DE1075732B

DE1075732B - Arrangement on two-phase motors

Info

Publication number: DE1075732B
Application number: DENDAT1075732D
Authority: DE
Inventors: -Ing Gert Zoege von Manteuffel Nürnberg Dipl
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Publication date: 1960-02-18

Description

Anordnung an Zweiphasenmotoren Bei verschiedenen industriellen Antrieben ist es erwünscht, ein der Geschwindigkeit des Motors proportionales Signal für Meß-, Steuer- oder Regelzwecke zu gewinnen. Bei Gleichstrommotoren kann zu diesem Zweck die Ankerspannung herangezogen werden. Handelt es sich dagegen um Wechselstrommaschinen, so ist meist die Verwendung eines besonderen Tachometergenerators erforderlich, wenn man eine Gleichrichtung der Motorspannung zur Speisung eines Differenziergliedes vermeiden will.Arrangement on two-phase motors With various industrial drives it is desirable to have a signal proportional to the speed of the motor for measuring, To gain control or regulation purposes. In the case of DC motors, this can be done the armature voltage can be used. If, on the other hand, it is an alternating current machine, so the use of a special speedometer generator is usually necessary, if you rectify the motor voltage to feed a differentiator want to avoid.

Besondere Bedeutung hat ein solches geschwindigkeitsabhängiges Signal bei Regelantrieben, wo es bei spielsweise für Dämpfungszwecke Verwendung findet. Es seien hier die bekannten Drehmeldersysteme genannt, bei denen auf der Empfängerseite ein derartiger Stellmotor von der Regelabweichung beeinflußt wird; die sich aus dem Unterschied der Stellungen des Drehmeldergebers und des Drehmelderempfängers ergibt.Such a speed-dependent signal is of particular importance in variable speed drives, where it is used for damping purposes, for example. The well-known resolver systems are mentioned here, with those on the receiver side such a servomotor is influenced by the control deviation; which are made up of the difference in the positions of the resolver encoder and the resolver receiver results.

Da man hier im allgemeinen .einen dreiphasigen Netzanschluß vermeidet, werden diese Stellmotoren meist als Zweiphasenmotoren ausgebildet, bei denen eine Phase über einen Kondensator oder ein anderes phasendrehendes Glied direkt aus dem Netz gespeist wird, während die zweite Phase, die sogenannte Steuerphase, an den Ausgang eines Regelverstärkers angeschlossen ist. Ist keine Verstärkung nötig, können auch beide Phasen an ein gesteuertes Netz angeschlossen sein. Zur Gewinnung des geschwindigkeitsproportionalen Signals wird eine ähnlich aufgebaute Maschine als Generator verwendet und mit dem Motor gekuppelt. Für derartige Zwecke haben sich die bekannten Ferraris-Maschinen wegen ihrer kleinen Zeitkonstanten vorzüglich bewährt.Since a three-phase mains connection is generally avoided here, these servomotors are usually designed as two-phase motors, in which one Phase via a capacitor or another phase-rotating element directly from the Network is fed, during the second phase, the so-called control phase, to the Output of a control amplifier is connected. If no reinforcement is necessary, you can both phases must also be connected to a controlled network. To obtain the A similarly constructed machine is called a speed-proportional signal Generator used and coupled to the engine. For such purposes, have the well-known Ferraris machines have proven their worth because of their small time constants.

Bei solchen Regeleinrichtungen ist jedoch wegen des Erfordernisses zweier gleichartiger Maschinen ein erheblicher Aufwand gegeben, der besonders dann sehr stark ins Gewicht fällt, wenn es sich um die Verstellung von Belastungen mit nur kleinem Drehmoment handelt.In such control systems, however, is because of the requirement Two machines of the same type require considerable effort, especially then is very important when it comes to adjusting loads with only acts with a small torque.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zweite, als Tachometergenerator dienende Zweiphasenmaschine entbehrlich zu machen. Sie betrifft eine Anordnung an Zweiphasenmotoren zum Anschluß an ein Einphasennetz und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine der Motorphasen in einen Zweig einer Wechselspannungsbrücke eingebaut ist, so daß an deren Diagonale eine geschwindigkeitsproportionale Spannung entsteht.The invention is based on the object of the second, as a tachometer generator to make serving two-phase machine dispensable. It concerns an arrangement Two-phase motors for connection to a single-phase network and is characterized by that one of the motor phases is installed in a branch of an AC voltage bridge, so that a tension proportional to the speed arises at its diagonal.

Bei einer derartigen Einrichtung spielt sowohl die Größe als auch die Phasenlage der Brückendiagonalspannung eine wesentliche Rolle, sobald es sich nicht ausschließlich um Meßzwecke handelt. Soll die Diagonalspannung als Gegenkopplung in den Steuer- bzw. Regelvorgang eingreifen, so muß sie im wesentlichen mit der Steuerspannung gleich- bzw. gegenphasig sein. Da die Spannung in der Steuerphase gegen die Spannung der Primär- oder Erregerphase vorteilhaft um etwa 90° verschoben ist, soll auch der Phasenwinkel zwischen der geschwindigkeitsproportionalen Spannung und der Primärspannung etwa die Größe von 90° aufweisen. Es wird daher günstig sein, wenn die Diagonalspannung der Brücke ohne weiteres bereits die gewünschte Phasenlage besitzt und nicht erst selbst wieder in der Phase gedreht werden muß.In such a device, size matters as well The phase position of the bridge diagonal voltage plays an important role once it is is not exclusively for measurement purposes. Should the diagonal voltage be used as negative feedback intervene in the control or regulation process, it must essentially with the Control voltage must be in phase or out of phase. Because the tension in the control phase advantageously shifted by about 90 ° against the voltage of the primary or excitation phase is, the phase angle between the voltage proportional to the speed should also be and the primary stress are approximately the size of 90 °. It will therefore be favorable when the diagonal voltage of the bridge already has the desired phase position owns and does not have to be rotated again in phase.

Diese Forderung scheint zunächst bei Zweiphasenmäschinen nicht erfüllbar zu sein, da die generatorisch erzeugte Spannung in der Phase im wesentlichen mit der Phasenlage der Primärspannung übereinstimmt. Dieselbe Erscheinung tritt auch dann auf, wenn man gemäß der Erfindung die Steuerphase in einen Zweig einer Wechselspannungsbrücke einbaut wie bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.At first glance, this requirement does not seem to be achievable with two-phase machines to be, since the voltage generated by the generator is essentially in phase with the phase position of the primary voltage corresponds. The same phenomenon also occurs then on when, according to the invention, the control phase in a branch of an AC voltage bridge built in as in the embodiment that is shown schematically in FIG.

In Fig. 1 ist M ein Zweiphasenmötor, dessen vier Wicklungen im Beispiel in bekannter Weise im Viereck, d. h. als Brücke geschaltet sind. An'de_ eine-Diagonale (1, 3) wird die- Primärs2annüäg, an die. andere Diagonale (2, 4) ie Steuerspannung angeschlossen. Die Primärspannung wird Tiber einen Phasenschieber, der im Beispiel als Kondensator C,yj ausgebildet ist, von der Netzspannung UN gespeist. Die Steuerphase, gespeist von US, liegt mit einem Kondensator C in Reihe und bildet mit einem Widerstand R und den beiden Hälften der Impedanz Z beliebigen Charakters eine Brückenschaltung, an deren Diagonale die geschwindigkeitsproportionale Spannung UV auftritt.In Fig. 1, M is a two-phase motor, the four windings of which in the example in a known way in a square, d. H. are connected as a bridge. An'de_ a diagonal (1, 3) will be the primary s2annüäg to which. other diagonal (2, 4) ie control voltage connected. The primary voltage is via a phase shifter, which in the example as capacitor C, yj is designed, fed by the mains voltage UN. The control phase, fed by US, is in series with a capacitor C and forms with a resistance R and the two halves of the impedance Z of any character a bridge circuit, on whose diagonal the voltage proportional to the speed UV occurs.

Die Fig.3 zeigt das Vektordiagramm dieser Einrichtung. Zur Platzersparnis sind die Spannungen UN und UCM nur teilweise dargestellt. Ihre Differenz U1,3 ist die Erregerspannung der Maschine. Die Steuerspannung U2,4 setzt sich aus der Spannung UR, der Spannung UC und der Spannung US zusammen. Die ausgezogenen Vektoren gelten für den Stillstand der Maschine, die gestrichelten für eine bestimmte Drehzahl. Die hierfür gültigen Spannungen sind mit U' bezeichnet: Wie aus dem Diagramm ersichtlich, entsteht während des Laufes der Maschine eine geschwindigkeitsproportionale Spannung UV', die mit der Erregerspannung U'1,3 im wesentlichen in Phase liegt. Für Steuer- oder Regelzwecke wäre demnach noch ein besonderes phasendrehendes Glied für die Spannung UV' erforderlich.3 shows the vector diagram of this device. To save space the voltages UN and UCM are only partially shown. Their difference is U1,3 the excitation voltage of the machine. The control voltage U2,4 is made up of the voltage UR, the voltage UC and the voltage US together. The drawn out vectors apply for the standstill of the machine, the dashed lines for a certain speed. The voltages valid for this are designated with U ': As can be seen from the diagram, A voltage proportional to the speed is created while the machine is running UV ', which is essentially in phase with the excitation voltage U'1,3. For tax or control purposes would therefore still be a special phase-rotating element for the Voltage UV 'required.

Für den Fall der Speisung der Steuerphase aus einem besonderen Verstärker kann es unerwünscht sein, daß die Wechselspannungsbrücke den Verstärker mit etwa der doppelten Leistung belastet wie die Steuerphase allein. Man wird es dann vorziehen, nicht die Steuer-, sondern die Primärphase in eine Brükkenschaltung zu legen, so daß der Leistungsverbrauch der Brücke aus .dem Netz gedeckt werden kann. Für diesen Fall ist es beispielsweise möglich, die Primärphase und den Phasenschieberkondensator CM in einem Brückenzweig zusammenzufassen und die Brücke durch zwei weitere Kondensatoren und einen Widerstand zu ergänzen. Der Widerstand entspricht dem Realteil der Reihenschaltung von Primärphase und Phasenschieberkondensator.In the event that the control phase is fed from a special amplifier it may be undesirable that the AC voltage bridge connects the amplifier with about the double performance burdened as the tax phase alone. One will then prefer not the control phase, but the primary phase in a bridge circuit, so that the power consumption of the bridge can be covered from the network. For this Case it is possible, for example, the primary phase and the phase shift capacitor Summarize CM in a bridge branch and the bridge through two more capacitors and add a resistor. The resistance corresponds to the real part of the series connection of primary phase and phase shift capacitor.

Eine weitere Möglichkeit, die Primärphase in eine Brücke zu legen, ist schematisch in Fig. 2 dargestellt, bei der übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 erhalten haben. Die Primärphase und der Phasenschieberkondensator Cm bilden nunmehr den einen Parallelpfad der Brücke, während im anderen eine die Motorphase nachbildende Impedanz (Widerstand R1 und Drossel L) sowie ein Kondensator C1 liegen.Another way to put the primary phase in a bridge, is shown schematically in FIG. 2, in which corresponding parts have the same reference numerals as in Fig. 1 received. The primary phase and the phase shift capacitor Cm now form one parallel path of the bridge, while in the other one the Impedance simulating the motor phase (resistor R1 and choke L) and a capacitor C1 lie.

Eine nach Fig.2 aufgebaute Schaltung weist eine Reihe von bedeutenden Vorteilen auf. Zunächst ist ihr Spannungsbedarf relativ niedrig, und man erzielt eine sehr hohe Brückendiagonalspannung. Oberwellen treten nur sehr wenig in Erscheinung. Außerdem aber besitzt die Diagonalspannung eine verhältnismäßig große Komponente senkrecht zur Primärspannung, die unmittelbar zur Beeinflussung des Regelverstärkers im Sinne eines D-Einflusses herangezogen werden kann.A circuit constructed according to Figure 2 has a number of significant Benefits on. First of all, their voltage requirement is relatively low, and one achieves a very high bridge diagonal tension. Harmonics appear very little. In addition, however, the diagonal tension has a relatively large component perpendicular to the primary voltage, which directly influences the control amplifier can be used in the sense of a D influence.

In Fig.4 ist ein gemessenes Vektordiagramm der Spannungen in der Schaltung nach Fig. 2 dargestellt. Die Primärspannung U1,3, die bei richtigem Abgleich der Spannung an der Reihenschaltung von R1 und L entspricht, ergibß sich aus der Vektordifferenz der Netzspannung UN und der Spannung des Phasenschieberkondensators CM, die mit der Spannung übereinstimmt. Diese Verhältnisse gelten für den Stillstand. Im Laufe der Maschine tritt, wie aus den gestrichelten Vektoren der Spannungen U' erkennbar, in der Brückendiagonale eine Spannung Uv' auf, die mit der Erregerspannung U'1,3 einen Winkel von etwa 60° einschließt. Für die geschwindigkeitsproportionale Spannung sind also keine besonderen Phasenschieber nötig, um sie für Dämpfungszwecke heranzuziehen. Sie ist auch absolut wesentlich größer als die mit der Schaltung nach Fig. 1 erreichbare, obwohl die Netzspannung UN nur etwa ein Viertel der bei Fig. 1 benötigten beträgt.A measured vector diagram of the voltages in the circuit according to FIG. 2 is shown in FIG. The primary voltage U1,3, which corresponds to the voltage at the series connection of R1 and L when balanced correctly, was obtained from the vector difference between the mains voltage UN and the voltage of the phase shift capacitor CM, which corresponds to the voltage. These relationships apply to standstill. In the course of the machine, as can be seen from the dashed vectors of the voltages U ', a voltage Uv' occurs in the bridge diagonal which encloses an angle of about 60 ° with the excitation voltage U'1,3. No special phase shifters are necessary for the voltage proportional to the speed in order to use them for damping purposes. It is also much greater in absolute terms than that which can be achieved with the circuit according to FIG. 1, although the mains voltage UN is only about a quarter of that required in FIG.

Die Frage nach der Empfindlichkeit der Brückenschaltung läßt sich in Anlehnung an die für Gleichstrombrücken bekannten Ableitungen beantworten. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, ob die Brückendiagonale leistungsmäßig belastet wird oder nur eine Spannung abgeben soll. Im ersten Fall erreicht man bekanntlich die größte Empfindlichkeit dann, wenn alle vier Brückenglieder und die Diagonale den gleichen Widerstand besitzen. Man kann jedoch ohne erhebliche Empfindlichkeitseinbuß edenj enigen Brückenpfad, der nicht die - Motorphase enthält und daher nutzlose Leistung verbraucht, um einen erheblichen Betrag höherohmig machen. Noch größere Freizügigkeit in dieser Richtung besteht selbstverständlich bei nur spannungsabgebenden Brücken, wo der Diagonalwiderstand sehr hoch ist und daher auch der Nebenpfad der Brücke hochohmig gemacht werden kann.The question of the sensitivity of the bridge circuit can be answer based on the derivatives known for direct current bridges. Here However, it must be taken into account whether the bridge diagonal is loaded in terms of output or should just give off a tension. In the first case, as is well known, one reaches the greatest sensitivity when all four pontics and the diagonal den have the same resistance. One can, however, without a significant loss of sensitivity Any bridge path that does not contain the motor phase and is therefore useless Power consumed to make a considerable amount of higher resistance. Even bigger Of course, freedom of movement in this direction only exists for those who are suspenseful Bridges where the diagonal resistance is very high and therefore also the secondary path of the Bridge can be made high resistance.

Zur Erhöhung der effektiven Empfindlichkeit tragen auch Maßnahmen zur Senkung der unabgeglichenen Restspannung der Brücke bei, die im wesentlichen der 3. Harmonischen angehört. Zu diesem Zweck wird man etwa im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Kennlinie der Drossel L möglichst weitgehend dem induktiven Verhalten der Primärphase anpassen.Measures also contribute to increasing the effective sensitivity to reduce the unbalanced residual stress of the bridge, which essentially belongs to the 3rd harmonic. For this purpose, one is approximately in the embodiment according to Fig. 2, the characteristic of the choke L as largely as possible to the inductive behavior adapt to the primary phase.

Die Erfindung ist nicht auf Zweiphasenmotoren mit der dargestellten Viereckschaltung der Erregerwicklungen beschränkt, sondern kann auch bei anderer Wicklungsbauart, insbesondere bei galvanisch getrennten Wicklungen, mit Vorteil verwendet werden. Es ist dann nur jeweils erforderlich, auf die richtige Phasenlage der geschwindigkeitsproportionalen Spannung zu achten, wenn sie nicht nur für Meßzwecke dient.The invention does not apply to two-phase motors with that illustrated Square connection of the excitation windings is limited, but can also be used with others Winding type, especially with galvanically separated windings, with advantage be used. It is then only necessary in each case to have the correct phase position Pay attention to the voltage proportional to the speed, if not only for measuring purposes serves.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement on two-phase motors for connection to a single-phase network, characterized in that one of the motor phases is in a branch an AC voltage bridge is installed so that on its diagonal a speed proportional Voltage for measurement, control or regulation purposes arises.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that one phase of the motor with a series capacitor forms a bridge arm (Fig. 1).

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that that a motor phase forms a bridge arm and the bridge also forms the motor phase emulating impedance as well as two capacitors, one of which as a phase shifter is in series with the motor phase (Fig. 2).

4. Arrangement according to claim 1 to 3 controlled servomotors, in which a phase as a control circuit, in particular off an amplifier.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that that the primary circuit is in the bridge.

6. Arrangement according to claim 4 or 5, characterized characterized in that the speed proportional tension is introduced into the amplifier in the sense of a D influence.

7. Arrangement according to Claim 4 to 6, characterized in that the engine as a function of the Error voltage of a resolver system is controlled, the speed proportional Voltage is used to dampen the control loop. Considered publications: German utility model No. 1682 730.