DE2558113A1

DE2558113A1 - Geschwindigkeitssteuereinrichtung fuer elektromotoren

Info

Publication number: DE2558113A1
Application number: DE19752558113
Authority: DE
Inventors: Tetsumasa Asano; Kazuyuki Fujimoto; Harutoshi Hashimoto; Osamu Yatsuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1974-12-27
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1976-07-22
Also published as: DE2558113C2; US4176306A

Description

ME-243CF-1372)
75-1549A

MITSUBISHI DBNKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo /Japan

Geschwindigkeitssteuereinrichtung für Elektromotoren

Die Erfindung betrifft eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung für Elektromotoren mit Schaltern, welche in mehreren Phasen zwischen dem Motor und einer Wechselstromquelle angeordnet sind.

Insbesondere bezieht sich die- Erfindung auf eine Zweistufensteuerung für eine "Schnell-Langsam-Geschwindigkeit" bei einem Wechselstrommotor, wobei mit der Steuerung auch das Stoppen einer durch den Motor bewegten Last zu einer vorbestimmten Position ermöglicht werden soll. Die Geschwindigkeitssteuerung gemäß der Erfindung ermöglicht einen leichten Wechsel von einer hohen Betriebsgeschwindigkeit auf eine niedrige Betriebsgeschwindigkeit des Wechselstrommotors für einen Langsam-Geschwindigkeitsbetrieb bei einem niedrigfrequenten Ausgang, der durch phasengesteuerte Thyristoren erreicht wird.

Für derartige Steuerungen wurde bereits vorgeschlagen Thyristoren zu verwenden, um annäherungsweise niedrigfrequente Ausgänge mit teilweiser Auswahl der Wellenform einer Wechselstromquelle zu erhalten. Bei diesen Steuerungen ist es jedoch sehr schwierig, einen Wechsel von einer vollen Betriebsgeschwindigkeit auf eine niedrige Betriebsgeschwindigkeit ohne Einsatz von motorabhängigen, hochkapazitiven Glättungsdrosseln zu erreichen, da

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dies insbesondere wegen der hohen Frequenzkomponenten in den niedrigen Frequenzausgängen Schwierigkeiten macht.

Dies bedeutet, daß bei einer geringen Last die volle Rotationsgeschwindigkeit des Motors ebenso aufrechterhalten werden muß wie bei einer geringen Betriebsgeschwindigkeit.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die genannten Nachteile dadurch zu vermeiden, daß die Phasenfolge bei einem Wechsel von der vollen Betriebsgeschwindigkeit auf eine niedrige Betriebsgeschwindigkeit ausgetauscht wird.

Mit der vorliegenden Erfindung kann die Synchronisation unter diesen Bedingungen leicht vermieden werden. Ferner kann mit der vorliegenden Erfindung eine Bremssteuerung für ein plötzliches Stoppen des Motors erreicht werden, wobei ein derartiger Motor als ein Dreiphasenkäfigläufer-Induktionsmotor ausgebildet sein kann, bei welchem Gleichstrom an die Primärwindungen gelegt wird, und bei welchem eine genaue Stopp-Position bei relativ geringer Betriebsgeschwindigkeit durch eine vorbestimmte Frequenz angesteuert wird, wobei Schalter, wie beispielsweise Thyristoren, Transistoren, etc., verwendet werden.

Im allgemeinen wurde bereits vorgeschlagen, für die Ansteuerung einer Stopp-Position für eine Maschine, welche durch einen Motor betätigt wird, die Geschwindigkeit nach einer schnellen Betriebsgeschwindigkeit auf eine niedrige Betriebsgeschwindigkeit zu vermindern und dann den Motor plötzlich anzuhalten. Es ist ferner bekannt, eine niedrige Betriebsgeschwindigkeit durch eine Frequenzsteuerung eines Wechselstrommotors zu erreichen. Andererseits ist es auch bekannt, einen Motor dadurch plötzlich zu stoppen, daß eine Gleichspannung an die Primärwindungen des Wechselstrommotors anstelle einer Wechselspannung angelegt wird.

Bei dem bekannten Bremsvorgang mit Gleichstromerregung wurde je-

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ORKSiNAL INSPECTED

doch die Gleichspannung nur an eine oder zwei Phasen eines Dreiphaseninduktionsmotors angelegt, ohne jedoch dabei die Auswahl der Phasen zu berücksichtigen.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, bestimmte Phasen auszuwählen, an welche die Gleichspannung angelegt werden soll, da dies für die Verbesserung einer genauen Stopp-Position des Motors wichtig ist. Die Auswahl ist dabei von der Phase und Polarität derjenigen Spannung abhängig, welche gerade vor Einleitung des Gleichstrom-Bremsvorgangs angelegen hat.

Mit der Erfindung soll insbesondere eine Geschwindigkeitssteuerung geschaffen werden, welche eine stabile "Schnell-Langsam-Zwei-Schritt-Geschwindigkeitssteuerung" mit hoher Wirksamkeit erreichen soll, indem von einer herkömmlichen Wechselstromquelie bestimmte Phasen ausgewählt werden.

Im allgemeinen sind dafür zwei Systeme vorgesehen: nämlich ein Steuersystem für eine Primärspannung mit Phasensteuerung und ein Frequenzsteuersystem mit einem Inverter als Geschwindigkeitssteuersystem für einen Induktionsmotor, bei welchem beispielsweise Thyristoren als gesteuerte Gleichrichter verwendet werden.

Die bekannten Systeme sind in ihrem Prinzip einfach aufgebaut, jedoch ist dafür eine Rückkopplung der Geschwindigkeit und eine niedrige Effektivität in Kauf zu nehmen. Bei den Nachfolgesystemen ist zwar eine stabile Geschwindigkeit ohne Geschwindigkeitsrückkopplung mit hoher Wirksamkeit möglich, wobei jedoch bei diesen Systemen eine sehr nachteilhafte Teuerung in Kauf zu nehmen ist.

Demgemäß soll eine niedrige Betriebsgeschwindigkeit durch einen niederfrequenten Strom unter teilweiser Auswahl der Phasen einer herkömmlichen Wechselstromquelle für eine billige "Schnell-Langsam"· Zwei-Stufensteuerung erreicht werden, ohne daß eine kontinuier-

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liehe Geschwindigkeitssteuerung erforderlich ist und ohne Verzicht auf eine Stoppfunktion bei einer vorbestimmten Position. Derartige Stopp-Positionen sind beispielsweise erforderlich bei einem Transportband, bei einem elektrischen Lastkraftwagen, einem Wendetisch und dgl. sowie bei einer Rechenmaschine, einer Schrittmaschine, einem Schraubenförderer, einer konstanten Volumensteuerung und einer konstanten Abstandbewegung von verschiedenen automatischen Maschinenanordnungen.

Bei diesen Steuerungen wird die Einschaltsteuerung der Steuergleichrichter dadurch bewerkstelligt, daß die zwischen den Phasen anliegende Spannung der Wechselstromspannungsquelle in einer vorbestimmten Reihenfolge ausgewählt und zwischen die entsprechenden Phasen des Motors angelegt wird.

Bei den bekannten Steuerungen werden Ausgangssignale der Steuervorrichtung solange unterdrückt, bis die Synchronisationsbedingung zwischen der Wechselstromphase und dem vorbestimmten Signal der Steuervorrichtung nach Anlegen der Spannungsquelle erreicht ist. In manchen Fällen werden dabei ungesteuerte Signale ausgesteuert.

Mit der Erfindung soll eine Steuervorrichtung für einen Motor vorgesehen werden, bei welcher zu jenem Zeitpunkt, an welchem die Energiequelle angeschlossen wird, diese Nachteile vermieden werden. Des weiteren ist es bekannt, eine niedrige Betriebsgeschwindigkeit durch Änderung der am Wechselstrommotor anliegenden Frequenz mittels einer Thyristorsteuerung zu erreichen.

Die Steuerzustände der Steuervorrichtung beinhalten erstens einen Zustand für die volle Betriebsgeschwindigkeit unter Einschaltung aller Thyristoren, zweitens einen Zustand für eine niedrige Betriebsgeschvindigkeit unter Steuerung der Einschaltzustände der Thyristoren, und drittens einen Zustand für den Bremsvorgang durch einen Gleichstromausgang unter Einschaltung von Thyristoren, welche in einer Richtung in eine bestimmte Phase geschaltet sind. 609830/0556

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Im allgemeinen ist es notwendig, Einrichtungen für den Empfang eines Zustands-Änderungs-Befehls, der von außen an die Steuerung gelangt» und Einrichtungen für die elektrische Isolation zwischen der Steuervorrichtung vorzusehen. Mit der Erfindung wird eine Geschwindigkeitssteuerung erreicht, bei welcher folgende Zustands-A'nderungs-Befehle wirksam werden: Zustände 1 und 2 oder Zustände 2 und 3 oder Zustände 1 und 2 und 3.

Die Erfindung bezieht sich somit allgemein auf die Geschwindigkeitssteuerung von Wechselstrommotoren. Bei den herkömmlichen Geschwindigkeitssteuerungen waren mechanische Getriebe, PoIaritätsänderungsmotoren oder Anfahrmotoren notwendig. Jedoch haben der erste und der zweite Typ dieser Vorrichtungen die Nachteile, daß große und komplizierte Aufbauten mit großem Volumen benötigt werden. Der zweite und dritte Vorrichtungstyp hat die Nachteile, daß er sehr teuer ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Geschwindigkeitssteuerung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart zu schaffen, daß ein kleiner Umfang und eine billige Bauweise unter Anwendung von herkömmlichen Wechselstrommotoren mit guten Kennlinien erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Sonstige Vorteile sind in der Beschreibungseinleitung bereits genannt worden.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 die Schaltung des Hauptstromkreises für die Erfindung ;

Fig. 2 die Spannungsverläufe der für die Schaltung nach Fig. 1 vorgesehenen Spannungsquelle;

Fig·. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Langsam-Geschwindigkeits-Steuerung;

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Fig. 4 eine Ausführungsform der Geschwindigkeitssteuerung gemäß der Erfindung für eine niedrige Geschwindigkeitssteuerung;

Fig. 5, 6 und 7 weitere Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 8 eine Ausführungsform für die Bremssteuerung des Wechselstrommotors;

Fig. 9 die Schaltung eines gesteuerten Motors, wobei a den Schaltkreis und b die Spannungsverläufe der Spannungsquelle darstellt;

Fig.10 die Verhältnisse zwischen den Frequenzen der Spannungsquelle und der Frequenz der jeweils ausgewählten Phase ;

Fig.11 eine Zeitstaffelung zur Darstellung der Funktion bekannter Vorrichtungen;

Fig.12 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig.13 und 14 zeitliche Darstellungen zur Erläuterung der Funktion der Schaltung nach Fig. 12;

Fig. 15 die Schaltung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung ;

Fig.16 die an den verschiedenen Ausgängen der in Fig. 15 dargestellten Schaltung auftretenden Signale;

Fig.17a und b die Muster einer Geschwindigkeitssteuerung;

Fig.18 den Hauptschaltkreis für eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 19 ein Blockschaltbild für die Geschwindigkeitssteuerung des Hauptschaltkreises nach Fig. 18;

Fig.20 die an den Ausgängen von Fig. 19 auftretenden'Impulse ;

Fig.21 die an dem Motor bei niedriger Betriebsgeschwindigkeit anliegenden Spannungen, wobei 1 die Phasenro-

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tation in derselben Richtung wie bei der Energiequelle aufweist, und wobei m die Phasenrotation in entgegengesetzter Richtung von der Energiequelle aufweist; und

Fig.22 die Kennlinien am Ausgang des Motors.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Zweistufen-Geschwindigkeitssteuerung für den "Schnell-Langsam"-Lauf eines Motors derart vorgesehen, daß eine, von einem Wechselstrommotor angetriebene Last an einer vorbestimmten Position gestoppt werden kann. Insbesondere wird mit der vorgesehenen Geschwindigkeitssteuerung eine leichte Umschaltung von einer schnellen auf eine langsame Arbeitsweise erreicht, wobei ein niederfrequenter Ausgang an eine mit Thyristoren bestückte Phasensteuerung angelegt

■d. Dies wird in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In Fig. T ist eine Schaltung für die Energieversorgung zum Betrieb eines erfindungsgemäß vorgesehenen Induktionsmotors dargestellt. Dabei erzeugt eine Wechselstromquelle PS die Wechselspannungen Ep₅, Eg_T und E_TR, welche die in Fig. 2 dargestellten Verläufe aufweisen. Der Induktionsmotor IM ist beispielsweise ein"Kurzschlußläufermotor, der durch die Wechselstromquelle PS über die Schalter BCR.. -BCR,, welche beispielsweise Zwei-Weg-Thyristoren sind, versorgt. Die in Fig. 2 dargestellten Spannungsverläufe 1 bis 6 werden an die Eingangsanschlüsse U, V und W des Induktionsmotors zu den Einschaltzeiten der Schalter BCR angelegt. Demgemäß erzeugen die Spannungsverläufe 1 und 2 den magnetischen Fluß 012; die Spannungsverläufe 2 und 3 den magnetischen Fluß 023; die Spannungsverläufe 3 und 4 den magnetischen Fluß 034; die. Spannungsverläufe 4 und 5 den magnetischen Fluß 045; die Spannungsverläufe 5 und 6 den magnetischen Fluß 056; und die Spannungsverläufe 6 und 1 den magnetischen Fluß 061, wodurch das Rotationsfeld gebildet wird.

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In Fig. 3 sind in dem Diagramm B die einzelnen Formen der Spannungsverläufe 1 bis 6 jeweils durch eine Linie in der Reihenfolge ihrer Erzeugung dargestellt. Die aufeinanderfolgenden Perioden sind in dem Diagramm A dargestellt, wobei jeweils eine Periode von dem einen Spannungsverlauf-Abschnitt 1 bis zu dem nächsten Abschnitt 1 dauert.

Wenn der Motor mit voller Geschwindigkeit läuft, dann werden die Spannungsverläufe 1 bis 6 an den Motor angelegt. Bei einer langsamen Arbeitsweise ist zwar die Reihenfolge der Spannungsverläufe konstant, aber die Grundwellen 1 bis 6 werden zumindest teilweise unterdriJckt.

Tn den Diagrammen C und D von Fig. 3 ist dargestellt, wie die einzelnen Spannungsverläufe zweimal bzw. dreimal kontinuierlich, angelegt werden. In diesen Fällen wird der Spannungsverlauf 1 in der 7. bzw. in der 13. Periode wirksam, so daß eine Rotationsgeschwindigkeit von einem Siebtel bzw. einem Dreizehntel der vollen Geschwindigkeit entsteht.

In den Diagrammen E und F von Fig. 3 sind die zeitlichen Verteilungen der Spannungsverläufe 1 bis 6 derart dargestellt, daß der Spannungsverlauf 1 einmal bzw. zweimal in normaler Reihenfolge und die Spannungsverläufe 2 bis 5 einmal bzw. zweimal in umgekehrter Reihenfolge auftreten. Bei dieser Auswahl der Spannungsverläufe ändert sich das rotierende magnetische Feld mit niedriger Frequenz derart, daß eine Rotationsgeschwindigkeit von einem Fünftel bzw. einem Elftel der vollen Geschwindigkeit entsteht.

Der in Fig. 4 dargestellte Aufbau des Steuerkreises basiert auf der vorerwähnten Überlegung, wobei ein Synchronisationssignalgenerator 10 vorgesehen ist, welcher die Spannungseingänge R, S und T aufweist. Der Synchronisationssignalgenerator 10 liefert auf Ausgangsleitungen 11, 12 und 13 Synchronisationssignale, welche mit der Frequenz der Energiequelle synchronisiert sind.

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Der Synchronisationssignalgenerator 10 erzeugt beispielsweise auf der Ausgangsleitung 11 das Ausgangssignal 1 für den Spannungsverlauf 1 und das Ausgangssignal 0 für den Spannungsverlauf 4; auf der Ausgangsleitung 12 entsteht für die Spannungsverläufe 2 und 5 ein Ausgangssignal 1 und auf der Ausgangsleitung 13 entsteht für die Spannungsverläufe 3 und 6 ein Ausgangssignal 0. In der Praxis ist es daher möglich, jene logische Ausgänge zu erzeugen, welche den Spannungsverläufen 1 bis 6 entsprechen, wobei die Reihenfolge von der Frequenz der Energiequelle abhängig ist, sofern ein Phasenverhältnis zwischen den Spannungseingängen R, S, T besteht.

An den Ausgang des Sychronisationssignalgenerators 10 ist eine, einen bestimmten Spannungsverlauf auswählende Auswahlschaltung 20 angeschlossen. Die Auswahlschaltung 20 weist einen Ringzähler 21 auf, welcher Eingangssignale von der Ausgangsleitung 11 empfängt und 6 η + 1 Ausgänge erzeugt (n entspricht einer natürlichen Zahl.

Die Ausgänge weisen die in Fig. 3 Diagramm A dargestellten Perioden auf, außer, daß die Periode eine Wiederholung der Spannungsverläufe 1 bis 7 für den Fall der 1/7-Geschwindigkeit ist bzw. eine Wiederholung der Spannungsverläufe 1 bis 13 für den Fall der 1/13-Geschwindigkeit.

Die Ausgangssignale des Ringzählers 21 liegen an einem logischen Arbeitsschaltkreis 22 der Auswahlschaltung 20, welche Einschaltbefehle für jede Phase erzeugt. So wird beispielsweise in der 6. Periode bei einer 1/13-Geschwindigkeit ein Einschaltbefehl an den Schalter BCR, und an den Schalter BCR₀ bei einem Spannungsverlauf 3 erzeugt, während kein Einschaltbefehl bei den Spannungsverläufen 1, 2, 4, 5 und 6 erzeugt wird.

Die Beziehungen zwischen den einzelnen Spannungsverläufen und den Einschaltphasen der Schalter BCR ergeben sich aus den in

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Fig. 1 dargestellten Beziehungen der Diagramme A und C; A und D; A und E sowie A und F.

Eine Einschalt-Steuerschaltung 23 in der Auswahlschaltung 20 liefert die Einschaltbefehle an die Schalter BCR.. bis BCR, in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des logischen Arbeitsschaltkreises 22 und eines Befehlsschaltkreises 24, durch welchen die Geschwindigkeit einschaltbar ist. Der Befehlsschaltkreis 24 arbeitet derart, daß er die Signale des logischen Arbeitsschaltkreises für den Fall verzögert, für den eine niedrigere Arbeitsgeschwindigkeit gewünscht ist. Demgemäß wird, obwohl für den Verspannungsverlauf 3 ein Einschaltbefehl von dem logischen Arbeitsschaltkreis 22 kommt, eine praktische Einschaltung bei niedriger Geschwindigkeit erst mit einer gewissen Zeitverzögerung erzeugt, wobei nur ein Teil des Spannungsverlaufs 3 zur Wirkung kommt.

Die Verzögerungszeit in der Einschalt-Steuerschaltung 23 ist dann nicht notwendig, wenn die Ausgangssignale auf den Ausgangsleitungen 11, 12, und 13 zeitlich verschieden sind.

Eine Durchlaßschaltung 30, welche an die Auswahlschaltung 20 angeschlossen ist, weist einen Impulsgenerator 31, Gatter-Elemente 32 und Gatter-Verstärker 33 auf. Die Durchlaßschaltung 30 bewirkt die Einschaltung der Schalter BCR₁ bis BCR, in den zugehörigen Phasen in Abhängigkeit von den Einschaltbefehlen für jede Phase, welche von der Auswahlschaltung 20 erzeugt werden. Bei dieser Ausführungsform werden, wenn der Spannungsquellen-Schalter voll eingeschaltet ist, um einen Befehl für die volle Geschwindigkeit an den Befehlsschaltkreis 24 zu liefern, alle Schalter BCR.. bis BCR, dadurch eingeschaltet, daß die Durchlaßschaltung 30 betätigt wird, wodurch der mit der Wechselstromquelle PS verbundene Motor IM mit voller Geschwindigkeit läuft.

Wenn von dem Befehlsschaltkreis 24 ein Befehl "langsame Geschwin-

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digkeit" kommt, dann wird der Spannungsverlauf von dem Ausgang des Synchronisationssignalgenerators 10 und von dem Ausgang des Ringzählers 21 in dem logischen Arbeitsschaltkreis 22 ausgewählt. Daraus ergibt sich, daß der Motor IM mit langsamer Geschwindigkeit läuft. Der durch den Motor bei langsamer Geschwindigkeit fließende Strom wird durch die Einschalt-Steuerschaltung 23 gesteuert. Es ist auch möglich, eine Gleichstromerregung für die Bremsfunktion bei einer langsamen Arbeitsgeschwindigkeit dadurch zu erzeugen, daß ein Schalter abgeschaltet, ein zweiter Schalter eingeschaltet und ein dritter Schalter eines Dreiphasenschaltkreises nur in einer Durchlaßrichtung eingeschaltet wird. Der Befehlsschaltkreis 24 soll demgemäß Funktionen für diese Bedingungen aufweisen.

Nachfolgend ist das Grundkonzept der Frequenzsteuerung mit teil-

xser Auswahl gemäß der Erfindung dargestellt, wobei die normale, langsame Geschwindigkeit bei ,einem Siebtel bzw. einem Dreizehntel H die umgekehrte langsame Geschwindigkeit bei einem Viertel

. einem Elftel der vollen Geschwindigkeit gesteuert werden kann. Dabei soll jedoch berücksichtigt werden, daß die Umschaltung von einer hohen Geschwindigkeit auf eine niedrige Geschwindigkeit (Verlust der Synchronisation) ein schwieriges Problem ist, da normalerweise bei einer hohen Geschwindigkeit entweder in der einen oder in der anderen Drehrichtung gearbeitet wird.

In den Fig. 5 bis 7 sind drei Ausführungsformen der Erfindung zur Oberwindung des oben erwähnten Problems dargestellt.

In Fig. 5 sind Durchlaßschalter 40 für die eine Richtung und Durchlaßschälter 41 für die andere Richtung vorgesehen. Beide Arten sind in den drei Phasen zwischen der Wechselstromquelle PS und dem Motor IM zumindest teilweise kreuzförmig miteinander verbunden.

Für die Ansteuerung der Durchlaßschalter bzw. Ventile 40 bzw.

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41 ist eine Phascnschiebeschaltung 42 vorgesehen. Eine Geschwindigkeitsänderungs-Vorrichtung 43 erzeugt je nach gewählter hoher oder niedriger Geschwindigkeit verschiedene Ausgangsimpulse. Eine Schaltersteuerung 44 steuert die Phasenschiebeschaltung 42 und die Geschwindigkeitsänderungs-Vorrichtung 43, wobei die Schaltersteuerung 44 Befehlseingänge für eine normale, schnelle Arbeitsweise, für eine umgekehrte schnelle Arbeitsweise, für eine normale langsame Arbeitsweise, für eine umgekehrte langsame Arbeitsweise und für eine Haltposition aufweist. Die Schaltsteuerung 44 wirkt auf die angeschlossenen Schaltkreise wie folgt:

Schaltbedingungen

Schalterverbindungen gewählte Arbeitsweise

normal-hohe Geschwindigkeit

positiv

hohe Geschwindigkeit voll eingeschaltet

normal-hohe Geschwindigkeit auf normal-niedrige Geschwindigkeit

negativ

normale niedrige Geschwindigkeit

umgekehrte hohe Geschwindigkeit

negativ

hohe Geschwindigkeit voll eingeschaltet

umgekehrte hohe Geschwindigkeit auf umgekehrte niedrige Geschwindigkeit

positiv

umgekehrte niedrige Geschwindigkeit

umgekehrte hohe Geschwindigkeit auf normale niedrige Geschwindigkeit

positiv

normale niedrige Geschwindigkeit

Aus obiger Tabelle ergibt sich, daß die Phasenlage verschoben

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werden soll und die Drehrichtung bei langsamer Arbeitsgeschwindigkeit von der Phasenreihenfolge der Schalter abhängt und daß die Auswahl der normalen oder der umgekehrten Arbeitsweise von dem Wechsel von der hohen Geschwindigkeit zu der niedrigen Geschwindigkeit abhängt. Ferner ergibt sich, daß ein Hochgeschwindigkeitsanteil bei der niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit immer auf die andere Seite wirkt, wodurch die Synchronisation verlorengeht .

Wenn die Synchronisation verloren ist, dann bleibt eine stabile niedrige Arbeitsgeschwindigkeit erhalten, weil das Drehmoment der hohen Geschwindigkeit erkennbar niedriger ist als das Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit.

Daneben sind noch verschiedene Fälle zur Ansteuerung einer vorbestimmten Stopp-Position von Bedeutung, wobei insbesondere die beiden Systeme der Einweg- und Zweiwegsteuerung wichtig sind. Außerdem sind jene Fälle von Bedeutung, bei welchen die hohe Arbeitsgeschwindigkeit vermindert werden soll und dann bei langsamer Geschwindigkeit ein Korrekturlauf bis zu einer vorbestimmten Stopp-Position erreicht werden soll, wobei der Korrekturlauf in derselben Drehrichtung oder bei einem Überlaufen der vorbestimmten Stopp-Position in umgekehrter Drehrichtung erfolgen soll. In den meisten Fällen ist es möglich, lediglich einen Korrekturlauf in umgekehrter Drehrichtung vorzusehen.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 6 wird die Schaltfunktion für eine positive oder negative Phase über Kontaktstellen hergestellt. Dafür sind Schalter 45 vorgesehen, welche eine volle Einschaltung oder eine teilweise Einschaltung erlauben, wobei bei der teilweisen Einschaltung eine Auswahlsteuerung für die Schaltbedingung einer hohen bzw. niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit erfolgt. Im Leitungszug zwischen der Wechselstromquelle PS und dem Motor IM sind ferner Schaltschütze
46 für eine positive Phasenlage und Schaltschütze

47 für eine negative Phasenlage vorgesehen. Des

weiteren ist eine Schaltsteuerung 48 mit einer Steuereinrichtung 48', welche die Steuerfunktion für die langsame Geschwindigkeit

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hat, vorgesehen.

Bei einem Befehl für eine hohe Geschwindigkeit werden die Schalter 45 voll eingeschaltet, während bei einem Befehl für eine langsame Geschwindigkeit nur eine teil\\'eise Einschaltung bzw. eine selektive Einschaltung erfolgt. Bei einer Umschaltung von einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit auf eine langsame Arbeitsgeschwindigkeit werden die Schaltschütze 46 bzw. 47 betätigt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 werden die den Schaltern 45 entsprechenden Schalter 49 nur noch für niedrige Arbeitsgeschwindigkeiten verwendet, wobei alle Schalter mit den ihnen zugeordneten Schaltfunktionen vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgebildet sind. In Fig. 7 sind Schaltschütze

50 für eine negative Phasenlage bei niedrigen Arbeitsgeschwindigkeiten und Schaltschütze

51 für eine positive Phasenlage bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten vorgesehen. Zusätzlich weist die Schaltung gemäß Fig. 7 Schaltschütze 52 auf, welche für umkehrbare Funktionen

geeignet sind. Für die Schaltung gemäß Fig. 7 ist ebenfalls eine Schaltsteuerung 53 mit einer Steuereinrichtung 53', welche zur Ansteuerung der niedrigen Betriebsgeschwindigkeit dient, vorgesehen. In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 wird die hohe Betriebsgeschwindigkeit direkt durch die Schaltschütze 51 ohne Betätigung

der Schalter 49 erreicht. Die Drehrichtung ist von der jeweiligen Schaltbedingung der Schaltschütze

52 abhängig.

Bei einer niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit sind die Schaltschütze 50 anstelle der.Schaltschütze 51 in Betrieb, wobei die niedrige Arbeitsgeschwindigkeit durch teilweises bzAv. selektives Einschalten der Schalter 49 steuerbar ist. Demgemäß können die

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Schalter 49 kurze Schaltzeiten und kleine Kapazitäten aufweisen.

Bereits aus der oben genannten Darstellung ergibt sich, wie bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung, daß der automatische Geschwindigkeitswechsel ohne eine Bremsvorrichtung dadurch erreicht werden kann, daß bei einer negativen Phasenlage der "Schnell-Langsam"-Geschwindigkeitswechsel durchgeführt wird, um so die Synchronisation für die niedrige Arbeitsgeschwindigkeit zu eliminieren, wobei die in den drei Phasen zwischen der Wechselstromquelle und dem Motor liegenden Schalter selektiv zu- bzw. abgeschaltet werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt, in welcher eine, für eine abwechselnde Erregung vorge-.„hene Steuereinrichtung 60 einen Synchronisations-Signal-Generator und eine Auswahl-Einschaltvorrichtung aufweist. Von dieser Steuereinrichtung 60 kommende Ausgangssignale werden über eine Speichereinrichtung 61 auf eine Einschaltvorrichtung 62 bei Normalbetrieb gelegt. Die Speichereinrichtung 61 registriert den Ausgangszustand der Steuereinrichtung 60, wenn von einer Bremsbefehlvorrichtung 63 ein Bremsbefehl an die Speichereinrichtung 61 angelegt wird. Eine Steuereinrichtung 64 für die Gleichstromerregung ist derart vorgesehen, daß der Einschaltbefehl von der die Phasenlage bestimmenden Speichereinrichtung 61 auf die Einschaltvorrichtung 62 gelangt. Die "Schnell-Langsam"-Funktionen des Motors IM können dabei, wie bereits oben erwähnt, betätigt werden. Wenn der Bremsbefehl von der Bremsbefehlvorrichtung 63 bei niedriger Betriebsgeschwindigkeit erzeugt wird, dann gelangt eine Gleichstromerregung auf die bei der niedrigen Betriebsgeschwindigkeit gemäß Fig. 5 ausgewählte Phase.

Die Arbeitsfunktion wird nachfolgend für den Fall einer positiven Betriebs\s^reise bei 1/7 der vollen Geschwindigkeit erläutert.

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Die Spannungsverläufe bzw. Wellenformen 1 bis 6 werden sequentiell bzw. der Reihe nach an den Wechselstrommotor IM bei niedriger Arbeitsgeschwindigkeit angelegt, wobei die positive, niedrige Arbeitsgeschwindigkeit durch ein positiv rotierendes Magnetfeld beeinflußt wird. Wenn beispielsweise der Bremsbefehl zur Zeit des Spannungsverlaufes 4 erfolgt, dann gelangt nur der Spannungsverlauf 4, nach Anlegen des Bremsbefehls, auf den Motor IM. In diesem Falle werden die in den Phasen R und S liegenden Schalter BCR betätigt, so daß der Strom von der Phase S zu der Phase R fließen kann; die Phase T bleibt dabei stromlos. Dadurch wird die Bremsfunktion durch halbwellige Stromimpulse aufrechterhalten. Wenn die Phasen für die Bremsfunktion bei Gleichstromerregung ausgewählt werden, sind sechs Fälle möglich, wie z.B. die Reihenfolgen: 1-2-3-4-4-4 1-2-3-4-3-3-3

In letzterem Falle läuft der Motor während der Zeit der Spannungsverläufe 1-2-3-4 normal, und das entgegengesetzt rotierende magnetische Feld wird gleichzeitig mit den Spannungsverläufen 4-3-3 erzeugt; dabei erfolgt während des Spannungsverlaufes 3 die Bremsfunktion mit Gleichstromerregung.

Es ergibt sich, daß der vorlaufende Winkel nach dem Bremsbefehl sehr schmal ist, um bei entgegengesetzter Rotationsrichtung in jenem Moment den Stoppvorgang auslösen zu können, in welchem die Trägheitsbelastung gering ist. Wenn die niedrige Betriebsgeschwindigkeit durch die Spannungsverläufe 1-2-3-4 erfolgt und die mit Gleichstromerregung bewirkte Bremsfunktion zur Zeit des Spannungsverlaufes 5 erfolgt, dann entspricht dieser Fall der Gleichstromerregung bei dem Spannungsverlauf 5 nach einer niedrigen Betriebsgeschwin-digkeit mit den Spannungsverläufen 1-2-3-4-5 Dies bedeutet demgemäß, den vorlaufenden Winkel von 360/60 = 60° als elektrischen Winkel zu vergrößern. Um die Schwankungen des Vorlaufs nach Anlegen des Bremsbefehls zu vermindern, ist vorgesehen, daß die Gleichstromerregung unter Auswahl gleicher Span-

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nungsverläufe mit einem bestimmten, ausgewählten Spannungsverlauf durchgeführt wird, bevor die Erregung für die Bremsfunktion erfolgt.

In Fig. 8 ist die Auswahl derselben Phase als einfaches Beispiel dargestellt. Daher ist es möglich, die entgegengesetzte Phase auszuwählen. Bei dieser Ausführungsform ist jener Fall dargestellt, bei welchem die niedrige Frequenz von der Wechselstromquelle durch Steuerung einzeln angewählter Thyristoren erreicht wird.

In gleicher Weise kann jener Fall betrachtet werden, bei welchem eine niedrige Frequenz von der Gleichstromquelle durch Transistor-Zerhacker erreicht wird. Demgemäß kann die Auswahl der für die Gleichstromerregung gewünschten Phasen gemeinsam durchgeführt werden, wobei lediglich eine Abhängigkeit der zuletzt ausgewählten Phase bei der langsamen Betriebsgeschwindigkeit erforderlich ist. Es kann daher eine Schwankung des vorlaufenden Winkels durch Verwendung des Bremsbefehl-Ausgangs minimiert v/erden.

Die Wirksamkeit der "Schnell-Langsam"-Geschwindigkeitswechselfunktion zur Erhöhung der Genauigkeit der Stopp-Position kann noch weiter verbessert werden, wie sich aus den Fig. 9 bis 14 ergibt.

In Fig. 9a ist der Hauptschaltungskreis einer derartigen Ausführungsform dargestellt. Darin ist eine Wechselstromquelle PS für die Erzeugung der Wechselspannungen E_Rc;, En_T, E_Tp mit den in Fig. 9b dargestellten Spannungsverläufen vorgesehen.

Ein Induktionsmotor IM, wie z.B. ein Drei-Phasen-Käfigläufer, wird von einer Wechselstromquelle PS über die Schalter BCR^ bis

3 versorgt, wobei die Schalter aus zwei Thyristoren bestehen

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können. An den Motor IM werden die Spannungsverläufe 1 bis 6 mit den in Fig. 9b dargestellten Polaritäten über die Anschlüsse U, V und W bei voller Einschaltung der Schalter BCR angelegt.

In Fig. 9b sind die Spannungsverläufe 1 bis 6 mit ihrer jeweiligen Phasenzuordnung dargestellt.

In Fig. 1OA sind die Spannungsverläufe 1 bis 6 durch zeitlich gestaffelte Striche dargestellt. Die jeweilige Anzahl der Perioden ist in den Fig. 1OC und 1OE dargestellt (wobei die der Reihe nach erscheinenden Spannungsverläufe 1 bis 6 je nach ihrer Häufigkeit eine Periode bilden) .

Bei voller Betriebsgeschwindigkeit liegen alle Spannungsverläufe 1 bis 6 an dem Motor IM an. Bei einer Ausführungsform wird die Reihenfolge der Spannungsverläufe 1 bis 6 bei niedriger Betriebsgeschwindigkeit konstant gehalten, wobei die einzelnen Spannungsverläufe 1 bis 6 entsprechend ausgewählt werden.

In den Fig. 1OB und 1OD sind die Spannungsverläufe kontinuierlich dreimal oder zweimal ausgewählt. Daher befindet sich der Spannungsverlauf 1 bei Fig. 1OC in der 13. Periode und bei Fig. 1OD in der 7. Periode. Daraus ergibt sich in diesem Fall ein Phasenteilungsverhältnis von 1 : 13 oder 1 : 7.

In Fig. 9a wird beispielsweise an die Phase W die positive Spannung mit dem Spannungsverlauf 5 und 6 angelegt. Demgemäß werden die in den Fig. 1OB und 1OD angelegten Komponenten der Sinuswellen gemäß ihrer Kettendarstellung an den Motor IM angelegt. Die gleiche Betrachtungsweise ist für die Phasen U und V möglich. Es ist auch möglich, die zwischen den Phasen liegenden Spannungen mit den aus der Wechselstromquelle PS erhaltenen Spannungsverläufen so zu steuern, daß die Spannungen den Ausgangsfrequenzen

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des Motors, in der dem Induktionsmotor innewohnenden Charakteristik entsprechen.

Gemäß Fig. 11 ist die Betriebsweise eines konventionellen Steuerkreises für jenen Fall dargestellt, bei welchem ausgangsseitig ein Frequenzteilerverhältnis von 1 : 7 der Wechselstromfrequenz erreicht werden soll (Fig. 10D). Die in Fig. 11A¹ dargestellten Signale zeigen die Phasenlage der zwischen den einzelnen Phasen der Wechselstromquelle PS liegenden Spannungen, Vielehe derjenigen von Fig. 1OA entspricht. In Fig. 11D' entspricht derselbe Signaltype demjenigen von Fig. 1OD. In Fig. 11F ist derjenige Spannungsverlauf dargestellt, der sich aus der logischen Summe der Signale A¹ ergibt, wobei die zur Erzeugung der zwischen den Phasen liegenden Spannungen erforderliche Reihenfolge eingehal-' η ist. Wenn die Reihenzahl bei dem Signal beginnt, welches dem linken Ende 1' des Signals von Fig. 11D' zugeordnet ist, dann umfaßt eine Periode des Signals D¹ insgesamt 42 Signale.

Die Signale 1' bis 6', die aus dem Signal D¹ ausgewählt sind, haben eine spezifische Obereinstimmung zu den Zahlen der logischen Summe der Signalfolge aller Signale 1' bis 6' in dem 1. bis 42. Signal gemäß F. Z.B. entspricht das erste und siebte Signal der Signalfolge F dem Signal 1^f von D¹. Demgemäß sind die Ausgänge 1 bis 42 in der logischen Summe der Signalfolge F für die Signale 1' bis 6' mit den Eingängen eines Ringzählers (nicht dargestellt) verbunden, wodurch der Ringzähler bei dem Ausgang 42 rückgesetzt wird. Außerdem liegen die Ausgänge an den Schaltern BCR_1-- mit den oben genannten Beziehungen.

Dies bedeutet, daß die Ausgänge 1, 7, 22 und 28 des Ringzählers an die Schalter BCR₁ und BCR₂ angelegt werden. Die Ausgänge 8, 14, 29 und 35 werden an die Schalter BCR. und BCR, angelegt. Die Ausgänge 12, 15, 21, 36 und 42 werden an die Schalter BCR₂ und BCR₃. angelegt. Bei einem derartigen herkömmlichen System muß die

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Funktion des Ringzählers mit den zwischen den Phasen der Wechselstromquelle liegenden Spannungen synchronisiert werden [wobei der Zählvorgang durch den Spannungsverlauf 1¹ in Fig. 11 eingeleitet wird). Demgemäß ist es notwendig zu verhindern, daß der Ringzähler bei den Signalen 2¹ bis 6¹ wirksam wird, bevor das erste Signal 1' angelegt worden ist. Ein weiterer Nachteil des bekannten Systems besteht darin, daß keine funktionsabhängige Zeit nach Anlegen der Spannungsquelle vorhanden ist (wobei ein Maximum eine Periode der Wechselstromfrequenz ist).

Bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung werden sieben Perioden der Wechselstromquelle PS für eine Periode mit einem Spannungsverlauf gemäß Fig. 1OD benötigt. Bei diesem Spannungsverlauf wird der Abschnitt 1 nur in der ersten und zweiten Periode gemäß Fig. 1OE ausgewählt. In der dritten bis siebten Periode wird der Abschnitt 1 nicht ausgewählt. Ferner wird der Abschnitt des Spannungsverlaufes gemäß Fig..1OD in der zweiten und dritten Periode ausgewählt. Analoges gilt für die Abschnitte 3 bis 6.

Demgemäß muß bei einem Ringzähler, welcher jede Periode der Wechselstromquelle PS zählt, für ein Rücksetzsignal bei 7 (6n - 1) auch ein Matrix-Schaltkreis für die Signale 1 bis 6 vorhanden sein, Das aus T bis 6 ausgewählte Signal muß in jeder Ausgangsbedingung 1 bis 7 des Ringzählers im Vorhinein bestimmt werden.

Eine Ausführungsform einer diesbezüglichen Schaltung ist in Fig. 12 dargestellt, wobei in den Fig. 13 und 14 die entsprechenden Diagramme dargestellt sind. Die Signale 1' bis 6' dienen zur Erkennung der zwischen den Phasen anliegenden Spannungen 1 bis 6 der Wechselstromquelle. In Fig. 14 sind die Signalformen der Erkennungssignale 1¹ bis 6' dargestellt.

Gemäß Fig. 12 ist ein Ringzähler ρ vorgesehen, der die Ausgänge 1 bis 7 aufweist und bei jedem Signal 1' weiterzählt. An den Ringzähler ρ sind die "UND^M-Gatter a bis f angeschlossen. Mit

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den Eingängen des "UND"-Gatters a sind die Ausgänge T und 2 des Ringzählers ρ angeschlossen. Des weiteren liegen an den Eingängen "UND"-Gatters b die Ausgänge 2 und 3, die Ausänge 3 und 4 liegen an c, die Ausgänge 4 und 5 an d, die Ausgänge 5 und 6 an e, und die Ausgänge 6 und 7 an f.

Die Ausgangssignale der "UND"-Gatter sind in Fig. 14g bis 1 dargestellt. Diese Ausgangssignale liegen an je einem ersten Eingang eines "UND"-Gatters g bis 1 an. Die zweiten Eingänge sind mit den Erkennungssignalen 1' bis 6¹ jeweils verbunden. Das Erkennungssignal 1' liegt ferner am Eingang T des Ringzählers ρ an. Der Ausgang R des Ringzählers ρ ist auf das "UND"-Gatter f und damit auf den Ausgang 7 des Ringzählers rückgekoppelt. Der Ausgang des "UND"-Gatters g ist in Fig. 14m dargestellt. An die Ausgänge der "UND"-Gatter g bis 1 sind weitere "UND"-Gatter m bis ο angeschlossen. Die Ausgänge von g und j sind mit den Eingängen des "UND"-Gatters m verbunden; die Ausgänge h und k sind mit den Eingängen des "UND"-Gatters η verbunden; die Ausgänge i und 1 sind mit den Eingängen des "UND"-Gatters ο verbunden. Die Ausgangssignale der "UND"-Gatter η bis ο sind in Fig. 14n bis ρ dargestellt. In Fig. 14q ist die "ODER"-Verknüpfung von Fig. 14p und Fig. 14n dargestellt. Ebenso ist in Fig. 14r die "ODER"-Verknüpfung der Impulsfolge gemäß Fig. 14n und 14o dargestellt. Schließlich ist in Fig. 14s die "ODER"-Verknüpfung der Impulsfolgen ο und ρ dargestellt. Die in Fig. 14q bis s dargestellten Impulsfolgen liegen an den Schaltern

In Fig. 13 ist die zwischen den Phasen bestehende Wechselstromspannung V_RC, (für viertes Feld) dargestellt, welche die zur Anlegung an den Motor gewünschte Spannung darstellt. Jedes in dem Abschnitt 1 durch einen Nulldurchgang erzeugte Signal kann als 1'-Signal verwendet werden, wobei die Nulldurchgänge von den Spannungen zivischen den Phasen und von den Phasen erhalten werden. Ein 1'-Signal kann auch durch die verschiedenen Ausgänge

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einer Verzögerungsschaltung erhalten werden.

Das jeweils auszuwählende Signal kann aus der jeweiligen Ausgangsbedingung des Ringzählers ρ bzw. der Bedingungen von 1' bis 6' der Phasenerkennungssignale zu jener Zeit verwendet werden, nach welcher die Energiequelle angeschlossen ist. Daraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Schaltung jenen Nachteil der bekannten Schaltungen vermeidet, der darin besteht, daß solange kein Ausgangssignal erzeugt werden kann, als sich keine stabile Betriebsweise nach Anschluß der Energiequelle an den Schaltkreis eingestellt hat. Der erfindungsgemäße Vorteil ist daher auch darin zu sehen, daß eine normale Betriebsweise immer aufrechterhalten werden kann.

Mit der vorgenannten Ausführungsform kann ein Frequenzteilungsverhältnis von 1 : 7 erreicht werden. Damit können auch ähnliche Verhältnisse mit 6n ΐ 1 angewendet werden.

Die folgende Ausführungsform der Erfindung sieht eine Geschwindigkeitssteuerung vor, welche einen wirksamen Betriebswechsel-Befehl nach einer der folgenden Arten an den Motor liefert:

(1) Hochgeschwindigkeitsbetrieb durch Einschalten aller Thyristoren,

(2) Langsam-Geschwindigkeitsbetrieb durch gesteuerte Einschaltung von Thyristoren,

(3) Brems-Betrieb durch Gleichstromsteuerung eines, in einer bestimmten Phase angeordneten Thyristors.

Die dieser Ausführungsform zugrundeliegende Konzeption erfordert einen Synchronisationssignalgenerator für den Steuerbetrieb (2), der jedoch nicht für die Betriebsarten (1) und (3) benötigt wird. Diese Ausführungsform ist in Fig. 15 dargestellt.

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Gemäß Fig. 15 ist eine Dreiphasenwechselstromquelle 71 mit den Phasen R, S, T vorgesehen. Des weiteren ist ein Wechselstrommotor 72 vorgesehen, welcher über Schalter 73 gesteuert wird. Die Schalter 73 können aus Zwei-Weg-Thyristoren, entgegengesetzt parallelen Thyristoren oder entgegengesetzt schaltenden Thyristoren aufgebaut sein. Im Leitungszug zwischen dem Motor 72 und der Wechselstromquelle 71 sind Schaltschütze 74 und Synchronisationssignalgeneratoren 75, welche zwischen den Phasen liegen, vorgesehen. Die Synchronisationssignalgeneratoren 75 umfassen in Serie liegende Dioden 91, 92 und 93, in Serie liegende Begrenzungsx^iderstände 94, 95 und 96 sowie Steuerdioden 97, 98 und 99. Ein Teil dieser Schaltung ist durch einen Schalter 76 mit der Spannungsquelle verbunden. Mit den Steuerdioden 97 bis 99 wirken Steuertransistoren 97J 98' und 99' zusammen, wobei die Steuertransistoren in Abhängigkeit

.n der Luminiszenz der Steuerdioden eingeschaltet werden. An die Steuertransistoren sind Inverter 77, 78 und 79 mit den jeweiligen Ausgängen P-, P,, Pj. angeschlossen, welche die Ausgänge der Steuertransistoren umkehren und verstärken. An die Ausgänge P-, P_·, Pr sind Inverter 80, 81 und 82 mit den Ausgängen P., P,, P₀ angeschlossen. An den Ausgang P.. ist ein Ringzähler 83 angeschlossen, der 7 Ausgangssignale sequentiell erzeugt. An die Ausgänge P₁ bis P_fi und an die Ausgänge des Ringzählers 83 ist eine Frequenzsteuereinrichtung 84 angeschlossen, welche mit ihren Ausgängen an einer Einschaltsteuervorrichtung 85 liegt. Die Einschaltsteuervorrichtung 85 dient zur Steuerung des elektrischen Winkels der Schalter 73. An die Einschaltsteuervorrichtung 85 ist eine Einschaltvorrichtung 86 angeschlossen. Eine Betriebserkennungsschaltung 100 weist einen monostabilen Schaltkreis 87 auf, der dann ein hohes Ausgangssignal mit einer bestimmten Zeitverzögerung liefert, wenn der Ausgang P₁- von einem hohen Wert auf einen niedrigen Wert gewechselt hat. An den Ausgang des monostabilen Schaltkreises 87 sind zwei "UND"-Gatter 88 mit jeweils einem ersten Eingang angeschlossen. Der zweite Eingang des "UND"-Gatters 88 liegt an dem Ausgang P₁ und der

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zweite Eingang des "UND"-Gatters 89 liegt an dem Ausgang P. . Der Ausgang des "UND"-Gatters 88 liegt an einem Setzeingang eines Flip-Flops 20. Der Ausgang des "UND"-Gatters 89 liegt an einem Rücksetzeingang des Flip-Flops 20. Der Ausgang des Flip-Flops 20 ist mit der Frequenzsteuereinrichtung 84 verbunden .

Die Funktion der Ausführungsform gemäß Fig. 15 ist wie folgt: Die Steuerdioden 97, 98, 99 werden durch die drei Phasen der Spannungsquelle 71 sequentiell betätigt, Kenn die Schaltschütze 74 und der Schalter 76 eingeschaltet werden, wobei die Lumineszenz intermittierend mit einer Phasendifferenz von 120 entsteht. Dadurch entstehen an den Invertern 77 bis 82 die Ausgangssignale P₁ bis P^, wie in Fig. 16 dargestellt. An den Ausgängen 1 bis 7 des Ringzählers 83 erscheint der Ausgang P- wie-, derholt bei jedem Wechsel von einem niedrigen zu einem hohen Wert, wie in Fig. 16 S, N dargestellt. Die Frequenzsteuereinrichtung 84 wird mit den schraffiert dargestellten Impulsen von Fig. 16 angesteuert. Wenn der Ausgang des Ringzählers 83 beispielsweise 3 ist, dann werden die Schalter 73 in der Phase S und in der Phase T angewählt, so daß die zwischen den Phasen S und T liegende Spannung an den Motor gelangt, wobei die Steuerdiode 98 gleichzeitig den Ausgang P, auf einen hohen Wert setzt.

Durch dieses System wird die niedrige Betriebsgeschwindigkeit von einem Siebtel der vollen Geschwindigkeit erreicht. Durch Modifikation dieses Systems kann eine niedrige Geschwindigkeit mit 1/(6n ί 1) der vollen Geschwindigkeit erreicht werden (wobei η eine natürliche Zahl ist).

In Fig. 16 ist auch der Ausgang des monostabilen· Schaltkreises 87 dargestellt. Wenn der Ausgang des monostabilen Schaltkreises 87 einen hohen Wert besitzt, dann ist der Ausgangswert von P., ebenfalls hoch und der Ausgangswert von P. niedrig. Dadurch wird das Flip-Flop 90 gesetzt und die Frequenzsteuereinrichtung 84

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" ²⁵ " 2 5 5 R 1 ! 3

schaltet auf eine langsame Betriebsweise. Wenn der Schalter 76 abgeschaltet wird, dann wird die Lumineszenz der Steuerdiode 97 gestoppt und die Ausgänge P. und P. der Inverter 77 und 80 nehmen die in Fig. 16 P₁' und P.¹ angegebene Form an.

Wenn also der Ausgang des monostabilen Schaltkreises 87 einen hohen Wert aufweist, dann ist der Ausgangswert von P. niedrig und der Ausgangswert von P- hoch. Dadurch wird das Flip-Flop 90 zurückgesetzt und die Frequenzsteuereinrichtung 84 schaltet auf eine andere Betriebsweise um. Werden beispielsweise die Schalter 73 in der Phase R und in der Phase T angeschaltet, um die Gleichstromerregung für die Brems funktion einzuleiten, dann erfolgt ein Ausgangssignal bei P₅. Demgemäß bestimmt sich die Zeit für die Einschaltung der Schalter und daraus bestimmt sich der elektrische Winkel für den Schalter 73 durch die Einschaltsteuervorrichtung 85, womit ein Einschaltbefehl durch die Einschaltvorrichtung 86 erfolgt. ■

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Steuerung des Synchronisations Signalgenerators durch einen Schalter und der Phasenfehler wird durch die Betriebserkennungsvorrichtung bestimmt, wodurch der des Steuerbetriebs erreicht wird.

Die Schaltung zwischen dem Ausgangssignalschaltkreis und dem logischen Schwachstromschaltkreis kann \rereinfacht werden und die Stoppfunktion kann so gesteuert werden, daß eine Abweichung der langsamen Betriebsgeschwindigkeit verhindert wird, wobei dies selbst dann möglich ist, wenn die Phasen irrtümlich verwechselt werden und die Schalter eingeschaltet sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 19 dargestellt. Gemäß Fig. 17 soll dabei die Geschwindigkeit einer zu bewegenden Last so beeinflußt werden, daß die Genauigkeit der Stopp-Position von einer Stoppvorrichtung bei einer vorbestimmten Position verbessert wird. In Fig. 17a ist das Funktionsmuster

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eines Systems dargestellt, welches den Oberlauf einer vorbestimmten Position korrigiert, wobei eine langsame Rücklauf-· funktion verwendet wird. In Fig. 17b ist das Funktionsmuster eines Systems dargestellt, bei welchem die vorbestimmte Position ab einem bestimmten Zeitpunkt T2 mit einer ganz langsamen Vorwärtsfunktion erreicht wird.

In Fig. 18 ist der Hauptschaltkreis der Ausführungsform nach Fig. 19 dargestellt, wobei zwischen eine Wechselstromquelle 101 und einen Motor 103 gesteuerte Gleichrichter, wie z.B. Thyristoren geschaltet sind.

Die in Fig. 19 dargestellte Schaltung ist für das Einschaltsignal der Thyristoren 102 von Fig. 18 vorgesehen. Dazu dient ein Steuerkreis 104, der einen Phasendetektor 105, einen mit dem Phasendetektor 105 verbundenen Zähler 106, ein mit dem Zähler 106 und dem Phasendetektor verbundenes "UND"-Gatter 108, einen mit dem Zähler 106 und dem "UND"-Gatter 108 verbundenen Ringzähler 107, einen mit dem Ringzähler 107 und dem Zähler 106 verbundenen Arithmetik-Schaltkreis für logische Funktionen und schließlich einen, mit dem Arithmetik-Schaltkreis 109 und den Steuerelektroden der Thyristoren 102 verbundenen Verstärker aufweist. Der Zähler 106 umfaßt dabei 13 Folgezähler 106-1 für den langsamen Vorwärtsbetrieb und 11 Folgezähler 106-2 für den langsamen Rückwärtsbetrieb. Des weiteren ist eine Geschwindigkeits-Befehls-Einheit 111 vorgesehen, welche Ausgänge LF für langsame Vorwärtsgeschwindigkeit, LB für langsame Rückwärtsgeschwindigkeit und H für volle Geschwindigkeit aufweist.

In Fig. 20 sind die an verschiedenen Teilen des Blockdiagramms von Fig. 19 abnehmbaren Signale dargestellt. In Fig. 21 sind die Spannungsverläufe der an den Motor anlegbaren Spannungen dargestellt. Die in Fig. 211 dargestellte, zwischen den Phasen liegende Spannung wird ohne Verzögerung an den Motor in, entsprechend

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der Wechselstromquelle positiver Richtung angelegt. Die in Fig. 21m dargestellte, zwischen den Phasen liegende Spannung wird ohne Verzögerung in, entsprechend der Wechselstromquelle negativer Richtung an den Motor angelegt. (Dies geschieht gemäß der schraffierten Fläche in Fig. 21 zweimal in der Periode T2 bzw. T3).

Tn Fig. 22 sind die Motorausgangskennlinien dargestellt. Wenn von dem Geschwindigkeits-Befehlsschaltkreis 111 gemäß Fig. 19 ein Befehl für eine hohe Geschwindigkeit erfolgt, dann werden alle Thyristoren 102 eingeschaltet; dies bedeutet, daß die Spannung der Wechselstromquelle 101 direkt an dem Motor 103 anliegt, wodurch der Motor 103 mit der in Fig. 22n und Fig. 22o dargestellten Kennlinie a arbeitet. Die Synchronisationsgeschwindigkeit liegt dabei bei n_Q.

Wenn die Thyristoren nur insoweit eingeschaltet werden, daß nur die zwischen den Phasen liegende Spannung gemäß der gestrichelten "Fläche von Fig. 21 an dem Motor 103 von Fig. 19 anliegt, dann ergibt sich, daß die Phasendifferenz der Spannungen zwischen benachbarten Phasen gleich T. = TC/3 ist, wenn die Periode der Wechselstromspannung 101 gleich 2TC ist.(Dies ist beispielsweise der Fall, \\^renn die Spannung zwischen U und V oder zwischen U und W betrachtet wird).

Andererseits ist die Phasendifferenz zu der benachbarten, zwischen den Phasen liegenden Spannung für den Fall, daß nur der schraffierte Teil gemäß Fig. 21 eingeschaltet wird, gleich T₂ = 4TC + 7Γ/3 = 13/3ΤΓ für Fig. 211. Daraus ergibt sich folgende Gleichung:

^T1

£ = fi . _{β 1/13 fig}

Dabei ist fi die Frequenz der Wechselstromquelle und f die Aus-

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gangsfrequenz des Systems gemäß Fig. 211.

Die Phasendifferenz zur benachbarten, zwischen den Phasen liegenden Spannung gemäß Fig. 21m ist gleich: T₃ = 37C + 2/3TC= 11/37¹C. Daraus ergibt sich folgende Gleichung;

^T1
fm = fi · —— = 1/1 ITC

^T3
wobei fm die Ausgangs frequenz der Anordnung ist.

Bei einer Steuerung der Thyristoren 102 ergibt sich eine Ausgangsfrequenz von 1/13 bei einer Vorwärtsphasenrotation der Wechselstromquelle gemäß Fig. 211.

Andererseits ergibt sich für die Rückwärtsphasenrotation der Wechselstromquelle gemäß Fig. 21m eine Ausgangsfrequenz von 1/11.

Die Motorausgangskennlinie ist in Fig. 22n mit b für den Fall von Fig. 211 und in Fig. 22o mit c für den Fall von Fig. 21m gekennzeichnet.

Im Folgenden ist die Ausführungsform zur Erzeugung der Signale für eine selektive Einschaltung der Thyristoren 102 beschrieben. In Fig. 20c ist der Spannungsverlauf für die zwischen den Phasen anliegende Spannung der Wechselstromspannungsquelle 101 dargestellt. Die schraffierten Bereiche zeigen diejenigen Spannungen, welche die selektive Einschaltung der Thyristoren bei dieser Ausführungsform bewirken. In Fig. 2Od ist die Impulsfolge dargestellt, welche zu der Zeit entsteht, wenn die zwischen den Phasen anliegende Spannung UV gleich Null ist. In Fig. 2Oe ist die Impulsfolge dargestellt, die entsteht, wenn alle zwischen den Phasen anliegenden Spannungen der Wechselstromquelle gleich Null sind.

Die Impulsfolgen d und e sind die Ausgänge des Phasendetektors

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105 von Fig. 19. Der Zähler 106-1 wird bei jedem 13. Impuls der Impulsfolge e rückgesetzt und hat die Ausgänge 1 bis 13 (= Null). Die Impulsfolge f zeigt die am Ausgang 13 (= Null) des Ringzählers 107 auftretenden Impulse.

Eine Vielzahl von Flip-Flops (3 Flip-Flops) sind kreisförmig zu einem Ringzähler 107 verbunden und die Ausgänge der Flip-Flops werden sequentiell in Abhängigkeit von den Eingangsimpulsen gewechselt. In diesem Fall wird der Ringzähler 107 durch die Ausgangsimpulsfolge g des "UND"-Gatters, das an den Eingängen die Impulsfolgen d und f aufweist, gesetzt.

Des weiteren ergebt sich daraus aus Fig. 20, daß die Setzimpulse g bei jedem dritten Triggerimpuls f des Ringzählers 109 auftreten. Daher wird der Ringzähler 107 in jeder Periode gesetzt (zur Bestätigung der Synchronisation). Die Ausgänge des Ringzählers 107 sind in den Fig. 20h und 2Oi dargestellt. Die Impulsfolgen Ug bis Wg sind logische Produkte der Impulsfolgen h bis j des Ringzählers 107 unter Formung der Impulsfolgen derart, daß die Impulsbreite geringer ist als die halbe Periode der Wechselstromquelle zu einer Zeit, die 0 und 6 entspricht und zwischen den Ausgängen 1 bis 13 des Zählers 106 liegt.

Die logischen Funktionen werden in einem logischen Schaltkreis durchgeführt. Die Impulsfolgen U bis W entsprechen der schraffierten Fläche der Spannungsverläufe der zwischen den Phasen liegenden Spannungen der Wechselstromquelle 101. Die Impulse der Impulsfolgen U₀. bis W werden durch den Verstärker 110 derart verstärkt, daß sie für die Einschaltsteuerung der Thyristoren 102 ausreichen. Die Funktion des Steuerkreises 104 ist für das Einschaltsignal der Thyristoren 102 derart vorgesehen, daß die durch die schraffierten Flächen dargestellten Spannungen gemäß Fig. 211 an den Motor 103 die positive Halbwelle und die negative Ilalbwelle von der Wechselstromquelle 101 liefern. Im selben Fall können auch die durch die schraffierten Flächen gemäß

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2558 Π 3

Fig. 21m dargestellten Spannungen an den Motor angelegt werden.

Die Ausführungsform wurde anhand der bekannten Kennlinien eines Induktionsmotors mit den zwei möglichen Arten der Langsam-Funktion dargestellt. Es ist auch möglich, die zwischen den Phasen anliegende Spannung der Wechselstromquelle für den gewünschten elektrischen Winkel derart zu verwenden, daß die Spannung der Frequenz des Motors entspricht. Die Funktionsmuster gemäß Fig. 17 können bei einem herkömmlichen Motor verwendet werden.

Wenn alle Thyristoren 102 in den "EIN"-Zustand durch die Einschaltsteuerung der Steuervorrichtung 104 versetzt werden, dann können die Drehmoment-Geschwindigkeitskennlinien a in den Fig. 22n und 22o erhalten werden. Wenn die Einschaltsteuerung gemäß Fig. 211 durchgeführt wird, dann ergibt sich die Kennlinie b von Fig. 22n. Wenn die Einschaltsteuerung gemäß Fig. 21m durchgeführt wird, dann ergibt sich die Kennlinie c von Fig. 22o.

Wenn das Funktionsmuster von Fig. 17a verwendet wird, dann ergeben sich die Kennlinien c von Fig. 22o für die Motorausgangsleistung durch Einschaltung von allen Einschaltzuständen der Thyristoren 102 durch den Hochgeschwindigkeits-Befehl mit dem Ausgangssignal "Hoch" der Geschwindigkeitsbefehlseinrichtung 111. Für einen selektiven Einschaltzustand gemäß Fig. 21m erfolgt ein Ausgangssignal LB für eine niedrige umgekehrte Geschwindigkeit aus der Geschwindigkeitsbefehlsanordnung 111 zum Zeitpunkt t.. gemäß Fig. 17. Dadurch läuft der Motor mit langsamer Geschwindigkeit rückwärts. Andererseits wird durch das Funktionsmuster gemäß Fig. 17b die Kennlinie für die Motorausgangsleistung von der Kennlinie a auf die Kennlinie c gemäß Fig. 221 dadurch geändert, daß von dem vollen Einschaltzustand auf den ausgewählten Einschaltzustand gemäß Fig. 211 umgeschaltet wird, wobei dies

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durch ein Ausgangssignal LF für die langsame Vorwärtsgeschwindigkeit aus der Geschwindigkeitsbefehlsanordnung 111 zum Zeitpunkt ty gemäß Fig. 17 geschieht.

Ein Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß ein geivöhnlicher Motor mit ausgezeichneten Kennlinien ohne ein Geschwindigkeitsänderungsgetriebe, ohne eine Bremse und ohne eine Kupplung nur mit einer einfachen Steuervorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Darüber hinaus ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltung sehr einfach und kann in wirtschaftlicher Weise miniaturisiert werden.

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Claims

Patentansprüche

1.J Geschwindigkeitssteuereinrichtung für Elektromotoren ut Schaltern, welche in mehreren Phasen zwischen dem Motor und einer Wechselstromquelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Energiezufuhr zum Motor beeinflussende Steuereinrichtung (10, 20, 30) für eine langsamere Geschwindigkeit derart vorgesehen ist, daß eine aus der Steuereinrichtung kommende Frequenz, die niedriger ist als die Frequenz der Wechselstromquelle (PS) die Einschaltfunktion der Schalter (BCR) steuert und daß eine Phasenschiebeanordnung (42) vorgesehen ist, welche die Phasenfolge in einem, der gewünschten Geschwindigkeitsänderung des Motors (IM) entsprechenden Wechsel beeinflußt.

2. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß di.e Steuereinrichtung (10, 20, 30) als eine abwechselnd erregte Einschaltsteuervorrichtung (60) ausgebildet ist, welche die Schalter (45; 49; 73) derart ansteuert, daß eine mit einer vorbestimmten Frequenz versehene Spannung an dem Motor anliegt und daß eine Speichereinrichtung (61) für die Speicherung der Ausgangszustände der Einschaltsteuervorrichtung (60) derart vorgesehen ist, daß ein Bremsbefehl (63) vorrangig schaltbar ist und daß eine Gleichstromsteuereinrichtung (64) zur Steuerung der Schalter (BCR) derart vorgesehen ist, daß nur auf einer durch die Speichervorrichtung (61) vorgesehenen Phase eine Spannung an den Motor (IM) schaltbar ist.

3. Geschwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringzähler (83) durch ein Eingangssignal, welches mit einer Phase der Energiequelle synchronisiert ist, derart betätigbar ist, daß ein Zählausgang 6n - 1 (n = eine

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natürliche Zahl) wirksam ist und daß ein sechs Wellenformabschnitte auswählender Signalgenerator (100) die Wellenformen der Energiequelle in jeder Phase in positive und negative Abschnitte auswählt und daß eine Signalauswahlschaltung für niederfrequente Wellenformen derart vorgesehen ist, daß durch eine logische Verbindung mit dem Ringzähler und dem Signalgenerator eine selektive Einschaltsteuerung der Schalter (BCR) erfolgt.

4. Gesclwindigkeitssteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Synchronisationssignalgeneratoren (75) zwischen die Phasen der Wechselstromquelle (71) geschaltet sind, und daß eine Frequenzsteuereinrichtung (84) die Einschaltung der Schalter (74) entsprechend den Ausgangssignalen der Synchronisationssignalgeneratoren (75) für einen niedrigen Frequenzausgang steuert und daß Schalter für die Bremsung der Signalgeneratoren vorgesehen sind und daß eine Betriebserkennungsschaltung (100) bei einer Abschaltung von einem der Synchronisationssignalgeneratoren die Frequenzsteuereinrichtung steuert, wobei die Frequenzsteuereinrichtung (84) durch ein Ausgangssignal der Betriebserkennungsschaltung (100) einen Wechsel des Steuerzustandes der Schalter bewirkt.

5. Geschwindigkeitssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung für die Einschaltsteuerung der Schalter durch ein Betriebssignal betätigt wird, wobei eine zwischen den Phasen anliegende Spannung, welche die gleiche oder entgegengesetzte Phasenfolge zu der Spannungsquelle aufweist, an den Motor durch die Einschaltsteuerung der Steuervorrichtung anlegbar ist.

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