DE3012833C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-PS 12 24 824).

Synchronmotoren werden üblicherweise aus einem Wechselspannungsnetz gespeist, wobei die vom Netz gespeiste Drehstromwicklung ein Drehfeld erzeugt, von dem das Polsystem des Läufers mitgenommen wird. Das Polsystem des Läufers wird dabei entweder über Schleifringe mit Gleichstrom gespeist oder ist als Permanentmagnetsystem ausgebildet. Steht zur Speisung des Synchronmotors nur ein Gleichspannungsnetz zur Verfügung, ist es bekannt, die Ständerwicklungen des Synchronmotors zyklisch an die Gleichspannung zu schalten.

Aus der DE-PS 12 24 824 ist eine derartige Schaltungsanordnung für kollektorlose Gleichstrom-Kleinstmotoren mit Permanentmagnetläufer und mindestens vier Ständerwicklungen bekannt, die sternförmig geschaltet und zur Erzeugung eines Drehfeldes über steuerbare Ventile in zyklischer Folge mit Gleichstrom erregbar sind. Zur Steuerung der die Ständerströme schaltenden Ventile werden die Spannungen herangezogen, die der Läufer in den jeweils stromlosen Ständerwicklungen induziert. Die Umschaltung des Stroms von einer Wicklung auf die darauffolgende erfolgt im Augenblick der Gleichheit der Momentanwerte der Spannungen zweier Wicklungen, die gegenüber den an der Kommutierung beteiligten Wicklungen um 180° el. versetzt sind. Das Signal für die Umschaltung wird aus der Gleichheit der Momentanwerte der beiden Spannungen abgeleitet.

Zum zyklischen Umschalten werden bistabile Kippstufen und zum Spannungsvergleich Komparatoren verwendet.

Aus der DE-AS 13 03 612 ist eine Überwachungseinrichtung für einen impulsgesteuerten Schrittmotor mit einem Permanentmagneten als Rotor und mehreren Statorwicklungen bekannt, welche eine kollektorlose Steuerschaltung besitzt, die die Eingangsimpulse auf die Statorwicklungen verteilt. Die Stellung des Rotors wird dabei durch eine mit ihm über eine Welle gekuppelte Scheibe abgebildet, welche eine Öffnung aufweist, durch die das Licht einer Lichtquelle auf Fotozellen fällt, die auf einem Kreis entsprechend den Stellungen der Statorwicklungen angeordnet sind. Den Fotozellen sind UND-Schaltungen nachgeordnet, von denen jeweils der eine Eingang mit einer Fotozelle und der andere Eingang mit derjenigen Ausgangsleitung der Steuerschaltung verbunden ist, über welche die der betroffenen Fotozelle stellungsmäßig zugeordnete Statorwicklung beaufschlagt wird. Die Ausgänge der UND-Schaltungen sind über eine ODER- auf eine Torschaltung geführt, deren zweiter Eingang an den Impulsgenerator angeschlossen ist. Die Torschaltung liefert bei Anwesenheit eines Signals der ODER-Schaltung einen Fortschaltimpuls an die Steuerschaltung. Im Vergleich mit elektronischen Schaltmitteln erlaubt diese optische Steuerung des Motors eine nicht für alle Anwendungsfälle ausreichende Steuergenauigkeit. Eine Verzögerungsschaltung im Sinne der Erfindung ist bei dieser bekannten Überwachungseinrichtung nicht vorgesehen.

Aus der DE-AS 12 44 287 ist eine Einrichtung zur Zwangskommutierung für einen gleichstromgespeisten Motor mit einer mindestens zwei Ankerzweige aufweisenden Ankerwicklung im Ständer, läuferseitiger Felderregung und elektronischem Stromwender bekannt. Die Speisung des Motors erfolgt über Thyristoren in einer mehrphasigen Brückenschaltung und über einen in jeweils einer Brückenzuleitung liegenden Hauptthyristor. Vor dem Kommutieren des Ankerstromes auf den nachfolgenden Ankerwicklungszweig sind von den stromführenden Hauptthyristoren zunächst nur die in einer Zuleitung liegenden gelöscht, so daß sich für den gerade stromführenden Ankerwicklungszweig bis zur Löschung der stromdurchlässig gebliebenen Hauptthyristoren der anderen Zuleitung eine Nullanode ergibt, welche ein langsames, nur durch die elektrische Zeitkonstante der strömführenden Ankerwicklung bestimmtes Abklingen des Ankerstromes zuläßt. Zwischen dem Wiederzünden der Hauptthyristoren und dem Zünden der Thyristoren in der Brückenschaltung liegt eine vom gewünschten Drehmoment (Strom) bestimmte Zeitspanne.

Schließlich sind aus der DE-OS 25 08 546 und der DE-Z Industrie-Elektrik und Elektronik, insbesondere Seiten 405 ff, aus einer Gleichspannungsquelle gespeiste Elektromotoren bekannt, wobei zwischen der Kommutierungseinrichtung und der Gleichspannungsquelle zur Taktung des Kommutierungsstromes Schaltelemente angeordnet sind. Die Steuerung der Ventile kann beispielsweise über Hall-Geber erfolgen.

Die DE-AS 24 28 718 zeigt einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und einer mehrphasigen, mittels einer Kommutierungseinrichtung ansteuerbaren Statorwicklung. Die Kommutierungseinrichtung wird in Abhängigkeit von durch den drehenden Rotor induzierten Spannungen gesteuert. Die Kommutierungseinrichtung des Motors ist mit einer Schaltvorrichtung verbunden, welche während des Anlaufs des Motors bewirkt, daß der Rotor durch Ansteuerung vorgegebener Phasen der Statorwicklung in die Ruhelage gestellt wird. Anschließend wird wenigstens eine Phase der Statorwicklung für eine vorwählbare Zeitdauer angesteuert, um den Motor in Drehung zu versetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau einen weitgehend störungsfreien Antrieb ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Durch Verwendung eines Ringzählers zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen mit einer Sperrschaltung am Zähleingang wird erreicht, daß sich beim Umschalten der Ständerwicklungen auftretende Störsignale nicht auf das Weiterschalten des Ringzählers auswirken.

Weiterhin sind in bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Mittel vorgesehen, die eine Anlauf-Strombegrenzung bewirken, sowie weitere Mittel, die eine Drehzahlregelung des Synchronmotors ermöglichen.

Zeichnung

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Synchronmotors mit Schaltventilen in den Zuleitungen der Ständerwicklungen; Fig. 2 den Stromlaufplan einer elektronischen Schaltungsanordnung zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen; Fig. 3 verschiedene Signalverläufe, wie sie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auftreten; Fig. 4 bis 6 Stromlaufpläne von Schaltungsanordnungen zur Anlauf-Strombegrenzung des Synchronmotors; Fig. 7 den Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung und Drehzahlregelung des Synchronmotors.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist der Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung dargestellt, die zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz dient. Der Synchronmotor ist dabei mit 10 bezeichnet und weist Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ auf, die im Stern geschaltet sind, wobei der Sternpunkt an eine Klemme der Versorgungs-Gleichpannung U₀ geführt ist. Die anderen Enden der Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ sind über elektrische Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ an eine Sammelleitung angeschlossen, die mit dem anderen Pol der Versorgungs-Gleichspannung U₀ verbunden ist. Die elektrischen Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als Transistoren dargestellt, an deren Kollektor-Emitter-Strecken bei jeweils gesperrtem Ventil die Steuerspannungen U₁, U₂, U₃, U₄ anliegen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere elektrische oder elektronische Schaltelemente als Ventile einsetzbar. Der Rotor des Synchronmotors 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Permanentmagnet ausgebildet, dessen Pole mit N und S bezeichnet sind.

Durch zyklisches Ansteuern der Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ können nun die Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ nacheinander an die Versorgungs-Gleichspannung U₀ geschaltet werden, wobei bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung jeweils eine Wicklung zugeschaltet und die anderen abgeschaltet sind und die Weiterschaltung der Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ in Abhängigkeit von den Spannungen vorgenommen wird, die sich aus der Differenz zwischen der Versorgungsgleichspannung und den in die Ständerwicklungen induzierten Wechselspannungen ergeben und als U₁, U₂, U₃, U₄ abnehmbar sind.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum zyklischen Umschalten der Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung wird eingangsseitig von den Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ beaufschlagt und liefert ausgangsseitig Steuersignale für die Ventile V₁, V₂, V₃, V₄. Die Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ werden jeweils auf positive Eingänge von Komparatoren 11, 12, 13, 14 geführt, deren negative Eingänge mit jeweils einem positiven Eingang eines anderen Komparators so verschaltet sind, daß im ersten Komparator 11 die Spannung U₁ mit der Spannung U₄, im zweiten Komparator 12 die Spannung U₂ mit der Spannung U₁, im dritten Komparator 13 die Spannung U₃ mit der Spannung U₂ und im vierten Komparator 14 die Spannung U₄ mit der Spannung U₃ verglichen wird. Die Ausgänge der Komparatoren 11, 12, 13, 14 sind auf erste Eingänge von UND-Gattern 15, 16, 17, 18 geführt, deren weitere Eingänge an die Ausgangs-Steuerleitungen für die Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ geführt sind. Dabei ist das erste UND-Gatter 15 mit der Ausgangs-Steuerleitung für V₂, das zweite UND-Gatter 16 mit der für V₃, das dritte UND-Gatter 17 mit der für V₄ und das vierte UND-Gatter 18 mit der für V₁ verbunden. Die Ausgänge der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 sind auf ein 4-Fach-ODER-Gatter 19 geführt, dessen Ausgang mit einem Eingang eines UND-Gatters 20 verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gatters 20 steht mit einem dynamischen Setzeingang einer eine monostabile Kippstufe aufweisenden Sperrschaltung 21, die die Standzeit t _{V 1} aufweist, in Verbindung. Der nichtinvertierte Ausgang der monostabilen Kippstufe 21 ist einmal über einen Inverter 22 mit dem weiteren Eingang des UND-Gatters 20 und weiterhin mit dem dynamischen Zähleingang 230 eines Zählers 23 verbunden. Der Zähler 23 weist entsprechend der Phasenzahl n =4 des in Fig. 1 dargestellten Synchronmotors 10 vier Zählerzustände auf. Jeder Zählerzustand 1 bis 4 erzeugt ein Signal an einer der Zählerausgangsleitungen 1 bis 4, wobei die Ausgangsleitung 1 mit dem Steuereingang für das Ventil V₁, die Ausgangsleitung 2 mit dem für das Ventil V₂, Ausgangsleitung 3 mit dem für das Ventil V₃ und die Ausgangsleitung 4 mit dem für das Ventil V₄ verbunden ist. Bei jeder Ansteuerung des Eingangs 230 wird der Zähler um eine Stelle in der Reihenfolge 1-2-3-4-1- weitergesetzt und die Ansteuerung der Ventile damit in der gleichen Reihenfolge weitergeschaltet.

Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung soll nun anhand der in Fig. 3 dargestellten Diagramme erläutert werden. Fig. 3a zeigt dabei die in die Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ induzierten Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄, die auftreten, wenn keine Zuschaltung einer Ständerwicklung erfolgen würde. Um das maximale Drehmoment und den höchsten Wirkungsgrad des Synchronmotors auszunutzen, wird erfindungsgemäß jede Wicklung entsprechend einem Winkel von 90° (bei vierphasigem Motor) symmetrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der induzierten Wechselspannung, d. h. zum Minimum der Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ zugeschaltet. Aus Fig. 3a folgt damit unmittelbar, daß beispielsweise der Zuschaltbeginn für die Ständerwicklung W₁ mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, an dem die Spannung U₃ größer als U₂ wird. Entsprechend ist von der ersten Wicklung W₁ auf die zweite Wicklung W₂ weiterzuschalten, wenn die Spannung U₄ größer als U₃ wird. Allgemein gesprochen wird bei einem n-phasigen Synchronmotor (n geradzahlig) die i-te Wicklung zugeschaltet und die (i-1)-te Wicklung abgeschaltet, wenn

U _{i +n/2} < U _{i +n/2-1}

wird, wobei U _i die in die i-te Wicklung induzierte Spannung bezeichnet und i =i +k · n für k =0, 1, 2 . . . ist (Beispiel: n =4, Zuschaltung von W₄ wenn U₆<U₅ bzw. mit k =1 wenn U₂<U₁).

Dies drückt sich in Fig. 3b aus, wo der jeweilige Zustand Z des Zählers 23 aufgetragen ist. Wie ersichtlich, ist das Ansteuersignal während des vorerwähnten Zuschaltzeitraumes für die Wicklung W₁ mit dem Zählerstand "1" verknüpft. Wenn die Spannung U₄ größer als U₃ wird, geht der Zähler in den Zustand 2, wodurch entsprechend der Schaltung nach Fig. 2 das Ventil V₂ betätigt wird.

Das Weiterschalten des Zählers 23 wird, wie erwähnt, durch Ansteuerung des Einganges 230 über die monostabile Kippstufe 21 bewirkt. Hierzu werden zunächst in den Komparatoren 11, 12, 13, 14 die Umschaltbedingungen entsprechend einem Vergleich der Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ festgelegt und bei Erreichen eines Umschaltpunktes, beispielsweise, wenn U₃ größer als U₂ wird, am Ausgang des Komparators 13 ein Steuersignal an die UND-Gatter 15, 16, 17, 18, im Beispiel also das UND-Gatter 17, weitergegeben. Das UND-Gatter 17 schaltet dann durch, wenn gleichzeitig im Zähler 23 der Zustand "4" eingeschrieben ist, was, wie Fig. 3b zeigt, vor Erreichen der Umschaltbedingung U₃ größer U₂ der Fall ist. Durch Beschalten der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 mit dem Zählerausgangssignal wird damit eine Vorbereitung der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 derart bewirkt, daß ein Signal zum Weiterschalten des Zählers 23 über die UND-Gatter 15, 16, 17, 18 nur dann weitergegeben wird, wenn einerseits der Zähler 23 in dem vorausgehenden Zählerzustand war und andererseits die aus den Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ festgelegte Umschaltbedingung erreicht ist.

Jedes der Ausgangssignale der UND-Gatter 15, 16, 17, 18 steuert über das ODER-Gatter 19 einen Eingang des UND-Gatters 20 an, das seinerseits auf den Steuereingang der monostabilen Kippstufe 21 einwirkt. Die Verknüpfung des nichtinvertierten Ausganges der monostabilen Kippstufe 21 über den Inverter 22 mit dem weiteren Eingang des UND-Gatters 20 hat dabei den Sinn, den Eingang 230 des Zählers 23 während der Dauer der Standzeit der monostabilen Kippstufe 20 auf positivem Signal zu halten, wie dies in Fig. 3c dargestellt ist. Damit wird bewirkt, daß die beim Umschalten der Wicklungen auftretenden Störspannungen nicht zu einem unbeabsichtigten Weiterschalten des Zählers 23 führen, bevor die nächst definierte Umschaltbedingung erreicht ist. Fig. 3c stellt dabei die Ausgangsspannung am nichtinvertierten Ausgang der monostabilen Kippstufe 21 dar, wobei mit t _{V 1} die Standzeit bezeichnet ist. Diese Standzeit ist dabei so bemessen, daß alle Einschwingvorgänge nach dem Umschalten der Ständerwicklung während der Standzeit abgeklungen sind und die monostabile Kippstufe 21 und damit der Zähler 23 für den nächsten Umschaltvorgang freigegeben werden kann.

Fig. 3d, 3e, 3f, 3g zeigen die an den Ausgangsklemmen für die Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ anliegenden Steuersignale. Bei dem oben erwähnten Beispiel, bei dem auf die Ständerwicklung W₁ dann umgeschaltet wird, wenn U₃ größer als U₂ wird, bedeutet dies, daß bis zum Erreichen der nächsten Umschaltbedingung (U₄ größer als U₃) das Ventil V₁ bleibt. Danach wird auf V₂, dann auf V₃ usf. weitergeschaltet.

In Fig. 3h ist schließlich beispielsweise die Spannung U₁ für die Ständerwicklung W₁ dargestellt, wobei im Gegensatz zu Fig. 3a die Zu- und Abschaltung der Ständerwicklungen vorgenommen wird. Dies bedeutet, daß zum Zuschaltzeitpunkt der Ständerwicklung W₁ die Spannung U₁ wegen der Ansteuerung des Ventils V₁ auf Null absinkt, bis auf die Ständerwicklung W₂ weitergeschaltet wird. Wie weiter unten ausgeführt, ist es in einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung möglich, den Zuschaltzeitpunkt für die einzelnen Wicklungen, im dargestellten Beispiel also für Ständerwicklung W₁ um einen vorgebbaren Betrag t _{V 2} zu verzögern, um auf diese Weise eine Drehzahlregelung des Synchronmotors zu bewirken.

Bei dem erfindungsgemäß betriebenen Synchronmotor baut sich wie bei einem Gleichstrommotor eine mit zunehmender Drehzahl wachsende Gegenspannung auf, so daß der Strom abnimmt. Will man nun die Schaltelemente für den Strom bei höherer Drehzahl dimensionieren, so ist es erforderlich, in der Anlaufphase des Motors den Strom zu begrenzen.

In einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird hierzu ein an sich bekannter Vorwiderstand 24 in die Zuleitung des Sternpunktes der Ständerwicklungen W₁, W₂, W₃, W₄ geschaltet, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Der Vorwiderstand 24 ist dabei entweder strom- oder drehzahlabhängig mit einem elektromechanischen oder elektronischen Schalter 25 überbrückbar.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Synchronmotor 10 an dem Abgriff eines Spannungsteilers geschaltet, der aus einem Längselement 26 und einem Kondensator 27 besteht. Durch das einstellbare Längselement 26, beispielsweise einen Längstransistor, wird dabei die Spannung U₀ und dadurch indirekt der Motorstrom begrenzt. Der Kondensator 27 dient bei dieser Ausführungsform dazu, für einen Ausgleich der in den Freilaufphasen auftretenden Spitzen zu sorgen und damit insgesamt eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Synchronmotors zu bewirken.

Schließlich ist in Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt, bei der die Gleichspannung zur Speisung des Synchronmotors 10 aus einer Wechselspannung U _∼ gewonnen wird, wobei die Versorgungs- Gleichspannung U₀ am Kondensator 27 durch einen steuerbaren Gleichrichter 28 einstellbar ist.

Schließlich kann der Anlaufstrom noch dadurch begrenzt werden, indem das durch den Zähler 23 jeweils angesteuerte Ventil V₁, V₂, V₃, V₄ getaktet und so beispielsweise der Maximalwert oder der Mittelwert des Stromes begrenzt wird. Geht man so vor, ist jedoch durch das Takten ein sicherer Vergleich der Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ nicht mehr möglich. Deshalb muß kurz vor einem zu erwartenden Schnittpunkt der Spannungswerte das Takten eingestellt werden. In Fig. 7 ist eine Anordnung dargestellt, bei der sowohl der Anlaufstrom durch Takten begrenzt wie auch die Drehzahl des Synchronmotors 10 eingestellt werden kann. Hierzu wird das Steuersignal für ein Ventil V in ein modifiziertes Steuersignal V′ umgewandelt. Das Steuersignal V′ ist am Ausgang eines UND-Gatters 30 abnehmbar, dessen Eingänge mit einem UND-Gatter 31 bzw. einem ODER-Gatter 32 beschaltet sind. Das UND-Gatter 31 ist eingangsseitig einerseits an das Steuersignal für das Ventil V angeschlossen, andererseits an den invertierten Ausgang einer monostabilen Kippstufe 33, die eine Standzeit t _{V 2} aufweist, die in Abhängigkeit von der Differenz einer Soll-Drehzahl n _soll und einer Ist-Drehzahl n _ist einstellbar ist, wie dies durch den Summenpunkt 35 angedeutet ist. Das ODER-Gatter 32 ist eingangsseitig an den invertierten Ausgang einer monostabilen Kippstufe 34, die vom Steuersignal für das Ventil V angesteuert wird sowie an den Ausgang einer Takteinrichtung 36 angeschlossen, die in Abhängigkeit von der Differenz eines Maximalstroms i _max und eines Ist-Stroms i _ist steuerbar ist, wie dies durch den Summenpunkt 37 dargestellt ist.

Um eine Strombegrenzung in der oben beschriebenen Weise zu bewirken, wird am Summenpunkt 37 zunächst die Differenz von Ist-Strom i _ist und Maximalstrom i _max gebildet und in Abhängigkeit von dieser Differenz die Takteinrichtung 36 gesteuert. Das Steuersignal für das Ventil V setzt die monostabile Kippstufe 34 für eine vorbestimmte Zeit, die beispielsweise das 0,8fache der Zuschaltzeit einer Wicklung beträgt. Dann ist durch die Verknüpfung der Ausgangssignale der Elemente 34, 36 im ODER-Gatter 32 sichergestellt, daß nach Ablauf der Standzeit der monostabilen Kippstufe 34 das ODER-Gatter 32 auf jeden Fall durchgesteuert wird, d. h. daß die Takteinrichtung 36 nur während eines ersten Teiles der Zuschaltzeit der jeweiligen Wicklung wirksam wird. Daran schließt sich eine Beruhigungszeit an, in der die durch die Taktung verursachten Übergangserscheinungen abgeklungen sind, so daß der Ringzähler 23 für das nächste Weiterschalten vorbereitet werden kann.

Um die Drehzahl des Synchronmotors 10 einzustellen, ist es einerseits möglich, entweder das Längselement 26 gemäß Fig. 5 oder den steuerbaren Gleichrichter 28 gemäß Fig. 6 derart einzustellen, daß sich die Spannung U₀ verändert, bis sich die gewünschte Drehzahl einstellt. Es ist jedoch andererseits auch möglich, eine Drehzahlregelung durch Pulslängensteuerung vorzunehmen. Hierzu wird im Summenpunkt 35 gemäß Fig. 7 die Differenz der Ist-Drehzahl n _ist und einer Soll-Drehzahl n _soll gebildet und in Abhängigkeit von dieser Differenz die Standzeit der monostabilen Kippstufe 33 eingestellt. Solange sich die monostabile Kippstufe 33 im gesetzten Zustand befindet, wird das Steuersignal für die Ventile V nicht über das UND-Gatter 31 und das UND-Gatter 30 weitergeleitet. Wie bereits oben bei der Beschreibung von Fig. 3h erwähnt, bewirkt diese Verzögerung des Steuersignales V eine Veränderung des Spannungsverlaufes von beispielsweise U₁ in der Weise, wie dies gestrichelt in Fig. 3h dargestellt ist. Die wirksame Zuschaltzeit der Ständerwicklung W₁ im Beispiel wird dadurch verkürzt und die Drehzahl entsprechend vermindert. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 wird die Drehzahl des Synchronmotors 10 aufgrund des Vergleiches von Soll- und Ist-Drehzahl geregelt. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, durch Einspeisung eines Steuersignales am Summenpunkt 35 statt einer Regelung eine Steuerung des Synchronmotors 10 einzusetzen. Da im Stillstand des erfindungsgemäß betriebenen Synchronmotors keine Information über die Position des Läufers vorliegt, ist für den Anlauf eine besondere Steuerung notwendig. Hierzu wird erfindungsgemäß entweder zunächst ein Drehfeld sehr niedriger, vorzugsweise über der Zeit leicht ansteigender Frequenz erzeugt und dann auf die oben im einzelnen beschriebene Selbstführung umgeschaltet. Die Umschaltung kann dabei entweder bei der bestimmten Drehzahl erfolgen oder in Abhängigkeit von Schaltmitteln, die erkennen, wann die induzierten Spannungen U₁, U₂, U₃, U₄ eine Lageerkennung ermöglichen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Anlaufsteuerung dadurch bewirkt, daß der Läufer vor dem Anlaufen durch längeres Einschalten eines Ventils in eine definierte Lage gebracht, das Ventil dann abgeschaltet und gleichzeitig das zyklisch nächste Ventil eingeschaltet wird. Dies bewirkt bei entsprechender Auslegung der Komparatoren 11, 12, 13, 14, daß das übernächste Ventil bereits selbstgeführt einschaltet.

Claims (12)

1. Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz, bei der die Ständerwicklungen des Synchronmotors in zyklischer Reihenfolge mittels elektrischer Ventile an die Gleichspannung geschaltet werden, wobei die in die nicht zugeschalteten Ständerwicklungen induzierten Wechselspannungen gemessen und die Zuschaltung jeweils einer Ständerwicklung während eines vorgegebenen elektrischen Winkelbereiches wenigstens näherungsweise symmetrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der in jeweils eine der zugeschalteten Ständerwicklung um 180° el. versetzten Ständerwicklung induzierten Wechselspannung vorgenommen wird, und wobei ein Zähler verwendet wird, dessen Ausgänge in Abhängigkeit von den in den nicht zugeschalteten Ständerwicklungen induzierten Wechselspannungen weitergeschaltet und an die Steuereingänge der Ventile angeschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum zyklischen Weiterschalten der Ständerwicklungen (W₁, W₂, W₃, W₄) des Synchronmotors (10) als Zähler ein Ringzähler (23) verwendet wird und daß ein Signal in Abhängigkeit von der Differenz zweier aufeinanderfolgender induzierter Wechselspannungen (U₁ bis U₄) und des Schaltzustandes des zugehörigen Ringzähler-Ausgangs über eine Sperrschaltung (21) auf den Zähleingang (230) des Ringzählers (23) gegeben wird,, wodurch das Weiterschalten für eine vorbestimmte Zeit (t _{V 1}) gesperrt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der induzierten Wechselspannungen (U₁ bis U₄) über eine der Phasenzahl des Synchronmotors entsprechende Zahl von Komparatoren (11 bis 14) erfolgt und daß jedem Komparator (11, 12, 13, 14) ein Und-Gatter (15, 16, 17, 18) zugeordnet ist, das jeweils zwischen einen Komparator und ein ODER-Gatter (19) geschaltet ist, wobei ein Eingang des jeweiligen UND-Gatters mit dem Ausgang des zugehörigen Komparators (11, 12, 13, 14) und ein weiterer Eingang des UND-Gatters mit jeweils einem Ausgang (2, 3, 4, 1) des Zählers (23) verbunden sind und wobei der Ausgang des ODER-Gatters (19) mit dem Eingang der Sperrschaltung (21) in Verbindung steht, wodurch die Ausgangssignale aller Komparatoren (11, 12, 13, 14) bis auf eines blockiert werden und der jeweils nicht blockierte Komparator den nächsten Zählimpuls liefert.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stromzuführung des Synchronmotors (10) ein überbrückbarer Vorwiderstand (24) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (10) an eine Anzapfung eines Spannungsteilers (26, 27) angeschlossen ist, der ein steuerbares Längselement (26), vorzugsweise einen Längstransistor enthält.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsgleichspannung (U₀) des Synchronmotors (10) über einen steuerbaren Gleichrichter (28) aus einem Wechselstromnetz gewonnen wird.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsgleichspannung (U₀) des Synchronmotors (10) getaktet wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Taktverhältnis durch Vergleich von Ist-Strom (i _ist ) und maximal zulässigen Strom (i _max ) bestimmt wird.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (10) nur während eines ersten Teiles, vorzugsweise 80% der Zuschaltungszeit der jeweiligen Ständerwicklung (W₁, W₂, W₃, W₄) getaktet wird.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschaltungszeit der jeweiligen Ständerwicklungen (W₁, W₂, W₃, W₄) in Abhängigkeit von der Differenz Soll-Drehzahl/Ist-Drehzahl des Synchronmotors (10) einstellbar ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschaltzeitpunkt der jeweiligen Ständerwicklung (W₁, W₂, W₃, W₄) verzögert wird.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein Oszillator, vorzugsweise niedrigerer oder leicht ansteigender Frequenz vorgesehen ist, auf die der Zähler (23) zum Anlauf des Synchronmotors (10) aus dem Stillstand kurzzeitig umschaltbar ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Inbetriebnahme des Synchronmotors (10) zunächst eine Ständerwicklung statisch zugeschaltet und alsdann auf die zyklisch nächste Wicklung umgeschaltet wird.