NO141874B

NO141874B - SPEED CONTROL DEVICE AND TURNING DIRECTION FOR A THREE-PHASE SYNCHRON MOTOR

Info

Publication number: NO141874B
Application number: NO780194A
Authority: NO
Inventors: Kaj Nielsen; Nils Hansson Nygaard
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1977-01-27
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1980-02-11
Also published as: CH622137A5; GB1590241A; NO141874C; AU519621B2; NO780194L; DE2703309B1; JPS5393320A; FR2379191B1; AU3276678A; DE2703309C2; JPS567400B2; FR2379191A1; SE426003B; SE7800956L; DK580377A

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for styring av omdreiningstall og omdreiningsretning for en trefaseasynkronmotor som mates fra en regulerbar likespenningskilde over en kortslutningsimpedans og en vekselretter, hvor den regulerbare likespenning minskes ved nådd strømgrenseverdd,omfattende en frekvensgiver som utleder omdreiningstallet og som påvirker en tennsignalgenerator som via styreledninger er forbundet med parvis i minst tre grener i serie anordnede vekselretterkontaktelementer og en likeledes herav påvirket slukkesignalgenerator for styring av et felles slukkekontaktelement, og hvor en omstyringskrets som påvirker omdreiningsretningen for ombytning av styreledningene til vekselretterkontaktelementene er anordnet i minst to av grenene. The invention relates to a device for controlling the number of revolutions and the direction of revolution for a three-phase asynchronous motor that is fed from an adjustable direct voltage source via a short-circuit impedance and an inverter, where the adjustable direct voltage is reduced when a current limit value is reached, including a frequency transmitter which derives the number of revolutions and which affects an ignition signal generator which via control lines is connected with inverter contact elements arranged in pairs in at least three branches in series and an extinguishing signal generator similarly affected by this for controlling a common extinguishing contact element, and where a reversing circuit that affects the direction of rotation for changing the control wires of the inverter contact elements is arranged in at least two of the branches.

Ved en kjent anordning av denne art har like-spenningskilden en som styrbar likeretter utformet avbryter som lar en konstant likespenning i form av pulser med variabel bredde og/eller variabel frekvens slippe gjennom, slik at det ved hjelp av en etterinnstillet utligningskrets fremkommer In a known device of this kind, the direct voltage source has an interrupter designed as a controllable rectifier which allows a constant direct voltage in the form of pulses with variable width and/or variable frequency to pass through, so that with the help of a post-adjusted equalization circuit it appears

. en regulerbar likespenning. Denne bestemmes av en nominell spenning men blir når strømmen når en forutbestemt grense- . an adjustable DC voltage. This is determined by a nominal voltage but becomes when the current reaches a predetermined limit

verdi minsket så meget at denne grensestrøm ikke overskrides. Omdreiningstallet bestemmes ved hjelp av en av spenningsre-guleringen avhengig frekvenskilde som er kombinert med en tennsignalgenerator og en slukkesignalgenerator. Slukke-signalgeneratoren er over tre par styreledninger forbundet med vekselretterkontaktelementer fra tre grener. Ved to par kan tilslutningene ombyttes av en omstyringskrets. value decreased so much that this limit current is not exceeded. The number of revolutions is determined by means of a frequency source dependent on the voltage regulation which is combined with an ignition signal generator and an extinguishing signal generator. The shutdown signal generator is connected via three pairs of control wires to inverter contact elements from three branches. In the case of two pairs, the connections can be exchanged by a reversing circuit.

Under normal drift er det i hver gren til enhver tid During normal operation, it is in every branch at all times

et vekselretterkontaktelement, f.eks. en likeretter som er styrt i ledende tilstand f.eks. av et i løpet av passerings-perioden forhåndenværende høyfrekvenssignal. Hvis nå styreledningene byttes om, vil også uten at de førstnevnte kontaktelementer slukkes, det til enhver tid annet kontaktelement i grenen bli bragt i ledende tilstand. Derved oppstår en kort-slutning og den derved flytende kortslutningsstrøm kan nok i første øyeblikk tolereres på grunn av kortslutningsimpedansen, men den vokser hurtig til en utillatelig høy verdi. Ved opp-treden av kortslutningsstrømmen reguleres riktignok like-spenningskilden ned, men den i utligningskondensatoren og kortslutningsimpedansen lagrede energi er allerede tilstrekke-lig til å ødelegge kontaktelementene. Da asynkronmotoren ikke kan avgi noe energi, roterer den ubremset videre slik at omdreiningsretningsombytningen forsinkes. an inverter contact element, e.g. a rectifier which is controlled in a conductive state, e.g. of a high-frequency signal present during the passage period. If the control wires are now changed, even without the first-mentioned contact elements being extinguished, the other contact element in the branch will at all times be brought into a conducting state. Thereby a short-circuit occurs and the resulting short-circuit current can be tolerated at first due to the short-circuit impedance, but it quickly grows to an unacceptably high value. When the short-circuit current occurs, the direct voltage source is indeed regulated down, but the energy stored in the compensation capacitor and the short-circuit impedance is already sufficient to destroy the contact elements. As the asynchronous motor cannot release any energy, it continues to rotate unbraked so that the change in direction of rotation is delayed.

Det er videre kjent å etterinnstille frekvenskildens frekvens, dvs. den regulerbare spenning på likespennings-kildens utgang fordi asynkronmotorens spenning og frekvens av hensyn til optimal drift skal stå i et tilnærmelsesvis konstant forhold til hverandre. Hvis man ved den tidligere kjente omstyringskrets ville anvende en slik anordning, ville det oppstå enda større problemer. Hvis den regulerbare spenning senkes ved opptreden av en kortslutningsstrøm, vil nemlig samtidig aen forutbestemte frekvens minske. Det betyr at tiden inntil opptreden av den neste slukking blir enda lenger, dvs. at kortslutningsstrømmen flyter lengre. Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning av den innledningsvis nevnte art hvor de i forbindelse med omdreiningsretningsombytningen opptredende kortslutningsproblemer elimineres eller kan neglisjeres og ombytningen kan skje ved et vilkårlig omdreiningstall uten forutgående nedregulering av omdreiningstallet. It is also known to readjust the frequency source's frequency, i.e. the adjustable voltage at the DC voltage source's output, because the asynchronous motor's voltage and frequency must be in an approximately constant relationship to each other for optimal operation. If such a device were to be used in the previously known switching circuit, even greater problems would arise. If the adjustable voltage is lowered when a short-circuit current occurs, the predetermined frequency will decrease at the same time. This means that the time until the occurrence of the next switch-off becomes even longer, i.e. that the short-circuit current flows longer. The purpose of the invention is to provide a device of the kind mentioned at the outset where the short-circuit problems occurring in connection with the rotation direction changeover are eliminated or can be neglected and the changeover can take place at an arbitrary number of revolutions without prior down-regulation of the number of revolutions.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at omstyringskretsen er tilordnet en sperreinnretning som sperrer en innledet omstyring inntil tidspunktet for den etterfølgende slukking, og at frekvenskildens frekvens er proporsjonal med den regulerte likespenning. This is achieved according to the invention by the fact that the switching circuit is assigned to a blocking device which blocks an initiated switching until the time of the subsequent switching off, and that the frequency of the frequency source is proportional to the regulated DC voltage.

På denne måte sørger sperreinnretningen for at omstyringen alltid faller sammen med slukkingen eller inntrer umiddelbart etter denne. Den tilstand at begge kontaktelementene i en gren er ledende, opptrer derfor enten slett ikke eller høyst i uskadelig kort tid. En ødeleggelse av kontaktelementene er derfor eliminert. Dessuten ligger motoren umiddelbart etter omstyringsprosessen forbundet med spennings-førende klemmer som fremkaller et til den nye omdreiningsretning svarende dreiefelt. Da motoren "enda løper i den gamle omdreiningsretning, virker den som generator og bremses derfor tilsvarende hurtig. In this way, the blocking device ensures that the reversal always coincides with the switch-off or occurs immediately after this. The condition that both contact elements in a branch are conductive therefore either does not occur at all or at most for a harmless short time. A destruction of the contact elements is therefore eliminated. Furthermore, the motor is connected immediately after the reversal process with voltage-carrying clamps which induce a rotating field corresponding to the new direction of rotation. As the motor "still runs in the old direction of rotation, it acts as a generator and is therefore braked correspondingly quickly.

De ved omstyringen opptredende sterke strømmer som fører til en minskning av den regulerbare likespenning, be-virker også en minskning av frekvensen. Dette muliggjør motorens drift i den motsatte retning uten at det er nødvendig med større strømmer enn de som er tillatt av maksimalstrømbe-grensningen som som regel begrenser motorstrømmen tilnærmelsesvis til den normale fulle belastningsstrøm. En risiko for at det som følge av forsinkelsen av slukkeprosessen i for lang tid, skal flyte en kortslutningsstrøm i de enkelte grener er eliminert ved anvendelsen av sperreinnretningen. The strong currents occurring during the reversal, which lead to a reduction in the adjustable direct voltage, also cause a reduction in the frequency. This enables the motor to operate in the opposite direction without the need for larger currents than those permitted by the maximum current limitation, which as a rule limits the motor current approximately to the normal full load current. A risk that, as a result of the delay of the extinguishing process for too long, a short-circuit current will flow in the individual branches is eliminated by the use of the blocking device.

En særlig enkel anordning fremkommer, hvis frekvenskilden på slukketidspunktet avgir en takt- A particularly simple device appears, if the frequency source at the time of extinguishing emits a pulse

puls som frigir sperreinnretningen. På denne måte er synkro-niseringen gitt mellom slukking og omstyring. I det enkleste tilfellet er taktpulsen identisk med slukkepulsen. pulse that releases the locking device. In this way, the synchronization is provided between switching off and redirection. In the simplest case, the clock pulse is identical to the quench pulse.

Ved en foretrukket utførelsesform er det sørget for at sperreinnretningen i avhengighet av et tilført faseomstyringssignal leverer et av to alternativt opptredende omkoplingssignaler, men bare tillater et signalskifte ved den etterfølgende slukking, og at omstyringskretsen pr. gren som skal omstyres, har to elektroniske kontaktorganer i hvilke tennsignalene for hver fase av tennsignalgeneratoren etter en NAND -funksjon knyttes sammen med et av de to omkoplingssignaler. Ved sammenknytningen av tennsignalene og omstyrings-signalene og ved tidsmessig riktig levering av omstyrings-signalene er omstyringen synkronisert med slukkingen. In a preferred embodiment, it is ensured that the blocking device, depending on a supplied phase reversal signal, delivers one of two alternatively occurring switching signals, but only allows a signal change at the subsequent switch-off, and that the reversal circuit per branch to be switched, has two electronic contact means in which the ignition signals for each phase of the ignition signal generator are connected with one of the two switching signals after a NAND function. When the ignition signals and the switching signals are connected and when the switching signals are delivered at the right time, the switching is synchronized with the switching off.

Sperreanordningen kan da med fordel være en D-flip-flop-krets hvis D-inngang tilføres faseomstyringssignalet, hvis taktinngang tilføres en taktpuls fra frekvenskilden, og fra hvis utganger de to omkoplingssignaler leveres. Paseom-styringssignalet kan f.eks. være et firkantsignal med verdien 1 for den ene omdreiningsretning og verdien 0 for den andre omdreiningsretning. The blocking device can then advantageously be a D flip-flop circuit whose D input is supplied with the phase reversal signal, whose clock input is supplied with a clock pulse from the frequency source, and from whose outputs the two switching signals are supplied. The Paseom control signal can e.g. be a square signal with the value 1 for one direction of rotation and the value 0 for the other direction of rotation.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives nærmere under henvisning til tegningen som viser et koplingsskjema for et utførelseseksempel av anordningen ifølge oppfinnelsen. The invention will be described in more detail below with reference to the drawing which shows a connection diagram for an exemplary embodiment of the device according to the invention.

Utførelseseksemplet omfatter en regulerbar likespenningskilde 1 som forsynes med en konstant likespenning U=. En serieregulator 2 inneholder en styrt likeretter 3 The design example comprises an adjustable DC voltage source 1 which is supplied with a constant DC voltage U=. A series regulator 2 contains a controlled rectifier 3

som arbeider som avbryter og får styresignaler tilført fra en styreinnretning 4 slik at likestrømpulser av variabel bredde og/eller frekvens slipper gjennom. Deretter følger en utjevningskrets som har en selvinduksjon 5 og en kondensator 6. Som følge herav dannes det en regulerbar likespenning Ul. Denne etterstilles normalt til en nominell verdi som er forutbestemt av en innstillingsinnretning 7 på styreapparatet 4. Hvis imidlertid strømmen når en forutbestemt grenseverdi som kan konstateres ved spenningsfallet over en målemotstand 8, minsker styreapparatet 4 spenningen Ul så meget at det ikke kan oppstå overdimensjonerte strømmer. Avhengig av spenningen Ul er også frekvenskilden 9 som leverer taktpulser t med seks ganger den ønskede frekvens som passer til spenningen Ul. Denne frekvenskilde 9 har form av en spenningsstyrt oscillator VCO. which works as an interrupter and receives control signals supplied from a control device 4 so that direct current pulses of variable width and/or frequency pass through. This is followed by an equalization circuit which has a self-inductance 5 and a capacitor 6. As a result of this, an adjustable direct voltage Ul is formed. can be ascertained by the voltage drop across a measuring resistor 8, the control device 4 reduces the voltage Ul so much that oversized currents cannot occur. Depending on the voltage Ul is also the frequency source 9 which delivers clock pulses t with six times the desired frequency that matches the voltage Ul. This frequency source 9 has the form of a voltage-controlled oscillator VCO.

Over en kortslutningsimpedans 10 som ved hjelp av Across a short-circuit impedance 10 which by means of

en transformatorvikling 11 og en likeretter 12 også tjener som energivikling for slukkingen, er forbundet med en vekselretter 13 som mater en trefaset asynkronmotor 14. Vekselretteren har tre grener a, b og c som hver har to i serie liggende kontaktelementer 15a og 16a, 15b og l6b samt 15c og loe mellom hvilke de tre faseledninger U, V og W er avgrenet. Styreelektrodene for de som styrte likerettere utformede kontaktelementer forsynes via styreledninger 17 a transformer winding 11 and a rectifier 12, which also serves as an energy winding for the switch-off, are connected to an inverter 13 which feeds a three-phase asynchronous motor 14. The inverter has three branches a, b and c, each of which has two contact elements 15a and 16a, 15b and l6b as well as 15c and loe between which the three phase lines U, V and W are branched off. The control electrodes for the contact elements designed as controlled rectifiers are supplied via control lines 17

med høyfrekvente tennpulser z. Ytterligere deler av veksel-retterne såsom friløpsdioder og lignende er utelatt for enkelthets skyld. with high-frequency ignition pulses z. Additional parts of the inverters such as freewheeling diodes and the like have been omitted for the sake of simplicity.

En slukkekrets omfatter en kondensator 18, en om-ladningsspole 19, et slukkekontaktelement 20 i form av en styrt likeretter og en diode 21. Kontaktelementets 20 styre-elektrode mates via en styreledning 22 fra en slukkepuls-generator 23 med slukkepulser 1 som til enhver tid frigis av en taktpuls t, dvs. har en frekvens som svarer til det seks-dobbelte av den ønskede frekvens. An extinguishing circuit comprises a capacitor 18, a recharging coil 19, an extinguishing contact element 20 in the form of a controlled rectifier and a diode 21. The control electrode of the contact element 20 is fed via a control line 22 from an extinguishing pulse generator 23 with extinguishing pulses 1 which at all times is released by a clock pulse t, i.e. has a frequency corresponding to six times the desired frequency.

Taktpulsene t styrer videre en tennsignalgenerator 24 som kan ha en vilkårlig oppbygning, f.eks. være en flip-flop-krets, en frekvensdeler, en teller osv. I utgangene opptrer tennsignaler u, v og w som svarer til utgangene U,V og W The clock pulses t further control an ignition signal generator 24 which can have an arbitrary structure, e.g. be a flip-flop circuit, a frequency divider, a counter, etc. In the outputs, ignition signals u, v and w appear which correspond to the outputs U, V and W

for de ønskede fasespenninger. Tennsignalet w virker direkte, tennsignalene u og v videreføres via en omstyringskrets 37-i*2. Tennsignalene videreføres dels direkte og dels over portkretser 32a, 32b eller 32c, til ledninger 31a til 31c og 33a til 33c for levering av tennpulsene til ledningene 17. F.eks. kan tennpulsene kombineres med et vedvarende sendt høyfrekvenssignal på f.eks. 200kHz. Dette høyfrekvenssignal opptrer da alltid på tennledningene 17 når også et av tennsignalene u,v og w opptrer avhengig av inngangssignalet på ledningene 31a til 31c og 33a til 33c. for the desired phase voltages. The ignition signal w acts directly, the ignition signals u and v are passed on via a bypass circuit 37-i*2. The ignition signals are passed on partly directly and partly via gate circuits 32a, 32b or 32c, to lines 31a to 31c and 33a to 33c for delivery of the ignition pulses to the lines 17. E.g. the ignition pulses can be combined with a continuously transmitted high-frequency signal of e.g. 200kHz. This high-frequency signal then always occurs on the ignition wires 17 when one of the ignition signals u, v and w also occurs depending on the input signal on the wires 31a to 31c and 33a to 33c.

Omstyringskretsen omfatter for hver fase to første NAND-portkretser 37,38 og 39,^0 samt en andre NAND-portkrets The switching circuit comprises for each phase two first NAND gate circuits 37,38 and 39,^0 as well as a second NAND gate circuit

41 og 42. Videre er det anordnet en sperreanordning 43 i form av en D-flip-flop-krets hvis D-inngang over en vender 44 valgfritt kan forbindes med jord eller med en spenningskilde 45 slik at D-inngangen tilføres et faseomstyringssignal p som har en verdi 1 for den ene omdreiningsretning og verdien 0 for den andre omdreiningsretning. Hver av de to verdier er tilordnet et omkoplingssignal sl på Q-utgangen eller s2 41 and 42. Furthermore, a blocking device 43 is arranged in the form of a D-flip-flop circuit whose D-input via a switch 44 can optionally be connected to earth or to a voltage source 45 so that the D-input is supplied with a phase reversal signal p which has a value of 1 for one direction of rotation and a value of 0 for the other direction of rotation. Each of the two values is assigned to a switching signal sl on the Q output or s2

på Q-utgangen. En omstyring av utgangene skjer først ved opptreden av en taktpuls t på taktinngangen cl. Det betyr at faseomstyringssignalet P kan gis på et vilkårlig tidspunkt og at skifte mellom omkoplingssignalene sl og s2 først inntrer ved opptreden av taktpulsen t som samtidig over slukkesignal-generatoren 23 forårsaker slukkingen. I avhengighet av disse omkoplingssignaler sl og s2 er enten NAND-portkretsene 37 og 39 eller NAND-portkretsene 38 eller 40 ledende slik at grenen a valgfritt styres av tennsignalet u eller v og grenen b valgfritt av tennsignalet v eller u hvilket svarer til ombytning on the Q output. A reversal of the outputs only occurs when a clock pulse t occurs on the clock input cl. This means that the phase reversal signal P can be given at any time and that switching between the switching signals sl and s2 only occurs when the clock pulse t occurs which simultaneously via the extinguishing signal generator 23 causes the extinguishing. Depending on these switching signals sl and s2, either the NAND gate circuits 37 and 39 or the NAND gate circuits 38 or 40 are conductive so that the branch a is optionally controlled by the ignition signal u or v and the branch b optionally by the ignition signal v or u which corresponds to switching

av omdreiningsretningen. of the direction of rotation.

Det antas at omkoplingssignalet sl opptrer. Da It is assumed that the switching signal sl occurs. Then

vil fasespenningene opptre i rekkefølgen U,V og W. Kastes venderen 44 om, så opptrer det ved neste taktpuls t en ombytning av omstyringssignalet til s2. Rekkefølgen av fasespenningene blir da V,U,W som tilnærmelsesvis er det samme som en vending av dreiefeltet i motoren 14. Da omkoplingen skjer i slukkeøyeblikket er det ingen risiko for kortslut-ning i grenene a,b og c. Straks etter denne omkopling arbeider motoren som generator og bremses derfor ned. På grunn av de opptredende strømmer minskes spenningen Ul slik at også frekvenskilden 9 minsker frekvensen. Så snart motoren 14 er stanset, dreier den straks videre i motsatt retning slik at spenningen Ul og frekvensen igjen øker til den ønskede nominelle verdi. the phase voltages will appear in the order U, V and W. If the inverter 44 is reversed, then at the next clock pulse t a reversal of the reversal signal to s2 occurs. The sequence of the phase voltages then becomes V, U, W, which is approximately the same as a reversal of the rotating field in the motor 14. As the switching takes place at the moment of switching off, there is no risk of short-circuiting in branches a, b and c. Immediately after this switching, work the engine as a generator and is therefore slowed down. Because of the occurring currents, the voltage Ul is reduced so that the frequency source 9 also reduces its frequency. As soon as the motor 14 is stopped, it immediately continues to rotate in the opposite direction so that the voltage Ul and the frequency again increase to the desired nominal value.

Variasjoner er mulige i mange retninger. F.eks. Variations are possible in many directions. E.g.

kan sperreinnretningen også utløses av en slukkepuls. NAND-portkretsene kan også erstattes med OG-portkretser the blocking device can also be triggered by an extinguishing pulse. The NAND gate circuits can also be replaced with AND gate circuits

eller omvendt hvis resten av kretsløpet tilpasses tilsvarende. or vice versa if the rest of the circuit is adapted accordingly.

Claims

1. Device for controlling the number of revolutions and the direction of revolution for a three-phase asynchronous motor which is fed from an adjustable direct voltage source via a short-circuit impedance and an inverter, where the adjustable direct voltage is reduced when a current limit value is reached, comprising a frequency transmitter which derives the number of revolutions and which affects an ignition signal generator which via control lines is connected with inverter contact elements arranged in pairs in at least three branches in series and an extinguishing signal generator similarly affected by this for controlling a common extinguishing contact element, and where a override circuit that affects the direction of rotation for changing the control wires of the inverter contact elements is arranged in at least two of the branches, characterized in that the override circuit ( 37-42) is assigned a blocking device (43) which blocks an initiated reversal until the time of the subsequent switching off, and that the frequency of the frequency source (9) is proportional to the regulated direct voltage (Ul).

2. Device according to claim 1, characterized in that the frequency source (9) is switched off the point delivers a pulse (t) which releases the locking device (43).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the blocking device (43) depending on a supplied phase reversal signal (p) delivers one of two alternatively appearing switching signals (S1, S2), but only allows a signal change at the subsequent switch-off, and that the bypass circuit per branch (a,b,c) to be redirected, has two electronic contact means (37,38;39,40) in which the ignition signals (u,v) for each phase of the ignition signal generator (24) after a .NAND function are used together with one of the two switching signals (S.1, S2).

4. Device according to claim 1, characterized in that the blocking device (43) is a D-flip-flop circuit whose D-input is supplied with the phase reversal signal (p), whose clock input is supplied with a clock pulse (t) from the frequency source (9), and from whose outputs the two switching signals (S1, S2) are delivered.