonderter Ansteuerschaltung
begrenzt werden, insbesondere bei elektronisch kommutierten rotoren, um hier eine
Zerstoerung der elektronischen Schalter zu vermeiden.
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Um einen hohen lErkungsgrad des Motors zu erlangen, d.h.
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die im Magnetfeld der .;taendersp-ule gespeicherte Energie zu einem
grossen Teil in wirksames Drehmoment umzuwandeln bzw. die durch die transformatorische
Verkopplung der Staenderspulen induzierten Stoerimpulse in allen Staenderspulen
im Moment der Abkommutierung einer Staenderspule inoeglichst gering zu halten und
so eine Auswertung der Tachospannung zur Gewinnung von Drehzahlimpulsen oder
Rotorlagesignalen
zu ermoeglichen, ist es erforderlich, die Begrenzung der Amplitude der Abkojnmutierungsimpulse
auf moeglichst kleine Werte vorzunehmen. Diese Porderung nach kleinsten Abkommutierungsimpulsen
wird mit Z-Dioden, Varistoren oder Widerstaenden nicht erfuellt, denn die Begrenzung
erfolgt oberhalb der positiven bzw. unterhalb der negativen Halbwelle der Tachospannung,
womit die im Magnetfeld gespeicherte Energie zum groessten Teil ueber den begrenzenden
Bauelementen als Waermeleistung abgebaut wird.
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ohe Amplituden dieser Abkommutierungsimpulse sind weiterhin mit einer
kuerzeren Abkommutierungszeit, d.h. mit einem schnellen Absinken des Spulenstromes
und somit einer hohen Feldstaerkeaenderung im Laeufer- bzw. Staenderblech der Spule
verbunden, womit ueber die transformatorische Verkettung in den anderen Laeufer-
oder Staenderspulen relativ grosse Stoerimpulse im Moment des Abkommutierungsvorganges
der einen Spule induziert werden, wodurch eine Auswertung z.B. zur Rotorlageinformation
oder Drehzahl stark beeintraechtigt wird.
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Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Begrenzung
der Abkommutierungsimpulse derart vorzunehmen, dass deren Amplitude ueber die Zeitdauer
des Abkommutierungsvorganges moeglichst kleine Werte annimmt und der Spulenstrom
im aufgebauten Freilaufkreis zuverlaessig, deh. unabhaengig von der Hoehe des Spulenstromes
im Augenblick seiner Unterbrechung sowie der.Kommutierungsdauer, kontinuierlich
und vollstaendig gegen Null geht. So wird die im Magnetfeld der Spule gespeicherte
Energie zum groessten Teil als Drehmoment wirksam, d.h. die ueber dem Abkommutierungselement
(z.B.
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Thyristor oder Symistor) umgesetzte Energie in Form von .raermeleistung
betraegt ein Minimum.
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In den Laeufer- oder Staenderspulen werden mit dem langsamen, kontinuierlichen
Abbau der Spulenenergie und den damit verbundenen,
relativ geringen
Feldstaerkeaenderungen ueber die transformatorische Verkettung der Staenderspulen
in diesen nur sehr kleine Stoerimpulse induziert, und somit die Verwendung der Tachospannungen
der Laeufer- oder Staenderspulen zur Gewinnung von Drehzahl- oder Rotorlagesignalen,
insbesondere fuer elektronisch kommutierte Motoren, ermoeglicht.
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Darlegung des eisens der Erfindung Erfindungsgemaess wird das dadurch
erreicht, dass fuer Halbwellenbetrieb ein Thyristor, fuer Vollwellenbetrieb efn
Symistor jeder LaeuSer- oder Staenderwicklung parallel geschalten wird, wobei der
Thyristor bei Ansteuerung der Spule in Sperrichtung geschalten ist. Der Thyristor
wird zwischen Gate und Anode mit einer Z-Diode, Anode der Z-Diode an Gate, oder
mit einem Diac, und der Symistor zwischen Gate und Anode 2 mit einem Diac beschalten.
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Die Abkommutierung des durch die Laeufer- oder Staenderwicklung fliessenden
Stromes bei Unterbrechung dessen durch die Kommutierungsschaltung, welche ein mechanischer
Schalter (Kommutator) oder ein elektronischer Schalter sein kann, erfolgt in beiden
Faellen bei Erreichen der Z-Spannung der Z-Diode oder der Durchbruchspannung des
Diac's direkt ueber dem Thyristor oder dem Symistor. Der Abkommutierungsimpuls wird
dabei auf den Betrag der momentanen Tachospannung plus der Xlussspannung von Thyristor
und Symistor begrenzt.
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Die Z-4annung der Z-Diode oder die Durchbruchspannung des Diac's muss
dabei stets groesser als derSpitzenwert der an den taeufer- oder Staenderspulen
anstehenden Betriebsspannungen sein.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass der Abbau der im Magnetfeld
der Laeufer- oder Staenderspulen enthaltenen .-nergie, unabhaengig vom momentanen
Motorstrom zum Zeitpunkt der Unterbrechung dessen und der Kommutierungszeit
der
spulen, in einem Freilaufkreis derart erfolgt, dass die Abkommutierungsimpulse auf
eine minimale Amplitude begrenzt werden Hierdurch wird ein maximaler Anteil der
im Magnetfeld gespeicherten Energie als wirksames Drehmoment und ein geringer Teil
ueber der @lussspannung des Preilaufelementes, dem Thyristor oder Symistor,als Waermeleistung
abgebaut.
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Die Beschaltung mit Thyristor ist fuer den Einsatz im Halbwellenbetrieb,
die mit Symistor fuer Vollwellenbetrieb geeignet, wobei durch die kleine Amplitude
der Abkommutierungsimpulse ein relativ langsames Absinken des Spulenstromes waehrend
der Abkommutierung und somit ein relativ langsamer Abbau des Magnetfeldes erfolgt.
Dabei werden ueber die transformatorische Verkettung der einzelnen Staenderspulen
in den anderen spulen nur geringe Stoerimpulse induziert.
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Die Abkommutierungsschaltung ist fuer Gleichstrommaschinen mit elektronischer
Kommutierung kleiner bis grosser Leistung anwendbar und erfordert keinen schaltungstechnischen
Aufwand zur Gewinnung der Zuendimpulse fuer die Abkommutierungselemente.
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Ausfuehrungsbeispiel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuehrungsbeispiel
naeher erlaeutert werden. In der zugehoerigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: Prinzipschaltung
der Abkommutierungeimpulsbegrenzung Fig. 2: Ankopplung der Abkommutierungsschaltung
(an die Laeufer- oder Staenderspule fuer Vollwellenbetrieb) Fig. 3: Abkommutierung
mittels Thyristor fuer Halbwellenbetrieb
Fig. 4: hbkommutierung
mittels Thyristor und Z-Diode fuer Halbwellenbetrieb Fig. 5: Verlauf der Ansteuerimpulse,
der Spannung ueber der Laeufer- oder Staenderwicklung und des vpulenstrome s Der
Abbau der Spulenenergie wird gemaess der Schaltungsan ordnung nach Fig. 1, Fig.
2 und Fig. 3, im weiteren Abkommutierungsschaltung genannt, erreicht, indem die
Schaltung nach Fig. 1 mit Symistor 1 der Staenderspule beliebig, nach Fig. 2 und
Fig. 3 derart, dass der Thyristor 4 bei Anlegen der Staenderspule an die Betriebsspannung
- positive Betriebsspannung +UB und negative -UB, in Sperrichtung gepolt ist, parallel
geschalten wird. Bei tinterbrechung des Spulenstromes JL mitte' s des mit dem Schalt
signal US, positives Schaltsignal +U5 und negatives U, , angesteuerten elektronischen
Schalters 8 nach Fig. 4 wird von der im Magnetfeld der Staenderspule 7 gespeicherten
Energie der Abkommutierungsimpuis induziert welcher bei Erreichen der Durchbruchspannung
des Diac's 2 den Symistor 1 bzw. der Z-Diode 5 und Diode 6 den Thyristor 4 zuendet
und somit der Freilaufkreis fuer den abzukommutierenden Spulenstrom aufgebaut ist.
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Der Abbau der Spulenen@rgie erfolgt hierbei zum Teil als Waermeleistung
ueber dem ohmschen Widerstand der Staenderspule 7 und der Flussspannung des Symistors
1 bzw. des Thyristors 4 und zum anderen, groesseren Teil als wirksames Drehmoment.
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Der Symistor 1 bzw. Thyristor 4 sperrt, wenn der Spulenstrom JL deren
Haltestrom unterschreitet, d.h. gegen Null geht.
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In Fig. 4 sind die zeitlichen Verlaeufe der Spannung UL =f(t) ueber
einer Staenderspule 7 sowie des )pulenstromes JL =f(t) durch die Staend@rspule 7
entsprechend der Anordnung nach Fig. 4 dargestellt. Hierbei ist das Ansteigen des
Abkommutierungsimpulses bis zum Erreichen der Durchbruchspannung des Diac's 2 oberhalb
positiver Betriebsspannung +UB bzw. unterhalb negativer Betriebsspannung UB, das
Zuenden des Symistors 1 mit der Begrenzung des Abkommutierungsimpulses auf Flussspannung
UF1 bzw. Flussspannung UF2, das Ansteigen der Spannung UL nach abgeschlossenem Abkommutierungsvorgang
auf den momentanen inert der Tachospannung UT sowie der zugebosrige Verlauf des
Spulenstromes JL zu orkennen.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeien 1 Symistor 2 Diac 3 Widerstand
4 Thyristor 5 Z-Diode 6 Diode 7 Staenderspule 8 elektronischer Schalter +UB positive
Betriebsspannung -UB negative Betriebsspannung +US positives Schaltsignal -US negatives
Schaltsignal UF1 Flussspannung UF2 Flussspannung UI Spannung (ueber der Staenderspule)
L JL bpulenstrom US Schaltsignal t Zeit UT Tachospannung