SE422862B

SE422862B - STROM TIME-CONTROLLED CONTROL DEVICE FOR A SHORT-CURRENT MULTI-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR

Info

Publication number: SE422862B
Application number: SE7801640A
Authority: SE
Inventors: Wihk Bernt Erik Livingstone
Original assignee: Wihk Bernt Erik Livingstone
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1978-02-13
Publication date: 1982-03-29
Also published as: SE7801640L; WO1979000619A1

Description

7901640-9 utläggningsskriften visade exemplet erhålles som skillnaden mellan ett inställt börvärde och spänningen från en proportionellt verkan- de tachometer, inkopplad till motoraxeln. I- det ögonblick' då ramp- spänningen uppnår styrspänningens värde komer en tändpuls att bil- das, varmed resp. strömbrytare aktiveras. När sedan strömmen sjunker till noll, slås strömbrytaren av på grund av den välbekanta tyristormekanismen. The example shown in the explanatory memorandum 7901640-9 is obtained as the difference between a set setpoint and the voltage from a proportionally acting tachometer, connected to the motor shaft. At the moment when the ramp voltage reaches the value of the control voltage, an ignition pulse will be formed, whereby resp. switch is activated. When the current then drops to zero, the switch is turned off due to the familiar thyristor mechanism.

Enligt den nämnda utläggningsskriften åstadkommes nu en motsvarande tändningspunkt för de båda ytterligare faserna i växel- strömssystemet därigenom att pulser motsvarande tändningen i den observerade fasen får passera genom två olika fördröjningskretsar.According to the mentioned explanation, a corresponding ignition point is now provided for the two further phases in the alternating current system in that pulses corresponding to the ignition in the observed phase are allowed to pass through two different delay circuits.

Efter den första fördröjningskretsen uppstår en fördröjning av en sjättedels period, och efter den andra erhålles en ytterligare för- dröjning på en sjättedels period. Pulser fördröjda med resp. en sjättedels och en tredjedels period åstadkommas därmed, varigenom de båda ytterligare fasernas strömbrytare tändes. I princip uppnås därmed symmetrisk tändning, vilket är en fördel bl.a. genom att man får en symmetrisk belastning av nätet.After the first delay circuit, a delay of one-sixth period occurs, and after the second, a further delay of one-sixth period is obtained. Pulses delayed by resp. a sixth and a third period is thus provided, whereby the switches of the two additional phases are switched on. In principle, symmetrical ignition is thus achieved, which is an advantage i.a. by obtaining a symmetrical load on the network.

Emellertid föreligger vid denna tidigare kända uppfinningen den nackdelen, att man måste använda fördröjningskretsar, vilka måste uppvisa relativt hög precision och därför ej är billiga.However, in this prior art invention there is the disadvantage that one must use delay circuits, which must exhibit relatively high precision and are therefore not inexpensive.

Särskilt vid låga varvtal är hög precision nödvändig, åtminstone om belastningen är låg och tändningen måste ske ganska nära ström- mens nollgenomgång. Om tändningen nämligen sker då och då på fel sida om nollgenomgängen, kan störningar uppträda t.ex. i form av stötig gång hos motorn.Especially at low speeds, high precision is necessary, at least if the load is low and the ignition must be fairly close to the zero crossing of the current. Namely, if the ignition takes place from time to time on the wrong side of the zero crossings, disturbances can occur e.g. in the form of bumpy running of the engine.

Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en enkel och ej allt för. dyr styranordning för varvtalsreglering enligt den inledningsvis nämnda styrprincipen i "fassynkronism".It is an object of the present invention to provide a simple and not all too. expensive control device for speed control according to the control principle mentioned in the introduction in "phase synchronism".

Det egentliga syftet är att åstadkomma en förbättrad styr- ning av p- en växelströmsmotor av kortsluten typ, och även om en reglering med hänsyn till varvtalet med åter- koppling via en tachometer kanske ligger närmast till hands, inser fackmannen med någon eftertanke att man med min uppfinningsprincip kan styra en motor med hänsyn till någon annan mätbar reglerstor- het, t.ex. utvecklat vridmoment eller dylikt, om en lämplig givare anordnas.The real purpose is to achieve an improved control of p - a short-circuit AC motor, and although a regulation with regard to the speed with feedback via a tachometer may be closest at hand, the person skilled in the art realizes with some thought that with my inventive principle can control an engine with regard to some other measurable control variable, e.g. developed torque or the like, if a suitable sensor is provided.

Uppfinningen har en mängd intressanta tillämpningar. Man behöver bara tänka på de problem som förekommer, när det gäller I 7801640-9 att åstadkomma en tillfredsställande växelströmsdrift av person- hissr. Vid många tillämpningar, där man måste använda en noggrann varvtalsstyrning, är man för närvarande hänvisad till att använda likströmsmotorer, med de uppenbara problem detta för med sig.The invention has a number of interesting applications. One only needs to think about the problems that occur, when it comes to I 7801640-9 to achieve a satisfactory AC operation of passenger elevators. In many applications, where accurate speed control must be used, one is currently relied on to use DC motors, with the obvious problems this entails.

I andra fall, där problemet är att få högt startvridmoment, an- vändes dubbellindade motorer, Leonardsystem o.a.In other cases, where the problem is to get high starting torque, twin-wound motors, Leonard systems and others were used.

De ovan angivna fördelarna jämte andra fördelar och egenska- per, vilka kommer att framgå av den fortsatta beskrivningen, er- hålles enligt uppfinningen genom en regleringsanordning, vilken företer de i patentkrav 1 angivna särdragen.The above-mentioned advantages, together with other advantages and features, which will appear from the following description, are obtained according to the invention by means of a control device, which exhibits the features stated in claim 1.

Vid konstruktionen enligt uppfinningen användes för de olika fasernas styrningwsr sin styrkrets. Genom de elektroniska mikro- kretsarnas utveckling innebär detta inte någon särskild nackdel, varken ekonomiskt, ur utrymmessynpunkt eller med hänsyn till den vid komplicerade system annars stora risken för uppkommande elektronikfel. Grundläggande är därvid att uppfinningen anvisar ett fördelaktigt sätt att erhålla de synkronpulser som möjliggör den synkrona tändningen av strömbrytarna. Detta åstadkommas där- igenom, att särskilda hjälpfaser anordnas, vilka utgör viktade vektorsummor av för respektive lindning två olika faser. För att utföra detta föredrages användning av vanliga motstånd i spännings- delarkoppling, men i och för sig torde godtyckliga impedanser kunna användas ekvivalent. i Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är motorn triangelkopplad, varvid strömbrytarna är anordnade, ej utanför "triangeln“ på respektive faser, utan i serie med vardera faslind- ningen och alltså på "tríangelsidorna". Det har visat sig att en särdeles jämn gang därmed kan uppnås, om en med hänsyn till nät- spänningen för stjärnkopplingavsedd motor inkopplas i triangelkopp- ling tillsammans med en anordning enligt uppfinningen. Motorn kom- mer därmed att ha en viss överkapaoitet och skulle bli överbelastad, om strömbrytarna vore tillslagna hela tiden. Därmed föreligger ett lämﬁigt reglerutrymme för effekten, och man har möjlighet till kortare effektuttag, som överstiger motorns märkeffekt. Bland annat kan man därigenom förbättra startmomentet och vridmomentet vid låga varvtal.In the construction according to the invention, its control circuit is used for the control of the different phases. Due to the development of electronic microcircuits, this does not entail any particular disadvantage, either financially, from a space point of view or with regard to the otherwise high risk of electronic faults in complicated systems. It is fundamental then that the invention provides an advantageous way of obtaining the synchronous pulses which enable the synchronous ignition of the switches. This is achieved by arranging special auxiliary phases, which constitute weighted vector sums of two different phases for each winding. To perform this, the use of ordinary resistors in voltage divider coupling is preferred, but in itself arbitrary impedances should be able to be used equivalent. According to a preferred embodiment of the invention, the motor is triangularly connected, the switches being arranged, not outside the "triangle" on the respective phases, but in series with each phase winding and thus on the "triangle sides". It has been found that a particularly smooth running therewith can be achieved if, with regard to the mains voltage for star coupling intended motor, it is connected in triangular coupling together with a device according to the invention, the motor will thus have a certain overcapacity and would be overloaded if the switches were switched on all the time. a suitable control space for the power, and you have the option of shorter power outputs, which exceed the rated power of the engine, among other things, you can thereby improve the starting torque and torque at low speeds.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i anslutning till figurerna. Fig. 1 visar ett inkopplingsschema, delvis i block- schemaform, för de tre faslindningarna i en trefasmotor. Fig. 2 är ett vektordiagram, som förklarar hur en referensfas erhålles. 7 8 01 6 4 0 - 9 14 Fig. 5 är ett blockschema över en. styrkrets -för en med en fas- lindning seriekopplad, elektronisk strömbrytare. Fig. Lvvisar en oscilloskopkurva av en spänning. Fig. 5 ett schematiskt block-- diagram över en anordning för bromsning av en motor. Fig. 6 är ett detaljerat kopplingschema över en bromsningskrets.The invention will now be described in connection with the figures. Fig. 1 shows a circuit diagram, partly in block diagram form, for the three phase windings in a three-phase motor. Fig. 2 is a vector diagram explaining how a reference phase is obtained. 7 8 01 6 4 0 - 9 14 Fig. 5 is a block diagram of a. control circuit - for an electronic switch connected in series with a phase winding. Fig. Shows an oscilloscope curve of a voltage. Fig. 5 is a schematic block diagram of a device for braking an engine. Fig. 6 is a detailed circuit diagram of a braking circuit.

I fig. 1 visas det allmänna kopplingschemat vid ett utfö- ringsexempel av uppfinningen. Inkopplingen av de tre faserna R, S och T till motorns tre lindningar La, Lb och Lo via var sin ström- brytare 10 framgår utan vidare av figuren. Strömbrytarna utgöres här av triacs, men det är alldeles självklart att de under full analogi kan utbytas mot par av tyristorer på sätt som kommer att förklaras närmare i anslutning till fig. 5. Strömbrytarna styras av var sin styrkrets A, B och G. Till dessa är kopplade var sin referensfas, vilka erhålles från spänningsdelare Rq-Rz, som är in- kopplade på. sätt som framgår av figuren.Fig. 1 shows the general wiring diagram of an embodiment of the invention. The connection of the three phases R, S and T to the three windings La, Lb and Lo of the motor via their respective switches 10 is clearly shown in the figure. The switches here consist of triacs, but it is quite obvious that they can be exchanged by full analogy for pairs of thyristors in a manner which will be explained in more detail in connection with Fig. 5. The switches are each controlled by a control circuit A, B and G. are each connected to a reference phase, which are obtained from voltage dividers Rq-Rz, which are connected to. manner shown in the figure.

Av fig. 2 framgår hur resp. referensfas ligger i förhållande till spänningarna mellan faserna. För enkelhets skull har behandlats endast den referensfas som-användes för styrkretsen A i fig. 1. p Spänningen över lindningen La och tillhörande strömbrytare 10 följer tydligen vektorn S-R enligt vektordiagrammet i fig. 2. Referens- spänningen erhålles genom spänningsdelning mellan faserna S och T.Fig. 2 shows how resp. reference phase is in relation to the voltages between the phases. For simplicity, only the reference phase used for the control circuit A in Fig. 1 has been treated. P The voltage across the winding La and associated switch 10 apparently follows the vector SR according to the vector diagram in Fig. 2. The reference voltage is obtained by voltage division between the phases S and T .

Motständen H1 och Ra är i exemplet resp. 1,8 Mohm och 0,8 Mohm, innebärande ett förhållande mellan deras resistanser om 2,25. Enkla geometriska och matematiska överväganden ger dä. vid handen att vektorn REF i fig. 2 ganska noggrant parallell med vektorn S-R.The resistors H1 and Ra are in the example resp. 1.8 Mohm and 0.8 Mohm, implying a ratio of their resistances of 2.25. Simple geometric and mathematical considerations give then. at hand that the vector REF in Fig. 2 quite accurately parallel to the vector S-R.

Motstånden bör vara åtminstone enprocentiga. i I rig. 3 visas en lämplig,- krets för styr-kretsarna A, s, c i blockschemaform. Den utritade kretsen motsvarar kretsen k fig. 1, med hänsyn till de styrda faserna. Den visade kretsen är uppkopplad med användning av den triggermodul som under beteclming- en Philts TCA 280 A försäljes av firma Elcoma. För detaljerade upp- lysningar hänvisas till datablad från tillverkaren.The resistances should be at least one percent. i I rig. 3 shows a suitable circuit for the control circuits A, s, c in block diagram form. The drawn circuit corresponds to the circuit k Fig. 1, taking into account the controlled phases. The circuit shown is connected using the trigger module sold by the company Elcoma during the Philts TCA 280 A. For detailed information, refer to the data sheet from the manufacturer.

Kretsen i utföringsexemplet kan schematiskt uppfattas som innehållande en likströmskälla 50, en nollgenomgångsdetektor 51, en differentialförstärkare 52, en pulsgenerator 55, (motsvarande "rampgeneratorn" i databladen för kretsen), samt en slutförstärkare 54-. Denna är kopplad till en transformator med omsättningsförhållan- det 1:1 och två sekxmdärlindningar, vilka är kopplade till styr- elektroderna på var sin tyristor. Tyristorerna ärqgššírallellkopplade och fungerar som strömbrytare för motorns lindning La. 1 5 7901640-9 Nollgenomgångsdetektorn i kombination med motståndet R11 och kondensatorn 02 alstrar spänningsramper i sàgtandform, vilka följer på varandra och har en längd motsvarande 180 strömgrader.The circuit in the exemplary embodiment can be schematically understood as containing a direct current source 50, a zero-pass detector 51, a differential amplifier 52, a pulse generator 55, (corresponding to the "ramp generator" in the data sheets for the circuit), and an output amplifier 54-. This is connected to a transformer with a turnover ratio of 1: 1 and two sequential windings, which are connected to the control electrodes on separate thyristors. The thyristors are connected in parallel and act as switches for the motor winding La. The zero-crossing detector in combination with the resistor R11 and the capacitor 02 generates voltage ramps in sawtooth shape, which follow one another and have a length corresponding to 180 degrees of current.

Startpunkterna sammanfaller med nollgenomgångarna för referensfasen, som är kopplad till nollgenomgångsdetektorn. Spänningsramperna jäm- föres med en styrspänning, och så snart som spänningsramperna över- stiger styrspänningen, startar pulsgeneratorn 55 och avger, så länge detta förhållande består en kortare eller längre serie pulser med ett inbördes tidsavstånd av ungefär 0,6 ms. Dessa förstärkas av slutförstärkaren 54, och den av tyristorerna 56, 57, som är tändbar, kommer att tändas.The starting points coincide with the zero crossings for the reference phase, which is connected to the zero crossing detector. The voltage ramps are compared with a control voltage, and as soon as the voltage ramps exceed the control voltage, the pulse generator 55 starts and emits, as long as this relationship consists of a shorter or longer series of pulses with a mutual time interval of approximately 0.6 ms. These are amplified by the final amplifier 54, and that of the thyristors 56, 57, which is ignitable, will be ignited.

Med användning av TCA 280 A enligt ovan är värdena på de använda komponenterna följande: H10 - 4,7 Kmow 01 = 1000 1111 = 10-15 Ko.. 02 = 1 f' 1212 - 11~1o 05 = 2,2 " H15 = 150 K: 111 - 1N 4006 B14 = 680 Ko na = 1N 14148 B15 - 100 Kn 1:5 - nu - 1N 4006 B16 - aa m 1217 = 47 a En för fackmannen överraskande detalj är inkopplingen av dioderna D5 och D4. I förhållande till de tändpulser som skall aktivera tyristorerna 56 och 57 är de nämligen backspända. Slumpen och en med hänsyn till polariteten felvänd markering på en diod, som därigenom kom att bli "felinkopplad", ledde mig fram till in~ sikten om denna fördelaktiga verkan. Det hr nämligen visat sig, att denna koppling ger en utomordentligt vacker och störningsfri tëndning av tyristorer. För att få bästa verkan visar det sig dess- utom att man ej bör ha fina, dyrbara och snabba dioder utan tvärtom billiga och långsamma. Exempel pá dioder som visat sig lämpliga är 1 N 4006 och BA 148. Utan att vilja obetingat binda mig vid en baämd förklaring, som mycket väl kan vara felaktig, är för när- varande den bästa förklaringen den, att det avgörande är backspän- ningens snabbhet.Using TCA 280 A as above, the values of the components used are as follows: H10 - 4.7 Kmow 01 = 1000 1111 = 10-15 Ko .. 02 = 1 f '1212 - 11 ~ 1o 05 = 2.2 "H15 = 150 K: 111 - 1N 4006 B14 = 680 Ko na = 1N 14148 B15 - 100 Kn 1: 5 - now - 1N 4006 B16 - aa m 1217 = 47 a A detail surprising to those skilled in the art is the connection of diodes D5 and D4. In relation to the ignition pulses which are to activate the thyristors 56 and 57, they are in reverse voltage. Coincidence and an incorrectly inverted marking on a diode, which thereby became "incorrectly connected", led me to the insight of this beneficial effect. It has been shown that this connection provides an extraordinarily beautiful and interference-free ignition of thyristors, and in order to get the best effect, it also turns out that one should not have fine, expensive and fast diodes, but on the contrary cheap and slow. which proved to be suitable are 1 N 4006 and BA 148. Without wishing to bind me unconditionally to an official explanation ring, which may well be incorrect, is currently the best explanation, that the decisive factor is the speed of the reverse voltage.

Enligt min praktiska erfarenhet är det alltså viktigt att välja dioderna Dš och D4 i fig. 5, så att de ej är för snabba, eftersom man då får en ren tändning av tyristorerna. Effektutveck- lingen i tyristorerna kan ju schematiskt beräknas såsom integralen .J 7801640-9 ._ = 6 över spänningen däröver gånger strömmen. När en tyristor leder, är spänningsfallet över densamma försumbart. När den blockerar, är strömmen försumbar. Den effekt som kan styras är därför mycket beroende av egenskaperna hos de styrpulser som styr tyristorerna.In my practical experience, it is therefore important to select the diodes Dš and D4 in Fig. 5, so that they are not too fast, because then a pure ignition of the thyristors is obtained. The power development in the thyristors can of course be schematically calculated as the integral .J 7801640-9 ._ = 6 over the voltage above it times the current. When a thyristor leads, the voltage drop across it is negligible. When it blocks, the current is negligible. The power that can be controlled is therefore very dependent on the properties of the control pulses that control the thyristors.

Till saken hör också att en resolut pulsstyrning av tyristorerna tenderar att eliminera radiofrekvensstörningar. Med hänsyn till att tyristorerna är drosslade av motorlindningen, är det vidare tydligt att en så häftig strömrusning vid tyristortändningen att högfrekvensstörningar uppkommer knappast är tänkbar. Utförda praktiska försök att hitta radiostörningar stöder en dylik hypotes.It is also a matter of fact that a resolute pulse control of the thyristors tends to eliminate radio frequency interference. Considering that the thyristors are throttled by the motor winding, it is further clear that such a violent current surge during the thyristor ignition that high-frequency disturbances occur is hardly conceivable. Practical attempts to find radio interference support such a hypothesis.

Erfarenheten har visat att den avbildade kretsen gör det möjligt att styra tyristorer vid effektiva strömmar, som närmast utgör det dubbla av vad de enligt datablad är avsedda för och ändå få dem att fungera med så låg värmeutveckling att man i vart fall ej med blotta handen kan känna någon temperaturförhöjning. i Vid de utföranden som hittills försökte har styrspänningen erhållits genom att på motorns axel monterats en tachometergenera- tor. Tachometern kopplades till ett för fackmannen ganska självklart spänningsdelarnät med möjlighet att reglera vikten av tachometer- spänningen för styrspänningens storlek. Genom att reglera E11 i fig. 3 kan man sedan ställa in det hela så att ett nollvarvsläge erhålles, där nollgenomgångsdetektorns utsignal har ett toppvärde överensstämmande med den för nollvarv avsedda styrspänningen.Experience has shown that the imaged circuit makes it possible to control thyristors at efficient currents, which is almost double what they are intended for according to data sheets and still make them work with such low heat generation that you can at least not with your bare hand feel any temperature rise. In the versions that have been tried so far, the control voltage has been obtained by mounting a tachometer generator on the motor shaft. The tachometer was connected to a voltage divider network which is quite obvious to the person skilled in the art with the possibility of regulating the weight of the tachometer voltage for the magnitude of the control voltage. By regulating E11 in Fig. 3, it is then possible to set the whole so that a zero-speed position is obtained, where the output signal of the zero-crossing detector has a peak value corresponding to the control voltage intended for zero-speed.

Reglerförloppet går nu i princip ut på att en sänkt styr- spänning leder till att rampen till differentialförstärkaren för varje ramp under längre tid överstiger styrspänningen, varför pulsgeneratorn 53 avger fler pulser. Endast den första pulsen som kommer i en dylik serie tänder den av de båda tyristorerna som är tändbar, Resultatet blir tydligen tidigare tändning av tyristorn.The control process now basically means that a reduced control voltage leads to the ramp to the differential amplifier for each ramp for a longer period of time exceeding the control voltage, which is why the pulse generator 53 emits more pulses. Only the first pulse that comes in such a series ignites the one of the two thyristors that is ignitable. The result is apparently earlier ignition of the thyristor.

Tyristorn kommer då att leda under längre tid, motorn tillföras större effekt, får större vridmoment och går därför fortare, vilket leder till ökad, kompenserande styrspänning. En varvtalsreglering erhålles följámligen.The thyristor will then conduct for a longer time, the motor is supplied with greater power, gets greater torque and therefore runs faster, which leads to increased, compensating control voltage. A speed control is consequently obtained.

Genom att referensfasen är anordnad enligt ovan är det tyd- ligt att om bara en enda puls avges per 180°-period för strömmen, denna puls kommer att ligga ungefär vid nollgenomgången för spän- ningen R-S (se fig. 5). Kommer det fler pulser än en, så komer dessa med nödvändighet tidigare.Because the reference phase is arranged as above, it is clear that if only a single pulse is emitted per 180 ° period for the current, this pulse will be approximately at the zero crossing for the voltage R-S (see Fig. 5). If there are more pulses than one, these will necessarily come earlier.

Under de förhållanden som här råder är det ganska svårt att .1 7 7801640-9 göra en beräkning på vad strömmen i motorns lindningar visar för förlopp och vilken fasförskjutning den har i förhållande till spän- ningen. Han skulle få ta hänsyn till varvtalsberoende motelektro- motoriska krafter etc. och faktiskt bygga ut teorien för växel- strömsmotorn en hel del. Det skulle leda för långt att gå in på detta här, och vi nöjer oss med att konstatera, att strömkurvorna knappast i praktiken ser ut som i fig. 2 i den anförda svenska gpatentskriften 565 673, eftersom de skall passera genom induktanser.Under the conditions prevailing here, it is quite difficult to make a calculation of what the current in the windings of the motor shows for the course and what phase shift it has in relation to the voltage. He would have to take into account speed-dependent counter-electric-motor forces etc. and actually expand the theory of the AC motor a lot. It would go too far to go into this here, and we are content to state that the current curves hardly in practice look like in Fig. 2 of the cited Swedish patent specification 565 673, since they are to pass through inductances.

En inblick i problemens svårighetsgrad får man t.ex. från Shepherd: Thyristor Control of AC circuits (London 1977).An insight into the degree of difficulty of the problems is obtained e.g. from Shepherd: Thyristor Control of AC circuits (London 1977).

Fig. 4 visar resultatet av en mätning som gjorts med oscilloskop på punkten P i fig. 5. Den heldragna kurvan visar spänningsförloppet i punkten P, när tyristorerna är tillkopplade en ganska kort tidsandel. Större delen av tiden följer kurvan en sinusvåg motsvarande fasen S, ty tyristorerna är oledande och motorn går vid detta försök ganska sakta, så att knappast någon MMK är utvecklad över La. Strax innan spänningen mellan S och R har sin nollgenomgång kommer en av tyristorerna att bli ledande, och punkten P antar i stort sett spänningen R. Kurvan återgår till att följa S när strömmen haft nollgenomgång, något som på grund av att belast- ringen är väsentligen reaktiv inträffar efter spänningens nollgenom~ gång. Det kan konstateras, att när experimentet utföres så att tändningen sker tidigare (ej visat i figuren), släckningen sker senare och senare, tills, när motorns effekt är helt tillslagen, punkten P följer spänningen R större delen av tiden och strömmens nollgenomgång är fasförskjuten ungefär på samma sätt som vid en på normalt sätt inkopplad trefasmotor.Fig. 4 shows the result of a measurement made with an oscilloscope at point P in Fig. 5. The solid curve shows the voltage profile at point P, when the thyristors are connected for a rather short period of time. Most of the time the curve follows a sine wave corresponding to phase S, because the thyristors are non-conductive and the motor runs quite slowly in this attempt, so that hardly any MMK is developed over La. Just before the voltage between S and R has its zero crossing, one of the thyristors will become conductive, and the point P largely assumes the voltage R. The curve returns to following S when the current has had a zero crossing, which is due to the fact that the load is significant reactive occurs after the zero crossing of the voltage. It can be stated that when the experiment is performed so that the ignition takes place earlier (not shown in the figure), the extinguishing takes place later and later, until, when the engine power is fully switched on, the point P follows the voltage R most of the time and the zero crossing of the current is phase shifted approximately in the same way as with a normally connected three-phase motor.

Ovanstående beskrivning har varit inriktad på en enda fas.The above description has focused on a single phase.

Eftersom övriga faser är symmetriskt likadana, torde detta vara tillräckligt för uppfinningens förståelse. Det må vidare påpekas att, ehuru styrsystemet beskrivits med utgångspunkt från en bestämd koppling, vars data är hänförliga till en i marknaden lätt till- gänglig integrerad krets, detta ej avses begränsa uppfinningen, som givetvis låter sig materialisera på en mångfald sätt. Styrspänning- en har t.ex. angivits bestämd genom signalen från en linjär tacho- generator, vilket är lämpligt vid en ren varvtalsstyrning. Denna kan naturligtvis göras på en mängd ganska självklara sätt, exempel- vis genom att utgå från magnetisk avkänning av en med motoraxeln roterande magnet, som avkännes med en magnetometeravkännare, 7 8 01 6 4 0 - 9 8 varifrån en varvtalsberoende signal erhålles. Man kan vidare vilja styra motorn för att åstadkomma någon annan verkan än konstant varv- tal. Exempelvis kan styrvariabeln vara det av motorn utvecklade, mekaniska vridmomentet, mätt med någon lämplig sensor. Man kan även vilja ha ett mjukt startförlopp, vilket går att åstadkomma genom att som styrspänning använda 'en spänningar-amp av lämplig utform- ning.Since the other phases are symmetrically similar, this should be sufficient for the understanding of the invention. It should further be pointed out that, although the control system has been described on the basis of a specific connection, the data of which are attributable to an integrated circuit readily available on the market, this is not intended to limit the invention, which can of course be materialized in a variety of ways. The control voltage has e.g. is determined by the signal from a linear tacho generator, which is suitable for pure speed control. This can of course be done in a number of fairly obvious ways, for example by starting from magnetic sensing of a magnet rotating with the motor shaft, which is sensed with a magnetometer sensor, 7 8 01 6 4 0 - 9 8 from which a speed-dependent signal is obtained. You may also want to control the engine to achieve an effect other than constant speed. For example, the control variable may be the mechanical torque developed by the engine, measured with a suitable sensor. You may also want a smooth starting process, which can be achieved by using a voltage amp of a suitable design as the control voltage.

Vid en vidareutveckling enligt en ytterligare aspekt av uppfinningen har även insatts en bromsfunktion. Det är i och för sig välbekant att man kan få en trefasmotor att vända och gå åt motsatt håll, om man skiftar två faser., Avsikten med ifrågavarande vidareutveckling är emellertid i stället att få en förbättrad styr- ning av motorn, så att densamma även kan erhålla en mjuk inbromsning. _ Ett exempel på detta visas i fig. 5, som skall läsas sammanhang med fig. '1 och 5. Figuren visar styrningen för en enda faslindning av en motor, men fackmannen inser med ledning härav hur den andra av de faser som växlas vid bromsning skall kopplas samt att den tredje faslindningen ej behöver omkopplas. G och D styrkretsar tförda som i fig. 5. Förutom de i fig. 'I visade styrkretsarna är det alltså nödvändigt att anordna två ytterligare styrkretsar, varav den ena, betecknad D, är visad i figuren. I denna figur visas för övrigt också hur motorn kan bringas att styras genom en till densamma kopplad tachometer 40. Denna avger, beroende på varvtal, en ström av 0-140 /iA som lämpligen glättas med ej visade medel. För framåtfart inställes önskat varvtal på potentiometern 44 (som kan bytas mot en rampfunktion, om man önskar något särskilt startförlopp, t.ex. jämn acceleration av en hiss).In a further development according to a further aspect of the invention, a braking function has also been used. It is in itself well known that one can make a three-phase motor turn and go in the opposite direction, if one shifts two phases. However, the intention with the further development in question is instead to get an improved control of the motor, so that the same can obtain a soft deceleration. An example of this is shown in Fig. 5, which is to be read in conjunction with Figs. 1 and 5. The figure shows the control for a single phase winding of a motor, but the person skilled in the art realizes from this how the other of the phases which are switched during braking must be connected and that the third phase winding does not need to be switched. G and D control circuits are as shown in Fig. 5. In addition to the control circuits shown in Fig. 1, it is thus necessary to provide two further control circuits, one of which, designated D, is shown in the figure. This figure also shows how the motor can be controlled by a tachometer 40 connected to it. This emits, depending on the speed, a current of 0-140 / iA which is suitably smoothed by means not shown. For forward speed, the desired speed is set on the potentiometer 44 (which can be switched to a ramp function, if a special starting process is desired, eg even acceleration of an elevator).

Så länge nu inställt värde nätt och jämnt hålles, så kommer styl- kretsen C att avge styrpulser. Om potentiometern vridas ned, kommer styrspänningen till styrkretsen C att sjunka och söka drivra upp motorns varvtal, så att tachometern ger mera ström. Om potentiome- tern vrides upp, kommer styr-spänningen att stiga, så att styrkretsen C alldeles upphör att lämna några utpulser, varigenom strömbrytaren till lindningen Lo ej längre slår till. Om man nu vill ha en broms- effekt, är det tydligt art det är vid dylika tillfällen som den skall verka. En pulsfastställande krets UA, exempelvis bestående av en grindkrets styrd av en pulsförlängande krets med lämplig tids- konstant, kommer då att avge en ettsignal, så. snart som pulserna under signifikant tidsintervall uteblir. Denna styr två reläer 14-2 7201640-9 9 och 45, varav det förra urkopplar styrkretsen G och inkopplar styrkretsen D till strömbrytaren för Lo. Det senare reläet 45 växlar fas från R till S för inkoppling till strömbrytaren. Vi kan lägga märke till att medan styrkretsen C erhåller en referens- fas från S och T, styrkretsen D erhåller sin referensfas från R och T. Vi har därmed fullständig växling mellan R och S till motorn, vilket tydligen medför riktningsändring för motorns driv- ning. g När nu styrkretsen C upphör att avge pulser, kommer puls- fastställaren 41 att driva reläerna 42 och 45, så att de slår om.As long as the set value is now kept neat and even, the style circuit C will emit control pulses. If the potentiometer is turned down, the control voltage to the control circuit C will drop and try to drive up the motor speed, so that the tachometer provides more current. If the potentiometer is turned up, the control voltage will rise, so that the control circuit C completely ceases to leave any pulses, whereby the switch to the winding Lo no longer switches on. If you now want a braking effect, it is clear that it is on such occasions that it should work. A pulse determining circuit UA, for example consisting of a gate circuit controlled by a pulse extending circuit with a suitable time constant, will then emit a one signal, so. as soon as the pulses are absent during significant time intervals. This controls two relays 14-2 7201640-9 9 and 45, the former of which disconnects the control circuit G and connects the control circuit D to the switch for Lo. The latter relay 45 switches phase from R to S for connection to the switch. We can notice that while the control circuit C receives a reference phase from S and T, the control circuit D receives its reference phase from R and T. We thus have complete switching between R and S to the motor, which apparently entails a change of direction for the motor drive . g Now that the control circuit C stops emitting pulses, the pulse detector 41 will drive the relays 42 and 45 so that they switch.

Styrkretsen D är hela tiden i gång och har en styrspänning, unge- fär motsvarande den som styrkretsen C hade vid omslag. En drivkraft kommer därigenom att ges motorn i motsatt riktning mot den förut- vrande. Genom inverkan av motståndet 46 och kondensatorn 47 kommer nu denna spänning att sjunka och bromskraften därmed att gradvis öka, något som ger fördelaktig, graduellt verkande bromsverkan.The control circuit D is constantly running and has a control voltage, approximately corresponding to that which the control circuit C had at the time of wrapping. A driving force will thereby be given to the engine in the opposite direction to the previous one. By the action of the resistor 46 and the capacitor 47, this voltage will now drop and the braking force will thereby gradually increase, which gives a favorable, gradually acting braking effect.

Hela tiden är emellertid styrkretsen C inkopplad på ingångs- sidan. Detta medför att när motorn kommer ned i önskat och via inställningen av potentiometern 44 begärt varvtal, styrkretsen C kommer att ånyo avge pulser. Detta kommer att medföra att pulsfast- ställarkretsen 41 kommer att reagera på att det finns pulser på dess ingång,och detta leder till att reläerna 42 och 43 faller.At all times, however, the control circuit C is connected on the input side. This means that when the motor reaches the desired speed and via the setting of the potentiometer 44 the requested speed, the control circuit C will again emit pulses. This will cause the pulse detector circuit 41 to respond to the presence of pulses at its input, and this will cause the relays 42 and 43 to drop.

Motorn återgår till att erhålla framåtdrivning igen. - Vid ett normalt bromsförlopp kommer styrkretsarna C och D sålundaett verka växelvis, tills inbromsningen är färdig.The engine returns to receiving propulsion again. During a normal braking process, the control circuits C and D will thus operate alternately, until braking is complete.

Det är tydligt att både startverkan och bromsverkan kan styras även på andra sättmed hjälp av särskilt anordnade styrspän- ningar. Vid t.ex. en hiss är det bästa att kuna anordna en likfor- mig acceleration till marschfarten med hjäp av ett konstant vrid- moment för motorn och därefter hålla marschfarten tills hissen skall inbromsas, och då vill man ha ett konstant bromsmoment för likformig deceleration. Ett dylikt uppträdande av ett hissmaskineri är det behagligaste och för övrigt det skonsammaste för dess meka- niska detaljer. Med ledning av det nu sagda under hänvisning till fig. 5 kan fackmannen genom lämpliga och i beroende av förekommande maskineris egenskaper avvägda konstruktionsåtgärder utan stor svå- righet uppnå ett dylikt mål.It is clear that both the starting action and the braking action can also be controlled in other ways with the help of specially arranged control voltages. At e.g. an elevator is the best to be able to arrange a uniform acceleration to the cruising speed with the help of a constant torque for the engine and then keep the cruising speed until the elevator is to be decelerated, and then you want a constant braking torque for uniform deceleration. Such behavior of an elevator machinery is the most comfortable and, moreover, the most gentle for its mechanical details. With reference to what has now been said with reference to Fig. 5, the person skilled in the art can achieve such a goal without great difficulty, balanced by suitable and balanced properties of existing machinery.

Genom uppfinningen är det möjligt att använda vanliga växel- strömsmotorer vid varvtalsreglering, och i många fall kan det vara lämpligt att bygga in en anordning enligt uppfinningen i befintliga 7801640-9 ...__ __, _ _ .,V--... anordningar. Man behöver bara tänka på vikten av att hålla mycket välbestämda skärhastigheter, när det gäller skärande bearbetning med moderna material och verktyg för att inse vikten av en möjlig- het att utan allt för höga kostnader åstadkomma en modernisering av annars obsoleta verktygsmaskiner.By means of the invention it is possible to use ordinary alternating current motors for speed control, and in many cases it may be suitable to incorporate a device according to the invention in existing 7801640-9 ...__ __, _ _., V --... devices. One only needs to think about the importance of maintaining very well-defined cutting speeds, when it comes to cutting machining with modern materials and tools, to realize the importance of an opportunity to achieve a modernization of otherwise obsolete machine tools without excessive costs.

Den teoretiska förklaringen till föreliggande uppfinnings verkningssätt har endast antytts i det föregående och är strängt taget inte alldeles förstådd, emedan den framkommit icke genom teo- retiska a priori-kalkyler utan genom eget experimenterande. Uppfin- ningens förtjänst ligger emellertid inte på det teoretiska planet utan i att den medför en enkel och ganska billig reglering. Resulta- tet bevisar metodens riktighet.The theoretical explanation for the operation of the present invention has only been hinted at in the foregoing and is strictly speaking not entirely understood, since it has emerged not from theoretical a priori calculations but from one's own experimentation. However, the merit of the invention does not lie on the theoretical level but in the fact that it entails a simple and fairly inexpensive regulation. The result proves the correctness of the method.

Claims

7801640-9 11 * "l" * 2 2 2 "'Patent claim

Current-time-controlled control device for a short-circuited, multi-phase asynchronous motor, wherein in series with each phase winding (La, Lb, Lc) in the motor a controlled electronic switch is connected, so arranged that it only emits current through resp. the windings during a certain proportion of each period starting at a controllable time within each voltage half-period and ending at the zero value passage of the current, the controllable time being determined by a control signal (STYR) and is referred to as the zero crossing of the voltage , characterized in that for determining the zero crossing of the voltage for each phase, a voltage divider (R1-R2) is provided, the ends of which are connected to each of two of the phases and the dividing voltage of which constitutes a reference phase (REF), and a zero-pass detector (31), connected to resp. reference phase (REF) and whose output signal is arranged to determine an initial time, after which the said adjustable time is arranged to fall within resp. half-period.

Control device according to claim 1, characterized in that the three mains phase lines are triangularly connected (Fig. 1) to the motor and the said voltage parts consist of two resistors each (R1, B2), one end point of each voltage divider being connected to the one of the mains phases associated with the associated phase winding, while the other endpoint is connected to that of the three mains phases not associated with the phase winding in question, and the ratio between the resistance values of the two resistors is approximately 2.25.

3.R ﬂﬂ ßPÜE§ ﬁ n0 ﬁ Ü ﬁ DE according to claim 1 or 2, characterized in that the control signal (STYR) is a signal coming from a tachometer (H0) connected to the motor. BEFORE PUBLICATIONS: Sweden 313 871, 365 360 US 3,551,700, 3,714,468, 4,070,605 * '"" \ - __