DE3855794T2

DE3855794T2 - Elektrische Antriebsschaltung

Info

Publication number: DE3855794T2
Application number: DE3855794T
Authority: DE
Inventors: Beverley Hugh Pardoe
Original assignee: British Technology Group Ltd
Current assignee: BTG International Ltd
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1988-11-18
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2008-11-19
Also published as: EP0317333A3; EP0317333A2; DE3855794D1; GB2213293A; GB8827042D0; EP0317333B1; GB8727070D0; GB2213293B; US5130618A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf elektrische Antriebsschaltungen und insbesondere auf Schaltungen zum Antreiben induktiver Lasten, wie z.B. Spulen von Schwingungserzeugern.
Um die durch einen Schwingungserzeuger gelieferte Bewegung, beispielsweise in einem durch den Schwingungserzeuger angetriebenen Schwingförderer, zu steuern, kann die den Schwingungserzeuger erregende Leistung durch Ändern der Breite von Impulsen elektrischer Energie geändert werden, die durch die Antriebsschaltung zugeführt wird. Im allgemeinen ist es nicht wirtschaftlich, eine genau stabilisierte Leistungsversorgung für den Schwingungserzeuger vorzusehen, so daß eine Änderung der Spannung der Netzversorgung die einen Schwingungserzeuger erregende Leistung ändern kann, selbst wenn die Impulsbreite konstant ist. Ferner kann das Starten und der Betrieb eines Schwingungserzeugers, insbesondere wenn er mit einer Last verbunden ist, sowohl wegen Versorgungsschwankungen als auch der Wirkung einer zu großen Last unzuverlässig sein. Es ist möglich, einen Förderer mit dem Risiko eines Schadens an den elektrischen Komponenten des Antriebs und des Schwingungserzeugers "anzuhalten".
US-A-3 864 618 offenbart eine Antriebsschaltung für ein elektromechanisches System, das ein Solenoid enthält, welche Schaltung einen Oszillator umfaßt und in welcher der Antrieb durch automatisches Abstimmen der Frequenz des Oszillators auf die Resonanzfrequenz der mechanischen Vorrichtung gesteuert wird, die durch das Solenoid beeinflußt wird, wodurch die Arbeits- bzw. effektive Frequenz detektiert und mit der Oszillatorfrequenz verglichen wird und die letztgenannte so geregelt wird, daß sie der erstgenannten entspricht.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Antriebsschaltung zu schaffen, um die obigen Unzulänglichkeiten zu mildern.
Gemäß der Erfindung wird eine Antriebsschaltung nach Anspruch 1 geschaffen.
Zweckdienlicherweise umfaßt das Mittel, um eine Schwingung zu detektieren, einen Sende-Empfangs-photosensor des Reflexionslichttyps und ein reflektierendes Element, das gegen die Hauptachse des Sensors geneigt angeordnet ist, um eine Reflexion der Abgabe des Senders zu dem Empfänger auf die Schwingung der verbundenen Last hin zu ändern. Zweckdienlicherweise wird das die Schwingungsfrequenz der verbundenen Last anzeigende Signal gefiltert, bevor die Ersatzimpulse dadurch erzeugt werden. Der Oszillator kann vorteilhafterweise entweder oberhalb oder unterhalb der Schwingungsfrequenz der verbundenen Last arbeiten, wodurch eine Übertragung bzw. Umschaltung von einer Steuerung durch den Oszillator zu einer Steuerung durch den Ersatzimpuls nicht auf Zustände beschränkt ist, bei denen die Oszillatorfrequenz unterhalb der Schwingungsfrequenz liegt.
In der Leistungsstufe kann ein Mittel vorgesehen sein, um ein die Erregung der Last anzeigendes Leistungspegelsignal zu erzeugen, ein Mittel, um einen Referenzwert für das Erregungssignal zu erzeugen, der eine erforderliche Erregung darstellt, ein Mittel, um das Erregungssignal und den Referenzwert zu vergleichen und ein Fehlersignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen diesen darstellt, und ein Mittel, um das Fehlersignal an die Steuerstufe anzulegen, um die der Last zugeführte Energie in Richtung des erforderlichen Zustands zu ändern. Zweckdienlicherweise umfaßt das Mittel, um das Erregungssignal zu erzeugen, einen Reihenwiderstand in der Leistungsstufe, und das Erregungssignal ist die Spannung über diesen Widerstand, die durch einen Strom in der Last erzeugt wird. Diese Anordnung kompensiert eine Änderung der an die Leistungsstufe angelegten Spannung. Das Referenzsignal wird zweckdienlicherweise durch einen Spannungsteiler eingestellt, und das Fehlersignal ändert die Breite eines Impulses, der durch die Steuerstufe an die Leistungsstufe angelegt wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine Schaltung einer Antriebsschaltung gemäß der Erfindung zeigt,
Figur 2 einen Sensor zur Verwendung mit der Schaltung von Figur 1 zeigt, und
Figur 3 eine Leistungsversorgung für die Schaltung von Figur 1 darstellt.
Zuerst auf Figur 1 bezugnehmend, enthalten zwei herkömmliche Leistungsstufen PSH und PSV, wie z.B. eine "Halbbrücke", jeweilige Erzeugungseinrichtungen für ein Erregungspegelsignal in Form von Widerständen R41 und R42, die jeweils in der jeweiligen Laststromschaltung angeordnet sind. Jeweilige Komparatoren U3.3 und U3.4 vergleichen die Erregungspegelsignale mit jeweiligen Referenzwerten von Referenzquellen HPR und VPR. Wenn ein Komparator anzeigt, daß eine Leistung zu hoch ist, wird eine jeweilige Torschaltung U2.1 oder U2.3/2.4 betätigt, um eine weitere Leistungsversorgung durch eine Leistungsstufe zu einer verbundenen Last zu unterbinden.
In einer bevorzugten Form werden die Leistungsstufen durch Impulse von einem Oszillator OSC bei einer Nennfrequenz betätigt, die bei Bedarf durch Ändern von R18 einstellbar sein kann. Diese Impulse werden für die Leistungsstufe PSH durch ein Differenzierglied DIFF zu einem Eingang der Torschaltung U2.1 und für die Leistungsstufe PSV durch ein Differenzierglied (auf das nicht hingewiesen wird), einen Phaseneinsteller VPA und eine Torschaltung U2.2 zu einem Eingang der Torschaltung U2.3/2.4 durchgelassen. Weitere Signale für einen allgemeinen Stopp/Start können an andere Eingänge der Torschaltungen U2.1 und U2.2 durch eine an einem Eingang SW anschließbare Fernsteuerung oder durch einen Schalter SW1 (siehe Fig. 3) angelegt werden, der durch ein Relais RL1 betätigt wird. Die Wirkung der Torschaltungen U2.1 und U2.3/2.4 ist, die Breite eines an eine jeweilige Leistungsstufe angelegten Impulses unter Berücksichtigung der Fehlersignale zu ändern, die die Ausgaben der Komparatoren U3.3 und U3.4 sind.
Durch ein wichtiges Merkmal der Erfindung können die Impulse vom Oszillator OSC durch Impulse ersetzt werden, die aus der Schwingung einer verbundenen Last über einen angebrachten Spiegel MI abgeleitet werden, wenn im Betrieb eine Schwingung ausreicht, um einen bei SE angeschlossenen Sensor zu betätigen, wie z.B. den in Figur 2 dargestellten vom Reflexionslichttyp. Ein Schaltungsteil um einen Transistor Q101 spricht auf die Ausgabe eines Sensors OP1 (z.B. Typ OP2703A) an. Um eine Gleichstromkomponente in der Ausgabe des Sensors OP1 zu beseitigen, die von Umgebungslichtquellen herrühren kann, ist über den Transistor Q101 ein Nebenschlußweg zur Erdung für einen Gleichstrom (und einen Wechselstrom mit sehr niedriger Frequenz) vorgesehen. Das Ausgangssignal von diesem Schaltungsteil wird bei FBF gefiltert und verstärkt. Wenn das gefilterte und verstärkte Signal von FBF ausreicht, spricht eine Diode D4 an, um einen Oszillator OSC zu blockieren, und statt dessen liefert das Signal von FBF Impulse an die Leistungsstufen.
Durch Verwenden der Impulse, die aus einem von der Schwingung einer verbundenen Last rückgekoppelten Signal abgeleitet werden, wird die Schwingung bei der Eigenfrequenz der verbundenen Last stattfinden.
Die mit U5.l und 5.2 verbundenen Schaltungselemente schaffen eine Pegeldetektionsschaltung und einen Anzeiger LD1.
Ein Vorteil dieser Übertragungs- bzw. Umschaltanordnung ist der eines "sanften Starts" einer Schwingung unter der Steuerung eines Oszillators OSC und der oben beschriebenen Anordnungen zur Leistungsregelung mit einem Umschalten auf die Eigenfrequenz, wenn eine Schwingung eine ausreichende Amplitude für ein Rückkopplungssignal hat, um genutzt werden zu können. Falls die Schwingung, z.B. durch eine zu große Last, beschränkt ist, kehrt die Steuerung zum Oszillator zurück. Die Anordnung zur Leistungsregelung ist natürlich in allen Fällen wirksam. Die Rückkehr zum Oszillator OSC gestattet, daß die Schwingung in gesteuerter Art und Weise sogar ohne ein Eingreifen des Bedieners erneut gestartet wird, falls die Beschränkung verschwindet.
Die Leistungsversorgung in Figur 3 liefert in bekannter Art und Weise einen "ungeregelten" Gleichstrom bei 33V für die Leistungsstufen und geregelte Stromversorgungen für die Signalstufen. Falls sich die Netzversorgung ändert, wird sich die "ungeregelte" Stromversorgung ändern, aber die Antriebsschaltung, wie oben beschrieben, wird so arbeiten, daß sie kompensiert. Wie beschrieben wurde, wird nur eine Zunahme in der "ungeregelten" Stromversorgung behandelt. Wählt man jedoch einen Arbeitspunkt, der durch die Referenzwerte festgelegt ist, an der Unterseite des erwarteten Bereichs der "ungeregelten" Stromversorgung, ist eine Steuerung über den ganzen Bereich erreichbar.
Die elektrische Schaltung ist nicht ausführlich beschrieben worden, weil die Wirkung der verschiedenen Torschaltungen und anderer herkömmlich identifizierter Komponenten vom Fachmann ohne weiteres verstanden wird.
Die beschriebene Antriebsschaltung stellt Techniken bereit, um das Starten und den Betrieb induktiver Lasten, wie z.B. von Schwingförderern, bei wirtschaftlichen Kosten verläßlich zu verbessern. Insbesondere für Förderer mit geteilter Bewegung, wie z.B. Zufuhreinrichtungen mit Schalen, die beispielsweise in GB-A-2 030 731 dargestellt sind, können die horizontalen und senkrechten Stellglieder in geeigneter Weise durch jeweilige Leistungsstufen PSH und PSV und den Phaseneinsteller VPA angetrieben werden.

Claims

1. Eine Antriebsschaltung, die eine Leistungsstufe (PSH, PSV) und eine Steuerstufe dafür enthält, um so zusammenzuarbeiten, daß in bezug auf einen ersten Referenzwert von einer Referenzquelle (HPR, VPR) einer induktiven Last Energie gesteuert zugeführt wird, die mit dem Ausgang (H1, H2; V1, V2) der Leistungsstufe verbunden ist, mit einem Oszillator (OSC), um Impulse bei einer Nennfrequenz für eine Antriebserregung zu liefern, einem Mittel (R18), um einen zweiten Referenzwert zu erzeugen, der Oszillatorimpulse darstellt, die ausreichen, damit die verbundene Last durch die Leistungsstufe angetrieben wird, einem Mittel (OP1, MI, SE), um die Frequenz zu detektieren, bei der die verbundene Last effektiv schwingt, und einem Erzeugungsmittel (FBF), das ein Signal erzeugt, welches die effektive Frequenz und ihre Amplitude anzeigt, einem Vergleichsmittel (D4), um den zweiten Referenzwert und das Effektivsignal zu vergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichsmittel mit einem Ersetzungsmittel (U4) derart verbunden ist, daß als Reaktion darauf, daß das Effektivsignal ausreicht, die durch den Oszillator erzeugten Impulse durch bei der effektiven Schwingungsfrequenz erzeugte Impulse ersetzt werden, und derart, daß die Ersatzimpulse angelegt werden, um die Leistungsstufe anzutreiben.

2. Eine Antriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel, um eine Schwingung zu detektieren, einen Sende/Empfangs-Photosensor (OP1a, OP1b) des Reflexionslichttyps und ein reflektierendes Element (MI) umfaßt, das gegen die Hauptachse des Sensors geneigt angeordnet ist, um die Reflexion der Abgabe des Photosenders (OP1a) zu dem Empfänger (OP1b) auf die Schwingung der verbundenen Last hin zu ändern.

3. Eine Antriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionsmittel mit einem Filtermittel derart verbunden ist, daß das die effektive Schwingungsfrequenz der verbundenen Last anzeigende Effektivsignal gefiltert wird, bevor die Ersatzimpulse durch das Erzeugungsmittel (FBF) erzeugt werden.

4. Eine Antriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator entweder oberhalb oder unterhalb der effektiven Schwingungsfrequenz der verbundenen Last arbeiten kann.

5. Eine Antriebsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mittel (R41, R42) in der Leistungsstufe, um ein Leistungspegelsignal zu erzeugen, das die Erregung der Last anzeigt, ein Mittel (HPR, VPR), um den ersten Referenzwert für das Erregungssignal zu erzeugen, der eine erforderliche Erregung darstellt, ein Mittel (U3.3, U3.4), um das Erregungssignal und den ersten Referenzwert zu vergleichen und ein Fehlersignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen diesen darstellt, und ein Mittel (U2.1, U2.3/2.4), um das Fehlersignal an die Steuerstufe anzulegen, um die der Last zugeführte Energie in Richtung eines erforderlichen Zustands zu ändern.

6. Eine Antriebsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (R41, R42), um das Erregungssignal zu erzeugen, einen Reihenwiderstand in der Leistungsstufe enthält und das Erregungssignal die Spannung über diesen Widerstand ist, die durch einen Strom in der Last erzeugt wird.

7. Eine Antriebsschaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Anordnung, um eine Änderung der an die Leistungsstufe angelegten Spannung zu kompensieren.

8. Eine Antriebsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Referenzsignal durch einen Spannungsteiler eingestellt wird und das Fehlersignal die Breite eines durch die Steuerstufe an die Leistungsstufe (PSH, PSV) angelegten Impulses ändert.