DE1513182C

DE1513182C - Circuit arrangement for contactless speed control and for reversing the direction of rotation of a direct current shunt motor

Info

Publication number: DE1513182C
Authority: DE
Inventors: Karl Heinz 6078 Neu-Isenburg Müller
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell GmbH
Publication date: 1972-06-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- und Q 3 der linken Reihenschaltung lind der ersten anordnung zur kontaktlosen Drehzahlregelung und beiden gesteuerten Gleichrichter Q 2 und Q 4 der zur Drehrichtungsumkehr eines Gleichstrom-Ncben- rechten Reihenschaltung ist der Anker des Gleichschlußmotors durch intermittierende Speisung aus strom-Ncbenschlußmotors M angeordnet. In Reihe einer Gleichspannungsquelle mittels gesteuerter 5 mit dem Anker ist gegebenenfalls eine Zusatzinduk-Gleichrichter. tivität L angeordnet. Ein Kommuticrungskondensa-The invention relates to a circuit and Q 3 of the left series circuit lind the first arrangement for contactless speed control and two controlled rectifiers Q 2 and Q 4 of the direction of rotation reversal of a DC-Ncben- right series circuit is the armature of the DC motor through intermittent supply of current -Ncbenschlußmotor M arranged. In series with a DC voltage source by means of a controlled 5 with the armature, there is optionally an additional inductor rectifier. activity L arranged. A commutation condenser

Aus der österreichischen Patentschrift 239 383 ist tor C liegt zwischen den Verbindungsstellen der zweieine Schaltungsanordnung dieser Art bekannt, bei ten und der dritten gesteuerten Gleichrichter jeder welcher die Drehrichtungsumkehr durch Umpolung Reihenschaltung. ■ . der Erregerwicklung und die Drehzahlsteuerung durch io Es soll angenommen werden, daß der Ankerstrom impulsweise Steuerung des Ankerstroms erfolgt. Die bei Rcchtslauf des Motors von rechts nach links und Schaltung benötigt hierzu acht gesteuerte Gleichrich- bei Linkslauf von links nach rechts durch den den ter und vier Dioden sowie zusätzlich in je einer Lösch- Anker enthaltenden Brückenzweig fließt. Um den schallung für zwei der gesteuerten Gleichrichter einen Motor im Rechtslauf in Gang zu setzen, werden alle Kominuticrungskondensator, einen Kommutierungs- 15 gesteuerten Gleichrichter mit Ausnahme des ersten transformator sowie zwei weitere gesteuerte Gleich- β I in der linken Reihenschaltung und des dritten richten β 6 in der rechten Reihenschaltung durchgeschaltet.From the Austrian patent specification 239 383 tor C is known between the connection points of the two-one circuit arrangement of this type, with th and the third controlled rectifier each which reverses the direction of rotation by reversing the polarity series connection. ■. the excitation winding and the speed control by io. It should be assumed that the armature current is controlled in pulses by the armature current. When the motor is running right to left and switching requires eight controlled rectifiers, when running counter-clockwise from left to right, it flows through the bridge arm and four diodes as well as in a bridge arm each. In order to set a motor running clockwise for two of the controlled rectifiers, all communication capacitors, a commutation-controlled rectifier with the exception of the first transformer and two further controlled rectifiers are corrected β I in the left-hand series circuit and the third β 6 switched through in the right series connection.

Ferner ist aus der schweizerischen Patentschrift Der Strom fließt dann vom Pluspol der Batterie B 338 895 eine mit Transistoren aufgebaute Brücken- durch den Gleichrichter Q 2, den Anker des Moschaltung zur Umkehrung der Polarität an einer im 20 tors M und die beiden Gleichrichter β 3 und Q 5 zumr" Diagonalzweig der Brücke liegenden Last bekannt. Minuspol der Batterie. Über den Gleichrichter β 4 *"^: Sollen darin die Transistoren, um größere Ströme liegt die Gleichspannung der Batterie B ferner am schalten zu können, durch gesteuerte Gleichrichter . Kommutierungskondensator C und lädt diesen derart ersetzt werden, so müssen den vier gesteuerten Gleich- auf, daß seine rechte Belegung auf positivem und die richtern der Brückenschaltung besondere Löschschal- 25 linke auf negativem Potential liegt. Sobald die Auftungen zugeordnet werden, welche je einen weiteren ladung beendet ist, unterschreitet der Ladestrom den gesteuerten Gleichrichter, einen Kommutierungskon- zur Aufrechterhaltung des leitenden Zustandes des densator und einen Kommutierungstransformator ent- Gleichrichters β 4 notwendigen Haltestrom, so daß halten. Derartige Löschschaltungen für gesteuerte der Gleichrichter Q 4 sperrt. Der Ankerstrom wird Gleichrichter sind aus der Zeitschrift »Technische 30 durch die Induktivität des Ankers sowie einer etwa-Rundschau« vom 5. Mai 1961, S. Il bekannt. . igen Zusatzinduktivität L begrenzt und steigt zeitpro-Furthermore, from the Swiss patent specification The current then flows from the positive pole of the battery B 338 895 a bridge built with transistors through the rectifier Q 2, the armature of the mosquito circuit to reverse the polarity at one in the 20 tor M and the two rectifiers β 3 and Q 5 known to the "diagonal branch of the bridge lying load. Negative pole of the battery. Via the rectifier β 4 *" ^: If the transistors are to be included in it, in order to be able to switch larger currents, the DC voltage of the battery B can also be switched by controlled rectifiers. Commutation capacitor C and charges it in such a way that it is replaced in such a way that its right-hand assignment is on positive potential and the rectifier of the bridge circuit on the left is on negative potential. As soon as the Auftungen are assigned, each of which has ended a further charge, the charging current falls below the controlled rectifier, a commutation con- to maintain the conductive state of the capacitor and a commutation transformer ent- rectifier β 4 necessary holding current, so that hold. Such cancellation circuits for controlled the rectifier Q 4 blocks. The armature current is rectifier are known from the magazine "Technical 30 through the inductance of the armature as well as an approximately-Rundschau" from May 5, 1961, p. II. . igen additional inductance L is limited and increases over time

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsan- portional an. Sobald ein vorgegebener oberer Grenzordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, wert des Ankerstromes überschritten wird, liefert ein deren Aufbau einfacher und deren Schaltungsauf- nicht dargestellter Stromdetektor ein Signal und wand geringer ist. Die Schaltung soll eine Drehzahl- 35 schaltet den Gleichrichter β 6 durch. Hierdurch eiitregelung bei intermittierender Speisung des Motors lädt sich der Kommutierungskondensator C, so daß aus einer Gleichspannungsquelle ermöglichen und so- der Strom durch den Gleichrichter Q 5 kurzzeitig zu wohl auf Drchzahländerungs- als auch auf Drehrich- Null wird und der gesteuerte Gleichrichter Q 5 sperrt, tungsumkehrsignale unverzögert ansprechen. Der Grenzwert des Ankerstromes richtet sich nachThe object of the invention is to provide a circuit. As soon as a predetermined upper limit order of the type mentioned at the outset is to be created, the value of the armature current is exceeded, a current detector whose structure is simpler and whose circuit layout (not shown) supplies a signal and is lower. The circuit should have a speed 35 switches the rectifier β 6 through. As a result, the commutation capacitor C charges up when the motor is fed intermittently , so that a DC voltage source enables and so the current through the rectifier Q 5 is temporarily too low to change the speed as well as to zero and the controlled rectifier Q 5 blocks, address reversal signals without delay. The limit value of the armature current depends on

Diese Aufgabe wird bei einer solchen Schaltungs- 40 der Leistungsfähigkeit des Motors und der Belastbaranordnung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß keit der gesteuerten Gleichrichter. Die in der Indukzwei Reihenschaltungen von je drei gesteuerten tivität des Ankerstromkreises, also im wesentlichen Gleichrichtern einander parallel geschaltet und in in der Ankerinduktivität gespeicherte magnetische Durchlaßrichtung an die Gleichspannungsquclle an- Energie will in bekannter Weise die ursprüngliche geschlossen sind und daß zwischen den Verbindungs- 45 Stromrichtung bis zum vollständigen Energieabbau stellen des ersten und des zweiten gesteuerten Gleich- aufrechterhalten. Nach dem Sperren des gesteuerten richters jeder Reihenschaltung der Anker des Motors Gleichrichters Q 5 kann der Strom nur noch durch und zwischen den Verbindungsstellen des zweiten und den Gleichrichter β 3 zum Kommutierungskondendes dritten gesteuerten Gleichrichters jeder Reihen- sator C fließen und diesen nunmehr mit entgegenschaltung ein Kommutierungskondensator angeord- 50 gesetzter Polarität aufladen. Seine rechte Belegung net ist. Erforderlichenfalls kann mit dem Anker eine nimmt jetzt negatives und die linke positives Potcn-Zusal/induktivität in Reihe geschaltet werden. Die in tial an. Die magnetische Energie der Induktivität des der Schaltungsanordnung verwendeten gesteuerten Ankerstromkreises wird also in den Kommutierungs-(ücichrichter werden vielfach auch als Silizium- kondensator umgeladen und in Form elektrischer gleichrichter oder als Thyristoren bezeichnet. 55 Energie gespeichert. Dabei sinkt der Strom durch denThis object is achieved in such a circuit 40 of the performance of the motor and the load bearing arrangement according to the invention in that the speed of the controlled rectifier. The two series circuits in the induction of three controlled activity of the armature circuit, i.e. essentially rectifiers connected in parallel and connected to the direct voltage source in the magnetic conduction direction stored in the armature inductance until the energy is completely dissipated, the first and the second controlled level are maintained. After the controlled rectifier of each series connection of the armature of the motor rectifier Q 5 has been blocked, the current can only flow through and between the connection points of the second and the rectifier β 3 to the commutation capacitor of the third controlled rectifier of each series C and a commutation capacitor is now connected in the opposite direction Charge with the polarity set. Its right assignment is net. If necessary, one of the now negative and the left positive Potcn addition / inductance can be connected in series with the armature. The in tial an. The magnetic energy of the inductance of the controlled armature circuit used in the circuit arrangement is thus stored in the commutation (converters are often also referred to as silicon capacitors and in the form of electrical rectifiers or thyristors. 55 Energy. The current through the

Aufbau und Wirkungsweise der neuen Schalliings- Anker ab. Sobald, er einen vorgegebenen unterenStructure and mode of operation of the new Schalliings anchors. Once, he's a given lower

anordnung sollen im folgenden an Hand der Zeich- Grenzwert unterschreitet, werden mit Hilfe des nichtarrangement should in the following be below the drawing limit value, with the help of the not

mi ng erläutert werden: eingezeichneten Stromdetektors die gesteuertenThe following are explained: the current detector shown is the controlled one

Die Schaltungsanordnung enthält zwei Reihen- Gleichrichter β 2 bis β 5 wieder durchgeschaltet. Der Schaltungen von je drei gesteuerten Gleichrichtern, 60 Kommutierungskondendator C entlädt sich schlagwnbei die eine, linke Reihenschaltung die gesteuerten artig durch den gesteuerten Gleichrichter β 5, wobei Gleichrichter β I, β 3 und β 5 enthält, während die dieser Entladestrom im Gleichrichter β 6 dem über andere, rcdile Reihenschaltung die gesteuerten die rechte Reihenschaltung der gesteuerten Glcich-Gleichrichter β 2, β 4 und β 6 umfaßt. Die beiden richler β 2, β 4, β 6 fließenden Strom entgegen-Rcihenschaltungcn sind einander parallel geschaltet 65 gerichtet ist. Sobald beide Ströme im Gleichrichter und an eine als Glcichspannungsquellc dienende Bat- ß 6 gerade gleich groß sind, sperrt dieser Gleichrichteric Ii angeschlossen. Zwischen den Vcrbindungsstcl- ter wieder. Damit ist der erste Schaltzyklus beendet, len der ersten beiden gesteuerten Gleichrichter β 1 und die Schaltungsanordnung befindet sich in dem-The circuit arrangement contains two series rectifiers β 2 to β 5 switched through again. The circuits of three controlled rectifiers each, 60 commutation capacitor C discharges in one stroke, the one on the left, the series circuit controlled like by the controlled rectifier β 5, with rectifier β I, β 3 and β 5, while this discharge current in the rectifier β 6 contains Via other, rcdile series connection, the controlled includes the right series connection of the controlled DC rectifier β 2, β 4 and β 6. The two higher currents β 2, β 4, β 6 flowing in opposite series circuits are connected 65 in parallel to one another. Once both currents in the rectifier and of serving as a Glcichspannungsquellc bat- ß 6 are precisely equal, this rectifying Eric Ii blocks connected. Between the connector again. This ends the first switching cycle, len the first two controlled rectifiers β 1 and the circuit arrangement is in the

selben Schaltzustand wie zu Beginn der Inbetriebnahme. Dieser Schaltzyklus wiederholt sich so lange, bis der Motor die durch einen Drehzahlsollwertgeber vorgegebene Drehzahl erreicht hat. Hiernach erhält der Motor nur noch so vereinzelte Stromimpulse, wie diese zur Aufrechterhaltung der Solldrehzahl benötigt werden.same switching status as at the beginning of commissioning. This switching cycle is repeated until the motor is controlled by a speed setpoint encoder has reached the specified speed. After this, the motor only receives isolated current pulses such as these are required to maintain the target speed.

Soll die Drehzahl des Motors verringert, der Motor zum Stillstand gebracht oder gar in entgegengesetzter Drehrichtung in Umlauf gebracht werden, so muß der Ankerstrom den Motoranker in entgegengesetzter Richtung durchfließen. Es soll davon ausgegangen werden, daß bei der bisherigen Drehrichtung des Motors, beispielsweise bei Rechtslauf, der Ankerstrom, wie bisher geschildert, den Motoranker vom Pluspol der Batterie B und durch den gesteuerten Gleichrichter Q 2 kommend durchfließt und durch die gesteuerten Gleichrichter Q 3 und Q S zum Minuspol der Batterie zurückfließt. Bei diesem Betriebszustand ist die rechte Belegung des Kommutierungskondensators C positiv und die linke negativ aufgeladen. Soll die Drehzahl verringert oder die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden, so wird zunächst der gesteuerte Gleichrichter Q 6 eingeschaltet, wodurch sich der Kommutierungskondensator C entlädt und der gesteuerte Gleichrichter Q 5 gesperrt wird. Die in der Induktivität des Ankerstromkreises gespeicherte magnetische Energie versucht den Strom in der bisherigen Richtung aufrechtzuerhalten und lädt deshalb über den gesteuerten Gleichrichter Q 3 den Kommutierungskonderisator C um, so daß nunmehr dessen linke Belegung auf positivem Potential liegt. Sobald der mit zunehmender Aufladung kleiner werdende Ladestrom verschwindet, sperren alle gesteuerten Gleichrichter. Nunmehr kann die Umschaltung auf Linkslauf erfolgen, indem die gesteuerten Gleichrichter Ql; Q 3, Q 4 und Q 6 durchgeschaltet werden. Jetzt fließt ein starker Ankerstrom in Gegenrichtung durch den Motoranker. Ein weiterer Teilstrom des von der Batterie gelieferten Stromes lädt den Kommutierungskondensator C weiter auf. Sobald dieser Ladestrom verschwindet, wird der gesteuerte Gleichrichter Q 3 gesperrt.If the speed of the motor is to be reduced, the motor is to be brought to a standstill or even to be made to rotate in the opposite direction of rotation, the armature current must flow through the motor armature in the opposite direction. It should be assumed that with the previous direction of rotation of the motor, for example clockwise rotation, the armature current, as previously described, flows through the motor armature from the positive pole of battery B and through the controlled rectifier Q 2 and through the controlled rectifiers Q 3 and QS flows back to the negative pole of the battery. In this operating state, the right assignment of the commutation capacitor C is charged positively and the left one negatively. If the speed is to be reduced or the direction of rotation of the motor is to be reversed, the controlled rectifier Q 6 is first switched on, whereby the commutation capacitor C is discharged and the controlled rectifier Q 5 is blocked. The magnetic energy stored in the inductance of the armature circuit tries to maintain the current in the previous direction and therefore reloads the commutation capacitor C via the controlled rectifier Q 3, so that its left assignment is now at positive potential. As soon as the charging current, which decreases with increasing charging, disappears, all controlled rectifiers block. The switchover to counter-clockwise rotation can now take place in that the controlled rectifier Ql; Q 3, Q 4 and Q 6 are switched through. A strong armature current now flows in the opposite direction through the motor armature. Another partial current of the current supplied by the battery charges the commutation capacitor C further. As soon as this charging current disappears, the controlled rectifier Q 3 is blocked.

Übersteigt der durch die gesteuerten Gleichrichter Ql, Q 4 und Q 6 fließende Ankerstrom den vorgegebenen oberen Grenzwert, so wird der gesteuerte Gleichrichter Q 5 eingeschaltet. Dies hat zur Folge, daß sich der Kommutierungskondensator C entlädt und der gesteuerte Gleichrichter Q 6 gesperrt wird. Die magnetische Energie des Ankers versucht wiederum, den Strom aufrechtzuerhalten, und wird deshalb über den gesteuerten Gleichrichter QS in den Kommutierungskondensator C umgeladen, so daß nunmehr dessen rechte Belegung auf positivem und die linke Belegung auf negativem Potential liegt. Sobald jetzt der Ankerstrom unter den vorgegebenen unteren Grenzwert sinkt, werden mit Hilfe des Stromdetektors wie bei der Einleitung der Drehrichtungsumkehr die gesteuerten Gleichrichter Q 1, Q 3, QA und Q 6 durchgeschaltet. Dabei befinden sich die gesteuerten Gleichrichter Ql, Q 4 und Q 5 bereits im leitenden Zustand, so daß eigentlich nur die Gleichrichter Q 3 und Q 6 ein Durchschaltsignal erhalten müssen. Im ersten Augenblick sind dabei alle gesteuerten Gleichrichter der linken Reihenschaltung durchgeschaltet, so daß die Batterie über diese Reihenschaltung kurzgeschlossen ist. Die schlagartige Entladung des Kommutierungskondensators C über den gesteuerten Gleichrichter Q 6 führt aber dazu, daß der Gleichrichter Q S bereits gesperrt ist, ehe sich der Kurzschlußstrom aufbauen kann. Im Bedarfsfall kann das Ansteigen eines solchen Kurzschlußstromes auch durch Anordnung einer kleinenIf the armature current flowing through the controlled rectifiers Q 1, Q 4 and Q 6 exceeds the predetermined upper limit value, the controlled rectifier Q 5 is switched on. This has the consequence that the commutation capacitor C discharges and the controlled rectifier Q 6 is blocked. The magnetic energy of the armature in turn tries to maintain the current, and is therefore reloaded via the controlled rectifier QS into the commutation capacitor C , so that its right assignment is now at positive and the left assignment is at negative potential. As soon as the armature current falls below the specified lower limit value, the controlled rectifiers Q 1, Q 3, QA and Q 6 are switched through with the aid of the current detector, as when the direction of rotation was reversed. The controlled rectifiers Ql, Q 4 and Q 5 are already in the conductive state, so that actually only the rectifiers Q 3 and Q 6 need to receive a switching signal. At the first moment all controlled rectifiers of the left series connection are switched through, so that the battery is short-circuited via this series connection. The sudden discharge of the commutation capacitor C via the controlled rectifier Q 6, however, leads to the rectifier QS being blocked before the short-circuit current can build up. If necessary, the increase in such a short-circuit current can also be achieved by arranging a small one

ίο Drosselspule in der Batterieleitung verzögert werden. Sobald der Kommutierungskondensator C entladen und der gesteuerte Gleichrichter QS gesperrt ist, wird der Kommutierungskondensator aus der Batterie mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen. Nunmehr hat seine linke Belegung wieder positives und seine rechte Belegung negatives Potential angenommen. Sinkt der Ladestrom des Kommutierungskondensators unter den zum Durchgeschaltcthalten des gesteuerten Gleichrichters Q 3 erforderlichen Grenzwert, so sperrt der Gleichrichter Q 3, und der Ankerstrom fließt impulsweise, durch den Stromdetektor gesteuert, über die gesteuerten Gleichrichter Q 1, Q 4 und Q 6 von links naclj rechts. Im Rhythmus der einzelnen durch den Stromdetektor bestimmten Schalt-Zyklen wird durch diesen Strom der Motor impulsweise abgebremst und schließlich in Gegenrichtung in Drehung versetzt, bis er die durch den Drehzahlsollwertgeber eingestellte Solldrehzahl erreicht hat und nunmehr damit im Linkslauf rotiert.ίο the choke coil in the battery line is delayed. As soon as the commutation capacitor C is discharged and the controlled rectifier QS is blocked, the commutation capacitor is charged from the battery with the opposite polarity. Its left assignment has now assumed positive potential again and its right assignment has assumed negative potential. If the charging current of the commutation capacitor falls below the limit value required to keep the controlled rectifier Q 3 switched on , the rectifier Q 3 blocks and the armature current flows in pulses, controlled by the current detector, via the controlled rectifiers Q 1, Q 4 and Q 6 from the left right. In the rhythm of the individual switching cycles determined by the current detector, the motor is braked in pulses by this current and finally set in rotation in the opposite direction until it has reached the target speed set by the speed setpoint encoder and now rotates counter-clockwise.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung gestattet bei geringem Schaltungsaufwand eine Impulssteuerung zur verlustarmen Drehzahlregelung eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors mit Hilfe der als preiswert und zuverlässig bekannten gesteuertenThe circuit arrangement according to the invention allows pulse control with little circuit complexity for low-loss speed control of a direct current shunt motor with the help of controlled as cheap and reliable known

Gleichrichter. 'Rectifier. '

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for contactless speed control and for reversing the direction of rotation of a direct current shunt motor by intermittent supply from a direct voltage source by means of controlled rectifiers, characterized in that two series connections of three controlled rectifiers (ßl, Q3, QS; Ql, QA, Q6) parallel to each other connected and connected in the forward direction to the DC voltage source and that between the connection points of the first and the second controlled rectifier (Q 1, Q3; Q 2, QA) of each series connection of the armature of the motor (M) and between the connection points of the second and the third controlled rectifier (Q3, QS; QA, Q6) each series connection a commutation capacitor (C) angc-

is arranged. .

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that in series with the armature of the motor (M) an additional inductance (L) between the connection points of the first and the second controlled rectifier (Ql, Q 3; Ql, QA) of each series circuit is arranged .

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a choke coil with the DC voltage source is connected in series.

1 sheet of drawings