DE69528277T2

DE69528277T2 - Crosswise half-locked circuit with uncompensated voltage for cyclical current testing for commutator motors with permitted speed differences

Info

Publication number: DE69528277T2
Application number: DE1995628277
Authority: DE
Inventors: Tai-Her Yang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: DE69528277D1; ATE224611T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine teilweise verriegelte Motorsteuerschaltung für mehrere Kommutatormotoren.The present invention relates to a partially interlocked motor control circuit for multiple commutator motors.

Dieser Typ von Motor ist beschrieben in EP-A-0596170 und US-A- 2070323.This type of motor is described in EP-A-0596170 and US-A- 2070323.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine teilweise verriegelte Motorsteuerschaltung für mehrere Kommutatormotoren, wobei die Steuerschaltung umfasst: einen ersten und einen zweiten Anker, jeweils mit einem ersten und einem zweiten Ende; eine erste Diode, verbunden mit dem ersten Ende des ersten Ankers, und eine zweite Diode, verbunden mit dem ersten Ende des zweiten Ankers; eine erste Reihenfeldwicklung, angeordnet zum magnetischen Zusammenwirken mit dem ersten Anker, um zu bewirken, dass der erste Anker dreht, wenn ein Strom in der ersten Reihenfeldwicklung vorhanden ist, und eine zweite Reihenfeldwicklung, angeordnet zum magnetischen Zusammenwirken mit dem zweiten Anker, um zu bewirken, dass der zweite Anker dreht, wenn ein Strom in der zweiten Reihenfeldwicklung vorhanden ist; und wobei die erste Reihenfeldwicklung in Reihe geschaltet ist mit dem zweiten Ende des zweiten Ankers und die zweite Reihenfeldwicklung in Reihe geschaltet ist mit dem zweiten Ende des ersten Ankers; gekennzeichnet durch eine dritte Reihenfeldwicklung, angeordnet zum magnetischen Zusammenwirken mit dem ersten Anker und geschaltet zwischen einen Anschluss der Stromversorgung und jede der ersten und der zweiten Reihenfeldwicklung; und eine vierte Reihenfeldwicklung, angeordnet zum magnetischen Zusammenwirken mit dem zweiten Anker und geschaltet zwischen einen zweiten Anschluss der Stromversorgung und jede der Dioden.The present invention relates to a partially locked motor control circuit for a plurality of commutator motors, the control circuit comprising: first and second armatures, each having a first and a second end; a first diode connected to the first end of the first armature and a second diode connected to the first end of the second armature; a first series field winding arranged to magnetically engage with the first armature to cause the first armature to rotate when a current is present in the first series field winding, and a second series field winding arranged to magnetically engage with the second armature to cause the second armature to rotate when a current is present in the second series field winding; and wherein the first series field winding is connected in series with the second end of the second armature and the second series field winding is connected in series with the second end of the first armature; characterized by a third series field winding arranged to magnetically engage with the first armature and connected between a terminal of the power supply and each of the first and second series field windings; and a fourth series field winding arranged for magnetic cooperation with the second armature and connected between a second terminal of the power supply and each of the diodes.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben; es zeigt:The invention is described in more detail below with reference to the drawing; it shows:

Fig. 1 ein Schaltbild einer grundlegenden, teilweise verriegelten Mehrmotorsteuerschaltung mit Oszillatordämpfungsfunktionen für Kommutatormotoren mit zulässigen Drehzahlunterschieden gemäß der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 is a circuit diagram of a basic partially interlocked multi-motor control circuit with oscillator damping functions for commutator motors with permissible speed differences in accordance with the present invention;

Fig. 2 ein Schaltbild eines Beispiels einer Parallelkombination von teilweise verriegelten Reihenmotoren; undFig. 2 is a circuit diagram of an example of a parallel combination of partially interlocked series motors; and

Fig. 3 ein Schaltbild einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels von Fig. 2, wobei die Reihenfolge der jeweiligen Reihenwicklungen ausgetauscht ist.Fig. 3 is a circuit diagram of a modification of the embodiment of Fig. 2, wherein the order of the respective series windings is exchanged.

Herkömmlicherweise ist, wenn zwei Kommutatorreihenmotoren parallel betrieben werden, ein kompensierter Betrieb zwischen den beiden Motoren schwierig zu erhalten, insbesondere wenn das Verhältnis zwischen den beiden jeweiligen Reihenmotordrehmomenten und Drehzahlen sehr groß ist. Hingegen liefert für praktische Anwendungen, wenn kompensiertere Antriebscharakteristiken erforderlich sind, wie etwa für elektrische Trägerlasten, die Erfindung eine teilweise kreuzverriegelte Schaltung mit Oszillationsdämpfungsfunktionen zum Zulassen von Drehzahlunterschieden bei einer kompensierteren Betriebscharakteristik der reihenerregten Kommutatormotoren. Die bevorzugte Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerwicklungen der beiden oder mehr reihenerregten Motoren bzw. doppelerregten Motoren mit reihenerregten Wicklungen reihenkombiniert sind mit einer Prüfdiode in der Stromflussrichtung und ferner reihenkombiniert sind mit der Reihenwicklung des Motors selbst, welche wiederum teilweise kreuzverriegelt bzw. reihenkombiniert ist mit der Reihenwicklung des benachbarten Motors, und ferner verbunden mit einer Spannungskompensationsleitung mit einer Spannungskompensationswiderstandsverbindung an den beiden Enden der jeweiligen Anker, welche nicht mit den Prüfdioden verbunden sind. Dies hat die Wirkung einer Abschwächung des Ankerstromzyklusverhaltens, um die Betriebscharakteristiken der ursprünglichen Reihen- bzw. Parallelkombinationen zu verbessern durch Verbessern von Drehmomentverteilungen infolge von verschiedenen Lastzuständen bzw. regenerierten Bremsfunktionen.Conventionally, when two commutator series motors are operated in parallel, a compensated operation between the two motors is difficult to obtain, especially when the ratio between the two respective series motor torques and speeds is very large. On the other hand, for practical applications when more compensated drive characteristics are required, such as for electrical carrier loads, the invention provides a partially cross-locked circuit with oscillation damping functions for allowing speed differences with a more compensated operating characteristic of the series-excited commutator motors. The preferred circuit is characterized in that the armature windings of the two or more series-excited motors or double-excited motors with series-excited windings are series-combined with a test diode in the current flow direction and further series-combined are connected to the series winding of the motor itself, which in turn is partially cross-locked or series-combined with the series winding of the adjacent motor, and further connected to a voltage compensation line with a voltage compensation resistor connection at the two ends of the respective armatures which are not connected to the test diodes. This has the effect of attenuating the armature current cycling behavior to improve the operating characteristics of the original series or parallel combinations by improving torque distributions due to different load conditions or regenerated braking functions.

Fig. 1 ist das grundlegende Schaltbild einer bevorzugten, teilweise kreuzverriegelten Schaltung mit unkompensierter Spannung zur zyklischen Stromprüfung von Kommutatormotoren, bei welchen Drehzahlunterschiede zulässig sind. Diese Figur zeigt beispielhaft zwei reihenerregte Motoren mit den nachfolgend genannten Hauptkomponenten:Fig. 1 is the basic circuit diagram of a preferred, partially cross-locked circuit with uncompensated voltage for cyclic current testing of commutator motors, where speed differences are permissible. This figure shows two series-excited motors with the following main components:

einem ersten Motor mit einer ersten reihenerregten Wicklung S111, einer zweiten Reihenwicklung S112 und einem Anker A111;a first motor having a first series-excited winding S111, a second series winding S112 and an armature A111;

einem zweiten Motor mit einer ersten Reihenwicklung S121, einer zweiten Reihenwicklung S122 und einem Anker A121.a second motor with a first series winding S121, a second series winding S122 and an armature A121.

Das "a"-Ende der ersten reihenerregten Wicklung S111 des ersten Motors ist verbunden mit dem positiven Ende der Leistungsquelle, und das "b"-Ende der Wicklung S111 ist verbunden mit dem "m"-Ende der zweiten reihenerregten Wicklung S122. Das "n"-Ende der Wicklung S122 ist ferner verbunden mit dem "c"- Ende des ersten Motorankers A111, und das "d"-Ende des Ankers A111 ist reihenkombiniert mit einer Diode CR111 in der Stromflussrichtung, wobei die Diode CR111 ferner verbunden ist mit dem "x"-Ende der ersten reihenerregten Wicklung S121, und das "y"-Ende der Wicklung S121 ist verbunden mit dem negativen Ende der Leistungsquelle. Das "e"-Ende der zweiten reihenerregten Wicklung S112 des ersten Motors ist ebenfalls verbunden mit dem "b"-Ende der ersten reihenerregten Wicklung S111, während das "f"-Ende der Wicklung S112 verbunden ist mit dem "v"- Ende des Ankers A121. Das "w"-Ende des zweiten Motorankers A121 ist reihenverbunden mit einer Diode CR121 in der Stromflussrichtung, wobei die Diode CR121 ferner verbunden ist mit dem "x"-Ende der ersten reihenerregten Wicklung S121, und das "y"-Ende der Wicklung S121 ist verbunden mit dem negativen Ende der Leistungsquelle.The "a" end of the first series-excited winding S111 of the first motor is connected to the positive end of the power source, and the "b" end of the winding S111 is connected to the "m" end of the second series-excited winding S122. The "n" end of the winding S122 is further connected to the "c" end of the first motor armature A111, and the "d" end of the armature A111 is series-combined with a diode CR111 in the current flow direction, the diode CR111 being further connected to the "x" end of the first series-excited winding S121, and the "y" end of the winding S121 is connected to the negative end of the power source. The "e" end of the second series-excited winding S112 of the first motor is also connected to the "b" end of the first series-excited winding S111, while the "f" end of the winding S112 is connected to the "v" end of the armature A121. The "w" end of the second motor armature A121 is series-connected to a diode CR121 in the current flow direction, the diode CR121 is further connected to the "x" end of the first series-excited winding S121, and the "y" end of the winding S121 is connected to the negative end of the power source.

Die Stromwerte längs den ersten reihenerregten Wicklungen S111 und S121 sind dieselben und sind jeweils die Summe der Ströme durch die zweiten Reihenerregten Wicklungen S112 und S122. Die Diode CR112 ist eine gemeinsame Schwungraddiode, welche in Sperrrichtung parallel kombiniert ist zwischen die "b"- und "x"-Enden der ersten Reihenwicklungen. Da die jeweiligen ersten reihenerregten Wicklungen S111 und S121 der beiden Motoren denselben Stromwert gemeinsam nutzen und der Stromwert die Summe aus den beiden Ankerstromwerten ist, verringert sich, wenn die erste Motorlast zunimmt, die Drehzahl des ersten Motors, ebenso wie die Gegen-EMK abnimmt, so dass der Strom des ersten Motors ansteigt und die reihenerregten Feldwicklungsströme der beiden Motoren gleichzeitig ansteigen, was bewirkt, dass die Drehzahl des zweiten Motors ebenfalls abfällt. Verglichen mit einer herkömmlichen Parallelkombination von reihenerregten Motoren, weist die bevorzugte Schaltung kleinere Drehzahlunterschiede zwischen Motoren auf, was zu einer verbesserten Stabilität führt. Hingegen reagiert, wenn die Last des zweiten Motors erhöht wird, der erste Motor in derselben Weise, wie der zweite Motor reagiert, wenn die Last auf dem ersten Motor zunimmt. Der Stromwert längs der gemeinsamen reihenerregten Wicklung ist der addierte Wert von den jeweiligen reihenkombinierten Motorankern und ist verschieden von dem eines herkömmlichen reihenerregten Motors, während die Stromwerte längs der zweiten reihenerregten Wicklungen jeweils deren Stromwerten des reihenerregten Ankers gleichen, und folglich haben die ersten reihenerregten Wicklungen der Motoren größere Stromwerte. Die Schaltung von Fig. 1, welche die Grundschaltung des bevorzugten Ausführungsbeispiels ist, ist eine Zusammenfassung einer Schaltung, bei welcher die jeweiligen Motoren installiert sind mit zweiten reihenerregten Wicklungen, um dieselben Stromwerte wie jene der jeweiligen Anker aufzuweisen, so dass, wenn der Erregerstrom von einer der zweiten reihenerregten Wicklungen infolge einer erhöhten Motorlast zunimmt, die Nachbarmotorerregung zu einer entsprechenden Zunahme gebracht wird.The current values along the first series-excited windings S111 and S121 are the same and are the sum of the currents through the second series-excited windings S112 and S122, respectively. Diode CR112 is a common flywheel diode combined in reverse parallel between the "b" and "x" ends of the first series windings. Since the respective first series-excited windings S111 and S121 of the two motors share the same current value and the current value is the sum of the two armature current values, as the first motor load increases, the speed of the first motor decreases as the back EMF decreases, so the current of the first motor increases and the series-excited field winding currents of the two motors increase simultaneously, causing the speed of the second motor to also decrease. Compared to a conventional parallel combination of series-excited motors, the preferred circuit has smaller speed differences between motors, resulting in improved stability. On the other hand, when the load on the second motor is increased, the first motor responds in the same way as the second motor responds when the load on the first motor increases. The current value along the common series-excited winding is the added value of the respective series-combined motor armatures and is different from that of a conventional series-excited motor, while the current values along the second series-excited windings are equal to the current values of the series-excited armature, respectively, and thus the first series-excited windings of the motors have larger current values. The circuit of Fig. 1, which is the basic circuit of the preferred embodiment, is a summary of a circuit in which the respective motors are installed with second series-excited windings to have the same current values as those of the respective armatures, so that when the excitation current of one of the second series-excited windings increases due to an increased motor load, the neighboring motor excitation is caused to increase accordingly.

Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Abwandlung des bevorzugten Ausführungsbeispiels von Fig. 1, wobei:Fig. 2 is a circuit diagram of a modification of the preferred embodiment of Fig. 1, wherein:

die beiden reihenerregten Motoren jeweils versehen sind mit ersten reihenerregten Wicklungen S211, S221 und zweiten reihenerregten Wicklungen S212, S222. Die erste reihenerregte Wicklung jedes Motors ist reihenkombiniert mit dem eigenen Anker davon und ist reihenkombiniert mit der zweiten reihenerregten Wicklung des benachbarten Motors und ist ferner wechselseitig parallel kombiniert.the two series-excited motors are each provided with first series-excited windings S211, S221 and second series-excited windings S212, S222. The first series-excited winding of each motor is series-combined with its own armature and is series-combined with the second series-excited winding of the adjacent motor and is further mutually combined in parallel.

Die Enden der Anker A221 und A221 sind jeweils reihenkombiniert mit Prüfdioden CR211, CR221, und ferner gemeinsam verbunden mit dem negativen Ende der Stromquelle. Das andere Ende des Ankers A211 ist in Reihe geschaltet mit der ersten reihenerregten Wicklung S211, der zweiten reihenerregten Wicklung S222 und dem positiven Ende der Leistungsquelle. Das andere Ende des Ankers A221 ist in Reihe geschaltet mit der eigenen ersten reihenerregten Wicklung S221 davon, der zweiten reihenerregten Wicklung S212 und dem positiven Ende der Leistungsquelle. Ferner kann eine Spannungskompensationsleitung vorgesehen sein zwischen den beiden Enden der Anker A211 und A221, bzw. wie durch die Strichlinie dargestellt, vorgesehen sein zwischen dem Verbindungspunkt der reihenerregten Wicklungen S211 und S222. Folglich bilden die jeweiligen Verbindungspunkte der Reihenwicklungen entweder Paare von in Reihe geschalteten Wicklungen, welche wechselseitig parallel kombiniert sind, oder Paare von parallel geschalteten Wicklungen, welche wechselseitig reihenkombiniert sind. Eine Schwungraddiode CR200 ist angeordnet zwischen der Spannungskompensationsleitung und dem negativen Ende der Leistungsquelle zum Absorbieren der Leistungspulsation für einen stabilen Betrieb. Generell kann der Motorsatz bestehen aus zwei oder mehr Motoren, wobei die erste reihenerregte Wicklung jedes Motors, wie oben beschrieben, derart angeordnet ist, dass sie reihenkombiniert mit dem eigenen Anker davon ist, und dann reihenkombiniert mit der zweiten reihenerregten Wicklung des benachbarten Motors in Reihenfolge, wobei der letzte Motoranker reihenkombiniert ist mit der zweiten reihenerregten Wicklung des ersten Motors, um eine geschlossene Ringanordnung von Teil-Kreuzverbundene- Reihenkombinationen zu bilden. Das Nicht-Teil-Kreuzverbundene- Ende jedes Ankers ist angeordnet mit Dioden in der Stromflussrichtung und ist parallel geschaltet zum negativen Ende der Leistungsquelle, wie oben beschrieben.The ends of the armatures A221 and A221 are respectively series-combined with test diodes CR211, CR221, and further commonly connected to the negative end of the power source. The other end of the armature A211 is connected in series with the first series-excited winding S211, the second series-excited winding S222, and the positive end of the power source. The other end of the armature A221 is connected in series with its own first series-excited winding S221, the second series-excited winding S212, and the positive end of the power source. Further, a voltage compensation line may be provided between the two ends of the armatures A211 and A221, or as shown by the dashed line, between the connection point of the series-excited windings S211 and S222. Thus, the respective connection points of the series windings form either pairs of series-connected windings which are mutually combined in parallel, or pairs of parallel-connected windings which are mutually combined in series. A flywheel diode CR200 is arranged between the voltage compensation line and the negative end of the power source to absorb the power pulsation for stable operation. Generally, the motor set may consist of two or more motors, with the first series-excited winding of each motor as described above arranged to be series-combined with its own armature, and then series-combined with the second series-excited winding of the adjacent motor in sequence, with the last motor armature being series-combined with the second series-excited winding of the first motor to form a closed ring arrangement of partially cross-connected series combinations. The non-partially cross-connected end of each armature is arranged with diodes in the current flow direction and is connected in parallel with the negative end of the power source as described above.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der Schaltung von Fig. 2, wobei die Reihenfolgen der jeweiligen Reihenwicklungen ausgetauscht sind und die Schaltung aus den folgenden Elementen besteht:Fig. 3 shows an example of the circuit of Fig. 2, where the sequences of the respective series windings are exchanged and the circuit consists of the following elements:

Die Enden der jeweiligen Anker A411 und A421 sind jeweils reihenkombiniert mit Prüfdioden CR411 und CR421, welche wechselseitig mit dem negativen Ende der Leistungsquelle verbunden sind. Das andere Ende des Ankers A411 ist in Reihe geschaltet mit der zweiten Reihenwicklung S422 des Nachbarmotors und ist dann ferner in Reihe geschaltet mit der ersten Reihenwicklung S411 zum positiven Ende der Leistungsquelle. Das andere Ende des Ankers A421 ist in Reihe geschaltet mit der zweiten Reihenwicklung S412 des Nachbarmotors und ist ferner in Reihe geschaltet mit der eigenen ersten Reihenwicklung S421 davon zum positiven Ende der Leistungsquelle.The ends of the respective armatures A411 and A421 are respectively connected in series with test diodes CR411 and CR421, which are mutually connected to the negative end of the power source. The other end of the armature A411 is connected in series with the second series winding S422 of the neighboring motor and is then further connected in series with the first series winding S411 to the positive end of the power source. The other end of the armature A421 is connected in series with the second series winding S412 of the neighboring motor and is further connected in series with its own first series winding S421 to the positive end of the power source.

Eine Spannungskompensationsleitung kann mit jedem Ende der Anker A411 und A421 verbunden sein oder kann (wie in Strichlinien dargestellt) zwischen dem Verbindungspunkt der Reihenwicklungen S411 und S422 und dem Verbindungspunkt der Reihenwicklungen S412 und S421 geschalter sein, um Paare von Wicklungen in einer Weise ähnlich der Anordnung von Fig. 2, oben beschrieben, zu bilden.A voltage compensation line may be connected to each end of the armatures A411 and A421 or may be connected (as shown in dashed lines) between the connection point of the series windings S411 and S422 and the connection point of the series windings S412 and S421 to form pairs of windings in a manner similar to the arrangement of Fig. 2, described above.

Eine Schwungraddiode CR400 ist parallel kombiniert zwischen die Spannungskompensationsleitung und das negative Ende der Leistungsquelle.A flywheel diode CR400 is combined in parallel between the voltage compensation line and the negative end of the power source.

Generell kann der Motorsatz des Ausführungsbeispiels von Fig. 3 bestehen aus zwei oder mehr Motoren, wobei ein Ende jedes Ankers angeordnet ist mit Dioden in der Stromflussrichtung und gemeinsam an einem negativen Ende der Leistungsquelle angeschlossen ist. Das andere Ende jedes Ankers ist reihenkombiniert mit der zweiten Reihenwicklung des Nachbarmotors und ist ferner reihenkombiniert in Reihenfolge mit der ersten Reihenwicklung des Motors selbst. Der erste Motoranker ist reihenkombiniert mit der zweiten Reihenwicklung des letzten Motors und ist ferner reihenkombiniert mit der ersten Reihenwicklung des ersten Motors selbst, um dadurch eine Anordnung eines geschlossenen Schleifentyps von teilweise kreuzverbundenen Reihenkombinationen zu bilden, um Wechselwirkungen zu ermöglichen.Generally, the motor set of the embodiment of Fig. 3 may consist of two or more motors, with one end of each armature arranged with diodes in the current flow direction and connected in common to a negative end of the power source. The other end of each armature is series-combined with the second series winding of the neighboring motor and is further series-combined in sequence with the first series winding of the motor itself. The first motor armature is series-combined with the second series winding of the last motor and is further series-combined with the first series winding of the first motor itself, thereby forming a closed loop type arrangement of partially cross-connected series combinations to enable interactions.

Claims

1. Partially interlocked motor control circuit for multiple commutator motors, the control circuit comprising:

a first and a second anchor (A111 and A121), each having a first and a second end (d, w and c, v);

a first diode (CR111) connected to the first end (d) of the first armature and a second diode (CR121) connected to the first end (w) of the second armature;

a first series field winding (S112) arranged to magnetically engage with the first armature to cause the first armature to rotate when a current is present in the first series field winding, and a second series field winding (S122) arranged to magnetically engage with the second armature to cause the second armature to rotate when a current is present in the second series field winding; and

wherein the first series field winding is connected in series with the second end (v) of the second armature and the second series field winding is connected in series with the second end (c) of the first armature; characterized by

a third series field winding (S111) arranged for magnetic interaction with the first armature and connected between a terminal of the power supply and each of the first and second field windings; and

a fourth series field winding (S121) arranged for magnetic interaction with the second armature and connected between a second terminal of the power supply and each of the diodes.

2. A partially locked motor control circuit according to claim 1, further comprising a flywheel diode (CR112) connected between the third and fourth series field windings (S111 and S121).