DE4301515A1

DE4301515A1 - Electronically commutated motor with starting current limitation - supplies rectifying bridge by phasing regulator with isolating transformer and rectifier for control circuit power supply

Info

Publication number: DE4301515A1
Application number: DE4301515A
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Rottmerhusen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1993-12-23

Abstract

The three windings (a-c) are commutated by respective power semiconductor devices (d-f) under digital control from a circuit incorporating a LED(2), two phototransistors (3,3') and a ROM or BCD-to-decimal decoder (IC2). To restrict the starting current for a high-speed permanent-magnet rotor the bridge rectifier (6) is preceded by a phasing regulator (20), and to smooth out its torque a capacitor (5) is connected across the output of the rectifier. The power supply (12) to the control electronics is set by a voltage divider. ADVANTAGE - Active component of starting and rated load current is limited so that constant speed regulation is possible without fluctuations of torque during run-up.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Motoren mit elektronischer Kommutierung.The invention relates to motors with electronic Commutation.

Zum Stand der Technik wird Bezug auf die Schriften: R. Müller: "Gleichstrommotoren mit elektronischem Kommutator . . ." in VDI-Berichte Nr. 432, 1983, sowie auf die Patentschriften US 34 44 406 und US 44 79 078 genommen.The state of the art, reference to the writings: R. Müller: "DC motors with electronic Commutator. . . "in VDI Reports No. 432, 1983, and to the patents US 34 44 406 and US 44 79 078 taken.

Elektronisch kommutierte Motoren mit hoher Leistungs aufnahme bedürfen oft einer Anlaufstrombegrenzung. Zur Drehzahlsteuerung solcher Motoren findet im allgemeinen eine digitale Steuerelektronik mit Pulsweitenmodulation Anwendung.Electronically commutated motors with high performance recording often require a starting current limitation. For Speed control of such motors generally takes place digital control electronics with pulse width modulation Application.

Aufgabe der Erfindung ist es, elektronisch kommutierte Motoren mit einer Anlaufstrom- und Nennstrombegrenzung zu versehen, sowie mit einer Drehzahl und Konstantdreh zahlregelung.The object of the invention is to electronically commutate Motors with a starting current and nominal current limitation to provide, as well as with a speed and constant rotation payment scheme.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is carried out in a generic facility by the characteristic features of the siblings Claims resolved. Advantageous configurations result itself from the subclaims.

Die erfindungsgemäßen Lösungen haben die Vorteile, daß durch die Anordnung einer Phasenanschnittsteuerung vor der Gleichrichterbrückenschaltung des Leistungsteils der Anlauf- und Nennlaststrom begrenzt, sowie die Drehzahl und eine Konstantdrehzahl reguliert werden kann, wobei es besonders vorteilhaft ist, daß durch den der Gleich richterbrückenschaltung nachgeschalteten Kondensator ein annähernd gleichmäßiges Drehmoment erzielt wird, und keine Drehmomentlücken durch den Phasenanschnitt vorhanden sind.The solutions according to the invention have the advantages that by arranging a leading edge control the rectifier bridge circuit of the power section of the Starting and nominal load current limited, as well as the speed and a constant speed can be regulated, whereby it is particularly advantageous that by the same rectifier bridge circuit downstream capacitor approximately uniform torque is achieved, and none There are torque gaps due to the leading edge.

Alternativ kann durch die Anordnung eines Spannungsteilers zur Steuerelektronik der Anlauf- und Nennlaststrom regu liert werden.Alternatively, by arranging a voltage divider Regu to the control electronics of the starting and nominal load current be lated.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is based on the drawing Embodiments explained in more detail.

Dabei zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung der Elektronik zur Kommutierung der Wicklungsstränge des Motors, Fig. 1 shows a circuit arrangement of the electronics for the commutation of the phase windings of the motor,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur Regulierung der Anlauf- und Nennlaststrombegrenzung, Fig. 2 shows a circuit arrangement for controlling start-up and nominal load current limit,

Fig. 3, 4 und 5 eine Schaltungsanordnung zur Regulierung der Anlaufstrombegrenzung. Fig. 3, 4 and 5 a circuit arrangement for controlling the start-up current limitation.

Elektronisch kommutierte Motoren zeigen eine grobe Typen vielfalt, von einsträngigen und einpulsigen bis zum drei strängigen und sechspulsigen Motor. Motoren mit mehr als sechspulsiger Ansteuerung bieten kaum technische und wirtschaftliche Vorteile.Electronically commutated motors show a rough type diversity, from single-stranded and single-pulse to three stranded and six-pulse engine. Motors with more than six-pulse control offer hardly any technical and economical advantages.

Als Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 1 einen dreisträngigen und dreipulsigen Motor.As Embodiment 1, Fig. A three-phase and three-pulse motor.

Um den Motor aus einem Wechselstromnetz betreiben zu können, ist eine Gleichrichterbrückenschaltung 6 den Wicklungssträngen a, b und c vorgeschaltet. Zur Kommu tierung der Wicklungsstränge ist jeweils einem Wicklungs strang ein Leistungshalbleiter zugeordnet. Den Leistungs halbleitern d, e, f ist eine digitale Steuerelektronik zugeordnet, z. B. bestehend aus einer Leuchtdiode 2, zwei Fototransistoren 3 und einem ROM bzw. einem BCD zu Dezimal-Dekoder, IC 2. Der zweite Fototransistor ist durch den Anschluß 3′ sinnbildlich dargestellt. Als Lage melder finden auch anstatt Fototransistoren Hallgenera toren oder Magnetsensoren Anwendung.In order to be able to operate the motor from an AC network, a rectifier bridge circuit 6 is connected upstream of the winding phases a, b and c. A power semiconductor is assigned to each winding strand for commutating the winding strands. The power semiconductors d, e, f is assigned digital control electronics, for. B. consisting of a light emitting diode 2 , two phototransistors 3 and a ROM or a BCD to decimal decoder, IC 2nd The second phototransistor is symbolically represented by the connection 3 '. Hall sensors or magnetic sensors are also used as position detectors instead of phototransistors.

Bei Motoren mit sehr hohen Drehzahlen und einem PM erregten Läufer ist es erforderlich, den Anlaufstrom zu begrenzen. Für diese Aufgabe ist in der Fig. 1 der Gleichrichter brückenschaltung 6 eine Phasenanschnittsteuerung 20 vorge schaltet, womit der Anlaufstrom, die Drehzahl, der Nenn laststrom und eine Konstantdrehzahl reguliert und ge steuert werden kann.For motors with very high speeds and a PM excited rotor, it is necessary to limit the starting current. For this task in Fig. 1 of the rectifier bridge circuit 6, a phase control 20 is pre-switched, whereby the starting current, the speed, the rated load current and a constant speed can be regulated and controlled.

Damit beim Phasenanschnitt der Laststrom der Wicklungs stränge nicht über den minusseitigen Anschluß 8′ der Steuerelektronik fließen kann ist es erforderlich, eine netzgetrennte Stromversorgung der Steuerelektronik vorzu sehen. Eine solche Maßnahme wird vorteilhaft mit einem Trenntrafo erzielt. Der Trenntrafo kann zum Beispiel eine Leistung von 0,5 VA besitzen, und er ist vor dem Phasenan schnitt der Phasenanschnittsteuerung angeordnet. Dem Trenntrafo ist ein Gleichrichter 4 und dem Gleich richter ein Spannungskonstantregler IC 1 nachgeschaltet.So that the phase current of the load current of the winding strands can not flow through the negative-side connection 8 'of the control electronics, it is necessary to provide a mains-separated power supply to the control electronics. Such a measure is advantageously achieved with an isolating transformer. The isolating transformer can have a power of 0.5 VA, for example, and it is arranged before the phase control of the phase control. The isolating transformer is connected to a rectifier 4 and the rectifier to a voltage regulator IC 1 .

Um beim Phasenanschnitt Drehmomentlücken zu verhindern ist der Gleichrichterbrückenschaltung 6 ein Kondensator 5 nachgeschaltet. Durch die Eigenschaften eines Kondensators wird bei jeder phasenanschnittbedingten Drehzahl ein an nähernd gleichmäßiges Drehmoment erzielt.In order to prevent torque gaps during phase gating, a capacitor 5 is connected downstream of the rectifier bridge circuit 6 . Due to the properties of a capacitor, an almost uniform torque is achieved at every phase-related speed.

Der Anlaufstrom und der Überlaststrom kann auch vorteil haft über einen Spannungsteiler reguliert werden. The starting current and the overload current can also be advantageous be regulated via a voltage divider.

Fig. 2 zeigt eine derartige Lösung. In dem minusseitigen Anschluß 8 der Gleichrichterbrücken schaltung 6 ist ein Shunt 9 angeordnet, und dem Shunt ist ein Spannungsverstärker IC 4 zugeordnet. Der Spannungsver stärker steuert einen Transistor 10, der mit der Eingangs seite an dem Ausgang des Spannungskonstantreglers IC 1 an geschlossen ist, und der Ausgang des Transistors führt zum minusseitigen Anschluß 8 der Gleichrichterbrückenschaltung 6. Dem Transistor 10 ist ein Widerstand 11 vorgeschaltet, und zwischen dem Widerstand 11 und dem Transistor 10 be findet sich der Anschluß 12 der Versorgung für die Steuer elektronik. Der Anschluß 12 ist in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Fig. 2 shows such a solution. In the minus side connector 8 of the rectifier bridge circuit 6 , a shunt 9 is arranged, and the shunt is assigned a voltage amplifier IC 4 . The voltage amplifier controls a transistor 10 , which is closed with the input side at the output of the voltage regulator IC 1 , and the output of the transistor leads to the minus side terminal 8 of the rectifier bridge circuit 6 . The transistor 10 is connected upstream of a resistor 11 , and between the resistor 11 and the transistor 10 be the connection 12 of the supply for the control electronics. The connection 12 is shown in dashed lines in FIG. 1.

Die Spannung des Versorgungsanschlusses 12 für die Steuer elektronik wird somit durch einen Spannungsteiler bestimmt. Der Versorgungsanschluß 13 führt zu den Wicklungssträngen a, b, c, Fig. 1.The voltage of the supply connection 12 for the control electronics is thus determined by a voltage divider. The supply connection 13 leads to the winding phases a, b, c, FIG. 1.

Der Spannungsabfall am Shunt, verursacht durch die Leistungsaufnahme der Wicklungsstränge a, b, c wird vom Span nungsverstärker verstärkt, wodurch der Transistor 10 ent sprechend aufgesteuert wird, hierdurch fällt die Spannung des Versorgungsanschlusses 12 der Steuerelektronik ab, wo durch die Leistungshalbleiter d, e, f der Fig. 1 entspre chend der Vorgabe der Schaltschwelle des Spannungsverstär kers IC 4 abgeschnürt werden. Die Schaltschwelle des Span nungsverstärkers kann gleitend über einen Potentiometer einstellbar sein, hiermit ist die Drehzahl regulierbar. Die Lagemelder werden durch den Anschluß 1 versorgt.The voltage drop across the shunt, caused by the power consumption of the winding phases a, b, c, is amplified by the voltage amplifier, as a result of which the transistor 10 is turned on accordingly, as a result the voltage of the supply connection 12 of the control electronics drops, where through the power semiconductors d, e, f of Fig. 1 accordingly the specification of the switching threshold of the voltage amplifier kers IC 4 are constricted. The switching threshold of the voltage amplifier can be slidably adjusted using a potentiometer, which allows the speed to be regulated. The position indicators are supplied through connection 1 .

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine Anlaufstrom begrenzung, bei der die Steuerelektronik über einen Trans formator 14 versorgt wird. Der Transformator ist vor der Gleichrichterbrückenschaltung 6 angeordnet. Dem Transfor mator ist ein Gleichrichter 15 nachgeschaltet, aus dem der Spannungskonstantregler IC 1 versorgt wird. Fig. 3 shows a circuit arrangement for a starting current limitation, in which the control electronics are supplied via a transformer 14 . The transformer is arranged in front of the rectifier bridge circuit 6 . The transformer is a rectifier 15 connected from which the voltage regulator IC 1 is supplied.

Der Anlaufstrom des Motors wird durch ein Zeitglied be stimmt: bestehend aus einem Widerstand 16, einem selbst leitenden Transistor 17 und einem Kondensator 18. Der Ein gang des Transistors 17 ist zwischen dem Widerstand 16 und dem Kondensator 18 angeschlossen, und der Ausgang an Null des mittigen Abgriffs des Transformators 14. Der Transistor 17 wird durch eine negative Spannung gesteuert, die an der Minusseite des Gleichrichters 15 anliegt.The starting current of the motor is determined by a timer: consisting of a resistor 16 , a self-conducting transistor 17 and a capacitor 18th The input of the transistor 17 is connected between the resistor 16 and the capacitor 18 , and the output at zero of the central tap of the transformer 14th The transistor 17 is controlled by a negative voltage which is present on the minus side of the rectifier 15 .

Wird nun der Motor über das Schaltglied P 1 eingeschaltet, so wird der selbstleitende Transistor 17 abgeschnürt, und der Kondensator 18 über den Widerstand 16 geladen, wodurch die Spannung an dem Versorgungsanschluß 12 der Steuerelek tronik abfällt, hierdurch wird die Stromaufnahme der Wick lungsstränge a, b, c über die Leistungshalbleiter d, e, f begrenzt, Fig. 1. Wird der Motor abgeschaltet, so entlädt sich der Kondensator 18 umgehend über dem selbstleitenden Transistor 17.If the motor is now switched on via the switching element P 1, the normally-on transistor 17 is pinched off, and the capacitor 18 is charged via the resistor 16 , as a result of which the voltage at the supply connection 12 of the control electronics drops, as a result of which the current consumption of the winding strands a, b, c limited via the power semiconductors d, e, f, FIG. 1. If the motor is switched off, the capacitor 18 is immediately discharged via the normally-on transistor 17 .

Die Fig. 4 und 5 zeigen alternative Schaltungsanordnungen für eine Anlaufstrombegrenzung, wobei auch hier der An laufstrom des Motors durch ein Zeitglied bestimmt wird. In der Fig. 4 wird der Spannungskonstantregler IC 1 aus dem Versorgungsanschluß 13 Fig. 2 gespeist. Das Zeit glied besteht auch hier aus einem Widerstand 16, einem selbstleitenden Transistor 17 und einem Kondensator 18. Die negative Spannung zum Ansteuern des Transistors 17 liefert ein Spannungsinvertierer 21. FIGS. 4 and 5 show alternative circuit arrangements for starting current limitation, where here too the on-load current of the motor is determined by a timer. In FIG. 4, the constant voltage regulator IC 1 from the supply terminal 13 is fed FIG. 2. The time element also consists of a resistor 16 , a normally-on transistor 17 and a capacitor 18 . The negative voltage for driving the transistor 17 is supplied by a voltage inverter 21 .

In der Fig. 5 besteht das Zeitglied aus dem Widerstand 16, dem Kondensator 18 und aus einem Reedrelaisschalter 19. Beim Einschalten des Motors wird der Reedrelaisschalter geöffnet, und beim Abschalten geschlossen, wodurch der Kondensator 18 kurzgeschlossen wird.In FIG. 5, the timer of the resistor 16, the capacitor 18 and a reed relay switch 19. The reed relay switch is opened when the motor is switched on and closed when the motor is switched off, as a result of which the capacitor 18 is short-circuited.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele finden bei elek tronisch kommutierten Motoren im allgemeinen gute An wendung.The illustrated embodiments can be found at elek Tronically commutated motors are generally good turn.

Claims

1. Electronically commutated motor, characterized in that the rectifier bridge circuit ( 6 ) is connected upstream of a phase control ( 20 ), and a capacitor ( 5 ) is connected downstream, and before the phase control of the phase control a separating transformer is arranged to supply the control electronics. a rectifier ( 4 ) and a constant voltage regulator (IC 1 ) are connected downstream of the isolating transformer ( FIG. 1).

2. Electronically commutated motor, characterized in that a shunt ( 9 ) is arranged in the minus-side connection ( 8 ), and the shunt is a voltage amplifier (IC 4 ), and the voltage amplifier is assigned a voltage divider: consisting of a transistor ( 10 ) and a resistor ( 11 ), the transistor having the input side connected to the output of the constant voltage regulator (IC 1 ), and the output of the transistor ( 10 ) leading to the negative terminal ( 8 ) of the rectifier bridge circuit ( 6 ), and the resistor (11) is connected upstream of the transistor (10), wherein the terminal (12) electronics between the resistor (11) and the transistor (10) of the supply for the control (Fig. 2).

3. Electronically commutated motor, characterized in that
that the control electronics are supplied from a transformer ( 14 ) with a central tap, and that the transformer is arranged in front of the rectifier bridge circuit ( 6 ),
that the transformer is connected to a rectifier ( 15 ), from which the voltage constant regulator (IC 1 ) is supplied,
that the starting current of the motor is determined by a timer: consisting of a resistor ( 16 ), a self-conducting transistor ( 17 ) and a capacitor ( 18 ),
that the transistor ( 17 ) is controlled by a negative voltage which is present on the minus side of the rectifier ( 15 ), ( Fig. 3).

4. Motor according to claim 3, characterized in that the voltage constant regulator (IC 1 ) from the United supply connection ( 13 , Fig. 2) is fed in that the normally-on transistor ( 17 ) for the negative voltage control, a voltage inverter ( 21 ) is assigned , ( Fig. 4).

5. Motor according to claims 3 and 4, characterized in that the capacitor ( 18 ) is short-circuited via a reed relay switch ( 19 ) ( Fig. 5).