DE3800653A1 - Elektronischer schaltkommutator zur steuerung von asynchronmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schaltkommuta­ tor zur Ansteuerung von Asynchronmotoren, der sich ins­ besondere für den Antrieb von Textilmaschinen und besonders von Nähmaschinen eignet.

Gesteuerte elektrische Antriebe für Textilmaschinen, insbesondere für Industrienähmaschinen, enthalten übliche Dreiphasen-Asynchronmotoren mit einer eingebauten Lamel­ lenkupplung und mit einer Bremse. Zum Anlauf der Textil­ maschine wird der die Lamellenkupplung betätigende Elek­ tromagnet betätigt; zum Stillsetzen der Textilmaschine wird in analoger Weise die Lamellenbremse betätigt. Ange­ sichts der Dynamik des Betriebs von Textilmaschinen stel­ len solche Antriebe beträchtlich hohe Ansprüche an die Wartung, da die Lamellen in regelmäßigen Intervallen mit speziellen Schmiermitteln nachgeschmiert werden müssen. Ihr Belag wird trotzdem abgenutzt, und das zwischen den Lamellen entstehende Spiel muß häufig nachgestellt werden. Bei abgenutztem Belag müssen der Antrieb ausgebaut, der Belag ausgewechselt und die Maschine neu eingestellt wer­ den. Darüber hinaus sind solche Antriebssysteme mit einer hohen Geräuschentwicklung und großen Energieverlusten ver­ bunden.

In gewissen Fällen finden Textilmaschinenantriebe Verwen­ dung, die Gleichstrommotoren enthalten. Die Ausgangsar­ beitsgeschwindigkeit dieser Antriebe wird im gesamten Be­ reich direkt durch elektronische Schaltkreise geregelt, welche die Speisespannung der Elektromotoren regeln. Ein Nachteil solcher Antriebe besteht jedoch in der stark herabgesetzten Lebensdauer der Lamellen und der Kohlebür­ sten des üblichen Kommutators wie auch in den sehr hohen Anschaffungskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseiti­ gung dieser Mängel einen elektronischen Schaltkommutator zur Steuerung von Asynchronmotoren anzugeben, der sich be­ sonders für übliche Dreiphasen-Asynchronmotoren eignet.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Das Prinzip der Erfindung besteht darin, daß der Schalt­ kommutator einen Kommutationsschaltkreis enthält, der von einem Kommutatorschalter gesteuert ist.

Der erfindungsgemäße elektronische Schaltkommutator zur Steuerung von Asynchronmotoren, insbesondere zum Einsatz in Antrieben von Textilmaschinen und besonders Nähmaschi­ nen, ist gekennzeichnet durch

• (a) einen Kommutationsschaltkreis, der mit den Eingängen des Asynchronmotors verbunden ist,
• (b) einen Kommutatorschalter, dessen Ausgänge mit den Ein­ gängen des Kommutationsschaltkreises verbunden sind,
• (c) eine Erregerschaltung, deren Ausgänge mit den Steuer­ eingängen des Kommutatorschalters verbunden sind und die den Kommutatorschalter ansteuert,
• (d) einen Steuermikrocomputer, der mit den Eingängen der Erregerschaltung verbunden ist und diese ansteuert,
• (e) einen Spannungsumformer, dessen Eingang mit einer Gleichspannungsquelle und dessen Ausgang mit dem Kommutatorschalter verbunden sind und der von der Er­ regerschaltung gesteuert ist, sowie
• (f) eine Steuereinheit zum Einstellen der Betriebsbedin­ gungen des Asynchronmotors, die dem Steuermikrocompu­ ter entsprechende Instruktionen zuführt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kommuta­ tionsschaltkreis aus drei Diodenpaaren in Serienschaltung aufgebaut, wobei die Kathoden der einen Dioden der Dioden­ paare mit dem Kollektoreingang des Kommutatorschalters und die Anoden der anderen Dioden der Diodenpaare mit dem Emittereingang des Kommutatorschalters verbunden sind.

Der Kommutatorschalter besteht ferner vorteilhaft aus drei Paaren von Schalttransistoren, wobei die Kollektoren der ersten Schalttransistoren dieser Paare, die den Kollektor­ eingang bilden, mit dem Ausgang des mit dem Plusanschluß der Gleichspannungsquelle verbundenen Spannungsumformers verbunden sind, und die Emitter der zweiten Schalttransi­ storen dieser Paare, die den Emittereingang des Kommuta­ torschalters bilden, an einen Ausgang der Erregerschaltung angeschlossen sind.

Vorzugsweise umfaßt der erfindungsgemäße Schaltkommutator ferner einen Strombegrenzungsregler, der mit dem Emitter­ eingang des Kommutatorschalters und dem Minusanschluß der Gleichspannungsquelle verbunden und an den Ausgang des Spannungsumformers angeschlossen ist, sowie einen Filter­ kondensator, der an den Ausgang des Spannungsumformers und den Minusanschluß der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist.

Die Erfindungskonzeption wird im folgenden anhand eines für einen Dreiphasen-Asynchronmotor vorgesehenen erfin­ dungsgemäßen Schaltkommutators als Beispiel unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, der besonders für Tex­ tilmaschinenantriebe geeignet ist.

In der Zeichnung ist als Beispiel der Antrieb einer Tex­ tilmaschine, insbesondere einer Nähmaschine 9, darge­ stellt, der aus einem Dreiphasen-Asynchronmotor 1 mit Kurzschlußanker und der zugehörigen Steuerung besteht. Am Asynchronmotor 1 ist über die Sammelschienen A, B, C der Kommutationsschaltkreis 7 angeschlossen. Dieser Kommuta­ tionsschaltkreis 7 besteht in der dargestellten Ausführung aus drei Paaren von Dioden 71 bis 76 in Serienschaltung, von denen die Dioden 71, 73, 75 mit ihren Kathoden mit dem Kollektoreingang des Kommutatorschalters 2 verbunden sind. Die übrigen Dioden 72, 74, 76 sind über ihre Anoden mit dem Emittereingang des Kommutatorschalters 2 verbunden. Der Kommutationsschaltkreis 7 ist durch die Sammelschienen A, B, C ferner mit dem Ausgang des Kommutatorschalters 2 verbunden, der durch drei Paare von Schalttransistoren ge­ bildet ist. Die Kollektoren der ersten Schalttransistoren dieser Paare, die den Kollektoreingang des Kommutator­ schalters 2 bilden, sind über den Spannungsumformer 5 an den Plusanschluß einer Gleichspannungsquelle angeschlos­ sen. Die Emitter der zweiten Schalttransistoren dieser Paare, die den Emittereingang des Kommutatorschalters 2 bilden, sind an einem gemeinsamen Ausgang der Er­ regerschaltung 4 angeschlossen. Die Steuereingänge des Kommutatorschalters 2 sind mit den Ausgängen der Erreger­ schaltung 4 verbunden. Der Emittereingang des Kommutator­ schalters 2 ist über einen Strombegrenzungsregler 3 mit dem Minusanschluß der Gleichspannungsquelle verbunden. Der Ausgang des Spannungsumformers 5 und der Minusanschluß der Gleichspannungsquelle sind durch einen Filterkondensator 70 überbrückt. Der Steuereingang des Spannungsumformers 5 ist mit dem Ausgang der Erregerschaltung 4 verbunden. Ihr Eingang ist an den Ausgang eines Steuermikrocomputers 6 angeschlossen, dessen Eingänge mit einer Steuereinheit 8 zum Einstellen der Betriebsparameter der Maschine und zur Anzeige der Funktion der betreffenden Maschine verbunden sind.

Der oben beschriebene elektronische Schaltkommutator für den Antrieb einer Textilmaschine arbeitet wie folgt: Durch Anschließen der Gleichspannungsquelle an das Netz erhält der elektronische Schaltkommutator die erforderliche Spei­ sespannung. Beim Einschalten des Textilmaschinenantriebs gibt die Steuereinheit 8 dem Steuermikrocomputer 6 In­ struktionen, entsprechende Steuerimpulse zu senden. Diese werden dann unter Vermittlung der Erregerschaltung 4, die den elektronischen Teil vom Leistungsteil trennt, einer­ seits dem Eingang des Spannungsumformers 5 und anderer­ seits den Steuereingängen des Kommutatorschalters 2 zu­ geführt, durch den an den Sammelschienen A, B, C eine Dreiphasen-Wechselspannung anliegt, deren Verlauf einer harmonischen Schwingung ähnelt und deren Amplitude und Frequenz durch den Steuermikrocomputer 6 geregelt werden. Durch den Spannungsumformer 5 werden ferner die maximal zulässigen Werte der Beanspruchung des Maschinenantriebs eingehalten.

Beim Bremsen, durch das die Maschine so schnell wie möglich stillgesetzt werden muß, arbeitet der Asynchronmo­ tor 1 als Generator. Im entsprechenden Augenblick wird über den Spannungsumformer 5 durch den Steuermikrocomputer 6 der Kommutatorschalter 2 von der Gleichspannungsquelle abgeschaltet und die vom Asynchronmotor 1 rückwärts flie­ ßende Energie durch Aufladen des Filterkondensators 70 auf einen vertretbaren Wert vermindert. Die Größe dieses Rück­ stroms wird durch den Strombegrenzungsregler 3 in Abhän­ gigkeit von der Spannung am Filterkondensator 70 impulsar­ tig so gesteuert, daß der Bremsvorgang dynamisch verläuft, und daß dabei der maximale, durch den Kommutatorschalter 2 durchgehende Strom nicht überschritten wird.

Claims (7)

1. Elektronischer Schaltkommutator zur Steuerung von Asyn­ chronmotoren, gekennzeichnet durch

• (a) einen Kommutationsschaltkreis (7), der mit den Eingän­ gen (A, B, C) des Asynchronmotors (1) verbunden ist,
• (b) einen Kommutatorschalter (2), dessen Ausgänge mit den Eingängen (A, B, C) des Kommutationsschaltkreises (7) verbunden sind,
• (c) eine Erregerschaltung (4), deren Ausgänge mit den Steuereingängen des Kommutatorschalters (2) verbunden sind und die den Kommutatorschalter (2) ansteuert,
• (d) einen Steuermikrocomputer (6), der mit den Eingängen der Erregerschaltung (4) verbunden ist und diese an­ steuert,
• (e) einen Spannungsumformer (5), dessen Eingang mit einer Gleichspannungsquelle und dessen Ausgang mit dem Kom­ mutatorschalter (2) verbunden sind und der von der Er­ regerschaltung (4) gesteuert ist, sowie
• (f) eine Steuereinheit (8) zum Einstellen der Betriebsbe­ dingungen des Asynchronmotors (1), die dem Steuer­ mikrocomputer (6) entsprechende Instruktionen zuführt.

2. Schaltkommutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kommutationsschaltkreis (7) aus drei Dioden­ paaren (71 bis 76) in Serienschaltung aufgebaut ist, wobei die Kathoden der einen Dioden (71, 73, 75) der Diodenpaare mit dem Kollektoreingang des Kommutatorschalters (2) und die Anoden der anderen Dioden (72, 74, 76) der Diodenpaare mit dem Emittereingang des Kommutatorschalters (2) verbun­ den sind.

3. Schaltkommutator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kommutatorschalter (2) aus drei Paaren von Schalttransistoren besteht, wobei die Kollek­ toren der ersten Schalttransistoren dieser Paare, die den Kollektoreingang bilden, mit dem Ausgang des mit dem Plus­ anschluß der Gleichspannungsquelle verbundenen Spannungs­ umformers (5) verbunden sind, und die Emitter der zweiten Schalttransistoren dieser Paare, die den Emittereingang des Kommutatorschalters (2) bilden, an einen Ausgang der Erregerschaltung (4) angeschlossen sind.

4. Schaltkommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch

• - einen Strombegrenzungsregler (3), der mit dem Emitter­ eingang des Kommutatorschalters (2) und dem Minusan­ schluß der Gleichspannungsquelle verbunden und an den Ausgang des Spannungsumformers (5) angeschlossen ist, sowie
• - einen Filterkondensator (70), der an den Ausgang des Spannungsumformers (5) und den Minusanschluß der Gleich­ spannungsquelle angeschlossen ist.

5. Schaltkommutator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß er für die Steuerung von Drei­ phasen-Asynchronmotoren ausgelegt ist.

6. Verwendung des Schaltkommutators nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5 zur Steuerung von Antriebs-Asynchronmotoren von Textilmaschinen.

7. Verwendung des Schaltkommutators nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5 zur Steuerung von Antriebs-Asynchronmotoren von Nähmaschinen.