DE4310043A1

DE4310043A1 - Circuit arrangement for controlling or regulating the starting (acceleration), braking and rotation speed of a three-phase asynchronous motor

Info

Publication number: DE4310043A1
Application number: DE4310043A
Authority: DE
Inventors: Engelbert Reiter; John Philip Gibson
Original assignee: KIMO IND ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: KIMO IND ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 1993-03-27
Filing date: 1993-03-27
Publication date: 1994-09-29

Abstract

The invention relates to a circuit arrangement for controlling or regulating the starting, braking and rotation speed of a three-phase asynchronous motor, comprising a regulator whose first input is connected to a device for detecting the actual rotation speed of the motor, whose second input is connected to a device for presetting the required rotation speed, and whose output is connected to a plurality of power semiconductors, such as triacs, alternistors or thyristor pairs connected in opposition in parallel, in order, via a phase-gating controller, to control the three-phase supply fed to the motor turns from the terminals of the motor, a rotation direction reversing circuit furthermore being provided in such a manner that the assignment of at least two phases to two motor turns can be interchanged, and, in the case of at least some of the phases, the assignment to the respective motor winding taking place by the power semiconductors being turned on or turned off by means of the control and regulating arrangement. In order to achieve a construction which is as simple and compact as possible, it is provided that one phase of the terminal voltage is connected directly to one motor winding, without the interposition of power semiconductors. As a result of the reduction in the number of components achieved in this way, it is possible with particular advantage to accommodate the controller on or in the motor housing, particularly in the terminal box. <IMAGE>

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung bzw. Regelung des Anlaufens, Abbremsens und der Drehzahl eines Dreh strom-Asynchronmotors umfassend einen Regler, dessen erster Eingang mit einer Einrichtung zur Erfassung der Ist-Drehzahl des Motors verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einer Einrichtung zur Vorgabe der Soll- Drehzahl verbunden ist und dessen Ausgang mit einer Mehrzahl von Lei stungshalbleitern, wie Triacs, Alternistoren oder gegengerichtet parallel geschalteten Thyristorpaaren verbunden ist, um über eine Phasenan schnittsteuerung die den Motorwindungen von den Klemmen des Motors zu geführte Drehstromeinspeisung zu steuern, wobei weiterhin eine Drehrich tungs-Umkehrschaltung derart vorgesehen ist, daß die Zuordnung wenig stens zweier Phasen zu zwei Motorwindungen vertauschbar ist, und wobei bei wenigstens einem Teil der Phasen die Zuordnung zu der jeweiligen Motorwicklung durch Auf- bzw. Zusteuern der Leistungshalbleiter mittels der Steuer- und Regelanordnung erfolgt.The invention is directed to a circuit arrangement for control or control of starting, braking and the speed of a turn current asynchronous motor comprising a controller, the first input with connected to a device for detecting the actual speed of the engine is the second input with a device for specifying the target Speed is connected and its output with a plurality of Lei device semiconductors, such as triacs, alternistors or in opposite directions in parallel connected thyristor pairs is connected to one phase Cut control to the motor windings from the terminals of the motor Controlled three-phase feed control, while still a rotary direction tion reversal circuit is provided such that the assignment little at least two phases can be exchanged for two motor windings, and where in at least some of the phases the assignment to the respective Motor winding by switching the power semiconductors on or off the control and regulation arrangement takes place.

Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung unter Verwendung des Prinzips der Phasenanschnittsteuerung zur Spannungsverstellung einer vorhandenen Drehstromeinspeisung ist beispielsweise aus der Veröffentlichung in "lift REPORT Heft 5/91, S. 12 bis 14" bekannt. Darüber hinaus ist es generell bekannt, durch Umkehren der Phasenreihenfolge ein Drehmoment zu erzeu gen, welches sowohl motorisch als auch bremsend wirken kann. Bei einer bekannten derartigen Schaltung ist beispielsweise vorgesehen, daß in je der Phase des Netzanschlusses ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar angeordnet ist, und daß drei weitere Thyristorpaare derart parallel ge schaltet sind, daß durch Auf- bzw. Zusteuern der ersten oder der zweiten Gruppe von Thyristorpaaren ein Moment in einer ersten oder in einer zweiten Richtung erzeugt werden kann. Die drei jeweils aktivierten Grup pen von Leistungshalbleitern werden symmetrisch mit Phasenanschnitt steuerung betrieben, wobei hierüber der Betrag des jeweiligen Dreh moments einstellbar ist.A generic circuit arrangement using the principle the phase control for the voltage adjustment of an existing one Three-phase feed is, for example, from the publication in "lift REPORT issue 5/91, pp. 12 to 14 ". In addition, it is general known to generate a torque by reversing the phase order gene, which can act both as a motor and as a brake. At a known such circuit is provided, for example, that in each an anti-parallel pair of thyristors in the phase of the mains connection is arranged, and that three further pairs of thyristors in such a parallel ge are switched that by opening or closing the first or the second Group of thyristor pairs a moment in a first or in a second direction can be generated. The three activated groups Power semiconductors become symmetrical with leading edge control operated, the amount of the respective rotation moments is adjustable.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine be kannte derartige Schaltungsanordnung zu vereinfachen und dementspre chend einen sowohl kostengünstigen als auch sehr kompakten Aufbau zu ermöglichen.Proceeding from this, the invention has for its object to be knew to simplify such circuit arrangement and accordingly accordingly a both inexpensive and very compact structure enable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Phase der Klemmenspannung ohne Zwischenschaltung von Leistungshalbleitern direkt mit einer Motorwicklung verbunden ist.The object is achieved in that a phase of Terminal voltage directly without the interposition of power semiconductors is connected to a motor winding.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden einschließlich der Drehrich tungsumkehr-Schaltungsanordnung nur noch vier Gruppen von Leistungs halbleitern benötigt, so daß der Aufwand an Steuer- ebenso wie an Lei stungselektronik wesentlich reduziert werden kann. Damit einher geht eine Verminderung der Verluste durch die Leistungselektronik und es wird gleichzeitig ein außerordentlich kompakter Aufbau ermöglicht.The solution according to the invention, including the rotary dial tion reversal circuit arrangement only four groups of power semiconductors needed, so that the effort in tax as well as Lei electronics can be significantly reduced. This goes hand in hand with one Reduction of losses through the power electronics and it will at the same time enables an extremely compact structure.

Bei einer Variante der erfindungsgemäßen Schaltung ist vorgesehen, daß den Leistungshalbleitern in den beiden nicht direkt mit einer Motor wicklung verbundenen Phasen ein Umschalt-Relais zum Vertauschen ihrer Zuordnung zu den Motorwicklungen und damit zur Drehrichtungsumkehr nachgeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Umschaltung der Drehrichtungsumkehr über eine Relaisschaltung, vorzugsweise in einem stromlosen Zustand kurz nach dem Sperren der Zündpulse der Thyristoren. Die Relaisschaltung kann dabei alternativ ein Umschalt-Relais oder zwei verriegelte Relais umfassen. Die Relais können der Leistungselektronik vor- oder nachgeschaltet sein.In a variant of the circuit according to the invention it is provided that the power semiconductors in the two not directly with a motor connected phases a switching relay to swap their Assignment to the motor windings and thus to the reversal of the direction of rotation is subordinate. In this embodiment, the switching takes place Reversal of direction of rotation via a relay circuit, preferably in one de-energized state shortly after the firing pulses of the thyristors are blocked. The relay circuit can alternatively be a changeover relay or two interlocked relays. The relay can power electronics be upstream or downstream.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß lediglich zwei Gruppen von Leistungshalbleitern benötigt werden, so daß der Aufwand für die Steuer- und Regelelektronik ebenso wie das Bauvolumen minimiert werden. This embodiment has the advantage that only two groups of Power semiconductors are required so that the effort for the tax and control electronics as well as the construction volume can be minimized.

Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, daß eine erfindungsgemaße Schaltungsanordnung am oder im Motorgehäuse, vorzugsweise im Klemmka sten angeordnet ist. Dies ist aufgrund des geringen Bauvolumens her kömmlicherweise nicht möglich gewesen. Für viele Anwendungsfälle ist es aber von großem Vorteil, für die Steuerung kein gesondertes Gehäuse vor sehen und montieren zu müssen, sondern Motor und Steuerung als kompak te Einheit verfügbar zu haben.It can be provided with particular advantage that an inventive Circuit arrangement on or in the motor housing, preferably in the Klemmka is arranged. This is due to the small construction volume not conventionally possible. It is for many use cases but of great advantage, no separate housing for the control to see and assemble, but motor and control as compact te unit available.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:The invention is described below on the basis of preferred exemplary embodiments described in more detail in connection with the drawing. Show:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik Fig. 1 is a schematic circuit diagram of a circuit arrangement according to the prior art

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform Fig. 2 shows a circuit arrangement according to a first embodiment of the invention

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform und Fig. 3 shows a circuit arrangement according to a second embodiment of the invention and

Fig. 4 ein Schaltbild der Drehrichtungsumkehr-Schaltungsanordnung gemäß einer Variante der zweiten Ausführungsform. Fig. 4 is a circuit diagram of the direction of rotation reversal circuit arrangement according to a variant of the second embodiment.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik dar gestellt. Diese umfaßt einen Drehstrommotor M mit einer Einrichtung T zur Erfassung der Ist-Drehzahl, also zum Beispiel einem Tachogenerator. Die ser Wert der Ist-Drehzahl wird einer Vergleichsstelle V einer Drehzahl regelanordnung zugeführt und dort mit dem Drehzahl-Ist-Wert verglichen, wobei die Drehzahlregelanordnung in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Signal ausgibt. Der Drehzahlregelanordnung ist eine Steueranordnung nachgeordnet, die mit den Phasen L1, L2, L3 zur Synchronisation des Zündzeitpunktes der Phasenanschnittsteuerung verbunden ist, welche über den schematisch dargestellten Ausgang PA bewerkstelligt wird. In Fig. 1, a circuit arrangement according to the prior art is provided. This includes a three-phase motor M with a device T for detecting the actual speed, for example a tachometer generator. This water value of the actual speed is fed to a comparison point V of a speed control arrangement and compared there with the actual speed value, the speed control arrangement emitting a signal as a function of this comparison. The speed control arrangement is followed by a control arrangement which is connected to the phases L1, L2, L3 for the synchronization of the ignition timing of the phase control, which is accomplished via the schematically represented output PA.

Die Phasenanschnitts- und Drehrichtungs-Umkehrschaltungsanordnung PH und DU umfaßt fünf gegengerichtet parallel geschaltete Thyristorpaare, wobei die ersten beiden Paare 1.1, 1.2 bzw. 2.1, 2.2 mit der Klemme L1, das Paar 3.1, 3.2 mit der Klemme L2 und die beiden Paare 4.1, 4.2 bzw. 5.1, 5.2 mit der Klemme L3 verbunden sind. Ein Thyristor dient jeweils zur Bewerkstelligung eines Phasenanschnitts der positiven bzw. negativen Halbwelle der jeweiligen Phase.The phase gating and direction of rotation reversing circuit arrangement PH and DU comprises five pairs of thyristors connected in opposite directions, the first two pairs 1.1 , 1.2 and 2.1 , 2.2 with the terminal L1, the pair 3.1 , 3.2 with the terminal L2 and the two pairs 4.1 , 4.2 or 5.1 , 5.2 are connected to terminal L3. A thyristor is used to accomplish a phase cut of the positive or negative half-wave of the respective phase.

Die Ausgänge der Thyristorpaare 1.1, 1.2 und 4.1, 4.2 sind mit der Mo torwindung W1, die Ausgänge der Thyristorpaare 2.1, 2.2 und 5.1, 5.2 mit der Motorwindung W3 und der Ausgang des Thyristorpaares 3.1, 3.2 mit der Motorwindung W2 verbunden.The outputs of the thyristor pairs 1.1 , 1.2 and 4.1 , 4.2 are connected to the motor winding W1, the outputs of the thyristor pairs 2.1 , 2.2 and 5.1 , 5.2 to the motor winding W3 and the output of the thyristor pair 3.1 , 3.2 to the motor winding W2.

Hieraus wird deutlich, daß durch die Drehzahlregel- und Steueranordnung D, S über eine Phasenanschnittsteuerung die Leistungszufuhr zum Motor M gesteuert werden kann, und daß darüber hinaus durch Aktivierung der Thyristorpaare 1.1, 1.2 und 3.1, 3.2 sowie 5.1, 5.2 eine erste Momen tenrichtung und durch Aktivierung der Thyristorpaare 2.1, 2.2 und 3.1, 3.2 sowie 4.1, 4.2 eine zweite Momentenrichtung realisierbar ist. In jeder Betriebsphase werden die Gruppenzweige mit symmetrischer Phasenan schnittssteuerung betrieben.From this it is clear that the power supply to the motor M can be controlled by the speed control and control arrangement D, S via a phase control, and that in addition by activating the thyristor pairs 1.1 , 1.2 and 3.1 , 3.2 and 5.1 , 5.2 a first torque direction and a second torque direction can be realized by activating the thyristor pairs 2.1 , 2.2 and 3.1 , 3.2 and 4.1 , 4.2 . In each operating phase, the group branches are operated with a symmetrical phase control.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik. Sie unterscheidet sich hiervon allerdings dadurch, daß die der Phase L2 entsprechende Klemme direkt und ohne Zwischen schaltung von angesteuerten Leistungshalbleitern mit der Motorwindung W2 verbunden ist. Gleichwohl läßt sich über die Ansteuerung der Thyristo renpaare 1.1, 1.2 und 2.1, 2.2 einerseits und 3.1, 3.2 und 4.1, 4.2 an dererseits eine Leistungssteuerung bewerkstelligen. Bei Aktivierung der Thyristorpaare 1.1, 1.2 und 4.1, 4.2 entsteht ein Drehmoment in einer er sten Richtung und bei Aktivierung der Thyristorpaare 2.1, 2.2 und 3.1, 3.2 entsteht ein Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung. The circuit arrangement shown in FIG. 2 is basically constructed in the same way as the circuit arrangement shown in FIG. 1 according to the prior art. It differs from this, however, in that the terminal corresponding to phase L2 is connected directly and without the interposition of controlled power semiconductors to the motor winding W2. Nevertheless, by controlling the Thyristo ren pairs 1.1 , 1.2 and 2.1 , 2.2 on the one hand and 3.1 , 3.2 and 4.1 , 4.2 on the other hand, a power control can be accomplished. When the thyristor pairs 1.1 , 1.2 and 4.1 , 4.2 are activated, a torque is generated in one direction and when the thyristor pairs 2.1 , 2.2 and 3.1 , 3.2 are activated, a torque is generated in the opposite direction.

Dementsprechend wird deutlich, daß der Schaltungsaufwand beträchtlich reduziert werden kann, wobei überraschenderweise das Steuer- und Regel verhalten wenig beeinträchtigt wird.Accordingly, it becomes clear that the circuitry is considerable can be reduced, surprisingly the control and regulation behavior is little affected.

Auch die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsvariante ist im Prinzip ähnlich aufgebaut wie vorstehend beschrieben. Allerdings sind dort lediglich zwei Paare von Thyristoren vorgesehen, welche ausschließlich für die Phasen anschnittsteuerung dienen. Die Phase L3 ist direkt mit der Motorwindung W3 verbunden. Die Ausgänge der Thyristorpaare 1.1, 1.2 bzw. 2.1, 2.2 sind über eine Relaisschaltung R mit den Motorwindungen W1 und W2 ver bunden. Die Relaisschaltung R umfaßt in der Ausführungsform nach Fig. 3 ein Umschaltrelais. Hierdurch ist es möglich, die Verbindung der Phasen L1 und L2 mit den Motorwicklungen W1 und W2 zu vertauschen und hier durch eine Momentenrichtungsumkehr zu bewerkstelligen.In principle, the circuit variant shown in FIG. 3 is constructed similarly to that described above. However, only two pairs of thyristors are provided there, which are used exclusively for phase control. Phase L3 is directly connected to motor winding W3. The outputs of the thyristor pairs 1.1 , 1.2 and 2.1 , 2.2 are connected via a relay circuit R to the motor windings W1 and W2. The relay circuit R in the embodiment according to FIG. 3 comprises a changeover relay. This makes it possible to interchange the connection of the phases L1 and L2 with the motor windings W1 and W2 and to achieve this by reversing the torque direction.

Bei der Schaltungsvariante gemäß Fig. 4 umfaßt die Relaisschaltung R′ zwei verriegelte Relais R1 und R2. Die Funktion ist identisch wie die bei der Schaltung nach Fig. 3.In the circuit variant shown in FIG. 4 includes the relay circuit R 'locked two relays R1 and R2. The function is identical to that in the circuit according to FIG. 3.

Claims

1. Circuit arrangement for controlling or regulating the starting, braking and the speed of a three-phase asynchronous motor comprising a controller, the first input of which is connected to a device for detecting the actual speed of the motor, the second input of which is provided with a device for specifying the target speed is connected and the output of which is connected to a plurality of power semiconductors, such as triacs, alterni or antiparallel thyristor pairs, in order to control the three-phase supply fed to the motor windings from the terminals of the motor via a phase control, furthermore a direction of rotation -Inverse circuit is provided such that the assignment of at least two phases to two motor windings is interchangeable, and wherein in at least part of the phases the assignment to the respective motor winding is carried out by opening or closing the power semiconductor by means of the control and regulating arrangement, thereby ge label chnet that a phase of the terminal voltage is connected directly to a motor winding without the interposition of power semiconductors.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that for rotation Reversal of direction in parallel in the two phases not directly connected switched power semiconductors or power semiconductor pairs arranged are, which by opening and closing with regard to their connection the motor windings are interchangeable.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the power semiconductors in the two not directly with a motor connected phases a reversing contactor to swap their contacts order for the motor windings and thus for reversing the direction of rotation is subordinate.

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that it is arranged in or on the motor housing.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that it is arranged in the terminal housing of the motor.