CH622137A5 - Arrangement for controlling the rotational speed and direction of rotation of a three-phase asynchronous motor - Google Patents
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Description
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der die im Zusammenhang mit der Drehrichtungsumkehr auftretenden The invention is based on the object of specifying an arrangement of the type described at the outset in which those occurring in connection with the reversal of the direction of rotation
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steue- 50 Kurzschlussprobleme fortfallen oder vernachlässigbar sind und rung der Drehzahl und der Drehrichtung eines Dreiphasen- die Umschaltung bei einer beliebigen Drehzahl ohne vorange-Asynchronmotors, der von einer regelbaren Gleichspannungs- hende Herunterregelung der Drehzahl vorgenommen werden Versorgung über eine Kurzschlussimpedanz und einen Wech- kann. The invention relates to an arrangement for controlling short-circuit problems, which are negligible and the speed and direction of rotation of a three-phase switchover at any speed without prior asynchronous motor, which are made by a controllable DC voltage-based down-regulation of the speed supply via a short-circuit impedance and a change.
selrichter gespeist ist, wobei die regelbare Gleichspannung bei Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Erreichen eines Stromgrenzwertes absenkbar ist, mit einem die 55 der Umsteuerschaltung eine Sperrvorrichtung zugeordnet ist, Drehzahl bestimmenden Frequenzgeber, mit einem vom Fre- welche die eingeleitete Umsteuerung bis zum Zeitpunkt der quenzgeber beeinflussten Zündsignalgenerator, der über nächstfolgenden Löschung der Wechselrichter-Umschaltele- The controllable direct voltage is achieved in that this object is achieved in that a current limit value can be reduced by means of a frequency transmitter determining the speed of the reversing circuit, with a frequency generator determining the reversal initiated by the operator until the point in time the ignition generator, which is influenced by the sequencer and which is triggered by the next deletion of the inverter switchover
Steuerleitungen mit paarweise in mindestens drei Zweigen in mente verhindert, und dass die Frequenz des Frequenzgebers Reihe angeordneten Wechselrichter-Schaltelementen verbun- proportional zur geregelten Gleichspannung geführt ist. Control lines with in pairs in at least three branches prevented, and that the frequency of the frequency transmitter series arranged inverter switching elements is connected in a non-proportional manner to the regulated DC voltage.
den ist, und einem ebenfalls vom Frequenzgeber beeinflussten &o Die Sperrvorrichtung sorgt dafür, dass der Umsteuervor-Löschsignalgenerator zum Aussteuern eines gemeinsamen gang jeweils mit einem Löschvorgang zusammenfällt oder Löschschaltelements für die Löschung der Wechselrichter- unmittelbar davor erfolgt. Der Zustand, dass beide Schaltele-Schaltelemente, und mit einer die Drehrichtung beeinflussen- mente eines Zweiges gleichzeitig leitend sind, tritt daher nicht den Umsteuerschaltung zum Vertauschen der Steuerleitung für oder höchstens in unschädlich kurzer Zeit auf. Eine Zerstörung die Wechselrichter-Schaltelemente wenigstens zweier Zweige. 6.5 der Schaltelemente ist daher ausgeschlossen. Ausserdem liegt and the one that is also influenced by the frequency generator. The blocking device ensures that the reversing pre-erase signal generator for controlling a common gear coincides with an erase operation or that erase switching elements for erasing the inverters occur immediately before. The state that both Schaltele switching elements and one branch influencing the direction of rotation are simultaneously conductive therefore does not occur to the reversing circuit for exchanging the control line for or at most in a harmlessly short time. Destruction of the inverter switching elements of at least two branches. 6.5 of the switching elements is therefore excluded. Also lies
Bei einer bekannten Anordnung dieser Art weist die der Motor unmittelbar nach dem Umsteuervorgang an Span- In a known arrangement of this type, the motor has voltage immediately after the reversing process.
Gleichspannungsversorgung einen als steuerbaren Gleichrich- nung führenden Klemmen, die ein der neuen Drehrichtung ent-ter ausgebildeten Zerhacker auf, der eine konstante Gleichspan- sprechendes Drehfeld hervorrufen. Da der Motor noch in der DC voltage supply to a terminal which leads as a controllable rectification and which opens a chopper which is designed in the new direction of rotation and which produces a constant DC-speaking rotating field. Since the engine is still in the
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alten Drehrichtung läuft, wirkt er als Generator und wird Zweige a, b und c auf, die je zwei in Reihe liegende Schaltele- runs in the old direction of rotation, it acts as a generator and opens branches a, b and c, each with two switching elements in series.
dementsprechend rasch gebremst. mente 15a und 16a, 15b und 16b sowie 15c und 16c aufweisen, accordingly braked quickly. have elements 15a and 16a, 15b and 16b and 15c and 16c,
Die beim Umsteuervorgang auftretenden hohen Ströme, zwischen denen die drei Phasenanschlüsse U, V und W abzwei- The high currents occurring during the reversal process, between which the three phase connections U, V and W
die zu einer Absenkung der regelbaren Gleichspannung führen, gen. Die Steuerelektroden der als gesteuerte Gleichrichter ergeben auch eine Herabsetzung der Frequenz. Dies ermög- 5 ausgebildeten Schaltelemente werden über Steuerleitungen 17 which lead to a lowering of the controllable DC voltage. 5 trained switching elements are made possible via control lines 17
licht das Hochlaufen des Asynchronmotors in der Gegenrich- mit hochfrequenten Zündimpulsen z versorgt. Weitere Teile tung, ohne dass höhere Ströme fliessen müssten, als sie durch des Wechselrichters, wie Freilaufdioden und dergleichen, sind die Maximalstrombegrenzung zugelassen werden, die in der der Einfachheit halber fortgelassen. If the asynchronous motor starts up in the opposite direction, it is supplied with high-frequency ignition pulses z. Further parts without the need to flow higher currents than those through the inverter, such as freewheeling diodes and the like, allow the maximum current limitation, which is omitted for the sake of simplicity.
Regel den Motorstrom etwa auf den normalen Vollaststrom Ein Löschkreis weist einen Kondensator 18, eine begrenzt. Ein Gefahr, dass infolge der Verzögerung des Lösch- io Umschwingdrossel 19, ein Löschschaltelement 20 in der Form Vorganges zu lange ein Kurzschlussstrom über die einzelnen eines gesteuerten Gleichrichters und eine Diode 21 auf. Die Zweige fliesst, ist durch die Verwendung der Sperrvorrichtung Steuerelektrode des Schaltelements 20 wird über eine Steuerausgeschlossen. Ieitung 22 von einem Löschimpulsgenerator 23 mit Löschim- Regulate the motor current approximately to the normal full-load current. An extinguishing circuit has one capacitor 18, one limited. There is a risk that, due to the delay of the quenching-reversing choke 19, a quenching switching element 20 in the form of an operation will result in a short-circuit current over the individual of a controlled rectifier and a diode 21 for too long. The branches flowing is controlled by the use of the blocking device control electrode of the switching element 20 is excluded. Line 22 from an erase pulse generator 23 with an erase
Eine besonders einfache Schaltung ergibt sich, wenn der pulsen 1 versorgt, die jeweils von einem Taktimpuls t ausgelöst Frequenzgeber jeweils zum Löschzeitpunkt einen Taktimpuls i s werden, also eine dem Sechsfachen der gewünschten Frequenz abgibt, der die Sperrvorrichtung freigibt. Auf diese Weise ist entsprechende Frequenz haben. A particularly simple circuit is obtained when the pulses 1 are supplied, the frequency transmitters triggered by a clock pulse t each become a clock pulse i s at the time of erasure, that is to say emits six times the desired frequency, which releases the blocking device. This way you have appropriate frequency.
der Synchronismus zwischen dem Löschvorgang und dem Die Taktimpulse t steuern ferner einen Zündsignalgenera- the synchronism between the erase process and the clock pulses t also control an ignition signal generator
Umsteuervorgang gegeben. Im einfachsten Fall ist der Taktim- tor, der eine beliebigen Aufbau haben kann und beispielsweise puls mit dem Löschimpuls identisch. Flipflops, Frequenzteiler, Zählerschaltungen usw. aufweisen Reversal process given. In the simplest case, the clock actuator, which can have any structure and, for example, pulse is identical to the erase pulse. Have flip-flops, frequency dividers, counter circuits, etc.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, 20 kann. An den Ausgängen entstehen Zündsignale u, v und w, die dass die Sperrvorrichtung in Abhängigkeit von einem zuge- den an den Ausgängen U, V und W gewünschten Phasenspan- In a preferred embodiment, 20 is provided. Ignition signals u, v and w are generated at the outputs, which mean that the blocking device is dependent on a phase voltage desired at the outputs U, V and W
führten Phasenumsteuersignal eines von zwei alternativ auftre- nungen entsprechen. Das Zündsignal w wird direkt, die Zünd- led phase change signal correspond to one of two alternate occurrences. The ignition signal w becomes direct, the ignition
tenden Umschaltsignalen abgibt, einen Signalwechsel aber nur signale u und v werden über eine Umsteuerschaltung 30 weiter- tends to switch signals, but a signal change but only signals u and v are forwarded via a changeover circuit 30.
bei der nächstfolgenden Löschung zulässt, und dass die geleitet. Sie werden alsdann teils direkt, teils über ein NICHT-Umsteuerschaltung pro umzusteuernden Zweig zwei elektroni- 25 Glied 32a, 32b bzw. 32c an Leitungen 31 a bis c und 33a bis c zur sehe Schaltglieder aufweist, in denen die Zündsignale je einer Abgabe der Zündimpulse in den Leitungen 17 weitergeleitet. at the next deletion, and that the headed. They are then, partly directly, partly via a NOT reversing circuit for each branch to be reversed, two electronic elements 32a, 32b and 32c on lines 31a to c and 33a to c to see switching elements in which the ignition signals each deliver the ignition pulses forwarded in lines 17.
Phase des Zündsignalgenerators nach einer UND-Funktion mit Beispielsweise können sie mit einem dauernd gesendeten je einem der beiden Umschaltsignale verknüpft werden. Durch Hochfrequenzsignal, z.B. 200 kHz, kombiniert werden. Dieses die Verknüpfung der Zündsignale mit den Umschaltsignalen Hochfrequenzsignal tritt daher in den Leitungen 17 immer und durch die zeitrichtige Abgabe der Umschaltsignale ist der 30 dann auf, wenn auch ein von den Zündsignalen u, v und w Phase of the ignition signal generator according to an AND function with, for example, they can be linked to one of the two changeover signals that is continuously transmitted. By high frequency signal, e.g. 200 kHz, can be combined. This linking of the ignition signals with the switchover signals high-frequency signal therefore always occurs in lines 17 and due to the timely delivery of the switchover signals the 30 occurs, even if one of the ignition signals u, v and w
Umsteuervorgang mit dem Löschvorgang synchronisiert. abhängiges Eingangssignal auf den Leitungen 31 a bis c und 33a Reversal process synchronized with the deletion process. dependent input signal on lines 31 a to c and 33a
Hierbei kann insbesondere die Sperrvorrichtung ein D-Flip- bis c vorhanden ist. In particular, the blocking device can have a D flip-up to c.
flop sein, dessen D-Eingang das Phasenumsteuersignal zuge- Die Umsteuerschaltung 30 weist für jede Phase zwei erste führt wird, dessen Takteingang ein Taktimpuls des Frequenzge- NAND-Glieder 37,38 und 39,40 sowie ein zweites NAND-bers zugeführt wird und an dessen beiden Ausgängen die bei- 35 Glied 41 und 42 auf. Ferner ist eine Sperrvorrichtung 43 in der den Umschaltsignale abgenommen werden. Das Phasenum- Form eines D-Flipflops vorgesehen, dess D-Eingang über einen steuersignal kann beispielsweise ein Rechtecksignal mit dem Schalter 44 wahlweise an Masse oder an die Spannung einer Wert 1 für die eine Drehrichtung und dem Wert 0 für die Spannungsquelle 45 gelegt ist, so dass dem D-Eingang ein Pha-andere Drehrichtung sein. senumsteuersignal p zugeführt wird, das den Wert 1 für die eine Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich- 40 Drehrichtung und den Wert 0 für die andere Drehrichtung hat. nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die jedem der beiden Werte ist ein Umschaltsignal s 1 am Q-Aus-einzige Figur zeigt ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungs- gang bzw. s2 am Q-Ausgang zugeordnet. Eine Umschaltung an gemässen Anordnung. den Ausgängen erfolgt jedoch erst beim Auftreten eines Takt-Eine regelbare Gleichspannungsversorgung 1 wird mit kon- impulses p am Takteingang cl. Das bedeutet, dass das Phasen-stanter Gleichspannung U= gespeist. Ein Serienregeler 2 weist 45 umsteuerungssignal p zu einem beliebigen Zeitpunkt gegeben einen als Zerhacker arbeitenden gesteuerten Gleichrichter 3 werden kann, ein Wechsel der Umschaltsignale sl und s2 auf, dessen Steuersignale von einem Steuergerät 4 derart zuge- jedoch erst beim Auftreten des Taktimpulses t erfolgt, der führt werden, dass Gleichstromimpulse unterschiedlicher gleichzeitig über dem Löschsignalgenerator 23 die Löschung Breite und/oder Frequenz hindurchgelassen werden. Nachge- bewirkt. In Abhängigkeit von diesen Umschaltsignalen sl und schaltet ist ein Glättungskreis, der eine Längsdrossel 5 und 50 s2 sind entweder die NAND-Glieder 37 und 39 oder die einen Querkondensator 6 aufweist. Infolgedessen entsteht eine NAND-Glieder 38 und 40 wirksam, so dass der Zweig a wahlregelbare Gleichspannung U1. Diese wird normalerweise weise vom Zündsignal u oder v und der Zweig b wahlweise vom einem Sollwert nachgeführt, der über eine Einsteilvorrichtung Zweig v oder u gesteuert wird, was einer Drehrichtungsumkehr 7 am Steuergerät 4 vorgegeben ist. Wenn jedoch der Strom im entspricht System einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, was durch 55 be flop, whose D input supplies the phase changeover signal. The changeover circuit 30 has two first leads for each phase, the clock input of which is supplied with a clock pulse from the frequency changeover NAND gates 37, 38 and 39.40 and a second NAND bers the two outputs of the 35 links 41 and 42. There is also a blocking device 43 in which the changeover signals are removed. The phase form of a D flip-flop is provided, the D input of which can be connected to a control signal, for example a square wave signal with the switch 44 either to ground or to the voltage of a value 1 for one direction of rotation and a value 0 for the voltage source 45. so that the D input will be a Pha-different direction of rotation. Senumsteuersignal p is supplied, which has the value 1 for one. The invention is described below with reference to one in the drawing direction and the value 0 for the other direction. voltage illustrated embodiment explained in more detail. Each of the two values is a changeover signal s 1 at the Q-Out-only figure shows a simplified circuit diagram of the inventive gear or s2 at the Q-output. A changeover according to the arrangement. However, the outputs only take place when a clock occurs. A controllable DC voltage supply 1 is supplied with a pulse p at the clock input cl. This means that the phase-constant DC voltage U = is fed. A series controller 2 has 45 reversal signal p at any time, a controlled rectifier 3 operating as a chopper can be given, a change in the changeover signals sl and s2, whose control signals from a control unit 4 only occur when the clock pulse t occurs, which are led that DC pulses of different at the same time the erase width and / or frequency are passed through the erase signal generator 23. After effect. Depending on these switching signals sl and switches is a smoothing circuit which is a series choke 5 and 50 s2, either the NAND elements 37 and 39 or which has a transverse capacitor 6. As a result, a NAND gate 38 and 40 is effectively created, so that the branch a selectable DC voltage U1. This is normally tracked by the ignition signal u or v and the branch b optionally from a desired value, which is controlled by an adjusting device branch v or u, which is predetermined by a reversal of the direction of rotation 7 on the control unit 4. However, if the current in the corresponding system reaches a predetermined limit, which is indicated by 55
den Spannungsabfall an einem Messwiderstand 8 festgestellt Es sei angenommen, dass das Umschaltsignal sl vorhanden werden kann, regelt das Steuergerät 4 die Spannung U1 soweit )st- Dann arbeitet die Schaltung so, dass die Phasenspannungen herab, dass keine übermässigen Ströme auftreten können. Von 'n der Reihenfolge U, V und W auftreten. Wird der Schalter 44 the voltage drop across a measuring resistor 8 is determined. It is assumed that the switchover signal sl can be present, the control device 4 regulates the voltage U1 to the extent). Then the circuit works in such a way that the phase voltages decrease so that no excessive currents can occur. From 'n the order U, V and W occur. If the switch 44
der Spannung U1 ist auch ein Frequenzgeber 9 abhängig, der umgelegt, so ergibt sich beim nächsten Taktimpuls t ein Wech-Taktimpuls t mit dem Sechsfachen der gewünschten, zur Span- 60 sel des Umschaltsignals auf s2. Nunmehr erfolgt die Steuerung nung U1 passenden Frequenz abgibt. Dieser Frequenzgeber 9 der Phasenspannungen in der Reihenfolge V, U, W, was einer hat die Form eines bekannten spannungsgesteuerten Oszilla- < Umkehr des Drehfelder im Motor 14 gleichkommt. Da die tors (VCO). Umschaltung im Löschaugenblick erfolgt, ist kein Kurzschluss The voltage U1 is also dependent on a frequency generator 9, which switches over, so that at the next clock pulse t there is an alternating clock pulse t with six times the desired frequency for switching the switching signal to s2. Now the control is carried out at a suitable frequency. This frequency generator 9 of the phase voltages in the order V, U, W, which is equivalent to a form of a known voltage-controlled Oszilla- <reversal of the rotating fields in the motor 14. Because the tors (VCO). Switching over at the instant of extinguishing is not a short circuit
Über eine Kurzschlussimpedanz 10, die mittels einer Trans- in den Zweigen a, b und c zu befürchten. Sofort nach dieser formatorwicklung 11 und eines Gleichrichters 12 auch der 65 Umschaltung arbeitet der Motor als Generator und wird daher Via a short-circuit impedance 10, which must be feared by means of a trans in branches a, b and c. Immediately after this formator winding 11 and a rectifier 12 also the 65 switchover, the motor works as a generator and is therefore
Energierückgewinnung beim Löschvorgang dient, ist ein gebremst. Wegen der auftretenden Ströme wird die Spannung Energy recovery during the extinguishing process is slowed down. Because of the currents occurring, the voltage
Wechselrichter 13 angeschlossen, der einen Dreiphasen- U1 herabgeregelt, wodurch auch die Frequenz des Frequenz- Inverter 13 connected, which down-regulated a three-phase U1, whereby the frequency of the frequency
Asynchronmotor 14 speist. Der Wechselrichter weist drei gebers 9 abnimmt. Sobald der Motor 14 zum Stillstand gekom- Asynchronous motor 14 feeds. The inverter has three encoder 9 decreases. As soon as the motor 14 comes to a standstill
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men ist, fährt er sofort im Gegensinn wieder hoch, wobei die Spannung U1 und die Frequenz bis zum gewünschten Sollwert wieder zunehmen. men, it immediately starts up again in the opposite direction, whereby the voltage U1 and the frequency increase again until the desired setpoint is reached.
Abwandlungen sind in vielerlei Richtung möglich. Beispielsweise kann die Sperrvorrichtung auch durch einen Löschimpuls ausgelöst werden. Die NAND-Glieder können auch durch UND-Glieder und umgekehrt ersetzt werden, wenn die Schaltung entsprechend angepasst wird. Modifications are possible in many different directions. For example, the blocking device can also be triggered by an erase pulse. The NAND gates can also be replaced by AND gates and vice versa if the circuit is adapted accordingly.
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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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