DE3412286A1 - Verfahren und vorrichtung zum abbremsen einer einheit, die einen zweiphasen-synchronmotor aufweist - Google Patents

Abstract

1 Es werden die Spulen eines zweiphasigen Motors verwendet mit sehr geringer Gegeninduktivität, und zwar nicht nur als Antriebsspulen, sondern auch als Positions- und Geschwindigkeitsfühler. Dies ermöglicht eine Bestimmung der gesamten mechanischen, insbesondere kinetischen Energie der Anordnung und eine Bemessung des Bremsstroms über einen vorgegebenen Weg, um diese Energie zu annullieren. Der Motor kann demzufolge sehr schnell und ohne Schwingungen seine Endstellung einnehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbremsen einer Einheit bestehend aus einem elektrischen Zweiphasen-Synchronmotor und einer mechanisch von diesem Motor angetriebenen Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei zahlreichen Anwendungen, insbesondere wenn der Rotor des Motors aufeinanderfolgende Drehbewegungen mit sehr kurzen Intervallen durchführen muß, ist eine Dämpfung des Rotors am Ende einer jeden Drehbewegung erforderlich.

Die zu diesem Zweck bereits vorgeschlagenen Lösungen weisen noch erhebliche Nachteile auf. Eine mechanische Dämpfung, beispielsweise durch trockene oder viskose Reibung, bewirkt ein Abbremsen entlang des gesamten Weges und nicht nur an dessen Ende. Eine elektrische Dämpfung durch Kurzschluß der Spulen oder durch einen Bremsimpuls oder auch eine Regelung der Verzögerungsflanke weisen alle den Nachteil auf, dass sie sehr empfindlich auf Änderungen der Temperatur und auf Änderungen der Motoreigenschaften reagieren. Es wurde ferner auch schon vorgeschlagen, den Motorstrom als Funktion der Winkelstellung des Rotors zu steuern, die durch einen optischen Fühler festgestellt wurde, wobei jedoch der Einbau eines derartigen optischen Fühlers erhebliche Kosten verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbremsverfahren zu schaffen, das keine optische Fühleranordnung erfordert und eine exakt einstellbare Abbremsung entlang eines vorgegebenen Weges ermöglicht, unter Berücksichtigung der Motoreigenschaften und der Motorlast sowie der Veränderungen dieser Größen als Funktion der Temperatur und der Herstellungstoleranzen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Steuervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Abbremsverfahrens.

Die Vorteile, Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Es zeigen

Figur 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Veränderungen bestimmter Größen, die das Verfahren beeinflussen, als Funktion der Rotorstellung und

Figur 2 ein Schema einer Steuerschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei einem Zweiphasenmotor der oben genannten Art, wie er z.B. in der deutschen Patentanmeldung P 30 49 234 und in einem anderen Ausführungsbeispiel in der deutschen Patentanmeldung P 32 49 217 beschrieben ist, bedingt die Anordnung der Spulen der beiden Phasen in Quadraten, dass, unter der Annahme einer konstanten Rotorgeschwindigkeit, die induzierte Spannung in einer Spule einer ersten Phase maximal ist, während die induzierte Spannung in einer anderen, der anderen Phase zugeordneten Spule durch Null geht. Die Veränderung der induzierten Spannungen ist im wesentlichen sinusförmig als Funktion des Drehwinkels des Rotors, so dass gilt: für die Phase A: u[tief]A = kleines Gamma n kleines Alpha°sin (N kleines Alpha) (1) und

für die Phase B: u[tief]B = kleines Gamma n kleines Alpha°cos (N kleines Alpha) (2)

wobei kleines Gamma das Moment pro Ampere-Windung der betrachteten Spule bezeichnet, n die Anzahl der Windungen dieser Spule, kleines Alpha° = d kleines Alpha/dt die momentane Winkelgeschwindigkeit des Rotors und N die Anzahl der Polpaare des Rotors, wobei N kleines Alpha demzufolge der der Momentanstellung des Rotors entsprechende elektrische Winkel ist.

Insbesondere die Winkelgeschwindigkeit des Rotors und das Moment können erhebliche Veränderungen als Funktion der Temperatur aufweisen, sowie von einem Motor zum anderen aufgrund von Herstellungstoleranzen schwanken. Die Magnetisierungseigenschaften, die Permeabilität des weichen Eisens und die Reibungen sind die hauptsächlichen Ursachen für diese Veränderung. Die Schwankung von kleines Gamma von einem Motor zu einem anderen kann z.B. +/- 15 % überschreiten, so dass unter Berücksichtigung des Temperatureinflusses der Wert von kleines Gamma nur auf +/- 20 % genau bekannt ist.

Zur Ermittlung des genauen Wertes von kleines Gamma während des Betriebs des Motors kann man die in einer Motorspule induzierte Spannung e integrieren mittels eines elektronischen Integrators. Ein derartiger Integrator mit einer Kapazität C und einem Widerstand R führt während eines Intervalls [t[tief]1, t[tief]2] zu einem Wert

E = (Integralzeichen[hoch]t[tief]2[tief]t[tief]1 e dt)/RC.

Integriert man z.B. u[tief]B zwischen der Zeit t[tief]1 bei der diese induzierte Spannung durch Null geht, z.B. bei einem elektrischen Winkel von N kleines Alpha[tief]1 = 90° und einer Zeit t[tief]2 wie

N kleines Alpha[tief]2 = N kleines Alpha[tief]1 + 90° = 180°, so erhält man als Integrationsresultat E[tief]kleines Gamma

E[tief]kleines Gamma = [Integralzeichen[hoch]t[tief]2[tief]t[tief]1 kleines Gamma n kleines Alpha°cos (N kleines Alpha) dt] /RC

= kleines Gamma n [Integralzeichen[hoch]t[tief]2[tief]t[tief]1 (d kleines Alpha/dt) cos (N kleines Alpha) dt] /RC

= kleines Gamma n [Integralzeichen[hoch]N kleines Alpha[tief]2[tief]N kleines Alpha[tief]1 cos (N kleines Alpha) d(N kleines Alpha)] /NRC =

= - kleines Gamma n/NRC

mit kleines Gamma = NRC |E[tief]kleines Gamma| /n (3)

Mißt man den Wert U[tief]B der induzierten Spannung u[tief]B im Augenblick, in dem die Integration beendet ist (d.h. wenn N kleines Alpha = 180° ist), so lässt sich kleines Alpha° zu diesem Augenblick bestimmen:

Kleines Alpha°[tief]2 = -U[tief]B/kleines Gamma n = |U[tief]B| /NRC |E[tief]kleines Gamma| (4)

Andererseits kann man eine bestimmte Winkelstellung kleines Alpha[tief]3 ermitteln, indem u[tief]B zwischen einer Rotorstellung kleines Alpha[tief]1 integriert wird, bei der diese induzierte Spannung durch 0 geht, z.B. bei 270°/N, und einer Stellung kleines Alpha[tief]3 < kleines Alpha[tief]1 + 90°/N. Dann ergibt sich als Resultat E' dieser Integration

E' = kleines Gamma n [Integralzeichen[hoch]N kleines Alpha[tief]3[tief]N kleines Alpha[tief]1 cos (N kleines Alpha) d(N kleines Alpha)] /NRC

= - E[tief]kleines Gamma [sin (N kleines Alpha[tief]3) +1] (5)

Dies ermöglicht also durch Messung des Augenblicks, in dem der Wert E' vom Integrator erreicht ist, das Feststellen des Durchgangs des Rotors durch die betrachtete Stellung kleines Alpha[tief]3.

Figur 1 zeigt die Anwendung dieser Betrachtungen beim Abbremsen eines Motors der oben genannten Art. Insbesondere wird dabei angenommen, dass die Last des Motors im wesentlichen eine Trägheitslast ist, wie es z.B. beim Einsatz des Motors zum Antrieb eines Typenrades der Fall ist. Die Reibungen aufgrund der Motorlager und des Momentes ohne Strom werden als sehr gering angenommen. Unter diesen Bedingungen ist die gesamte mechanische Energie W[tief]m der Einheit Motor-Last auf die kinetische Energie beschränkt

W[tief]m = J[tief]t kleines Alpha°[hoch]2/2 (6)

wobei J[tief]t die gesamte Trägheit der Einheit darstellt.

Es sei bemerkt, dass bei dem betrachteten Motor jede Haltestellung einer Gleichgewichtsstellung entspricht, die durch Beaufschlagung einer der einen oder der anderen Phase des Motors zugehörigen Spule aufrechterhalten werden kann.

Figur 1 zeigt wenigstens teilweise die Änderung der wichtigsten auf den beschriebenen Abbremsprozeß einwirkenden Größen als Funktion des elektrischen Winkels N kleines Alpha. Das Abbremsen erfolgt während der letzten vier Schritte des Motors vor dem Stillstand des Rotors in einer Winkelstellung kleines Alpha[tief]S entsprechend dem Punkt S in der graphischen Darstellung. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Abbremsen im Fall von Rotorbewegungen, die vier Schritte überschreiten. Für Bewegungen von wenigstens vier Schritten hat sich in den meisten Fällen herausgestellt, z.B. im Fall des Antriebs eines Typenrades einer Schreibmaschine, dass die Zeiten für Verschiebungen anderer mechanischer Teile des Systems, wie z.B. des Typenradwagens, überwiegen.

Der Ursprung 0 der elektrischen Winkel N kleines Alpha ist demzufolge in der graphischen Darstellung der Figur 1 bei N kleines Alpha[tief]S - 360° an- genommen, wobei jeder Schritt einem elektrischen Winkel N kleines Alpha von 90° entspricht.

Bei dem hier beispielhaft betrachteten Fall erfolgt der Antrieb des Motors durch eine konstante Taktimpulsfolge und die Spule oder die Spulen einer einzigen Phase A oder B werden gleichzeitig beaufschlagt, wie es bei dieser Technik üblich ist (siehe z.B. die deutsche Patentanmeldung Nr. P 33 05 306).

Figur 2 zeigt ein Schaltschema einer Anordnung zur Steuerung des Motors. Die den Phasen A und B zugeordneten Spulen sind mit entsprechenden Versorgungs- und Umschaltkreisen 11 und 12 verbunden, wie es symbolisch durch die entsprechenden Blöcke in Figur 2 angedeutet ist. Die Schaltkreise 11 und 12 weisen an sich bekannte Anschluß- und Umschaltmittel auf, wie sie z.B. in der obengenannten deutschen Patentanmeldung P 33 05 306 beschrieben sind und sie ermöglichen insbesondere, die Spulen des Motors in einer bestimmten Richtung mit einer Versorgungsspannung V zu verbinden oder aber mit Detektorschaltkreisen und Signalverarbeitungsschaltkreisen zu verbinden, die noch im einzelnen beschrieben werden. Insbesondere die Anschlußmittel sind derart ausgestaltet, dass ein bestimmtes Anschließen erfolgt unter dem Einfluß von Steuersignalen, die ihnen von einem Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis zugeführt werden, der durch den Block 13 in Figur 2 dargestellt ist. Dieser Schaltkreis weist insbesondere einen Mikroprozessor auf, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es nachfolgend beschrieben ist, programmiert ist. Der Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis ist mit einer Taktimpulsquelle H und mit einer Auslöseanordnung D verbunden, wobei letztere ein Auslöse- und Steuersignal liefert für die Anzahl der durchzuführenden Schritte p für eine vorgegebene Drehbewegung. Der Schaltkreis 13 ist insbesondere derart ausgestaltet, dass er die Schaltkreise 11 und 12 mittels entsprechenden Verbindungen 131 und 136 derart steuert, dass den Spulen Antriebs-Stromimpulse während des erwähnten Zweiphasenbetriebs zugeführt werden, um die Anzahl der zurückgelegten Schritte zu bestimmen und um die anderen Funktionen zu ermöglichen, die noch näher beschrieben werden.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren steuert der Schaltkreis 13 bei einer Rotorbewegung entsprechend p > 4 Schritten das Unterbrechen des Versorgungsstroms des Motors in dem Augenblick, in dem der Zustand des Versorgungszyklus der Steuerung des Fortschreitens des Rotors zur Stellung kleines Alpha[tief]S - 270°/N entspricht, d.h. bevor derjenige Stromimpuls zugeführt wird, der normalerweise dazu bestimmt ist, den Rotor in die Stellung vorrücken zu lassen, die drei Schritte vor der Haltestellung entspricht. Der Punkt, an dem dieses Stromabschalten erfolgt, ist mit Z auf der Abszisse in Figur 1 bezeichnet, wobei die zuletzt gespeiste Phase mit A und das entsprechende Moment mit C[tief]A bezeichnet sind.

Es sei betont, dass in der Beschreibung die Bezeichnung der Phasen und der entsprechenden Spulen mit A und B den Bezeichnungen von Figur 1 entspricht. Es ist jedoch selbstverständlich, dass gemäß der Anzahl der zurückgelegten Schritte die Phase B die Rolle der in der Zeichnung mit A bezeichneten Phase übernehmen kann, d.h. die zuletzt mit Strom beaufschlagte Phase vor dem Abbremsvorgang sein kann, so dass die Bezeichnungen A und B sowohl in der Beschreibung als auch in der Zeichnung vertauscht werden können.

Hält man gemäß dem Diagramm von Figur 1 den vor dem Abschalten des Stroms herrschenden Versorgungszustand aufrecht, so würde der Motor schließlich im Ursprung 0 anhalten. Im Augenblick des Abschaltens kann der Rotor vorausgeeilt sein, wie es bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel ausgeführt ist oder bezüglich des Versorgungszyklus nacheilen, so dass man nicht genau weiß, in welcher Stellung Z er sich befindet, in dem Augenblick, in dem er normalerweise einen Antriebsimpuls erhalten würde, um ihn in die Stellung zu bringen, die p - 3 Schritten entspricht.

Bei einem stabilen System jedoch ist die Stellung Z notwendigerweise vor dem Punkt M entsprechend N kleines Alpha[tief]S - 270° gelegen.

Nach einem Zeitraum, der das Auslöschen der dem Abschalten des Stroms im Punkt Z folgenden Erscheinungen dient, werden die Schaltkreise 11 und 12 vom Schaltkreis 13 derart angesteuert, dass die Spulen abgeschaltet werden. Anschließend, während der Rotor weiterhin seinen Weg durchläuft, werden die Spule oder die Spulen der
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angeschlossen unter der Einwirkung des Schaltkreises
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und zwar einerseits an einen Integrator
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und andererseits an einen Detektorschaltkreis 3 mit einem Analog-Digital-Wandler. Der Schaltkreis 3 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass er zwei getrennte Signale für den Absolutwert und für das Vorzeichen der in der oder den Spulen
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induzierten Spannung u[tief]B liefert. Die Steuerung dieses Schaltkreises durch den Schaltkreis 13 erfolgt mittels einer Leitung 133.

Der Integrator 1 weist einen Operationsverstärker 16 mit einem Eingangswiderstand R und einer zwischen seinen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen geschalteten Kapazität C auf gemäß dem in Figur 2 gezeigten Schaltschema. Eine Nullstellungsanordnung 17 ist parallel zu den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Verstärkers 16 geschaltet, wobei die Anordnung 17 über eine Leitung 134 vom Schaltkreis 13 gesteuert wird.

Während der Bewegung des Rotors zu dem bei N kleines Alpha[tief]S - 270° gelegenen Punkt M ist der Integrator durch die Anordnung 17 ausgeschaltet, während die Spule oder die Spulen A mittels der vom Schaltkreis 13 gesteuerten Anordnung 12 mit einem Vergleicherschaltkreis 4 verbunden sind.

Sowie der Rotor den Punkt M durchläuft, geht die vom Schaltkreis 3 gemessene Spannung u[tief]B durch 0, d.h. sie wechselt das Vorzeichen in der angegebenen Richtung. Diese Information, die über eine Leitung 144 "sign u[tief]B" dem Schaltkreis 13 zuge- führt wird, bewirkt ein Einschalten des Integrators 1 mittels eines entsprechenden über die Leitung 134 übermittelten Signals.

Der Rotor bewegt sich über den Punkt M hinaus mit einer Geschwindigkeit, die aufgrund der fast ausschließlichen Trägheitslast während dieses Weges kaum absinkt. Die Integration der Spannung u[tief]B liefert ein entsprechendes Signal über die Leitung 140 an den Schaltkreis 13.

Bei Durchlaufen des Punktes P, der dem elektrischen Winkel N kleines Alpha[tief]S - 180° entspricht, ändert die Spannung u[tief]A das Vorzeichen in der angezeigten Richtung, was vom Schaltkreis 4 gemessen wird, der ein entsprechendes Signal "sign u[tief]A" dem Schaltkreis 13, z.B. über eine Leitung 145 zuführt. Dieses Signal steuert das Einspeichern des Ergebnisses E[tief]kleines Gamma der Integration der Spannung u[tief]B zu diesem Moment in den Schaltkreis 13, ebenso wie diejenige des Absolutwertes |U[tief]B| dieser Spannung im selben Punkt P, wobei dieser Absolutwert vom Schaltkreis 13 über eine Leitung 146 geliefert wird. In diesem Augenblick wird der Integrator durch die Einwirkung eines Steuersignals über die Leitung 134 auf Null gestellt.

Kurz darauf wird die Spule oder werden die Spulen der Phase A vom Schaltkreis 4 abgeschaltet, unter der Einwirkung des Schaltkreises 13 und mit der Versorgungsspannung V beaufschlagt, so dass sie von einem Bremsstrom i[tief]A konstanter Stärke I[tief]A durchflossen werden, wodurch ein negatives Moment C[tief]A entsteht, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Die Stärke des Bremsstroms I[tief]A wird durch ein vom Schaltkreis 13 abgegebenes Referenzsignal e[tief]1 bestimmt, das über eine Leitung 137 einem Vergleicher 7 zugeführt wird. Letzterer erhält außerdem über eine Leitung 138 ein Signal, das dem effektiven Strom i[tief]A in der oder den Spulen A entspricht, wobei ein Meßwiderstand 15 in Serie zu den Spulen geschaltet ist. Der Vergleicher 7 liefert über eine Leitung 139 ein Regelsignal an den Schaltkreis 12 dergestalt, dass der Strom i[tief]A die Stärke I[tief]A beibehält. Das I[tief]A be- stimmende Referenzsignal e[tief]1 ist eine Funktion der Werte von E[tief]kleines Gamma und von U[tief]B, welche im Schaltkreis 13 gespeichert sind und hängt außerdem von Wert
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der Geschwindigkeit ab, die der Rotor erfahrungsgemäß haben müsste, in einer vorbestimmten Winkelstellung kleines Alpha[tief]R, die zwischen kleines Alpha[tief]S - 20°/N und kleines Alpha[tief]S - 70°/N liegt (Punkt R in Figur 1), um die Endstellung kleines Alpha[tief]S einnehmen zu können unter Berücksichtigung seiner tatsächlichen Geschwindigkeit im Punkt P, seiner Eigenträgheit, seiner Last und der Reibungsmomente, die seiner Drehung entgegenwirken.

Insbesondere wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel der zwischen den Punkten P und R von Figur 1 eingespeiste konstante Strom I[tief]A, wobei P dem elektrischen Winkel N kleines Alpha[tief]S - 180° entspricht, durch die folgende Beziehung bestimmt, die die Gleichheit zwischen der elektrischen Bremsenergie und der Verringerung der kinetischen Energie des Rotors gemäß Gleichung (6) ausdrückt.

I[tief]A Integralzeichen u[tief]A dt = - J[tief]t (kleines Alpha°[hoch]2[tief]p - kleines Alpha°[hoch]2[tief]R) /2

Bremsdauer

oder mit (1),

I[tief]A [Integralzeichen[hoch]N kleines Alpha[tief]R[tief]180° kleines Gamma n sin (N kleines Alpha) d(N kleines Alpha)] /N = -J[tief]t(kleines Alpha°[hoch]2[tief]P - kleines Alpha°[hoch]2[tief]R) /2

durch Einsetzen der Beziehungen (3) und (4), wenn kleines Alpha[tief]2 = kleines Alpha[tief]P ist, erhält man

I[tief]A = J[tief]t [U[hoch]2[tief]B / (NRCE[tief]kleines Gamma)[hoch]2 - kleines Alpha°[hoch]2[tief]R] / 2RCE[tief]kleines Gamma (cos N kleines Alpha[tief]R + 1)

ist z.B. N kleines Alpha[tief]R = 315°, so erhält man

I[tief]A = J[tief]t [U[hoch]2[tief]B / (NRCE[tief]kleines Gamma)[hoch]2 - kleines Alpha[hoch]2[tief]R] / 3,414 RCE[tief]kleines Gamma

Die Werte von |U[tief]B| und von E[tief]kleines Gamma werden in digitaler Form geliefert oder in digitale Form umgewandelt und der Mikroprozessor des Schaltkreises 13 ist derart ausgelegt, dass er I[tief]A aus einer Vielzahl von Werten bestimmt, die z.B. in Form von 16 oder 32 diskreten Stromwerten vorliegen und durch entsprechende Steuersignale e[tief]1 dargestellt sind.

Durchläuft der Rotor den bei N kleines Alpha[tief]S - 90° gelegenen Punkt Q, so ändert die induzierte Spannung u[tief]B ihr Vorzeichen. Ein entsprechendes Signal in der Leitung 144 löst in dem Steuerschaltkreis die Betätigung des Integrators 1 aus. Der Schaltkreis 13 hat außerdem als Funktion des gemessenen Wertes von E[tief]kleines Gamma einen Referenzwert E' festgestellt entsprechend einer Stellung kleines Alpha[tief]R des Rotors gemäß der Beziehung (5), mit kleines Alpha[tief]1 = 270° und kleines Alpha[tief]3 = kleines Alpha[tief]R. Dieser Referenzwert wird über eine Leitung 135 einem Vergleicher 5 zugeführt, dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Integrators 1 zugeführt wird. Der Vergleicher 5 liefert daraufhin über eine Leitung 144 ein Positionssignal an den Schaltkreis 13, das den Augenblick angibt, zu dem der Rotor den Punkt R durchläuft. Dieses Signal löst das Einspeichern des Absolutwertes |U'[tief]B| der induzierten Spannung u[tief]B vom Schaltkreis 3 in den Schaltkreis 13 aus. Andererseits löst das Signal in der Leitung 141 die Steuerung des Abschaltens des Stroms I[tief]A mittels des Schaltkreises 12 aus, sowie das Anschließen der Spule oder der Spulen A an den Vergleicher 4, um den Vorzeichenwechsel der induzierten Spannung u[tief]A zu erfassen, der den Durchgang des Rotors durch die Stellung N kleines Alpha[tief]S, d.h. den Punkt S, anzeigt.

Schließlich wird nach dem Erscheinen des Positionssignals, das durch 5 geliefert wird, eine neue Abbremsphase ausgelöst. Sie besteht darin, in die Spule oder die Spulen der Phase B einen Bremsstrom i[tief]B einzuspeisen, der ein negatives Moment oder Bremsmoment C[tief]B erzeugt, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Man wählt die Phase B für den zweiten Abbremsvorgang, da das Moment C[tief]A in der Nähe des Punktes S gegen 0 geht, während das Moment C[tief]B dort sein Maximum erreicht. Der Schaltkreis 13 steuert also das Abschalten der Spule oder der Spulen der Phase B der Schaltkreise 1 und 3 und das Versorgen dieser Spulen mit einem Strom i[tief]B = I[tief]B = constant, der durch das Referenzsignal e[tief]2 bestimmt wird.

Dieses Signal e[tief]2 ist eine Funktion des gespeicherten Wertes von E[tief]kleines Gamma sowie des Wertes |U'[tief]B|, der im Punkt R gemessen wird. Der Strom I[tief]B hängt demzufolge von der tatsächlichen Geschwindigkeit des Rotors zu Beginn dieser neuen Abbremsphase ab, so dass die Abbremsung genau an die tatsächlichen Bedingungen während des Betriebes des Motors angepasst werden kann. Die tatsächliche Geschwindigkeit des Rotors im Punkt R kann größer sein als die Geschwindigkeit, die er nach dem vorhergehenden Abbremsvorgang haben müßte, z.B. aufgrund eines Sättigungsvorgangs, oder sie kann kleiner sein als diese theoretische Geschwindigkeit aufgrund von größeren Reibungen als vorhergesehen. Die Stärke des Stroms I[tief]B wird durch eine empirische Funktion aus einer Wertetabelle bestimmt, die als Eingangswert E[tief]kleines Gamma und U'[tief]B aufweist. Das entsprechende Referenzsignal wird über die Leitung 132 einem Vergleicher 6 zugeführt, der über eine Leitung 142 ebenfalls ein Signal erhält, das eine Funktion des Stroms i[tief]B ist, der mittels eines Widerstandes 14, der in Serie zwischen der oder den entsprechenden Spulen geschaltet ist, gemessen wird. Eine Verbindung 143 mit dem Schaltkreis 11 ermöglicht das Regeln des Stromes i[tief]B auf die gewünschte Stärke I[tief]B.

Die Stärke I[tief]B kann derart festgelegt werden, dass der Rotor den Punkt S zum ersten Mal mit einer sehr geringen Restgeschwindigkeit durchläuft, in der Größenordnung von 1 bis 2 rad/s. Für einen Motor, der beispielsweise 100 Schritte pro Umdrehung zurücklegt, bei einer Geschwindigkeit von 2 rad/s beträgt die Zeit zum Durchlaufen von 3° elektrisch 0,9 ms, was sich mit der Positionstoleranz von +/- 3° elektrisch verträgt, wie es im allgemeinen bei der Steuerung eines Typen- rades gefordert wird und sich auch mit der Auslösegeschwindigkeit der Anschlagvorrichtung des Hammers verträgt.

Bei Erreichen des Punktes S ist es möglich, die Spule oder die Spulen der Phase A erneut mit einem Strom geeigneten Vorzeichens zu versorgen, um die Gleichgewichtsstellung beizubehalten.

Man kann ebenfalls eine Vorbremsung vorsehen, mittels der Phase A, bevor der Rotor den Punkt P erreicht hat, wodurch eine höhere Anfangsgeschwindigkeit ermöglicht wird. Eine derartige Abbremsung wird nicht mit Hilfe der Stromstärke bestimmt, sondern durch die Dauer des Stromflusses ab dem Durchgang des Rotors durch den Punkt M, so dass die Phase A zur Verfügung steht, um den Durchgang des Rotors durch den Punkt P zu messen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der Bremsstrom als konstant vorausgesetzt, wie es z.B. mit Hilfe einer Chopper-Speiseschaltung verwirklicht werden kann, die den Strom unabhängig von der gewünschten zwischen zwei Grenzwerten liegenden Stromstärke und der induzierten elektromotorischen Kraft konstant zu halten vermag. Es ist ebenfalls möglich, einen variablen Bremsstrom vorzusehen, unter der Bedingung, dass dieser die gleiche elektrische Bremsenergie erzeugt, wie im Falle eines über einen vorgegebenen Zeitraum konstanten Stroms.

Leerseite

Claims (5)

1. Verfahren zum Abbremsen einer Einheit bestehend aus einem elektrischen Zweiphasen-Synchronmotor und einer mechanisch von diesem Motor angetriebenen Vorrichtung, wobei die Last des Motors im wesentlichen eine Trägheitslast ist und der Motor einen Rotor aufweist, der derart magnetisiert ist, dass er 2N Pole abwechselnder Polarität aufweist, mit N als natürlicher Zahl, wobei sich die Pole in Spalten von wenigstens zwei getrennten magnetischen Statorkreisen drehen, die entsprechend einer Zweiphasen-Betriebsweise angeordnet sind und wobei die magnetischen Statorkreise mit entsprechenden Spulen gekoppelt sind, die mit einer Speise- und Umschaltanordnung verbunden sind, welche so ausgestaltet ist, dass die Spulen mit einem elektrischen Strom derart gespeist werden, dass der Rotor von einer Haltestellung zu einer anderen bewegt wird und jede Haltestellung einer Gleichgewichtsstellung entspricht, die durch Speisung einer, der einen oder anderen Motorphase zugeordneten Spule aufrechterhalten werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrom in der oder den gespeisten Spulen zu dem Zeitpunkt abgeschaltet wird, in dem während der Bewegung des Rotors von einer Ausgangsstellung zu einer gewünschten Haltestellung, entsprechend einem Winkel von kleines Alpha[tief]S, der Speise- zustand der Steuerung der Bewegung des Rotors zu einer Stellung kleines Alpha[tief]S - 270°/N hin entspricht, dass die in der Spule oder in wenigstens einer der Phasen des Motors, d.h. B, zugeordneten Spulen induzierte Spannung u[tief]B integriert wird zwischen dem Zeitpunkt, zu dem festgestellt wird, dass diese Spannung u[tief]B zum ersten Mal nach dem Abschalten des Antriebsstroms durch Null geht und dem Zeitpunkt, zu dem festgestellt wird, dass die in der Spule oder in wenigstens einer der der anderen Phase des Motors, d.h. A, zugeordneten Spulen induzierte Spannung u[tief]A das erste Mal nach dem Beginn der Integration der Spannung u[tief]B durch Null geht, dass das Ergebnis E[tief]kleines Gamma dieser Integration sowie der momentane Absolutwert |U[tief]B| der zum Zeitpunkt der Beendigung der Integration auftretenden Spannung u[tief]B gespeichert werden, wobei dieser Wert die Rotorgeschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt beschreibt, dass die Spule oder wenigstens eine der der Phase A zugeordneten Spulen im Zeitraum zwischen dem Ende der Integration und dem Zeitpunkt, zu dem der Rotor eine vorgegebene Winkelstellung kleines Alpha[tief]R zwischen kleines Alpha[tief]S - 20°/N und kleines Alpha[tief]S - 70°/N einnimmt, mit einem Bremsstrom i[tief]A gespeist wird, derart, dass die Winkelgeschwindigkeit des Rotors kleines Alpha°[tief]R während seines Durchgangs durch die Stellung kleines Alpha[tief]R einen gewünschten Wert hat, der so gewählt ist, dass der Rotor unter Berücksichtigung seiner dem gespeicherten Wert |U[tief]B| entsprechenden Geschwindigkeit, seiner eigenen Trägheit, seiner Last und der seiner Drehung entgegenwirkenden Bremsmomente eine Stellung kleines Alpha[tief]S erreichen kann, dass erneut die in der Spule oder in wenigstens einer der der Phase B zugeordneten Spulen induzierte Spannung u[tief]B integriert wird, zwischen dem Zeitpunkt, zu dem u[tief]B zum zweiten Mal nach dem Abschalten des Antriebsstroms durch Null geht und dem Zeitpunkt, zu dem diese Integration einen Wert erreicht, der dem Winkel kleines Alpha[tief]R entspricht, dass der momentane Absolutwert |U'[tief]B| der Spannung u[tief]B zu diesem Zeitpunkt gemessen wird, dass danach die Spule oder wenigstens eine der der Phase B zugeordneten Spulen mit einem Bremsstrom i[tief]B gespeist wird, der durch eine empirische Funktion der Werte E[tief]kleines Gamma und |U'[tief]B| bestimmt ist, wobei diese Funktion durch Erfahrung derart gewählt ist, dass der Rotor während seines ersten Durchgangs durch die einzunehmende Haltestellung kleines Alpha[tief]S eine gewünschte, gegenüber kleines Alpha[tief]R sehr geringe oder praktisch keine Restgeschwindigkeit kleines Alpha[tief]S aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom i[tief]A eine konstante Stärke I[tief]A aufweist.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom i[tief]B eine konstante Stärke I[tief]B aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule oder die der Phase A zugeordneten Spulen mit einem vorhergehenden Bremsstrom gespeist werden, während eines Zeitraums, der sich an das Abschalten des Antriebsstroms anschließt und im wesentlichen vor dem Zeitraum endet, der zur Erfassung des ersten Durchgangs durch Null der Spannung u[tief]A vorgesehen ist.

5. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Speise- und Umschaltschaltkreise (11, 12) für die jeder Phase A und B des Motors zugeordneten Spulen aufweist, dass diese Schaltkreise an eine Versorgungsspannungsquelle (V) angeschlossen sind, dass sie einen Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis (13) aufweist, der insbesondere mit einer Taktimpulsquelle (H), mit einer Auslöseanordnung (D), die ein Auslöse- und Steuersignal für die Anzahl der durchzuführenden Schritte erzeugt, sowie mit Speise- und Umschalt-Schaltkreisen zu deren Steuerung verbunden ist, dass sie Strommeßanordnungen (14, 15) zur Feststellung der Stromstärke in den einer jeden Motorphase zugeordneten Spulen aufweist, dass sie erste und zweite Vergleichsanordnungen (6, 7) aufweist, die jeweils derart angeschlossen sind, dass sie einerseits vom Ausgangssignal einer entsprechenden Strommeßanordnung und andererseits von einem entsprechenden Stromreferenz- signal (e[tief]2, e[tief]1), das vom Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis stammt, gesteuert werden und dass sie ein Steuersignal für den Strom zum entsprechenden Speise- und Umschaltkreis liefert, dass sie einen ersten Spannungsmeßschaltkreis (4) aufweist, der mit dem Speise- und Umschaltkreis (12) der der ersten Phase A des Motors zugeordnet ist, verbunden ist, zur Erfassung in einem gewünschten Zeitpunkt eines Durchgangs der in wenigstens einer der Phase A zugehörigen Spule induzierten Spannung durch Null und der mit dem Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis verbunden ist, um ihm ein entsprechendes Signal zuzuführen, dass sie einen zweiten Spannungsmeßschaltkreis (3) aufweist, der mit dem Speise- und Umschaltkreis (11) verbunden ist, der der zweiten Phase B des Motors zugeordnet ist, zur Erfassung in einem gewünschten Zeitraum, eines Nulldurchgangs der in wenigstens einer der Phase B zugeordneten Spule induzierten Spannung und zur Messung des Absolutwertes dieser induzierten Spannung zu vorbestimmten Zeitpunkten mittels eines Meßsignales, das diesem Schaltkreis durch den Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis zugeführt wird, wobei dieser zweite Spannungsmeßschaltkreis außerdem mit dem Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis verbunden ist, um ihm Signale zuzuführen, die den Durchgang durch Null und den Absolutwert der induzierten Spannung darstellen, dass sie einen Integrationsschaltkreis (1) aufweist, der mit dem Speise- und Umschaltkreis, der der zweiten Phase B des Motors zugeordnet ist, verbunden ist, um zu einem gewünschten Zeitpunkt die in wenigstens einer der dieser Phase B zugeordneten spuleninduzierten Spannung zu integrieren, wobei dieser Integrationsschaltkreis eine Nullstellungsanordnung aufweist, die mit dem Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis verbunden ist, zum Empfang von Rückstellsignalen auf Null, wobei der Ausgang dieses Integrationsschaltkreises einerseits mit dem Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis und andererseits mit einem ersten Eingang einer dritten Vergleicheranordnung (5) verbunden ist, deren zweiter Eingang mit dem Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis verbunden ist zum Empfang eines Stellungs-Referenzsignals E' und dessen Ausgang mit dem Steuer- und Informationsverarbeitungsschaltkreis verbunden ist, um ihm ein entsprechendes Stellungssignal zuzuführen.