DE2508546B2

DE2508546B2 - Kollektorloser Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2508546B2
Application number: DE2508546A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. 8500 Nuernberg Liska
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-02-27
Filing date: 1975-02-27
Publication date: 1978-03-30
Also published as: US4047081A; BE838967A; IT1055375B; JPS6111079B2; NL7512912A; JPS51110615A; FR2302617A1; DE2508546A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit Ständerwicklungen, die über eine aus einer Brückenschaltung mit steuerbaren ersten Halbleiterschaltern bestehenden Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Rotorstellung an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind, mit einem zweiten Halbleiterschalter, der zwischen die Brückenschaltung und den einen Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet ist und der synchron zu den Einschaltimpulsen für die Halbleiterschalter während der Kommutierungszeitpunkte die ersten Halbleiterschalter von der Gleichspannungsquelle trennt.

Ein derartiger kollektorloser Gleichstrommotor ist aus der DT-AS 12 08 803 bekannt. Bei diesem bekannten kollektoriosen Gleichstrommotor enthält die Kommutierungseinrichtung als erste Halbleiterschalter Halbleiterstromtore, wobei in jede der beiden Zuleitungen der Brückenschaltungsquelle ein Halbleiterstromtor als zweiter Halbleiterschalter angeordnet sind, die den Ankerstrom in Abhängigkeit von der Läuferdrehzahl und von der Zahl der Ankerwicklungszweige durch eine in jeder Zuleitung vorgesehene Löscheinrichtung periodisch unterbrechen und dadurch die in Brückenschaltung betriebenen ersten Halbleiterschalter der Kommutiuerungseinrichtung zum Verlöschen bringen, so daß zu den Kommutierungszeitpunkten keine Kurzschlußströme auftreten können. Bei diesem bekannten Motor treibt die Welle des Motors einen Geber an, der die Zündsignale für ein Steuergerät liefert, das wiederum in Abhängigkeil von einem vorgegebenen Sollwert des Motorstromes die Zündsignale für die kommutierenden ersten Halbleiterschalter erzeugt. Die Steuerung des Drehmoments des Motors wird in der Weise durchgeführt, daß der Abstand zwischen dem Löschen der zweiten Halbleiterschalter und dem darauffolgenden Zünden der ersten Halbleiterschalter der Kommutierungseinrichtung veränderbar ist.

Durch die DT-OS 15 38916 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor bekannt, dessen Motorwicklung aus Spulen aufgebaut ist, welche über von einem Steuerkreis in Abhängigkeit von der Läuferstellung gesteuerte erste Halbleiterschalter gespeist werden, wobei im Speisekreis des Motors ein weiterer Halbleiterschalter angebracht ist, dessen Stromdurchlässigkeit durch ein Anschnittsteuergerät ansteuerbar ist. Eventuell zu den Kommutierungszeitpunkten auftretende Kurzschlußströme können hierbei nicht verhindert werden.

Ferner ist aus der Zeitschrift »Technische Rundschau«, Nr. 2, 15. Jan. 1974, S. 27 ein kollektorloser Gleichstrommotor bekanntgeworden, bei dem die Kommutierung der Ständerwicklungen durch entsprechendes Auf- und Zusteuern der Transistoren der beiden Brückenhälften erfolgt. Bei jedem Kommutierungsvorgang muß in der einen Brückenhälfte ein Transistor eines Brückenzweiges zugesteuert und der in der anderen Brückenhälfte des gleichen Brückenzweiges liegende Transistor aufgesteuert werden. Bedingt durch die endlichen Schaltzeiten der Transistoren sind während des Kommutierungsvorganges beide Transistoren eines Brückenzweiges gleichzeitig leitend. Die Gleichspannungsquelle ist somit während der Überlappung der Schaltzeiten der Transistoren kurzgeschlossen. Während eines solchen Kurzschlusses wird der

•»o Strom nur durch den inneren Widerstand der Gleichspannungsquelle begrenzt. Dies bedeutet nicht nur eine erhebliche Belastung der Gleichspannungsquelle, sondern auch eine starke Gefahr für die Transistoren, die zeitweise im Gebiet des zweiten Durchbruches arbeiten. Hierdurch wird die Lebensdauer der Transistoren erheblich vermindert.

Eine gegenseitige Verriegelung der jeweils im gleichen Brückenzweig angeordneten Transistoren ist zu aufwendig, da zum Teil keine festen Potentiale vorliegen.

Bei einem durch die FR-PS 15 42 391 bekanntgewordenen kollektorlosen Gleichstrommotor wird eine unzulässige Beanspruchung der Transistoren und der Gleichspannungsquelle dadurch vermieden, daß zwisehen Spannungsquelle und Kommutierungseinrichtung dynamische Impedanzen mit geringen Verlusten eingeschaltet sind. Damit können zwar Kurzschlußströme reduziert aber nicht unwirksam gemacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß bei einer aus Transistoren aufgebauten Kommutierungseinrichtung nicht nur eine unzulässige Beanspruchung der Transistoren und der Gleichspannungsquelle vermieden wird,

^h5 sondern daß sich dadurch auch die Möglichkeit einer einfachen Drehzahlregelung ergibt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Kommutierungseinrichtung mit einer aus ersten Transi-

stören als erstes Halbleiterschalter aufgebauten Brükkenschaltung der zweite Kalbleiterschalter ein zweiter Transistor ist, der außerhalb der Kommutierungszeitpunkte zusätzlich durch einen Regler beeinflußbar ist.

Das erfindungsgemäße Problem wird also durch eine denkbar einfache Schaltung erreicht. In aer nachfolgenden Beschreibung wird der zweite Halbleiterschalter der Einfachheit halber als Haupttransistor bezeichnet.

Wenn der kollektorlose Gleichstrommotor als Schrittmotor eingesetzt werden soll, dann können die Aus-Befehle für den Hauptransistor zweckmäßigerweise von einem Taktgeber abgeleitet werden. Hierdurch entfallen z. B. gesonderte Entkopplungselemente, die zur Ableitung der Steuersignale für den Haupttransis'or aus der Steuerschaltung gegebenenfalls erforderlich sind. Durch eine zwischen dem Taktgeber und der Basis des Haupttransistors angeordnete Zeitstufe können die Steuersignale für den Haupttransistor in ihrer Länge entsprechend den Erfordernissen für die Steuerung dieses Haupttransistors verändert werden.

Die Steuerung des Haupttransistors durch einen Regler und duich einen Taktgeber ist in einfacher Weise dadurch möglich, daß das Ausgangssignal des zur Steuerung des Haupttransistors dienenden Reglers und die Einschaltimpulse für die ersten Transistoren über eine UND-Verknüpfung dem Haupttransistor zugeführt sind, wobei die UND-Verknüpfung so gestaltet ist, daß sie nur dann ein Signal an den Haupttransistor abgibt, wenn kein Einschaltimpuls ansteht.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Mit 1 ist ein Motor bezeichnet, der drei Ständerwicklungsstränge aufweist. Die drei Ständerwicklungsstränge sind in Dreieckschaltung an eine Kommutierungseinrichtung 2 angeschlossen. Die Kommutierungseinrichtung 2 besteht aus in Brückenschaltung angeordneten Transistoren 3 bis 8. Die Transistoren 3 bis 5 bilden die eine Brückenhälfte und die Transistoren 6 bis 8 die andere Brückenhälfte. Zu jedem Transistor 3 bis 8 ist eine Diode 9 bis 14 antiparallel geschaltet. Über einen Haupttransistor 15 ist die Kommutierungseinrichtung mit ihrem einen Eingang an den Pluspol einer Gleichspannungsqueile U angeschlossen, an deren Minuspol der andere Eingang der Kommutierungseinrichtung liegt.

Die Transistoren 3 bis 8 sind mit ihren Basen an eine Steuerschaltung 16 angeschlossen. Diese Steuerschaltung kann in Abhängigkeit von in der Zeichnung nicht dargestellten Rotorstellungsgebern arbeiten. Die Transistoren 3 bis 8 werden dann über die Steuerschaltung 16 in einer der Rotorstellung entsprechenden Folge auf- und zugesteuert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispie! ist der Steuerschaltung 16 jedoch ein Taktgeber Yi vorgeschaltet. Dieser Taktgeber 17 gibt Impulse für eine schrittweise Steuerung des Motors 1 ab. Diese Impulse werden zusammen mit den von einem Regler 18 abgegebenen Steuerimpulsen über eine UND-Verknüpfung 19 dem Haupttransistor 15 zugeführt. Je nach Länge der von dem Taktgeber 17 gegebenen Impulse kann eine Zeitstufe zwischen der UND-Verknüpfung 19 und dem Taktgeber 17 angeordnet werden, durch die die Impulse auf eine gewünschte Länge verändert werden.

Die Kommutierungseinrichtung arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß der Transistor 3 in der einen Brückenhälfte und die Transistoren 7 und 8 in der anderen Brückenhälte aufgesteuert sind. Beim nächsten Kommutierungsschritt wird durch die Steuerschaltung

16 der Transistor 4 in der einen und der Transistor 6 in ίο der anderen Brückenhälfte aufgesteuert und gleichzeitig der Transistor 3 in der einen und der Transistor 7 in der anderen Brückenhälfte zugesteuert. Wegen der endlichen Schaltzeiten der Transistoren sind die Transistoren 3 und 6 in dem einen Brückenzweig und die Transistoren 4 und 7 in aem anderen Brückenzweig während des Kommutierungsschrittes gleichzeitig leitend. Damit würat während der Überlappung der Schaltzeiten dieser Transistoren ein unzulässig hoher Strom durch die betreffenden Transistoren fließen, der zusammen mit der Transistorspannung dazu führt, daß der Arbeitspunkt dieser Transistoren zeitweise im Gebiet des zweiten Durchbruches liegt. Um einen solch hohen Strom zu vermeiden, wird der Haupttransistor 15 am Anfang eines Kommutierungäschrittes gesperrt, so daß die Transistoren stromlos kommutieren können.

Die Steuerung des Haupttransistors 15 erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von den Impulsen, die von dem Taktgeber 17 abgegeben werden. Da durch diese Impulse auch die Kommutierung der Transistoren 3 bis 8 gesteuert wird, ist ein synchrones Steuern des Haupttransistors 15 und der entsprechenden Transistoren 3 bis 8 gegeben. Vorzugsweise wird für die Steuerung des Haupttransistors 15 die vordere Flanke der von dem Taktgeber abgegebenen Impulse und für die Steuerung der Transistoren 3 bis 8 die hintere Flanke dieser Impulse benutzt. Dadurch wird sichergestellt, daß der Haupttransistor bereits gesperrt hat, bevor eine Ansteuerung der Transistoren 3 bis 8 erfolgt.

Durch die UND-Verknüpfung 19 besteht ferner die Möglichkeit, den Haupttransistor 15 sowohl durch die Impulse des Taktgebers 17 als auch durch die Steuerimpulse eines Reglers 18 zu steuern. Die UND-Verknüpfung 19 ist hierbei so gestaltet, daß ein Signal zum Aufsteuern des Haupttransistors 15 nur dann abgegeben wird, wenn kein Impuls von dem Taktgeber

17 ansteht.

Der Haupttransistor 15 kann bei der beschriebenen Kommutierungseinrichtung eine doppelte Funktion

so erfüllen. Zum einen sperrt er den Strom während eines Kommutierungsschrittes, so daß die Transistoren 3 bis 8 im stromlosen Zustand kommutieren können. Zum anderen kann der Haupttransistor 15 für die Regelung des Motors 1 verwendet werden. Hierzu wird der Haupttransistor 15 durch den Regler 18 entsprechend gesteuert. Der Regler 18 kann beispielsweise ein Drehzahl- oder Stromregler sein. Je nachdem werden dem Regler 18 an seinem Eingang die entsprechenden Soll- und Istwerte zugeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit Ständerwicklungen, die über eine aus einer Brückenschaltung mit steuerbaren aus ersten Halbleiterschaltern bestehenden Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Rotorstellung an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind, mit einem zweiten Halbleiterschalter, der zwischen die Brückenschaltung und den einen Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet ist und der synchron zu den Einschaltimpulsen für die Halbleiterschalter während der Kommutierungszeitpunkte die ersten Halbleiterschalter von der Gleichspannungsquelle trennt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kommutierungseinrichtung mit einer aus ersten Transistoren (3 bis 8) als erste Halbleiterschalter aufgebauten Brückenschaltung der zweite Halbleiterschalter ein zweiter Transistor (Haupttransistor 15) ist, der außerhalb der Kommutierungszeitpunkte zusätzlich durch einen Regler (18) beeinflußbar ist.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Verwendung als Schrittmotor die Aus-Befehle für den Haupttransistor (15) von einem Taktgeber (17) abgeleitet sind.

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltimpulse für die ersten Transistoren (3 bis 8) dem Steuereingang des Haupttransistors (15) über eine Zeitstufe zugeführt sind.

4. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des zur Steuerung des Haupttransistors (15) dienenden Reglers (18) und die Einschaltimpulse für die ersten Transistoren über eine UND-Verknüpfung (19) dem Haupttransistor (15) zugeführt sind, wobei die UN D-Verknüpfung (19) so gestaltet ist, daß sie nur dann ein Signal an den Haupttransistor (15) abgibt, wenn kein Einschaltimpuls ansteht.