DE3735621C2

DE3735621C2 -

Info

Publication number: DE3735621C2
Application number: DE19873735621
Authority: DE
Inventors: Wulf-Dieter Dipl.-Ing. 4000 Duesseldorf De Heinrich
Original assignee: Fritz A Seidel Elektro-Automatik 4000 Duesseldorf De GmbH
Current assignee: Kollmorgen Europe GmbH
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1991-12-12
Also published as: DE3735621A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsverteilung zwischen mehreren parallel geschalteten Servo-Antriebsverstär ker-Ballastschaltungen und eine Ballastschaltung für Servo-An triebsverstärker.The invention relates to a method for power distribution between several servo drive amplifiers connected in parallel ker ballast circuits and a ballast circuit for servo-on drive amplifier.

Aus der Praxis bzw. firmenintern sind bereits Schaltungen für Servo-Antriebsverstärker bekannt, mit einem an die Stromein speisungsleitungen des Servo-Verstärkers anschaltbaren Ballast widerstand, einer Ballaststeuerungs-Schaltvorrichtung zum Tak ten dieses Ballastwiderstandes sowie mit einer festen Schalt vorrichtungs-Anssprechschwelle für die Begrenzung der Zwischen kreis-Gleichspannung an einem parallel zum Servo-Antriebsver stärker an dessen Stromeinspeisungsleitungen angeschalteten Stützkondensator.Circuits for are already in practice or in-house Servo drive amplifiers are known, with one at the Stromein Ballast supply lines of the servo amplifier can be connected resistance, a ballast control switching device to tak ten of this ballast resistor and with a fixed switching device response threshold for limiting the intermediate DC circuit voltage on a parallel to the servo drive ver more connected to its power supply lines Backup capacitor.

Es ist üblich, zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades an derartige, mit einem Netzteil ausgerüstete Ballastschaltungen die Servo-Antriebsverstärker (Achsen) gruppenweise anzuschlie ßen. Nachteilig ist hierbei der hohe Grundaufwand für Systeme mit nur ein bis drei Antrieben sowie die Begrenzung der Achsan zahl durch die Leistungsfähigkeit des gemeinsamen Netzteiles und vor allem der Ballastschaltung. Ein weiterer Nachteil ist die unsichere oder unwirtschaftliche Dimensionierung bei unter schiedlichen Anwendungsfällen.It is common to improve overall efficiency such ballast circuits equipped with a power supply to connect the servo drive amplifiers (axes) in groups eat. The disadvantage here is the high basic outlay for systems with only one to three drives and the limitation of the axle axis number by the performance of the common power supply and especially the ballast circuit. Another disadvantage is the uncertain or uneconomical dimensioning for under different use cases.

Die eingangs erwähnten Ballastschaltungen finden ferner in den bekannten Kompakt-Servo-Antriebsverstärkern für Einzelachsen Anwendung, die alle benötigten Baugruppen (Netzteil, Ballast schaltung und Servo-Antriebsverstärker) enthalten. Die festen Schaltschwellen der Ballastschaltungen werden durch Bauteile festgelegt, die unvermeidbare Herstellungstoleranzen von +/-2% aufweisen. Infolge der demzufolge gegebenen Schaltschwellendif ferenzen zwischen den einzelnen Kompaktverstärkern, die nicht exakt abzugleichen sind, lassen sich die bekannten Kompaktver stärker nicht an einer gemeinsamen Gleichspannungschiene be treiben. Die Folge ist ein schlechterer Wirkungsgrad und eine notwendige Überdimensionierung der Ballastschaltung wegen feh lender Leistungsverteilung.The ballast circuits mentioned at the beginning are also found in the well-known compact servo drive amplifiers for single axes Application that contains all the required assemblies (power supply, ballast circuit and servo drive amplifier) included. The firm Switching thresholds of the ballast circuits are determined by components set the inevitable manufacturing tolerances of +/- 2% exhibit. As a result of the switching threshold dif references between the individual compact amplifiers that are not the well-known Kompaktver stronger not on a common DC voltage rail float. The result is poorer efficiency and one necessary oversizing of the ballast circuit due to wrong lender power distribution.

Aus der DE-AS 21 58 737 ist für sich eine Schaltungsanordnung bekannt, die lediglich eine Servo-Antriebsverstärker-Ballast schaltung mit einem Ballastwiderstand, lediglich eine Ballast steuerungsschaltvorrichtung, einen Leistungsverstärker für einen Motor sowie einen Stützkondensator aufweist. Diese be kannte Ballaststeuerungsschaltvorrichtung schaltet unabhängig von der Spannung am Stützkondensator.DE-AS 21 58 737 is a circuit arrangement in itself known that only a servo drive amplifier ballast circuit with a ballast resistor, just a ballast control switching device, a power amplifier for has a motor and a backup capacitor. These be Known ballast control switching device switches independently from the voltage across the backup capacitor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mehrere Ballastschaltungen für Servo-Antriebsverstär ker an einer gemeinsamen Gleichspannungsschiene zu betreiben, unabhängig von der Anzahl der versorgten Servo-Antriebe. Diese Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 und durch Ausbildung der Ballastschaltungen gemäß dem Anspruch 2 zu lösen.The invention has for its object a possibility create multiple ballast circuits for servo drive amplifiers to operate on a common DC voltage rail, regardless of the number of servo drives supplied. These Object is by the method according to claim 1 and by Training of the ballast circuits according to claim 2 to solve.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further features of the invention are the subject of Subclaims.

Eine beipielsweise Ausführungsführungsform einer Bal lastschaltung gemäß der Erfindung, welche nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet, ist in der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigtAn exemplary embodiment of a bal load circuit according to the invention, which according to the Process according to the invention is in the description below with reference to the Drawings explained. It shows

Fig. 1 ein Prinzip-Schaltbild der Ballastschaltung und Fig. 1 is a schematic diagram of the ballast circuit and

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Verlaufs von Zwischenkreisspannung und Ballastschwelle in Abhängigkeit von der Zeit für eine Ballast schaltung gemäß Fig. 1 und - im unteren Teil der Darstellung - Ballastimpulse eines zweiten Reglers. Fig. 2 is a graphical representation of the course of the intermediate circuit voltage and ballast threshold as a function of time for a ballast circuit according to FIG. 1 and - in the lower part of the representation - ballast pulses of a second controller.

Das in Fig. 1 gezeigte Gerät besteht in den wesentlichen Baugruppen aus einem mittels einer Netzeinspeisung 7 (GR) an Stromschienen 8 betriebenen Servo-Antriebsverstärker 6 (TV), aus dessen Ballastschaltung 2, 3, 4, 5 mit Anpaßschaltung 1 und aus parallel zum Servo-Antriebsver stärker 6 und zur Ballastschaltung an die Stromschienen 8 angeschaltetem Stützkondensator 9.The device shown in Fig. 1 consists in the main modules of a servo drive amplifier 6 (TV) operated by means of a power supply 7 (GR) on busbars 8 , from its ballast circuit 2 , 3 , 4 , 5 with adapter circuit 1 and in parallel with Servo Antriebsver stronger 6 and for ballast switching on the power rails 8 connected support capacitor 9th

Die Ballastschaltung weist einen Ballastwiderstand 5 (RBal) auf, der in Serie mit einer Schaltvorrichtung 4 (Transistorschalter) in eine Leitung eingeschaltet ist, die bei geschlossenem Schalter 4 die Stromschienen 8 verbindet, womit der Ballastwiderstand durch Schließen des Schalters 4 zum Stützkondensator 9 und zum Servo- Antriebsverstärker 6 parallel an die Netzeinspeisung 7 anschaltbar ist. Das Betätigen der Schaltvorrichtung 4 erfolgt mittels einer über die Stromschienen 8 an die Netzeinspeisung 7 angeschlossenen Ballaststeuerung 3, in deren Speiseleitung eine feste Schaltschwelle 2 eingeschaltet ist. lnsoweit entspricht die Schaltung dem Stand der Technik.The ballast circuit has a ballast resistor 5 (RBal), which is connected in series with a switching device 4 (transistor switch) in a line which connects the busbars 8 when the switch 4 is closed, whereby the ballast resistor is closed by closing the switch 4 to the supporting capacitor 9 and Servo drive amplifier 6 can be connected in parallel to the power supply 7 . The switching device 4 is actuated by means of a ballast control 3 connected to the power supply 7 via the busbars 8 , in the feed line of which a fixed switching threshold 2 is switched on. Insofar the circuit corresponds to the state of the art.

Gemäß der Erfindung ist eine Anpaßschaltung 1 vorgesehen, die eine Überbrückung des Ballastwiderstandes bildet. Diese Anpaßschaltung 1 ist synchron mit dem Ballast widerstand 5 ansteuerbar, und zwar der Einfachheit halber, wie Fig. 1 zeigt, mittels des von der Ballast steuerung 3 gesteuerten Schalters 4.According to the invention, a matching circuit 1 is provided which bridges the ballast resistor. This matching circuit 1 can be controlled synchronously with the ballast resistor 5 , for the sake of simplicity, as shown in FIG. 1, by means of the switch 4 controlled by the ballast controller 3 .

Die Anpaßschaltung 1 weist eine Kapazität C auf, die in Serie mit einem Ladewiderstand RL und einer Lade-Diode DL in einen Überbrückungs-Zweig zum Ballastwiderstand 5 eingeschaltet ist. Der Kapazität C ist ein Entladewider stand R und diesem wiederum eine Zenerdiode D parallel geschaltet, die mit der Schaltschwelle 2 in Serie ge schaltet ist, so daß sich die Spannungen von Schalt schwelle 2 und Zenerdiode D addieren. Bei geschlos senem Schalter 4 ist die Kapazität C zur Stützkapazität 9 parallel geschaltet, so daß sich auch die beiden Kapa zitäten addieren.The adapter circuit 1 has a capacitance C which is connected in series with a charging resistor RL and a charging diode DL in a bridging branch to the ballast resistor 5 . The capacitance C is a discharge resistor R and this in turn a Zener diode D connected in parallel, which is switched with the switching threshold 2 in series, so that the voltages of the switching threshold 2 and Zener diode D add up. When the switch 4 is closed, the capacitance C is connected in parallel with the supporting capacitance 9 , so that the two capacities also add up.

Die Schaltung arbeitet wie folgt:The circuit works as follows:

Wenn der Servo-Antriebsverstärker 6 in den Bremsbetrieb (generatorischen Betrieb) übergeht, steigt die Schienen- Zwischenkreisspannung an den Schienen 8 und dem Kon densator 9 an, von z.B. 240 Volt, zunächst bis zur unteren Ballastschwelle UBal (u), z.B. 295 Volt. Die ser Anstieg ist in Fig. 2 durch das Kurvenstück a-b wiedergegeben. Die untere Ballastschwelle ist mit den herstellungsmäßig bedingten Toleranzen von +/-2% durch die feste Schwelle 2 vorgegeben. Beim Erreichen der unteren Ballastschwellenspannung UBal (u) wird mittels der Ballaststeuerung 3 und des Schalters 4 der Ballast widerstand 5 getaktet, wodurch Ballastimpulse ausgelöst werden, wie sie in Fig. 2 durch den Kurventeil b-c wiedergegeben sind, bei denen einem kurzzeitigen Absinken der Zwischenkreisspannung infolge Ladungsabflusses vom Kondensator 9 ein Spannungsanstieg folgt, und zwar auf einen etwas höheren Wert als es - bezogen auf das Ende des ersten Ballastimpulses - der unteren Ballast schwelle UBal (u) entsprechen würde, bzw. - bezogen auf das Ende der nachfolgenden Ballastimpulse - als es der Schwellenspannung am Ende des voraufgegangenen Ballastimpulses entsprechen würde.When the servo-drive amplifier 6 in the braking operation (regenerative operation) passes over the rail increases the intermediate circuit voltage to the rails 8 and the Kon to capacitor 9, of, for example 240 volts, initially to the lower ballast threshold Ubal (u), for example 295 volts. The water rise is shown in Fig. 2 by the curve piece from. The lower ballast threshold is specified by the fixed threshold 2 with the manufacturing-related tolerances of +/- 2%. When the lower ballast threshold voltage UBal (u) is reached, the ballast resistance 5 is clocked by means of the ballast control 3 and the switch 4 , as a result of which ballast pulses are triggered, as represented in FIG. 2 by the curve part bc, in which a brief drop in the intermediate circuit voltage results Charge outflow from the capacitor 9 follows an increase in voltage, namely to a somewhat higher value than it would correspond to - based on the end of the first ballast pulse - the lower ballast threshold UBal (u), or - based on the end of the subsequent ballast pulses - than it would correspond to the threshold voltage at the end of the previous ballast pulse.

Diese Schwellenanhebung wird dadurch bewirkt, daß gleich zeitig mit dem Ballastwiderstand 5 auch die Anpaßschal tung 1 mittels der Ballaststeuerung 3 über den Schalter 4 angesteuert wird. Hierbei wird deren Kondensator C über den Ladewiderstand RL und die Lade-Diode DL um einen kleinen Spannungsbetrag UC aufgeladen. Infolge der Serienschaltung der Schwelle 2 und der Zenerdiode D addiert sich dieser Spannungsbetrag UC zum Spannungs wert der festen Schwelle 2 hinzu, so daß die Schalt schwelle für die Ballaststeuerung 3 bei jedem Ballast impuls um die am Kondensator C anstehende Spannung UC angehoben wird bis zum Erreichen der oberen Ballast schwelle UBal (o), die durch die Addition von fester Ballastschwelle 2 und maximaler Anpaßspannung, festgelegt durch die Zenerdiode D, vorgegeben ist. Die Dimensio nierung der Anpaßspannung mittels der Diode D erfolgt so, daß alle auftretenden Bauteildifferenzen für die festen Schwellen 2 der parallel betriebenen bzw. zu betreibenden Ballastschaltungen von der Anpassung über deckt werden und somit ein Ausgleich dieser Bauteil differenzen erfolgt. Die hierzu erforderliche geringe Spannungshöhe von z.B. 15 Volt stellt im allgemeinen keine besondere Mehrbelastung dar und bedingt keine Umdimensionierung angeschlossener Geräte.This threshold increase is caused by the fact that at the same time with the ballast resistor 5 , the matching circuit 1 is controlled by means of the ballast control 3 via the switch 4 . Here, their capacitor C is charged via the charging resistor RL and the charging diode DL by a small amount of voltage UC. As a result of the series connection of the threshold 2 and the Zener diode D, this voltage amount UC is added to the voltage value of the fixed threshold 2 , so that the switching threshold for the ballast control 3 is increased for each ballast pulse by the voltage UC applied to the capacitor C until it is reached the upper ballast threshold UBal (o), which is predetermined by the addition of fixed ballast threshold 2 and maximum matching voltage, determined by the Zener diode D. The dimensioning of the matching voltage by means of the diode D takes place in such a way that all component differences occurring for the fixed thresholds 2 of the ballast circuits operated or operated in parallel are covered by the adjustment and thus compensate for these component differences. The low voltage level of, for example, 15 volts required for this generally does not represent a special additional load and does not require the re-dimensioning of connected devices.

Die Dimensionierung der Ladezeitkonstanten C*RL, z.B. 1 s, und der Entladezeitkonstanten C*R, z.B. 10 s, erfolgt so, daß sich e-funktionsmäßige Verläufe der Ballastschwelle bei Be- und Entlastung der Schaltung ergeben, wie sie in Fig. 2 durch die sog. -w-Kennlinie wiedergeben sind, an die sich mit dem Kurventeil d die Darstellung des Spannungsverlaufs während der Ent lastung anschließt. Im unteren Teil der Fig. 2 sind die Ballastimpulse eines zweiten Reglers graphisch dargestellt.The dimensioning of the charging time constant C * RL, for example 1 s, and the unloading time constant C * R, for example 10 s, takes place in such a way that e-functional curves of the ballast threshold result when the circuit is loaded and unloaded, as shown in FIG. 2 by the so-called -w characteristic curve are reproduced, followed by the curve part d, the representation of the voltage curve during the unloading. The ballast pulses of a second controller are shown graphically in the lower part of FIG. 2.

Die kurze Bemessung der Ladezeitkonstanten gegenüber der Entladezeitkonstanten erfolgt so, daß die Anpassung der Schwelle bereits während der im Servobetrieb üblichen Belastungsdauer der Schaltung bewirkt wird. Aufgrund dieser Arbeitsweise einer Ballastschaltung gemäß der Erfindung können mehrere solcher Ballastschaltungen oder Servoverstärker mit einer solchen eingebauten Ballastschaltung an denselben Schienen 8 parallel be trieben werden, ohne daß diejenigen Ballastschaltungen, deren feste Schwellen - als Folge der Bauteilstreu ungen - am niedrigsten liegen, überlastet werden, da sich die anfallende Ballastleistung nach kurzem Ein schwingvorgang gleichmäßig auf alle angeschlossenen Schaltungen verteilt.The short measurement of the charge time constant compared to the discharge time constant takes place in such a way that the adjustment of the threshold is effected already during the load duration of the circuit which is usual in servo operation. Due to this mode of operation of a ballast circuit according to the invention, a plurality of such ballast circuits or servo amplifiers with such a built-in ballast circuit can be operated in parallel on the same rails 8 without those ballast circuits whose fixed thresholds - as a result of the component scatter - being the lowest, are overloaded, since the resulting ballast power is evenly distributed to all connected circuits after a short oscillation process.

Die erfindungsgemäße Ballastschaltung kann jedem Servo- Antriebsverstärker in der erforderlichen Baugröße zuge ordnet werden, so daß sie, wie beim Kompaktverstärker, Bestandteil des Gerätes ist. Wenn für eine Aufgaben stellung mehrere solcher Antriebsverstärker benötigt werden, so können deren Netzteile mit Ballastschaltungen über gemeinsame Schienen parallel geschaltet werden. Im Belastungsfall bewirkt die Anpassung der Schaltschwellen (gemäß der sog. -w-Kennlinie) eine gleichmäßige Ver teilung der Ballastenergie auf alle parallel geschalteten Geräte, unabhängig von deren Anzahl. Es können somit Geräte einer Spannungsklasse in jeder gewünschten Kom bination zusammengefaßt werden. Auch bei Erweiterungen oder notwendigen Leistungsvergrößerungen vorhandener Anlagen ergeben sich bei Verwendung von Ballastschal tungen gemäß der Erfindung keine Probleme. Der Geräte aufwand steigt aufgrund der Parallelschaltfähigkeit der Ballastschaltungen gemäß der Erfindung linear mit der Anzahl der eingesetzten Achsen, jedoch entfällt der Grundaufwand. Somit lassen sich vor allem Systeme mit nur ein bis drei Achsen sehr kompakt und kosten günstig aufbauen.The ballast circuit according to the invention can be used for any servo Drive amplifier in the required size be arranged so that, as with the compact amplifier, Is part of the device. If for a job position several such drive amplifiers required be, their power supplies with ballast circuits can be connected in parallel via common rails. in the Load adjustment causes the switching thresholds to be adjusted (according to the so-called -w characteristic) a uniform Ver Distribution of the ballast energy to all connected in parallel Devices, regardless of their number. So it can Devices of a voltage class in any desired com combination can be summarized. Even with extensions or necessary increases in performance of existing ones Attachments arise when using ballast scarf tion according to the invention no problems. The devices effort increases due to the ability to connect in parallel the ballast circuits according to the invention linear with the number of axes used, but not applicable the basic effort. Systems can therefore be used above all Very compact and cost-effective with only one to three axes build cheap.

Der Schwellenspannungsverlauf gemäß der sog. -w-Kenn linie (Kurventeil b-c in Fig. 2) verbessert überdies die Sicherheit gegen Netzüberspannungen einer Anlage, da einzelne Überschreitungen der festen Ballastschwelle hingenommen werden können.The threshold voltage curve according to the so-called -w characteristic line (curve part bc in FIG. 2) also improves the security against system overvoltages, since individual exceedances of the fixed ballast threshold can be tolerated.

Claims

1. Method for power distribution between several parallel-connected servo drive amplifier ballast circuits, each with a ballast resistor ( 5 ) that can be connected to the power supply lines ( 8 ) of the servo amplifier ( 6 ), and a ballast control switching device ( 3 , 4 ) for clocking each because ballast resistor ( 5 ) and each with a fixed switching device response threshold ( 2 ) to limit the inter mediate DC circuit voltage on a parallel to the servo amplifier ( 6 ) on its power supply lines ( 8 ) connected to the support capacitor ( 9 ), the fixed switching device to threshold ( 2 ) each ballast circuit with each cycle of the ballast resistor ( 5 ) by means of a matching circuit ( 1 ) is increased by a voltage amount (UC) and reduced again when the load is reduced, which is dimensioned such that it compensates for the component tolerances of the fixed thresholds ( 2 ) Ballast circuit operated or to be operated in parallel conditions during the normal load duration of the ballast circuit in servo operation.

2. ballast for an arrangement with which a process is performed according to claim 1, comprising a feeder lines to the PowerOn (8) of the servo amplifier (6) connectable ballast resistor (5), a ballast control Schaltvorrich device (3, 4) for clocking the Ballast resistor ( 5 ), with a fixed switching device response threshold ( 2 ) for the limitation of the DC link voltage on a parallel to the servo amplifier ( 6 ) on its power supply lines ( 8 ) connected support capacitor ( 9 ), with a matching circuit controlled synchronously with the ballast resistor ( 1 ) to increase the fixed switching device response threshold ( 2 ) with each cycle of the ballast resistor ( 5 ) and to reduce it when the load is reduced by a predeterminable or predetermined small amount of voltage (UC), which is such that it compensates for the Component tolerances of the fixed thresholds ( 2 ) of B operated or to be operated in parallel load switching during the normal load duration of the ball load switching in servo operation.

3. Ballast circuit according to claim 2, characterized in that the adapter circuit ( 1 ) has a chargeable via a charging resistor (RL) and dischargable via a discharging resistor (R) capacitor (C) which was in synchronism with the ballast resistor in parallel with the supporting capacitor ( 9 ) can be connected to the power supply ( 8 ) by charging to a voltage UC and a Zener diode (D) connected in series with the switching threshold ( 2 ), the voltage of which is added to the voltage of the switching threshold ( 2 ).

4. Ballast circuit according to claim 2 or 3, characterized in that the Zener diode (D) is designed so that the ma ximal matching voltage a compensation of the component tolerances of the fixed thresholds ( 2 ) or connected in parallel. Ballast circuits to be switched caused by switching threshold adjustment.

5. Ballast circuit according to claim 2, 3 or 4, characterized characterized that the charging time constant compared to C * RL the discharge time constant C * R of the adaptation condenser sators (C) is so short that the adjustment of the Switching threshold during the normal servo operation Load duration of the circuit takes place.