DE1488765B2 - Einrichtung zum steuern der drehzahl eines dreiphasen synchronmotors - Google Patents
Einrichtung zum steuern der drehzahl eines dreiphasen synchronmotorsInfo
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- DE1488765B2 DE1488765B2 DE1965A0048116 DEA0048116A DE1488765B2 DE 1488765 B2 DE1488765 B2 DE 1488765B2 DE 1965A0048116 DE1965A0048116 DE 1965A0048116 DE A0048116 A DEA0048116 A DE A0048116A DE 1488765 B2 DE1488765 B2 DE 1488765B2
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Description
1 . . 2
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung löst, daß im Ringzähler jeweils ein Paar von logischen
zum Steuern der Drehzahl eines Dreiphasen-Syn- UND-Schaltungen mit ihren Ausgängen an einen
chronmotors in Abhängigkeit von der Impulsfolge- Stell- bzw. den Rückstelleingang jeweils einer bista-
frequenz eines Impulsgeneratörs, dessen Impulse bilen Schaltung angekoppelt sind, daß jeweils einer
einem Ringzähler zugeführt werden, der sich aus 5 von zwei Ausgängen der bistabilen Kippschaltungen
digital arbeitenden logischen Schaltungen und die- mit jeweils einem Eingang der einen logischen UND-
sen nachgeschalteten bistabilen Kippschaltungen zu- Schaltung der Paare von logischen UND-Schaltun-
sammensetzt, wobei vom Ringzähler drei um 120° gen verbunden ist, während jeweils der andere Aus-
gcgeneinander phasenverschobene Impulsfolgen aus gang der bistabilen Kippschaltungen mit jeweils einem
rechteckförmigen, jeweils 180° langen Impulsen über io Eingang der anderen logischen UND-Schaltung der
Verstärker phasenrichtig an die Motorwicklungen ab- Paare von logischen UND-Schaltungen verbunden
gegeben werden. ist, und daß zwischen den Ausgang einer logischen
Wie bekannt ist, werden Synchronmotoren in vie- UND-Schaltung eines der Paare von logischen UND-
len verschiedenen Fällen verwendet, die deren kon- Schaltungen und den Stelleingang der zugehörigen
stante Geschwindigkeitscharakteristik erfordern. In 15 bistabilen Kippschaltung eine logische ODER-Sehal-
einem hier interessierenden Anwcndungsfall des tung geschaltet ist, deren weiterer Eingang an einen
Synchronmotors wird dieser dazu verwendet, in Ausgang einen mit ihren Eingängen an jeweils einen
Video-Aufzeichnungsgeräten der Art, von denen Ausgang der bistabilen Kippschaltungen geschalteten
eines in dem USA.-Patent 3 017 462 beschrieben ist, weiteren logischen UND-Schaltung gekoppelt ist.
Abtastköpfe über ein bewegtes Magnetband zu be- 20 Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
wegen. In diesem Anwendungsfall muß die Geschwin- aus den nachfolgenden Beschreibungen eines Aus-
digkeit des Bandes in einer genauen Beziehung zu der führungsbeispiels an Hand der Figuren. Es zeigt
Geschwindigkeit des Motors stehen. Demzufolge ist Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Aus-
es in diesem oder ähnlichen Anwendungsfällen all- führungsform einer Einrichtung gemäß der vorlie-
gemeine Praxis, eine Analogspannung zu erzeugen. 25 genden Erfindung,
die die Zeitbasisabweichung der wiedergegebenen In- Fig. 2 ein Signalformdiagramm und ein rechtformation
darstellt, und diese Analogspannung einem eckiges Oszillatorausgangssignal und drei daraus abspannungsgesteuerten
Oszillator zuzuführen. Das geleitete Spannungen,
Ausgangssignal des Oszillators wird in drei um 120° Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer in
gegeneinander versetzte Spannungen aufgeteilt. Die 30 Fig. 1 als Block dargestellten Zähleinrichtung.
Erzeugung der drei Spannungen wird im allgemeinen Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung 10
durch die Verwendung von frequenzabhängigen zum Koppeln eines von einer Spannungsquelle !2
Netzwerken und linearen Verstärkern erreicht. Die gelieferten Steuersignals zu den Wicklungen eines
Verwendung solcher Netzwerke ist jedoch wegen Dreiphasensynchronmotors 14. Wie in der Beschrei-
deren schlechten Übergangsverhaltens, herrührend 35 bungseinleitung ausgeführt wurde, ist es in vielen
von der Amplitude, und Phasennichtlinearitäten im Anwendungsfällen erwünscht, die Geschwindigkeit
Hinblick auf die Frequenz unbefriedigend. Es wur- eines Dreiphasensynchronmotors entsprechend der
den auch Versuche unternommen, um die früheren Größe eines Analogspannungssignals zu steuern, das
Anordnungen durch Verringerung ihrer Kompliziert- beispielsweise das Zeitbasisabweichungssignal der
heit, ihrer Größe, ihres Gewichtes und ihres Strom- 40 wiedergegebenen Information darstellen kann. Der
Verbrauches zu verbessern und ihre Zuverlässigkeit Synchronmotor 14 ist von üblicher Konstruktion und
zu erhöhen. läuft mit einer konstanten Geschwindigkeit, die pro-
Es ist weiterhin bereits aus der deutschen Auslege- portional der Frequenz des angelegten Signals ist.
schrift 1 080 212 eine Einrichtung der eingangs ge- Die Einrichtung 10 ist dazu bestimmt, die Größe nannten Art bekanntgeworden. Bei dieser bekannten 45 des Analogspannungssignals in drei Spannungen umEinrichtung ist jeder der drei — als Haltekipper be- zuwandeln, die um 120" gegeneinander phasenverzeichneten — Kippstufen ein Impulszähler vorge- schoben sind und alle die gleiche Frequenz haben, schaltet. Diese Impulszähler sind zyklisch nach Art die proportional der Größe des Analogspannungseincs Ringzählers miteinander verknüpft. signals ist.
schrift 1 080 212 eine Einrichtung der eingangs ge- Die Einrichtung 10 ist dazu bestimmt, die Größe nannten Art bekanntgeworden. Bei dieser bekannten 45 des Analogspannungssignals in drei Spannungen umEinrichtung ist jeder der drei — als Haltekipper be- zuwandeln, die um 120" gegeneinander phasenverzeichneten — Kippstufen ein Impulszähler vorge- schoben sind und alle die gleiche Frequenz haben, schaltet. Diese Impulszähler sind zyklisch nach Art die proportional der Größe des Analogspannungseincs Ringzählers miteinander verknüpft. signals ist.
Bei der bekannten Einrichtung bestehen die den 50 Der Ausgang der Quelle 12 für das Analogspan-Ringzähler
bildenden Impulszähler aus Glimm- nungssignal ist mit der Eingangsklemme der Einrichlampen-KippschalUingen
in Verbindung mit Konden- tung 10 verbunden. Die Eingangsklemme der Einsatorladekreisen.
Es handelt sich dabei nicht um Zäh- richtung 10 ist andererseits mit dem Eingang eines
ler im eigentlichen Sinn, sondern genauer um Men- ■ spannungsgesteuerten Oszillators oder Zeitgebers 16
genmesser, welche eine Menge —nämlich die La- 55 verbunden. Der Oszillator 16 kann einen im wesentdungsmenge
des Kondensators in eine andere liehen üblichen Aufbau haben und muß für die
Größe — im speziellen Fall der bekannten Einrich- Zwecke der vorliegenden Erfindung lediglich eine
tung in eine Anzahl von Impulsen — überführt. Charakteristik haben, die bwirkt, daß er eine Folge
Derartigen Anordnungen halten gewisse Nachteile von Impulsen oder nichtsinusförmigen Ausgangs-
an, die vor allem in Ziindspannungsschwankungen 60 Signalen liefert, deren Frequenz proportional der
der Glimmlampen zu sehen sind. Amplitude der dem Oszillator zugeführten Spannung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- ist. Es wird angenommen, daß das von dem Oszilla-
grunde, die sich aus den angegebenen Ungenauig- tor 16 gelieferte Ausgangssignal eine Frequenz von
keiten der bekannten Einrichtung ergebenden Nach- (SF0 hat. Das Ausgangssignal ist in Fig. 2(«) darge-
teilc zu vermeiden, so daß genau definierte Impulse 65 stellt. Der Ausgang des Oszillators 16 ist über eine
erhalten werden. DilTerenzier- oder Filterschaltung 17 mit dem Ein-
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der ein- gang eines Zählers 18 verbunden. Die DilTercnzier-
gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch ge- schaltung 17 liefert einen Taktimpuls in bezug auf
die Rückflanke jeder positiven Halbwelle des Oszillatorausgangssignals.
Der Zahler 18 sollte vorzugsweise ein 2N-Zähler sein, wobei N die Anzahl der
Phasen des zu steuernden mehrphasigen Synchronmotors ist. Im vorliegenden Fall wird angenommen,
daß ein Dreiphasensynchronmotor verwendet wird und demzufolge der Zähler 18 vorzugsweise ein bis
sechs iählender Zähler ist.
Dei Zähler 18 enthält drei bistabile Anordnungen, die übliche setz- und rücksetzbare Flip-Flop-Schaltungenßl,
B 2 und B 3 sein können und von denen jede eine Setz- und eine Rücksetzeingangsklemme
und einen direkten und einen inverscn Ausgang hat. Mit der Setz- und der Rücksetzeingangsklemme der
bistabilen Anordnung öl sind UND-Schaltungen 20 bzw 22 verbunden. Mit der Setz- und der Rücksetzeingangsklemme
der bistabilen Anordnung B 2 sind UND-Schaltungen 24 bzw. 26 verbunden. Mit der
Rücksetzeingangsklemme der bistabilen Anordnung B3 ist eine UND-Schaltung28 verbunden, und eine
UND-Schaltung 30 ist über eine ODER-Schaltung 32 mit deren Setzeingangsklemmc verbunden. Der Ausgang
der Differenzierschaltung 17 ist mit dem Eingang jeder der UND-Schaltungen 20, 22, 24, 26, 28
und 30 verbunden. Die folgenden logischen Gleichungen bestimmen die zusätzlicchen Eingangssignale
für jede der mit den Setz- und Rücksetzeingangsklemmen der bistabilen Anordnungen verbundenen
UND-Schaltungen.
= Β1Ή2Β3
= B1jB1B~3
35
RB1 = BIB2U3
Als Folge der Verbindung der bistabilen Anordnungen des Zählers 18 entsprechend den logischen
Gleichungen bestimmt die folgende Wertetabelle die aufeinanderfolgenden Zählerstände:
45
Ό | Bi | Bi | Ί | B3 | |
Bl | Bl | 0 | 0 | Bl | 1 |
0 | 1 | 1 | 0 | 1 | T |
0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
1 | 1 | ] | |||
55
Im Zusammenhang mit der Wertetabelle wird darauf hingewiesen, daß ein Zustand mit lauter Nullen
oder lauter Einsen verboten ist. Um sicherzustellen, daß keiner von diesen beiden Zuständen auftritt,
wenn dem System zum ersten Mal Strom zugeführt wird, wird ein zweites Eingangssignal für die ODER-Schaltung
34 vom Ausgang des Auslöseimpulsgenerators 34 abgeleitet, dessen Eingang mit dem Ausgang
einer UND-Schaltung 38 verbunden ist. Die inversen Ausgänge der bistabilen Anordnungen B 1.
/?2 und /?3 sind alle mit den Eingängen der UND-Schaltung
38 verbunden. Als Ergebnis dessen würde die UND-Schaltung 38 bewirken können, daß der
Auslöseimpulsgenerator 34 die Anordnung ß 3 über die ODER-Schaltung 32 setzt, wenn alle bistabilen
Anordnungen immer in der Nullage wären.
Fig. 2 zeigt die Form der Ausgangssignale, die
von den bistabilen Anordnungen des Zählers 18 geliefert werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die
Frequenz des von der Anordnung B1 gelieferten
Ausgangssignals gleich F11, d. h. ein Sechstel der Frequenz
, des Oszillatorausgangssignals ist. Ebenso haben die von den Anordnungen B2 und B3 gelieferten
Ausgangssignalc eine Frequenz /·"„. Wie jedoch
aus den Fig. 2(c) und 2(d) entnommen werden kann, sind die von den Anordnungen B 2 und B 3
gelieferten Ausgangssignale gegenüber dem von der AnordnungBl gelieferten Ausgangssignal um 120
bzw. 240 phasenverschoben. Die genaue Phasenbeziehung zwischen den von den bistabilen Anordnungen
gelieferten Ausgangssignalen ist dadurch sichergestellt, daß die Umschaltung der bislabilen
Anordnungen durch eine einzige Ouellc ausgelöst wird. Außerdem ist die Symmetrie der von den bistabilen
Anordnungen gelieferten Ausgangssignalform ebenfalls sichergestellt.
Die direkten Ausgänge aller bistabilen Anordnungen Bl, B2 und B3 sind mit den Eingangsklcmmen
von Verstärkern 40 verbunden. Jeder Verstärker kann eine nichtlineare (Schall-) Anordnung sein, die
so arbeitet, daß sie die damit gekoppelte Motorwicklung zwischen ein Gleichstrompotential und Masse
schaltet. Das heißt, wenn das von einer bistabilen Anordnung gelieferte Ausgangssignal einen positiven
Wert hat, dann legt der Verstärker die entsprechende Motorwicklung an eine Gleichspannungsquelle. Andererseits
wird die entsprechende Motorwicklung mit Masse verbunden, wenn die bistabile Anordnung in
einen zweiten Zustand umgeschaltet ist, so daß ihr Ausgang z. B. auf Massepotential liegt.
Auf diese Weise arbeitet die Einrichtung der Fig. 1 so, daß sie drei Rechteckspannungen an die
Wicklungen des Synchronmotors 14 liefert. Obwohl ein im wesentlichen reiner sinusförmiger Strom in
jeder der Motorwicklungen erforderlich ist, wenn eine präzise Rotationssteuerung eines Motors der betrachteten
Art erreicht werden soll, ergibt die Zuführung von rechteckförmigen Spannungen zu den Motorwicklungen
in Wirklichkeit die Fortpflanzung von im wesentlichen sinusförmigen Strömen einer Grundfrequenz
in den Wicklungen. Eine nahezu vollständige Beseitigung aller Harmonischen kann aus verschiedenen
Gründen erwartet werden. Zum Beispiel werden alle geradzahligen Harmonischen infolge der
völligen Symmetrie der den Motorwicklungen zugeführten rechteckförmigen Signale beseitigt. Die dritten
harmonischen Spannungskomponenten werden wegen der genau 120" betragenden Phasenverschiebung
zwischen den den Wicklungen zugeführten Signalen phasenrichtig zugeführt. Die Wirkung der
fünften und der höheren Harmonischen auf die Molordrehung ist vernachlässigbar (I) wegen dor relativ
kleinen Spannungsamplitude der Harmonischen höherer Ordnung — es sei daran erinnert, daß geradzahlige
Harmonische überhaupt nicht vorhanden sind —, (2) wegen der hohen Impedanz der Motorwicklungen
bei diesen höheren Frequenzen und (3) wegen der Unfähigkeit der rotierenden Masse des
Motors, auf diese höheren Frequenzen anzusprechen. Es wird nunmehr auf Fig. 3 hingewiesen, die
schematisch eine Schaltungsanordnung des Zählers 18 der Fig. 1 zeigt. Jede der bistabilen Anordnungen
des Zählers 18 ist gleich und enthält zwei PNP-Transistoren. So enthält die Anordnung ß1 die Transistoren
Q\ und Q 2. die Anordnung B 2 die Transi- S stören Q3 und QA und die Anordnung ß3 die Transistoren
QS und Q 6. Die Basis jedes der Transistoren
Q\ und Q 2 ist über einen Widerstand R 1 mit einer
positiven Spannungsquelle, -i 12VoIt, und über in
Reihe geschaltete Widerstände R 2 und R 3 mit einer negativen Spannungsqucllc, -12VoIt. verbunden.
Der [imitier jedes der Transistoren Q1 und Ql ist
mit einer dazwischenliegenden Bezugsspannung. wie Masse, verbunden, und der Kollektor jedes der Transistoren
ist verbunden mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 2 und R 3. Der Widerstand
R 2 verbindet den Kollektor des einen Transistors mit der Basis des anderen Transistors.. Die Basis
jedes der Transistoren ist außerdem mit der Kathode einer Diode /) 1 verbunden, deren Anode
über einen Kondensator C1 mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 16 verbunden ist.
Widerstände R A verbinden die bistabilen Anordnungen miteinander. Auf diese Weise sind die Basiselektroden
der Transistoren Q1 und Q2 in cntsprechender
Weise über verschiedene Dioden und Widerstände mit den Kollektoren der Transistoren ζ) 3 und
QA verbunden. In gleicher Weise sind die Basiselektroden ilcT Transistoren QS und Q6 mit den Kollektoren
der Transistoren Q1 und Q 2 verbunden. Die
Rückkopplung vom Kollektor jedes Transistors zu der Basis des zum selben Paar gehörigen anderen
Transistors über einen Widerstand/?2 stellt sicher,
daß immer ein Transistor in jeder Anordnung gesättigt ist. während der andere Transistor gesperrt ist.
Das Potential an der Kathode jeder der Dioden D I ist nahezu Massepotential oder etwa negativ. Andererseits
ändert sich die Spannung an der Anode der mit den Kollektoren der zugeordneten Transistoren,
wie des Transistors Q 3. verbundenen Dioden, wie der Dioden D\. von annähernd Massepotential, wenn
der Transistor Q2> im wesentlichen nichtleitend ist.
auf 11 Volt, wenn der Transistor Q 3 leitend ist.
Auf diese Weise wird eine Diode, wie die jeder Zählerstufe zugeordnete Diode Dl. stark rückwärts
vorgespannt, wenn der zugeordnete Transistor, wie der Transistor Q 3. im wesentlichen nichtleitend ist.
und wird nur schwach rückwärts vorgespannt, wenn der zugeordnete Transistor Q 3 im wesentlichen leitend
ist.
Der spannungsgesteuertc Oszillator oder Taktgeber 16 liefert über die (in Fig. 3 nicht dargestellte)
Differenzierschaltung 17 und die Kondensatoren Cl positive Taktimpulse an die Anoden aller Dioden.
Diese Taktimpulse spannen die nur etwas rückwärts vorgespannten Dioden in Vorwärtsrichtung vor. Die
zu den Basiselektroden der gesättigten Transistoren geleiteten positiven Taktimpulse sperren diese, haben
aber keine Wirkung, wenn sie auf die Basiselektroden bereits gesperrter Transistoren geleitet werden. Wenn
ein Transistor gesperrt ist. dann wird natürlich der andere mit ihm gekoppelte gesättigt.
Es wird nunmehr angenommen, daß die Transistoren Q2. QA und QS gesättigt sind und den in der
oben gezeigten Wertetabelle genannten Zustand 100 darstellen. Als Folge davon werden die mit den Basiselektroden
der Transistoren Ql, Q3 und Q6 verbundenen
Dioden stark rückwärts vorgespannt, während die mit den Basiselektroden der Transistoren
«22, QA und QS verbundenen Dioden nur leicht
rückwärts vorgespannt werden. Dadurch werden die Taktimpulse zu den Basiselektroden der Transistoren
Q2. QA und QS geleitet, aber nur der Transistor QA
wird umgeschaltet, da er als einziger dieser Transistoren in einem gesättigten Zustand ist. Als Folge davon
wird der Zustand 110 eingestellt. Die Zählerausgangssignale
können natürlich von den Kollektoren der Transistoren Q\, Q3 und Q5 abgenommen werden.
Der Transistor Q 7 erfüllte zusammen mit den Widerständen R 5, die die Kollektoren der Transistoren
Q 2. QA und Q6 mit ihm verbinden, die der Schaltung 38 und dem Impulsgenerator 34 der F i g. 1
zugeschriebene Funktion. Das heißt, wenn irgendeiner der Transistoren Q 2. QA und Q 6 gesperrt ist, so daß
seine Kollcktorspannung nahezu —12 Volt ist. dann ist die Spannung an der Basis des Transistors Q7
genügend negativ, um den Transistor Q7 offen zu
halten. Wenn andererseits alle drei Transistoren Q 2, QA und Q6 gesättigt sind, dann wird der Transistor
Ql leitend, verringert dadurch die Spannung an der
Basis des Transistors QS und bewirkt, daß dieser leitend und dadurch der Transistor Q 6 gesperrt wird.
Claims (1)
- Patentanspruch:Einrichtung zum Steuern der Drehzahl eines Dreiphasen-Synchronmotors in Abhängigkeit von der Impulsfolgefrequenz eines Impulsgenerator, dessen Impulse einem Ringzähler zugeführt werden, der sich aus digital arbeitenden logischen Schallungen und diesen nachgcschaltcten bistabilen Kippschaltungen zusammensetzt, wobei vom Ringzähler drei um 120' gegeneinander phasenverschobene Impulsfolgen aus rechteckförmigen, jeweils 180 langen Impulsen über Verstärker phasenrichtig an die Motorwicklungen abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringzähler (18) jeweils ein Paar von logischen UND-S'chaltungen (20. 22: 24. 26; 38, 30) mit ihren Ausgängen an einen Stell- bzw. den Rückstelleingang jeweils einer bistabilen Schaltung (ßl. B2. ß3) angekoppelt sind, daß jeweils einer von zwei Ausgängen der bistabilen Kippschaltungen (ßl. B2. B3) mit jeweils einem Eingang der einen logischen UND-Schaltung (20; 24: 28) der Paare von logischen UND-Schaltungen verbunden ist. während jeweils der andere Ausgang der bistabilen Kippschaltungen (ßl. B2. B3) mit jeweils einem Eingang der anderen logischen UND-Schaltung (22, 26. 30) der Paare von logischen UND-Schaltungen verbunden ist. und daß zwischen den Ausgang einer logischen UND-Schaltung (28) eines der Paare von logischen UND-Schaltungen (28? 30) und den Stelleingang der zugehörigen bistabilen Kippschaltung (ß3) eine logische ODER-Schaltung (32) geschaltet ist, deren weiterer Eingang an einen Ausgang einer mit ihren Eingängen an jeweils einen Ausgang der bistabilen Kippschaltungen (ßl. ß2. ß3) geschalteten weiteren logischen UND-Schaltung (38) gekoppelt ist.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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DE1488765A1 DE1488765A1 (de) | 1969-10-30 |
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-
1965
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- 1965-01-14 DE DE1965A0048116 patent/DE1488765B2/de active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
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GB1091530A (en) | 1967-11-15 |
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NL6500276A (de) | 1965-07-19 |
US3312885A (en) | 1967-04-04 |
FR1422491A (fr) | 1965-12-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |