DE3145826A1

DE3145826A1 - "vorrichtung zum steuern eines gleichstrom-motors"

Info

Publication number: DE3145826A1
Application number: DE19813145826
Authority: DE
Inventors: Edmond 1220 Genf Butschi; Walter 1196 Gland Furst
Original assignee: Mefina SA
Current assignee: Mefina SA
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1982-08-05
Also published as: NL8104917A; ZA817497B; FR2494522A1; SE8106753L; AU7748181A; GB2088098A; IT8168482A0; CH640090A5; ES8301399A1; ES507113A0; JPS57110091A; BR8107274A

Description

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DIPL.-INQ. DIETER JANPHR DR.-INQ. MANIRED BONINQ PAffNTANWAtTE

- 4 Mefina S.A. .. 218/17.974 DE

"Vorrichtung zum Steuern eines Gleichstrom-Motors"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines von einer Wechselstrom-Quelle gespeisten Gleichstrom-Motors, bestehend aus einem Zweiweg-Gleichrichter, einem steuerbaren Halbleiter, der in Reihe mit dem Gleichrichter und dem Motor liegt, einer Einheit, die an den Halbleiter Steuerimpulse liefert, die synchron mit der Frequenz der Quelle sind und deren Dauer die mittlere gewünschte Versorgungsspannung für den Motor bestimmt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art fallen die Anfänge der Impulse nicht mit den Nulldurchgängen der Speisespannung zusammen. Die Enden der Impulse fallen mit den Nulldurchgängen des Versorgungsstromes zusammen. Dadurch wird in den Strom Komponenten hoher Frequenz eingeleitet, was Anlaß zur Abgabe von parasitären radioelektrischen Erscheinungen gibt.

Zur Unterdrückung dieser Erscheinungen ist bereits vorgeschlagen worden,ein Triac oder einen Thyristor während der gesamten Dauer der Halbperiode leitend zu machen, derart, daß der Strom mit den Nulldurchgängen des Stroms beginnt und endet. Zur Steuerung der mittleren Spannung zwecks Steuerung des Motors steuert man die Leitzustände des Triacs oder des Thyristors nur während gewisser Halbperioden. Diese Vorrichtung läßt jedoch keine Feinregulierung zu, da die Regelung sprungweise erfolgt. Hinzu kommt, daß die Versorgung des Motors mit einer relativ niedrigen Frequenz pulsieren kann, was zu Ruckbewegungen des Motors und der von diesem angetriebenen Teile führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Vorrichtung derart auszubilden, daß die erwähnten Nachteile nicht auftreten.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ©löst, daß die Anfänge der Impulse mit den Nulldurchgängen der Speisespannung zusammenfallen und daß die Dauer der Impulse kleiner als die Dauer der Halbperioden der Speisespannung ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Steuervorrichtung für einen Motor und Fig. 2 einen Steuerkreis.

Der in Fig. 1 veranschaulichte Kreis besteht aus einem Motor M, einer Wechselstromquelle 1, einem Steuerkreis 2 zwischen der Stromquelle 1 und dem Motor M, und einem Kontrollkreis 3.

Der Kontrollkreis erhält bzw. gibt ab mehrere Signale, nämlich:

Ein Synchronisationssignal S1;

ein Signal S2 zur Messung des durch den Motor M fliessenden Stromes;

ein Signal S3, das die tatsächliche Geschwindigkeit des Motors M wiederspiegelt und von einem Wandler 4 abgegeben wird, der vom Motor M angetrieben wird;

ein Signal S4, das die vorgegebene Geschwindigkeit bestimmt und von einem Kreis 5 stammt;

ein Signal S5, das die Versorgung des Motors M steuert und

ein Signal S6, das den Versorgungskreis des Motors M ausschaltet.

Wie der Fig. 1 oben zu entnehmen ist, besteht das Signal S5 aus rechteckigen Impulsen, deren Anfang mit dem Anfang einer Halbperiode zusammenfällt. Der Anfang der Impulse S5 wird durch das Synchronisationssignal S1 bestimmt, das in «bekannter Weise von der Stromquelle 1 erhalten werden kann. Die Dauer t_n bestimmt

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PIPL.-INQ. DIETER JANPER. DR.-INQ. MANFRED BDNINQ

PAtFNTANWALIE

die mittlere Versorgungsspannung für den Motor. Da der Steuerkreis einen Zweiweg-Gleichrichter aufweist, ist die Frequenz der Impulse S5 100 Hz, wenn die Versorgungsspannung mit 50 Hz schwingt.

Der Kontrollkreis 3 wird nicht im einzelnen beschrieben; er kann in mannigfaltiger und bekannter Art und Weise, insbesondere als Mikroprozessor ausgebildet sein. Natürlich ist er den Signalen, die übertragen und erhalten werden, angepaßt. Auch * kann der Wandler 4 in mannigfaltiger Art und Weise ausgebildet sein; das von ihm abgegebene Signal ist solcher Art, daß die Frequenz für die Geschwindigkeit des Motors repräsentativ ist. Es gibt jedoch auch Wandler, die eine Spannung liefern, die proportional der Geschwindigkeit des Motors ist.

Der Kontrollkreis .3 wirkt auf die Versorgungsspannung derart, daß die Geschwindigkeit des Motors M der durch den Kreis 5 vorgegebenen Geschwindigkeit entspricht. Zu diesem Zweck erzeugt der Kreis 3 die Differenz zwischen den Signalen S3 und S4. Er bewirkt eine Zunahme der Dauer der Impulse S5, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit des Motors unter der Sollgeschwindigkeit liegt, die vom Kreis 5 vorgegeben wird. Das Umgekehrte gilt entsprechend. Diese Zunahme kann proportional zur Differenz der Signale S3 und S4 sein, so daß man eine Steuerung erhält, die sich jeweils nahe der gewünschten Geschwindigkeit bewegt. Die Dauer der Impulse S5 ist zugleich bestimmt durch die Intensität des Stromes, der durch den Motor M fließt. Dieser bestimmt das Signal S2. Wenn diese Intensität einen bestimmten Wert überschreitet, wird die Dauer t_n reduziert, und zwar proportional zu dem Überschuß des mittleren Stromes. Wenn der Wert des Signales S2 während einer bestimmten Zeit einen bestimmten Wert überschreitet, kann der Kreis 3 das Signal 5 völlig unterdrücken.

Das Signal S& ist ein Sicherheitssignal. Damit der Motor sich drehen kann, ist es notwendig, daß S5 und S6 beide vorhanden

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sind. Das Signal S6 erscheint, wenn S4 einen bestimmten Wert ueberschreitet, was bedeutet, daß der Motor sich drehen muß. Es ist während aller Halbwellen vorhanden, bis das Signal S4 diesen bestimmten Wert unterschreitet; dann ist es nicht vorhanden.

Die Fig. 2 zeigt den Steuerkreis 2 für den Motor M. Der Motor erhält eine Spannung, die durch den Gleichrichter 10 gleichgerichtet ist. Letzterer liegt zwischen den Anschlüssen 6 und eines Wechselstromnetzes, wobei zwischen dem Gleichrichter 10 und dem Anschlußpunkt 6 ein Schalter 8 liegt. Die Versorgung des Gleichrichters 10 wird über ein Triac 16 gesteuert, das in Reihe in dem Versorgungskreis liegt und durch ein Photo-Diac ohne äußere Versorgung gesteuert wird. Das Photo-Diac 17 wird durch das Signal S6 gesteuert, das vom Kontrollkreis 3 stammt. Das Signal S6 muß also anwesend sein, damit der Motor M mit Strom versorgt wird.

Die Ausgänge des Gleichrichters 10 sind über eine Reihenschaltung, in der der Motor M liegt, verbunden. Diese Schaltung weist einen Halbleiter 11 und einen Widerstand R3 auf. Letzterer ist vorgesehen, um den Strom, der durch den Motor M fließt, messen zu können. Der Spannungsabfall über dem Widerstand R3 liegt an einer Photo-Diode 13» die das Lichtsignal S2 produziert.

Das Element 11 ist ein Transkonduktanz-Element. Es hat einen kleinen Innenwiderstand.im Leitzustand; beispielsweise sind solche Elemente unter der Bezeichnung Hexfet IRF 830 bekannt. Die Steuerelektrode 9 des Elementes 11 wird vom Signal S5 beaufschlagt, das vom Kontrollkreis 3 in Form eines Lichtsignales stammt. Das Signal S5 beaufschlagt einen Photo-Transistor 12, was einen Spannungsabfall am Widerstand R2 hervorruft. Diese Spannung wird über eine Diode D auf die Elektrode 9 übertragen. Zwischen der Elektrode 9 und dem negativen Anschluß des Gleichrichters 10 liegt ein Kondensator 14 und parallel dazu ein FET-Transistor 15.

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Der Transistor 15 ist in bekannter Weise ausgebildet derart, daß er einen konstanten Strom innerhalb eines bestimmten Spannungsintervalls liefert. Wenn ein Lichtimpuls als Signal S 5 den Photo-Transistor 12 trifft und in den Leitzustand • bringt, wird der Kondensator 14 geladen, und das Halbleiterelement 15 wird leitend. Am Ende des Lichtimpulses entlädt sich der Kondensator 14, welcher vom Widerstand R2 durch die Diode D getrennt ist, über das Element 15 mit konstantem Strom. Die Spannung an den Klemmen des Kondensators 14 fällt linear ab und steuert über das Halbleiterelement 11 eine allmähliche Verringerung des Motorstromes während einer bestimmten Halbwelle. Die Unterbrechung des Stromes, der den Motor durchfließt, wird also progressiv bewirkt, was die Aussendung von. parasitären Hochfrequenzerscheinungen vermeidet. Es ist also möglich, auf entsprechende Entstörungsfilte-r verzichten zu können.

Eine Zenerdiode 18 liegt parallel zu dem Element 11, um dieses vor Überspannungen zu schützen. Ferner ist der Kontrollkreis mit dem Steuerkreis 2 durch Lichtsignale verbunden, die eine galvanische Trennung des Kontrollkreises mit niedrigen Spannungen vom Steuerkreis mit hohen Spannungen ermöglichen.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann man die Diode D und den Transistor 15 weglassen, so daß am Ende des optischen Signals S5 der Kondensator 14 sich über den Widerstand R2 exponentiell entlädt. Die exponent!eile Verringerung des Versorgungsstromes für den Motor M ist auch vorteilhaft im Hinblick auf parasitäre Hochfrequenzschwingungen.

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Leerseite

Claims

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PlPL-INQ. DIETERJANDER PR.-INQ. MANFRED HC)NINg

PATENTANWÄLTE

European Patent Attorneys

KURFURSTENDAMM 66 .

1 BERLIN 15

Telefon : 030/8 83 50 71/72

Telegramme : Consideration Berlin

218/17.974 DE 13. November 1981

Anmeldung

der Firma
MEFINA S.A.

5A, Boulevard de Perolles FRIBOURG - Schweiz

Ansprüche ;

1 A Vorrichtung zum Steuern eines von einer Wechselstrom-Quelle \"»7)gespeisten Gleichstrom-Motors (M), bestehend aus einem Zweiweg-Gleichrichter (10), einem steuerbaren Halbleiter (11), der in Reihe mit dem Gleichrichter (10) und dem Motor (M) liegt, einer Einheit (3), die an den Halbleiter (11) Steuerimpulse (S5) liefert, die synchron mit der Frequenz der Quelle (6,7) sind und deren Dauer die mittlere gewünschte Versorgungsspannung für den Motor (M) bestimmt, dadurch gekennzeichnet , daß die Anfänge der Impulse (S5) mit den Null-Durchgängen der Speisespannung zusammenfallen und daß die Dauer der Impulse (S5) kleiner als die Dauer der Halbperioden der Speisespannung ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter ein Transkonduktanz-Element (11) ist und einen kleinen Innenwiderstand hat.

Postscheckkonto Berlin West Konto 1743 84-100 Berliner Bank AG.. Konto 01 10921 900

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PAIfN IANWAL If
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerimpulse (S5) im wesentlichen rechteckig sind und mit einer Flanke enden, die fortschreitend abnimmt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontrollkreis (3)» der die im wesentlichen rechteckigen Impulse (S5) liefert und mindestens einen Eingang für ein Signal (S4) aufweist, das die mittlere Versorgungsspannung bestimmt, und ein Steuerkreis (2) vorgesehen sind, dem die Impulse (S5) zugeführt werden und der Organe (14,15) enthält, die die hintere Flanke der Impulse (S5) abflachen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe (14,15) eine etwa lineare Abflachung der Flanken bewirken.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe eine etwa exponentielle Abflachung der Flanken bewirken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollkreis (3) Lichtimpulse (S5) aussendet, die auf einen Photo-Transistor (12) des Steuerkreises (2) wirken, und daß der Photo-Transistor (12) den Halbleiter (11) steuert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Schalter (16) im Versorgungszweig des Gleichrichters (10) liegt, der als Triac (16) ausgebildet ist, das ohne äußere Versorgung von einem Photo-Diac (17) gesteuert wird, wobei durch den elektronischen Schalter (16) die Versorgung für den Gleichrichter unterbrochen wird, wenn das Eingangssignal (S4) des Kontrollkreises (3) einer mittleren Spannung entspricht, die unterhalb einem bestimmten Spannungswert liegt.

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DlPL-INQ. DIETER JANDER DR.-INQ. MANt-REt) BONING

PATENIANWALIt
9· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß im Steuerkreis (2) ein Widerstand (R3) in Reihe mit dem Halbleiter (11) liegt und daß die Spannung über diesem Widerstand (R3) mittels einer Photo-Diode (13) gemessen wird.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4, 7, 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkreis (2) hoher Spannung für den Motor (M) vom Kontrollkreis (3) niedriger Frequenz getrennt ist, wobei die Verbindung zwischen beiden durch optische Signale hergestellt wird, die über optische Fasern übertragen werden.