CH683306A5

CH683306A5 - Anordnung zur Regelung elektronisch kommutierter Servomotoren.

Info

Publication number: CH683306A5
Application number: CH267/92A
Authority: CH
Inventors: Ralph Kennel
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1992-01-30
Publication date: 1994-02-15
Also published as: IT1254804B; ITMI920357A1; JPH0564493A; DE4105162A1; ITMI920357A0; DE4105162C2

Description

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CH 683 306 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung wenigstens eines Elektromotors nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Sie ist insbesondere für Anwendungen in modular aufgebauten Antriebssystemen vorgesehen, bei denen ein Versorgungsmodul mehrere Servoantriebe speist.

Stand der Technik

Aus der DE 3 113 909 ist eine Textilmaschine bekannt, bei weicher ein Umrichter mehrere Gruppen jeweils gleicher Motoren speist. Der Umrichter beinhaltet mehrere, jeweils eine Gruppe gleicher Motoren zugeordneter Wechselrichter. Die Speisung der Wechselrichter erfolgt durch einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis, der mittels einer eingangsseitig mit einem Wechselspannungsnetz verbundenen Gleichrichter bereitgestellt wird. Alle von den Wechselrichtern gespeisten Motoren laufen mit der gleichen Drehzahl. Die Ansteuerung der Wechselrichter erfolgt deshalb durch eine gemeinsame Ansteuerlogik. Zur Glättung der Zwischenkreis-Gleichspannung ist ein Kondensator vorgesehen. Weitere Massnahmen zur Stabilisierung der Zwischenkreis-Gleichspannung werden nicht ergriffen. Sie wird weder geregelt noch zu einem anderen Zweck erfasst. Schwankungen der Zwischenkreis-Gleichspannung werden nahezu unvermindert an die Motoren weitergegeben. Die Anordnung ist dadurch für eine unabhängige Einzelansteuerung der Motoren nicht geeignet. Im Falle eines voneinander unabhängigen Betriebes können die von den Motoren ausgehenden Rückwirkungen im Zwischenkreis zu erheblichen Spannungsschwankungen führen, welche sich auf die jeweils anderen Motoren auswirken.

Die Darstellung eines Umrichters mit konstanter Zwischenkreisspannung als eines von mehreren verschiedenen möglichen Antriebssystemen mit umrichtergespeisten Drehstrommotoren findet sich in Bild 1c der Schrift «Drehzahlveränderbare Drehstromantriebe mit Umrichtern», technische Akademie Esslingen, 1988, Kapitel 4, H. Auinger, Seiten 1 bis 4. Als Anwendungsschwerpunkte werden Einzel- oder Gruppenantriebe, zum Beispiel Werkzeugmaschinen, genannt. Die Ansteuerung der Wechselrichter erfolgt durch pulsbreitenmodulierte Signale. Zur Glättung der Zwischenkreisspannung sind Kondensatoren vorgesehen. Weitergehende Massnahmen zur Regelung oder zur Erfassung der Zwischenkreisspannung sind nicht beschrieben. Schwankungen der Zwischenkreis-Gleichspannung können sich deshalb ebenfalls auf das Verhalten der Motoren auswirken.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen wechselrichtergesteuerten Elektromotor, der vorzugsweise mit mehreren anderen Motoren von einer gemeinsamen Zwischenkreisspannung versorgt wird, eine vereinfachte und dabei eine verbesserte Regelgüte liefernde Steueranordnung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemässe Anordnung hat den Vorteil, dass auf eine Regelung der Zwischenkreisspannung verzichtet werden kann. Die zentrale Stromversorgungseinheit kann einfacher gestaltet werden. Die Notwendigkeit einer kontrollierten Gleichrichtung der eingangsseitigen Wechselspannung, wie beispielsweise mit Thyristoren, entfällt. Es genügt eine ungesteuerte Gleichrichtung der Netzspannung mittels Dioden. Aufgrund des vereinfachten Aufbaus der Stromversorgungseinheit ist diese weniger fehleranfällig und zudem kostengünstiger. Der Wert der Zwischenkreisspannng wird direkt an die den einzelnen Servomotoren zugeordneten Mikrorechner übermittelt, welche die übermittelten Werte in die Wechselrichtersteuerung einbeziehen. Der zusätzliche Aufwand zur Verarbeitung der Zwischenkreisspannungssignale in den einzelnen Servoantrieben ist gering, da die Antriebe ohnehin mit einem Mikrorechner ausgestattet sind. Die gesamte Anordnung aus Leistungsumformereinheit und Servoantrieben kann modular aufgebaut sein. Ist eine Wechselrichtereinheit fehlerhaft, kann diese leicht ausgewechselt werden. Das Auswechseln be-einflusst das Versorgungsmodul oder andere vom selben Versorgungsmodul gespeiste Wechselrichtereinheiten nicht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Regelanordnung ist in der Figur gezeigt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Die Figur zeigt ein Blockdiagramm einer Regelungsanordnung für mehrere von einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis gespeiste Servoantriebe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur zeigt eine erfindungsgemässe Regelungsanordnung schematisch als Blockschaltbild. Ein Gleichrichter 4 ist eingangsseitig mit einer Wechselspannungsquelle 20, hier einem Drehstromnetz, verbunden. Nachgeschaltete Wechselrichtereinheiten 1 sind mit Mikrorechnern 2 ausgerüstet. Die an der Ausgangsseite des Gleichrichters 4 anliegende Gleichspannung bildet den Gleichspannungszwischenkreis 7. Dieser speist mehrere Wechselrichtereinheiten 1, die ausgangsseitig jeweils einen kollektorlosen Elektromotor, insbesondere Servomotor versorgen. Jede Wechselrichtereinheit 1 beinhaltet einen Mikrorechner 2, der die Wechselrichtersteuersignale generiert. Die Wechselrichteransteuersignale sind vorzugsweise pulswei-tenmodulierte Signale. Der Mikrorechner ist aus-gangseitig mit den zugehörigen Wechselrichtern verbunden. Ein Spannungsteiler mit Widerständen 16 bis 18 dient zum Abgriff der Zwischenkreisspannung 7. Das abgegriffene Spannungssignal wird über einen Verstärker 15 einem Spannungs-Frequenz-Wandler 5 (VCO), im folgenden U/f-Wandler genannt, zugeführt. Dem U/f-Wandler 5 ist wahlweise ein erster Optokoppler 9 nachgeschaltet, dessen

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Ausgangssignal mehreren Zählern 10 zugleitet wird. In einer alternativen Ausführung wird das Ausgangssignal 8 des U/f-Wandlers 5 gleichzeitig mehreren Optokopplern 6 für die verschiedenen Wechselrichtereinheiten 1 zugeführt. Den Optokopplern 6 schliesst sich jeweils eine aus dem Zähler 10 und einem Register 11 bestehende Anordnung an. Zähler 10 und Register 11 werden durch ein Taktsignal 19, 19' getriggert. Über eine Datenleitung 12 greift der Mikrorechner 2 auf das Register 11 zu, in welches der Zähler 10 seine Daten ablegt. Der Rechner 2 dient zweckmässig auch zur Kontrolle und Regelung weiterer Motorbetriebsfunktionen. Ebenso erfolgt die Vorgabe von Betriebssollwerten für die Motoren 3 über den Rechner 2. Wechselrichtereinheit 1 mit Mikrorechner 2 sowie Zähler 10 und Register 11 sind vorteilhaft gemeinsam in einem Wechselrichtermodul angeordnet.

Die Funktionsweise der Anordnung ist wie folgt:

Die auf der Ausgangsseite des Gleichrichters 4 anliegende Zwischenkreisgleichspannung 7 wird zunächst in einfacher Weise einem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 16 bis 18 zugeführt. Der über den Widerstand 17 abfallende Teil der Zwischenkreisspannung 7 wird in einem Verstärker 15 geeignet verstärkt. Das von dem Verstärker 15 abgegebene Signal wird von dem U/f-Wandler 5 erfasst. Der Messabgriff der Zwischenkreisspannung kann an einer beliebigen Stelle des Zwischenkreises 7 erfolgen, es ist ferner nur ein einmaliger Messabgriff erforderlich. Der Linearitäts-bereich des U/f-Wandlers sollte die Schwankungsbreite der Zwischenkreisspannung 7 abdecken. Bei einem üblichen Dreiphasennetz ist dies ein Bereich zwischen 450 und 750 Volt. Der U/f-Wandler 5 erzeugt als Ausgangssignal 8 Impulszüge konstanter Länge, deren Frequenz f zur anliegenden Eingangsspannung proportional ist.

Dem U/f-Wandler 5 nachgeschaltet ist eine Vorrichtung zur Trennung der Potentiale von Zwischenkreisspannung 7 und Wechselrichtereinheit 1. Vorzugsweise werden dazu Optokoppler 9, 6 eingesetzt, möglich sind aber auch magnetische Koppler oder Transformatoren 6'. Zur allgemeinen Trennung des zwischenkreisseitigen Potentiales vom Potential der Steuerungsseite genügt prinzipiell ein einziger Optokoppler 9, der unmittelbar hinter dem U/f-Wandler 5 angeordnet ist. Dem Optokoppler 9 schliesst sich ausgangsseitig eine Zähler-/Register-einheit 10, 11 an, die wiederum mit allen Mikrorechnern 2 der Wechselrichtereinheiten 1 verbunden ist. Diese Lösung ist einfach und kostengünstig, bedingt aber, dass die Potentiale der Wechselrichtereinheiten 1 untereinander nicht entkoppelt sind. Vorteilhaft ist deshalb, jeder Mikrorechner-/Wechselrichterein-heit 2, 1 eine eigene Zähler-/Registereinheit 10, 11 mit jeweils einem eigenen Optokoppler 6 zuzuordnen. In diesem Fall kann das Ausgangsignal 8 des U/f-Wandlers 5 unmittelbar einem Optokoppler 6 zugeführt werden. Der Optokoppler 9 ist dann nicht zwingend erforderlich. Umgekehrt sind die Optokoppler 6 nicht zwingend erforderlich, wenn ein einzelner Optokoppler 9 vorgesehen ist.

In den den Optokopplern 9, 6 nachgeschalteten Zählern 10 wird das in Form eines Impulszuges eintreffende Signal der Zwischenkreisspannung 7 in einen digitalen Spannungswert umgewandelt. Hierzu zählt in einfacher Weise der Zähler 10 die Zahl der Impulse eines Impulszuges.

Das Ergebnis legt er in das Register 11 ab, auf welches der Mikrorechner 2 bei Bedarf über die Signalleitung 12 zugreift. Zähler 10 und Register 11 können von einer beliebigen Zeitbasis 19, 19' mit einer Taktfrequenz F getriggert sein. Vorzugsweise eignet sich dazu die in der Wechselrichtereinheit 1 gegebene Zeitbasis. Grundsätzlich ist lediglich die Bedingung zu erfüllen, dass die Frequenz F der Zeitbasis 19 sehr klein ist gegenüber der kleinst-möglichen Frequenz f des Ausgangssignales 8 des U/f-Wandlers 5. Wird eine Anordnung mit mehreren Optokopplern 6 gewählt, können die einzelnen Zäh-Ier-/Registereinheiten 10, 11 von Zeitbasen mit voneinander verschiedenen Frequenzen F getriggert sein. Die Schnittstellen zwischen Optokoppler 6 und Zähler 10 müssen nicht aufeinander synchronisiert sein.

Das im Register 11 abgelegte Zwischenkreis-spannungssignal wird über den Mikrorechner 2 unmittelbar in die Motorsteuerung übernommen. Der Mikrorechner berücksichtigt das Zwischenkreisspan-nungssignal bei der Berechnung der Wechselrichteransteuersignale. Dabei bleibt es dem Ermessen des Fachmanns überlassen, in welcher Weise genau das Signal in die Motorsteuerung einbezogen wird. So kann das Zwischenkreisspannungssignal insbesondere auch für die Steuerung weiterer Funktionen, wie beispielsweise zur Bestimmung der elektrischen Leistung genutzt werden. Die Anordnung aus Zähler 10 und Register 11 zur Umwandlung des Frequenzsignales 8 ist zweckmässig innerhalb des Mikrorechners 2 realisiert.

Es ist selbstverständlich, dass an Stelle eines Spannungsabgriffes der Zwischenkreisspannung 7 ein Stromabgriff gewählt werden kann. Statt eines U/f-Wandlers 5 ist dann ein l/f-Wandler einzusetzen. Auch ist es möglich, die Mikrorechner-/Wech-selrichtersätze 2, 1 in Gruppen aufzuteilen, wobei einer Gruppe eine gemeinsame Potentialtrennungseinrichtung vorgeschaltet ist, während den Mitgliedern der zweiten Gruppe jeweils eigene Potentialtrennungsvorrichtungen vorgeschaltet sind.

Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Regelung wenigstens eines mit Hilfe pulsbreitenmodulierter Signale ansteuerbaren kollektorlosen Elektromotors, mit einer eingangsseitig an eine Wechselspannungsquelle angeschlossenen Gleichrichtereinheit, einem Gleichspannungszwischenkreis, und wenigstens einer Wechseirich-tereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkreisspannung (7) gemessen und ein dem gemessenen Spannungswert entsprechendes Signal potentialfrei an die wenigstens eine Wechselrichtereinheit (1) übermittelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die/jede Wechselrichtereinheit (1) mit einem Mikrorechner (2) ausgerüstet ist, welcher das

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pulsbreitenmodulierte Ansteuersignal für die Wechselrichter eines Servomotors (3) in Abhängigkeit von dem an die Wechselrichtereinheit (1) übermittelten Wert der Zwischenkreisspannung (7) korrigiert.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Messung und Potentialtrennung des Zwischenkreisspannungswertes durch einen U/f-Wandler (5), der einen Impulszug mit einer der Spannung entsprechenden Frequenz abgibt, und wenigstens einen dem U/f-Wandler nachgeschalteten Optokoppler (6; 9) erfolgen.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Messung und Potentialtrennung des Zwischenkreisspannungswertes durch einen U/f-Wandler (5) und einen nachgeschalteten magnetischen Koppler oder Transformator (6') erfolgen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrorechner (2) vorgesehen ist, der das von dem U/f-Wandler (5) abgegebene Signal in einen digitalen, der gemessenen Zwischenkreis-Spannung entsprechenden Wert umwandelt.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung der von dem U/f-Wandler (5) abgegebenen Signale mittels eines in der Wechselrichtereinheit (1) angeordneten Zählers

(10) erfolgt, welcher die Zahl der in einem vorgegebenen Zeitintervall ankommenden Impulse summiert und in einem Register (11 ) ablegt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (10) und das Register

(11) von einer Zeitbasis (19, 19') der jeweils zugehörigen Wechselrichtereinheit (1 ) getriggert werden.

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