DE2155381B2 - Anordnung zum Steuern oder Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentan-Spruchs. Eine derartige Anordnung ist in der DE-OS 05 580 beschrieben.

Bei der bekannten Anordnung wird die Ausgangsspannung des Reglers als Komplementärspannung zusammen mit von Dreieckgeneratoren erzeugten Dreieckspannungen den den Stromrichter-Brückenanordnungen zugeordneten Impulskippstufen zugeführt, wobei die Ausgangsspannungen der Dreieckgeneratoren den der zweiten Stromrichter-Brückenanordnung zugeordneten Impulskippstufen direkt und den der ersten Stromrichter-Brückenanordnung zugeordneten Impulskippstufen über Zenerdioden zugeführt werden. Durch entsprechende Anpassung der maximalen Reglerausgangsspannung, der Amplitude der Dreieckspannungen und Zenerspannungen werden zuerst die ^bl) Impulskippstufen der ersten und danach die Impulskippstufen der zweiten Stromrichter-Brückenanordnung nacheinander durchgesteuert, so daß zuerst die erste Stromrichter-Brückenanordnung vollangesteuert und erst danach die zweite Stromrichter-Brückenanordnung ¹^ entsprechend der erforderlichen Motorspannung stromdurchlässig gesteuert wird. Durch den Einsatz mehrerer verschieden abgestufter Zenerdioden und bei entsprechender Anpassung der Amplitude der Dreieckspannungen kann die Anordnung auch bei drei oder mehr in Reihe geschalteten Stromrichterbrücken in Folgeschaltung angewendet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs geschilderten Art anzugeben, die es in einfacher Weise ermöglicht, mehl ere Stromrichter-Brückenanordnungen nacheinander anzusteuern, ohne daß verschieden abgestufte Zenerdioden vorgesehen werden müssen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Im Vergleich zur bekannten Anordnung weist die erfindungsgemäße Anordnung den besonderen Vorzug auf, daß die beiden jeweils einer Stromrichter-Brückenanordnung zugeordneten Impulskippstufen äußerst symmetrisch arbeiten, weil beide durch dieselbe Konstantspannungsquelle vorgestromt werden, wohingegen bei der eingangs beschriebenen Anordnung jeweils zwei besonders ausgewählte Zenerdioden erforderlich sind.

Darüber hinaus ist es bei der erfindungsgemäßen Anordnung ohne Schwierigkeiten möglich, die Teilsteuerbereiche nach Wunsch zu überlappen, indem eine entsprechende Vorspannung für die Impulskippstufen über die Konstantspannungsquellen eingestellt wird.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung erläutert. In der Fig. 1 sind drei Siromrichter-Brückenanordnungen 4,5,6 gleichstromseitig in Reihe geschaltet. Mit 4.1, 4.2, 5.1,5.2 bzw. 6.1,6.2 sind steuerbare und mit 4.3,4.4, 5.3,5.4 bzw. 6.3,6.4 nichtsteuerbare Stromrichterventile bezeichnet. Der an das Wechselspannungsnetz 1, 2 angeschlossene Stromrichtertransformator 3 besitzt drei Sekundärwicklungen 3.1, 3.2 und 3.3. Die Gleichstromklemmen des Stromrichters sind über eine Glättungsdrossel 7 und einen den Strom-Istwert erfassenden Stromwandler 9 mit dem Gleichstrommotor 8 verbunden. Feldwicklungen sind nicht dargestellt.

Zur Aussteuerung der drei Stromrichter-Brückenanordnungen wird als die eine Betriebsgröße des Motors (hier den Strom) vorgebende Einrichtung ein Regler 10 verwendet, dem von einem Sollwertgeber Π ein Sollwert und von dem Stromwandler 9 der Istwert zugeführt wird. Im Beispiel ist der Motorstrom als Regelgröße gewählt worden. Der Regler 10 kann, wie bekannt, auch Teil eines übergeordneten Regelkreises sein. Die Reglerausgangsspannung, die z. B. zwischen — 20 V und +20V betragen kann, wird je einem Verstärker 12, 13, 14 zugeführt, der zum einen die Funktion eines Entkopplungsgliedes übernimmt und zum anderen die Spannung verstärkt.

Die Ausgangsspannung jedes Verstärkers 12, 13, 14 wird über eine jedem Verstärker zugeordnete Grenzwertstufe 15, 16, 17, jeweils zwei ihr zugeordneten Impulskippstufen 18, 19, 20, 21 bzw. 22, 23 zusammen mit je einer von einer Synchronisiereinrichtung 27 gelieferten Dreieckspannung und je einer von einer Konstantspannungsquelle 24, 25, 26 gelieferten konstanten Spannung zugeführt.

Die Synchronisiereinrichtung enthält im wesentlichen einen Transformator, an dessen Primärwicklung eine mit der Netzwechselspannung synchrone Wechselspannung angelegt wird und dessen Sekundärseite zwei um 180° gegeneinander verschobene Wechselspannungen entnommen werden, die mit Hilfe von Transistorkippstufen in zwei gegeneinander um 180° verschobene

Rechteckspannungen umgeformt werden.

Diese Rechteckspannungen werden in nachgeschalteten Dreieckgeneratoren in zwei gegeneinander um 1 HO" versetzte, nach Frequenz und Phasenlage der Netzwechselspannung eindeutig zugeordnete Dreieckspannungen umgeformt, die den Impulskippstj/en 18, 19, 20, 21,22,23 zugeführt werden.

Entsprechend der Anzahl der in Reihe geschalteten Stromrichterbrücken ist der ganze Steuerbereich des Reglers 10, im Beispiel von -20 V bis +20V₁ in eine entsprechende Anzahl von Teilbereichen eingeteilt, in denen jeweils eine der Stromrichterbrücken stromdurchlässig gesteuert wird. Im Beispiel müßte jeder Teilbereich also etwa 40/3 V betragen. Das geschieht in der Weise, daß die Ausgangsspannungen der den Verstärkern 12, 13, 14 nachgeschalteten Grenzwertstufen 15, 16, 17 auf unterschiedlich hohe Werte begrenzt und daß außerdem den Impulskippstufen 18 bis 23 aus den Spannungsquellen 24, 25, 26 unterschiedlich hohe konstante Spannungen zugeführt werden. Der Anfang der einzelnen Teilbereiche wird durch die Höhe der konstanten Spannung eingestellt. Über Widerstände werden den Impulskippstufen Ströme eingespeist, die den Arbeitsbereich verschieben. Soll der Anfang des Teilbereichs bei negativer Reglerausgangsspannung liegen, so muß ein positiver Strom eingespeist werden. Soll der Beginn des Teilbereichs dagegen bei positiver Reglerausgangsspannung liegen, so ist ein negativer Strom erforderlich.

Vorteilhaft ist es, den Anfang der Teilbereiche mittels der Konstantspannungsquellen 24, 25, 26 und dezugehörigen Widerstände jeweils so einzustellen, daß die Aussteuerung der nachfolgenden Stromrichterbrükke bereits beginnt, wenn die vorangehende Stromrichterbrücke noch nicht vollangesteuert ist. Diese Überlappung der Teilbereiche kann je nach Bedarf eingestellt werden. Im Beispiel können die Konstantspannungsquellen 24 bis 26 und die zugehörigen Widerstände z. B. so eingestellt werden, daß die erste Brücke im Teilbereich von — 19 V bis —5 V, die zweite Brücke im Teilbereich von — 7 V bis + 7 V und die dritte Brücke im Teilbereich von + 5 V bis + 19 V angesteuert wird. Innerhalb dieser Teilbereiche werden die von den Impulskippstufen abgegebenen Impulse vom Steuerwinkel x= 180° bis λ = 0° verschoben. Das bedeutet, daß bei einer Reglerausgangsspannung von z. B. —2 V die erste Brücke vollangesteuert ist, da die zugehörigen Impulskippstufen 22, 23 ihre gegeneinander um 180' versetzten Zündimpulse unter einem Steuerwinkel von ,« = 0° abgegeben, wohingegen die zweite Brücke 5 teilangesteuert ist, weil der Steuerwinkel der zugehörigen Zündimpulse zwischen 180° und 0° liegt, während die dritte Brücke 4 gesperrt ist, weil die Reglerausgangsspannung noch unterhalb des Teilbereiches dieser Brücke liegt. Um eine Übersteuerung der Impulskippstufen zu vermeiden, sind die Grenzwertstufen 15,16,17 entsprechend den gewählten Teilbereichen so eingestellt, daß die den Irnpulskippstufen vom Regler 10 zugeführten Steuerspannungen den oberen Wert der jeweiligen Teilbereiche nicht oder nur unwesentlich überschreiten. Die Ausgangsspannung der Grenzwertstufe 17 wird also auf etwa - 5 V. die der Grenzwertstufe 16 auf etwa +7 V und die der Grenzwertstufe 15 auf etwa + 19 V begrenzt.

In Fig. 2 sind diese Verhältnisse schematisch dargestellt. Man erkennt, daß der Steuerbereich von - 20 V bis + 20 V, d. h. der Bereich der Reglerausgangsspannung, entsprechend der Zahl der in Reihe geschalteten Stromrichterbrücken in drei gleiche Teilbereiche von -19 V bis -5 V, von -7 V bis +7 V und von +5V bis +19V aufgeteilt sind, wobei der Beginn der Teilbereiche, d.h. -19 V, -5 V, +5 V durch die von den Spannungsquellen 24, 25, 26 gelieferten Vorspannungen bzw. Vorströme festgelegt ist. Dargestellt ist jeweils nur der Teil der beiden um 180° gegeneinander versetzten Dreieckspannungen, der für die Aussteuerung der Impulskippstufen von Interesse ist Während der ersten Netzspannungshalbwelle (0 -=· π) sind die Impulskippstufen 18, 20, 22 im Betrieb und geben entsprechend der Regelausgangsspannung

!5 einen zwischen oc = 0 und α= 180° liegenden Zündimpuls ab. Entsprechend gilt während der zweiten Netzspannungshalbwelle (π -r- 2π) für die Impulskippstufen 19,21,23.

Die Erfindung wurde am Beispiel von in Reihe geschalteten Zweiphasen-Brückenschaltungen erläutert. Selbstverständlich können anstelle von Zweiphasen-Brückenschaltungen auch Dreiphasen-Brückenschaltungen eingesetzt werden, allerdings müssen dann statt zweier um 180° gegeneinander versetzter Dreieck-Spannungen drei um je 120° gegeneinander versetzte Dreieckspannungen verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zum Steuern oder Regeln der Drehzahl eines Gleichstrommotors, der an mindestens zwei gleichstromseitig in Reihe geschaltete steuerbare, aus einem Wechselspannungsnetz gespeiste Stromrichter-Brückenanordnungen angeschlossen ist, die jeweils an eine gesonderte Sekundärwicklung eines Transformators geschaltet und entsprechend der erforderlichen Motorspannung nacheinander stromdurchlässig gesteuert sind, unter Verwendung zweier Dreieckgeneratoren, deren Ausgangsspannungen gegeneinander um 180" el versetzt und nach Frequenz und Phasenlage '5 über eine den Dreieckgeneratoren vorgeschaltete Synchronisiereinrichtung der Netzwechselspannung eindeutig zugeordnet sind, sowie unter Verwendung nur einer mit ihrer Ausgangsspannung eine Betriebsgröße des Motors vorgebenden Einrichtung, deren Ausgangsspannung zusammen mit je einer der Dreieckspannungen Impulskippstufen zugeführt ist, wovon je zwei um 180° gegeneinander versetzte Zündimpulse für die Aussteuerung der Stromrichterbrücken liefernde Impulskippstufen jeder Stromrichter-Brückenanordnung zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden jeder Stromrichter-Brückenanordnung (4, 5, 6) zugeordneten Impulskippstufen (18, 19; 20, 21; 22, 23) gemeinsam ein Verstärker (12, 13, 14), dem die -ίο Ausgangsspannung der eine Betriebsgröße des Motors vorgebenden Einrichtung (10) zugeführt ist, und eine diesem nachgeschaltete Grenzwertstufe (15,16,17) sowie eine Konstantspannungsquelle (24, 25, 26) vorgeschaltet sind, wobei sowohl die Grenzspannungswerte der einzelnen Grenzwertstufen (15, 16, 17) als auch die Spannungswerte der einzelnen Konstantspannungsquellen (24, 25, 26) unterschiedlich hoch sind.

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