DE2743695A1

DE2743695A1 - In der drehrichtung umkehrbarer gleichstrommotor mit einem permanentmagnetrotor und elektronischer kommutierungseinrichtung

Info

Publication number: DE2743695A1
Application number: DE19772743695
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Ebert; Johann Gruenleitner; Hans Dipl Phys Kuehnlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1977-09-28
Publication date: 1979-03-29
Also published as: JPS6137874B2; DE2743695C2; FR2408942B1; JPS5457110A; US4292573A; FR2408942A1; NL7808510A

Description

AKTIENGESELLSCHAFT Ί Unser Zeichen

Berlin und München ^ T₇P 3218 BRD

In der Drehrichtung umkehrbarer Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und elektronischer Kommutierungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sin auf einen in der Drehrichtung umkehrbaren Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und elektronischer Kommutierungseinrichtung, bei dem zur Drehrichtungsumkehr die Polarität der Drehzahl-Sollwertspannung eines Drehzahlregiere und die Kommutierungsfolge der die Ständerwicklungen an eine vom Drehzahlregler vorgegebene Motorspannung legenden Kommutierungstransistoren nach Abgabe eines vom Drehzahlregler veranlaßten Drehrichtungssignale an eine Auswahlschaltung umgekehrt werden.

Bei Motoren dieser Art kann der Drehzahl-Istwert nicht ohne weiteres aus der durch den Permanentmagnetrotor in den Ständerwicklungen induzierten EMK gewonnen werden. Es ist bekannt, diese EMK mit Hilfe von Dioden auszukoppeln. Die ausgekoppelte EMK ist Jedoch nur proportional dem Betrag der Drehzahl. Daher läßt sich die Auskopplung der EMK mit Hilfe von Dioden nur begrenzt anwenden.

Bei kollektorlosen Gleichstrommotoren erfolgt die Drehrichtungsumkehr nicht durch Umpolung der Versorgungespannung, sondern durch Umkehr der Einschaltreihenfolge der Ständerwicklungen. Die Richtung des Motorstroms ist daher unabhängig von der Drehrichtung des Permanentmagnetläufers stets gleich, so daß die Gewinnung einer drehrichtungsabhängigen EMK bei in der Drehrichtung umkehrbaren kollektorlosen Motoren nicht ohne weiteres möglich ist.

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26.9.1977 / Hs 2 Nit

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Art die Möglichkeit zu schaffen, daß auf einfache Weise ein der Drehrichtung und Drehzahl proportionales Signal gewonnen werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß als Drehzahl-Istwert-Spannung eine der EMK proportionale Spannung verwendet ist, die aus der Motorspannung durch I.R-Kompensatlon gewonnen wird, und daß bei einem Wechsel des Drehrichtungssignals die Polarität der der EMK proportionalen Spannung umgeschaltet wird.

Vorzugsweise wird an einem im MotorStromkreis liegenden Strommeßwiderstand der Strom-Istwert abgenommen und über einen Widerstand dem Eingang eines Strom-Istwertverstärkere zugeführt, welcher über einen weiteren Widerstand an einem Verbindungspunkt einer an der Motorspannung liegenden Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode zur Kompensation der Kollektor-Emitter-Restspannung der Kommutierungsendstufe im Ständerwicklungskreis und die Durchlaßspannung einer dieser vorgeschalteten Diode angeschlossen ist.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein Blockschaltbild eines drehzahlgeregelten und in der

Drehrichtung umkehrbaren Gleichstrommotors, Figur 2 eine Schaltung für den Drehzahlregler.

In Figur 1 ist mit 1 der eigentliche Motor bezeichnet, der einen Permanentmagnetrotor und im Ständer eine mehrphasige Ständerwicklung aufweist, und zwar im vorliegenden Falle vier um 90° versetzte Ständerwicklungen, die in Abhängigkeit von der Winkellage des mit dem Permanentmagnetrotor mit Hilfe von mindestens zwei am Ständerumfang um 90°el versetzt angeordneten Hallgeneratoren über eine Kommutierungseinrichtung 2 beströmt werden. Die Kommutitrungselnrichtung 2 hat einen Signaleingang 3, der mit einer signalgebenden Einrichtung 4 verbunden ist, über den ein Drehrichtungesignal auf die Kommutierungseinrichtung 2 gegeben

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werden kann. Bei einem Wechsel des Drehrichtungssignals von L auf H oder umgekehrt wird in an sich bekannter Weise die Einschaltreihenfolge der zu bestromenden Ständerwicklungen umgekehrt, so daß der Permanentmagnetrotor seine Drehrichtung ändert. Die signalgebende Einrichtung 4 erhält von einem Drehzahlregler 5 ein der Drehrichtung und der Drehzahlabweichung proportionales Signal Un^. Wie dem Kästchen 4 zu entnehmen ist, wird bei einem negativen Wert von Un_w ein L-Signal (Linkslauf) und bei einem positiven Wert der Ausgangsspannung U_nw des Drehzahlreglers 5 ein Η-Signal (Rechtslauf) auf die elektronische Kommutierungseinrichtung 2 gegeben.

^/ Die dem Drehmoment und -richtung proportionale Spannung U_nw des Drehzahlreglers 5 wird auch einer Reglerendstufe 6 zugeführt, die unabhängig von der Drehrichtung eine der Größe des Drehmoments proportionale positive Spannung abgibt. Diese Spannung nimmt linear mit der Drehmomentabweichung zu. Am Ausgang der Reglerendstufe 6 erscheint somit die Motorspannung U^, die dem Motor 1 und der Kommutierungseinrichtung 2 zugeführt wird.

Der Drehzahlregler 5 erhält seinen Sollwert ^Un _s0;Q ^von einem Sollwerteteller 7, dem die Drehzahl η_βο1η als Spannung eingegeben wird. Eine dem Istwert der Drehzahl proportionale Spannung Un₁ + wird einer Anpassungsstufe θ entnommen, die über eine Leitung 9 eine der EMK proportionale Spannung erhält. Mit 10 ist eine Strommeßeinrichtung angedeutet, die beispielsweise aus einem ohmschen Widerstand bestehen kann. Von dieser wird über eine Leitung 11 ein dem Stromistwert 1^.R proportionale Größe auf einen Summierverstärker 12 gegeben, dem über eine Leitung 13 die Motorspannung Ug sowie über einen Strom-Istwert-Vorstärker 14 eine Kompensationsspannung zugeführt wird, die von der Motorspannung ü„ abgeleitet und über eine Leitung 13 zugeführt wird. Der Ausgang 16 des Summierverstärkers führt praktisch eine dem Betrag der EMK propoertionale Spannung. Diese wird einem lnvertierenden/nichtinvertierenden Verstärker 17 zugeführt, welcher in Abhängigkeit von

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dem Drehrichtungssignal der Signalgebereinrichtung 4 über eine Leitung 18 angesteuert werden kann, so daß der an den Drehzahlregler 5 entweder die nichtinvertierte oder invertierte der EMK proportionalen Spannung abgeben kann.
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Soll der Motor 1 gestartet werden, so wird der Sollwert n_soll dem Sollwertsteller 7 eingegeben. Der Ausgang Un₈₀₁₁ steuert die Regler-Endstufe 6 voll aus, da bei Stillstand des Permanentmagnetrotors Unj + gleich Null ist. Am Ausgang der Slgnalgebereinrichtung 4 bzw. am Eingang der Kommutierungseinrichtung 2 erscheint Η-Signal, die Ständerwicklungen werden entsprechend der Lauferstellung bestromt und der Motor läuft an. Während sich der Motor dreht, entsteht eine der Motorspannung U^ entgegenwirkende EMK, die sich mit wachsender Drehzahl ebenfalls erhöht. Der Motorstrom geht mit wachsender EMK zurück, falls kein unterlagerter Stromregler vorhanden 1st. Die Motordrehzahl erhöht sich so lange, bis der Drehzahlistwert Un_i8<t gleich dem Sollwert Un₈₀₁₁ ist. Die Drehzahlabweichung Un^ 1st dann Null. Sobald sich die Drehzahl dadurch erniedrigt, wird über den Drehzahlregler 5 die Motorspannung U_n wiederum stetig erhöht.

Wenn sich die Motordrehzahl so weit erhöht, daß Un_i8<t größer als UQ₈₀₁₁ ist, d.h. U^ negativ wird, spricht die Signalgebereinrichtung 4 tin und gibt über die Leitung 3 ein dieser Drehrichtungsänderung entsprechendes Signal auf die Kommutierungseinrichtung ab. Dies bewirkt eine Umkehr der Kommutierungsfolge der Kommutierungstransistören, so daß ein Bremsvorgang einsetzt, bis «_ist » ⁿsoll ^iet·

Soll der Motor reversiert werden, so springt n_eon auf -ⁿ _son»

d.h. die Drehzahlabweichung n^ - 2.n₈· Die Polarität der Drehzahlabweichung Un_w" kehrt sich um, so daß die Signalgebereinrichtung über die Leitung 3 L-Signal an die Kommutierungseinrichtung 2 gibt; d.h. daß sofort ein starker Bremsvorgang einsetzt. Selbstverständlieh wird über einen nicht dargestellten Stromregler dieser Bremsstrom in Grenzen gehalten.

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Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel wie aus der Motorspannung Uw durch I.R-Kompensation eine der Drehzahl proportionale EMK gewonnen werden kann. Hierbei ist die Formel zugrunde gelegt:

U_M « E + I_M . R + U_k + £ . R . Iw

Hierin ist U^ die Motorspannung, E die EMK, Im*R der ohmsehe Spannungsabfall in den Ständerwicklungen,U. die Summe aus der Kollektor-Emitter-Restspannung U_c- der Kommutierungsendstufe, sowie der Durchlaßspannung U_ß einer dieser vorgeschalteten Diode, k ein Proportion-Faktor, R der ohmsche Widerstand der Ständerwicklung und I_M der Motorstrom. Daraus ergibt sich für E = U_M - U_k - I . R_w . (1 ₊ J).

In Figur 2 ist allgemein mit 20 die Kommutierungseinrichtung mit dem Stromregler, die signalgebende Einrichtung 4 und die Reglerendstufe 6 gemäß Figur 1 bezeichnet, über eine Leitung wird eine dem Strom-Istwert I_M.R proportionale Größe über einen Widerstand 21 dem Strom-Istwert-Verstärker 14 zugeführt. Der Eingang des Verstärkers ist über einen weiteren Widerstand 22 mit dem Verbindungspunkt der Reihenschaltung eines weiteren Widerstandes 23 und einer Diode 24 verbunden. Die Reihenschaltung liegt an der die Motorspannung U_M führenden Leitung 13. Mit der Diode 24 wird die Diodendurchlaßspannung U_ß und die Kollektor-Emitter-Restspannung U_CE der Kommutatorendstufe im Motorwicklungszweig kompensiert. Eine weitere Diode 25 dient zur Spannungsbegrenzung.

Der Ausgang des Strom-Istwert-Verstärkerβ 14 ist mit seinem invertierenden Eingang über einen Rückkopplungswiderstand 26 verbunden. Der Ausgang des Strom-Istwert-Verstärkers 14 ist über einen einstellbaren Widerstand 27 mit einem Eingang des Summierverstärkers 12 verbunden. Diesem Eingang wird über einen Widerstand 28 die Motorspannung Uw - EMK + I_M . R + U. + rr . R . I„ zugeführt. Die Kompensation von I_M . R + U₁, + tr . R. I_M wird mit dem Widerstand 27 eingestellt. Am Ausgang 16 des Summierverstärkers 12

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erscheint dann eine der EMK proportionale Spannung. Durch die beiden Zenerdioden 29 und 30 wird die Ausgangespannung des Summierverstärkers 12 begrenzt. Der Ausgang 16 des Summierverstärkers 12 ist über zwei glel ehe Widerstände 32 und 33 dem invertierenden und nichtlnvertierenden Eingang des Verstärkers verbunden. Der Invertierende Eingang des Verstärkers 17 ist über einen Widerstand 34 mit seinem Ausgang verbunden. Der nichtinvertier ende Eingang des Verstärkers 17 ist über einen Feldeffekttransistor 35 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Die Ansteuerung erfolgt über die Leitung 3» die von der Signalgebereinrichtung 4 gem. Figur 1 kommt. Eine Diode 36 und Widerstände 37 dienen zur Signalenpassung an den Feldeffekttransistor, damit dieser in jedem Falle anspricht. Ist der Feldeffekttransistor 35 nicht durchlässig, so fuhren beide Eingänge des Verstärkers 17 das Signal am Ausgang 16 des Summierverstärkerβ 12, so daß dieses auch am Ausgang des Verstärkers 17 mit gleicher Polarität erscheint. Wird jedoch der Feldeffekttransistor 35 über die Leitung 3 von einem entsprechenden Drehrichtungssignal angesteuert, so wird der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 17 auf Null gelegt. Erhält der nichtinvertierende Eingang das Eingangspotential, so arbeitet der Verstärker in an sich bekannter Weise invertierend, d.h., bei einem positiven Signal am Eingang entsteht am Ausgang des Verstärkers 17 ein entsprechend großes negatives Signal.

Der Ausgang des Verstärkers 17 führt also eine dem Drehzahl-Istwert proportionale Spannung Un₁₈^, die dem Eingang φs Drehzahlreglers 5 zusammen mit dem Sollwert über Widerstände 38 bis 40 zugeführt wird. Mit einem Schalter 41 kann der Drehzahlsollwert ^Unsoii ^dem Drehzahlregler 5 zum Inbetriebsetzen des Motors zugeführt werden.

Das von dem Drehzahlregler gelieferte und von der Signalgeberanordnung abgegebene Drehrichtungssignal wird also in zweifacher Weise verwendet, und zwar zum einen zur Beeinflussung der Drehrichtung des Motors 1 und zum andern zur Bestimmung des Vorzeichens

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der der aus dem Motorstrom und der Motorspannung errechneten EMK proportionalen Spannung. Es ist daher möglich, einen kollektorlosen Gleichstrommotor, unabhängig vom inneren Aufbau, in gleicher Welse zu regeln wie einen Gleichstrom-Kollektormotor.

2 Figuren

5 Patentansprüche

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

In der Drehrichtung umkehrbarer Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und elektronischer Kommutierungseinrichtung, bei dem zur Drehrichtungsumkehr die Polarität der Drehzahl-Sollwert-Spannung eines Drehzahlreglers und die Kommutierungsfolge der die Ständerwicklungen an eine vom Drehzahlregler vorgegebene Motorspannung legenden Kommutierungstransistoren nach Abgabe eines vom Drehzahlregler veranlaßten Drehrichtungssignals an eine Auswahlschaltung umgekehrt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehzahl-Istwert-Spannung eine der EMK proportionale Spannung verwendet ist, die aus der Motorspannung durch I χ R-Kompensation gewonnen wird, und daß bei einem Wechsel des Drehrichtungssignals die Polarität der der EMK proportionalen Spannung umgeschaltet wird.
2. Oleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem im Motorstromkreis liegenden Strommeßwiderstand (10) der Strom-Istwert abgenommen und über einen Widerstand (21) dem Eingang eines Strom-Istwertsverstärkers (14) zugeführt wird, welcher über einen weiteren Widerstand (22) an einem Verbindungspunkt einer an der Motorspannung (Uw) liegenden Reihenschaltung eines Wideretandes (23) und einer Diode (24) zur Kompensation der Kollektor-Emitter-Restspannung (U_C£) der Kommutierungsendstufe im Ständerwicklungskreis und die Durchlaßspannung (U_D) einer dieser vorgeschalteten Diode angeschlossen ist.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Strom-Istwert-Verstärkers (14) über einen einstellbaren Widerstand (27) mit dem Eingang eines Summierverstärkers (12) verbunden ist, dem über einen weiteren Widerstand (28) die Motorspannung (Uw) zugeführt ist.
4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,* daß die Ausgangsspannung des Summierverstärkers (12) mit Hilfe zweier Z-Dloden (29,30) begrenzt ist.

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5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der EMK proportionale Ausgangsspannung (Un^ ^) des Summierverstärkers (12) von invertierenden auf nichtlnvertierenden Betrieb zur Polaritätsumkehr der Ausgangs spannung über einen wahlweise invertierend oder nichtinvertierend arbeitenden Verstärkers (17) geführt ist, wobei die Umschaltung von invertierenden auf nichtinvertierenden Betrieb zur Polaritätsumkehr der Ausgangspannung mit Hilfe des Drehrichtungssignals vornehmbar 1st.

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