DE2834523A1 - Commutatorless DC motor - has thyristor bridge supplying stator winding from DC source according to rotor position - Google Patents

Commutatorless DC motor - has thyristor bridge supplying stator winding from DC source according to rotor position

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Abstract

The motor is for a fur-quadrant operation and a power greater than 0.5 kW. Stator windings are connected to a DC voltage source through a switch consisting of a bridge circuit with controllable SC gates, in accordance with the rotor position. A further sC gate is provided in each connection between the DC sources and the bridge. Null diodes are allocated to the SC gates in the bridge, and connected directly to the current source, by-passing the gates in the connections. Six thyristors are used in theswitch bridge circuit and two transistors in the connections to the bridge. They control the current by pulse-width modulation.

Description

Kollektorloser GleichstrommotorBrushless DC motor

betrifft Die Erfindung/einen kollektorlosen Gleichstrommotor für Vier-Quadrantenbetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a brushless DC motor for four-quadrant operation according to the preamble of claim 1.

Bei diesen Motoren handelt es sich um Servomotoren, die in beiden Drehrichtungen sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb genau zu regeln sind. In bekannter Weise wird bei derartigen Gleichstromotoren die Kommutierungseinrichtung von in Brückenschaltung angeordneten von Thyristoren gebildeten Halbleiterstromtoren gebildet, die durch in der Zuführungsleitung zwischen Gleichstromquelle und Brückenschaltung angeordneten von Thyristoren mit Löscheinrichtung gebildeten Halbleiterhauptstromtore zu löschen sind (DT-AS 1 208 803). Beim Auftreten einer fehlerhaften Zündung der Thyristoren in der Brückenschaltung ist bei dieser bekannten Kommutierungseinrichtung eine Sicherheitslöschung nicht möglich, wenn die Ladung der Löscheinrichtung für die in der Zuleitung zwischen Gleichstromquelle und Brückenschaltung angeordneten Thyristoren noch nicht ausreicht, diese Thyristoren zu löschen und damit auch die in der Brückenschaltung fehlerhaft gezündeten Thyristoren. Damit bei einer derartigen Störung der auftretende Kurzschlußstrom nicht die Motorsteuerung zerstört, müssen superflinke Halbleiterschmelzsicherungen vorgesehen werden.These motors are servo motors that work in both Direction of rotation in both motor and generator operation rules are. In a known manner, the commutation device is used in such direct current motors of semiconductor current gates formed by thyristors and arranged in a bridge circuit formed by in the supply line between the direct current source and the bridge circuit arranged semiconductor main current gates formed by thyristors with quenching device must be deleted (DT-AS 1 208 803). If there is a faulty ignition of the Thyristors in the bridge circuit is in this known commutation device a security extinguishing is not possible if the charge of the extinguishing device for those arranged in the supply line between the direct current source and the bridge circuit Thyristors are not yet sufficient to delete these thyristors and thus also the Incorrectly fired thyristors in the bridge circuit. So with such a Disturbance of the occurring short-circuit current does not destroy the motor control, must Super fast-acting semiconductor fuses are provided.

Mit dem Auftreten einer solchen Störung und dem damit verbundenen Wirksamwerden der Sicherungen ist der Gleichstrommotor außer Betrieb gesetzt. Ist der Gleichstrommotor als Antrieb für eine Werkzeugmaschine eingesetzt, kann eine solche plötzliche Stillsetzung der Antriebsmaschine nicht nur zum Bruch des Werkzeuges, sondern auch zur Beschädigung oder Zerstörung des Werkstückes führen. Unabhängig von diesen Folgeschäden ist es in jedem Fall erforderlich, durch Ersetzen neuer Sicherungen einen Eingriff in den stillgesetzten Gleichstrommotor vorzunehmen.With the occurrence of such a disorder and the associated When the fuses take effect, the DC motor is put out of operation. is the DC motor used as a drive for a machine tool can be a such sudden shutdown of the drive machine not only to break the tool, but also lead to damage or destruction of the workpiece. Regardless of these In any case, consequential damage is necessary by replacing new fuses to intervene in the stopped DC motor.

Außerdem ist mit dieser bekannten Kommutierungseinrichtung nur eine verhältnismäßig träge Drehzahlregelung zu erzielen, da die Stromregelung durch den zeitlichen Abstand zwischen dem Löschen der Thyristoren in der Brückenschaltung und dem Zünden der Thyristoren in den Zuleitungen zwischen Gleichstromquelle und Brückenschaltung erfolgt. Die hierzu erforderliche Steuerung ist zudem baulich sehr aufwendig und demgemäß auch sehr störanfällig. Zur Vereinfachung dieser bekannten Drehzahlregelung ist schon vorgeschlagen worden, anstelle von Thyristoren Transistoren für die Kommutierungseinrichtung zu verwenden (DT-AS 25 o8 546). Die ausschließliche Verwendung von Transistoren bei dieser bekannten Kommutierungseinrichtung ist für Leistungen größer als 0,5 Kilowatt kostenmäßig sehr aufwendig.In addition, this known commutation device is only one to achieve relatively sluggish speed control, since the current control by the time interval between the deletion of the thyristors in the bridge circuit and the triggering of the thyristors in the leads between the direct current source and Bridge circuit takes place. The control required for this is also very structurally expensive and accordingly also very prone to failure. To simplify this known Speed control has already been proposed, instead of thyristors, transistors to be used for the commutation device (DT-AS 25 o8 546). The exclusive Use of transistors in this known commutation device is for Services greater than 0.5 kilowatts are very costly.

Außerdem bietet.sie keine Möglichkeit, für die bei generatorischen Betrieb erforderliche Energierückspeisung. Diese bekannte Kommutierungseinrichtung is deshalb trotz ihrer kostenmäßig aufwendigen Ausführung für den Vier-Quadrantenbetrieb ungeeignet.In addition, it does not offer any option for generating Energy recovery required for operation. This known commutation device is therefore for four-quadrant operation despite its expensive design not suitable.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines kollektorlosen Gleichstrommotors für Vier-Quadrantenbetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, der bei geringem kostenmäßigen Aufwand sowohl einen sicheren Betrieb bei fehlerhafter Zündung der Halbleiterstromtore in der Brückenschaltung als auch eine weitgehend trägheitsfreie Drehzahlregelung gewährleistet.The object of the invention is to create a brushless one DC motor for four-quadrant operation according to the preamble of the claim 1, which at low cost both ensures safe operation in the event of faulty Ignition of the semiconductor current gates in the bridge circuit as well as a largely Inertia-free speed control guaranteed.

Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is done with the characterizing features of Claim 1 achieved.

Durch die Verwendung von Transistoren mit Impulsbreitenmodulation als Halbleiterstromtore in den beiden Zuleitungen von der Gleichstromquelle zu der von einfachen Thyristoren gebildeten Brückenschaltung findet zur Kommutierung der Ständerwicklung die Löschung der Thyristoren in der Brückenschaltung sozusagen automatisch durch die Ausschaltphase der Transistoren zur Stromregelung statt. zwangsläufig Mit der durch die Transistoren erfolgten Stromregelung ist somit/ die Löschung der Thyristoren für die Kommutierung Verbunden, so daß keine zusätzlichen Steuerelemente erforderlich sind.By using transistors with pulse width modulation as semiconductor current gates in the two leads from the direct current source to the Bridge circuit formed by simple thyristors is used to commutate the Stator winding automatically quenching the thyristors in the bridge circuit, so to speak by the switch-off phase of the transistors for current control instead. inevitably With the current regulation carried out by the transistors / the deletion of the Thyristors connected for commutation, so no additional controls required are.

Zugleich ist durch die Anordnung von Transistoren in beiden Zuleitungen von der Gleichstromquelle zu der von Thyristoren gebildeten Brückenschaltung einet uneingeschränkte Sperrbereitschaft derselben zur Sicherheitslöschung bei fehlerhafter Zündung zweier in Reihe liegender Thyristoren in der Brückenschaltung gewährleistet. Da solche fehlerhaften Zündungen z.B. durch äußere Störungen verhältnismäßig häufig auftreten, kommt dieser uneingeschränkten Sperrbereitschaft der Transistoren hinsichtlich einer Sicherheitslöschung der Thyristoren große Bedeutung zu.At the same time, the arrangement of transistors in both leads from the direct current source to the bridge circuit formed by thyristors Unrestricted readiness to block the same for security deletion in the event of faulty Ignition of two thyristors in series in the bridge circuit guaranteed. Since such faulty ignitions, e.g. due to external disturbances, are relatively frequent occur, this unrestricted blocking readiness of the transistors comes with regard to a safety deletion of the thyristors is of great importance.

Im Falle einer solchen fehlerhaften Zündung sperrt die Steuereinrichtung aufgrund des auftretenden Kurzschlußstromes kurzzeitig die beiden Transistoren, so daß der fehlerhaft gezündete Thyristor in der Brückenschaltung wieder gelöscht wird und der Antrieb im Gegensatz zunvorbekannten Stand der Technik seinen Betrieb ohne Unterbrechung fortsetzt. Es tritt somit kein Stillstand des Antriebes auf und es ist auch kein Eingriff von Außen in den Antrieb erforderlich.In the event of such a faulty ignition, the control device blocks due to the short-circuit current occurring briefly the two transistors, so that the incorrectly fired thyristor in the bridge circuit is extinguished again and the drive, in contrast to the previously known state of the art, its operation continues without interruption. There is therefore no standstill of the Drive and no external intervention in the drive is required.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich durch die Merkmale des Anspruches 2.An advantageous development of the invention results from the Features of claim 2.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzigen Abbildung der Zeichnung nachfolgend erläutert.An embodiment of the invention is based on the single figure the drawing explained below.

Die Abbildung zeigt den schaltungstechnischen Aufbau eines reaktionsschnellen kollektorlosen Ggeichstrommotors für Vier-Quadrantenbetrieb.The figure shows the circuit structure of a responsive Brushless DC motor for four-quadrant operation.

In der Abbildung bezeichnet M den 3-Phasen-Synchronmotor mit permanentmagnetischem Anker und den Statorwicklungen W1, W2, W3.In the figure, M denotes the 3-phase synchronous motor with permanent magnet Armature and the stator windings W1, W2, W3.

Die elektronische Kommutierungseinrichtung ist mit K bezeichnet.The electronic commutation device is denoted by K.

Sie weist eine 3-Phasige-Brückenschaltung Br mit den Thyristoren Th+Rt Th~Rt Th+S, Th,S' Th+T, Th,T auf. Der Brückenzweig 1 steht über den Verknüpfungspunkt 4 mit dem Verknüpfungspunkt 12 der Statorwicklungen W1, W2 in Verbindung, der Brückenzweig 2 über den Verknüpfungspunkt 5 mit dem Verknüpfungspunkt 13 der Statorwicklungen W2, W3 und der Brückenzweig 3 über den Verknüpfungspunkt 6 mit dem Verknüpfungspunkt 14 der Statorwicklungen W3, W1.It has a 3-phase bridge circuit Br with the thyristors Th + Rt Th ~ Rt Th + S, Th, S 'Th + T, Th, T on. The bridge branch 1 is above the connection point 4 with the connection point 12 of the stator windings W1, W2 in connection, the bridge branch 2 via the connection point 5 with the connection point 13 of the stator windings W2, W3 and the bridge branch 3 via the connection point 6 with the connection point 14 of the stator windings W3, W1.

Die Anodenseiten der Brückenzweige stehen über die Leitung 7 und dem Transistor T1 mit dem positiven Strompfad 8 des 3-Phasen-Gleichrichters G in Verbindung und die Kathodenseiten der Brückenzweige stehen über die Leitung lo und dem Transistor T2 mit dem negativen Strompfad 11 des 3-Phasen-Gleichtrichters G in Verbindung.The anode sides of the bridge branches are on the line 7 and the Transistor T1 with the positive current path 8 of the 3-phase rectifier G in connection and the cathode sides of the bridge arms are connected to the line lo and the transistor T2 with the negative current path 11 of the 3-phase rectifier G in connection.

Ferner stehen die Verknüpfungspunkte 12, 13, 14 der Statorwicklungen über die Verknüpfungspunkte 16, 17, 18 mit den die Transistoren T1, T2 umgehenden Diodeiipaaren D1, D21 D3, D4 und D5, D6 in Verbindung und damit über diese Diodenpaare mit den Strompfaden 8, 11 der von dem Gleichrichter G gebildeten Gleichstromquelle bzw. mit dem zugeordneten Pufferkondensator 23.There are also the connection points 12, 13, 14 of the stator windings Via the connection points 16, 17, 18 with the Transistors T1, T2 bypassing diode pairs D1, D21 D3, D4 and D5, D6 in connection and with it Via these diode pairs with the current paths 8, 11 of the rectifier G formed Direct current source or with the assigned buffer capacitor 23.

Auf diesem Wege erfolgt bei generatorischem Betrieb des 3-Phasen-Synchronmotors eine Energierückspeisung in die Gleichstromquelle.This is how the 3-phase synchronous motor is operated in generator mode energy recovery in the direct current source.

Mit der Motorwelle 20 ist ein Tachogenerator TG gekoppelt, der die Motordrehzahl als elektrisches Signal in Form einer Spannung liefert. Dieses Signal wird dem Steuergerät St als Istwertsignal zugeführt und dort mit dem eingegebenen Sollwertsignal für die Drehzahl verglichen. Das daraus sich ergebende Differenzsignal bildet das Regelsignal für die mit konstanter Frequenz zyklisch öffnenden und schließenden Transistoren T1, T2.With the motor shaft 20, a tachometer generator TG is coupled, which the Provides engine speed as an electrical signal in the form of a voltage. This signal is fed to the control unit St as an actual value signal and is entered there with the Setpoint signal for the speed compared. The resulting difference signal forms the control signal for those that open and close cyclically at a constant frequency Transistors T1, T2.

Dabei wird durch Beeinflussung der Sperr- und öffnungsdauer der Transistoren der Stromfluß und damit die Drehzahl gesteuert.This is done by influencing the blocking and opening times of the transistors the current flow and thus the speed are controlled.

Ferner ist mit der Motorwelle 20 ein digitaler Stellungsgeber 21 gekoppelt, der die jeweilige Stellung der Motorwelle als Signal für die in Abhängigkeit von der Stellung der Motorwelle zu zündenden Thyristoren in der Brückenschaltung Br dem Steuergerät St zuführt.Furthermore, a digital position transmitter 21 is coupled to the motor shaft 20, which the respective position of the motor shaft as a signal for the depending on the position of the motor shaft to be fired thyristors in the bridge circuit Br the control unit St supplies.

Claims (2)

Pa t e n t a n s p r ü c h e Kollektorloser Gleichstrommotor für Vier-Quadrantenbetrieb für eine Leistung größer als 0,5 Kilowatt mit Ständerwicklungen,die über eine aus einer Brückenschaltung mit steuerbaren Halbleiterstrommotoren gebildete Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit von der Läuferstellung an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind und in jeder der beiden Zuleitungen von der Gleichstromquelle zur Brückenschaltung ein weiteres Halbleiterstromtor angeordnet ist und den Halbleiterstromtoren der Brückenschaltung zugeordnete' Nulldioden unter Umgehen der in den Zuleitungen von der Gleichstromquelle zur Brückenschaltung angeordneten Halbleiterstromtoren direkt an die Gleichspannungsquelle angeschlossen sind g e k e n n -z e i c h n e t durch die Kombination von Thyristoren (Th+R, Th+S, Th+T, ThR, Th S Th,T) als Halbieiterstromtore für die Brückenschaltung (Br) der Kommutierungseinrichtung (K) und Transistoren (T1, T2) als Halbleiterstromtore in den beiden Zuleitungen (8, 11) von der Gleichstromquelle (G) zu der Brückenschaltung (Br), wobei die Transistoren (T1, T2) durch Impulsbreitenmodulation die Stromregelung bewirken.Pat e n t a n t a n s p r ü c h e Collectorless DC motor for four-quadrant operation for a power greater than 0.5 kilowatts with stator windings that have a a commutation device formed by a bridge circuit with controllable semiconductor current motors can be switched to a DC voltage source depending on the rotor position and in each of the two supply lines from the direct current source to the bridge circuit a further semiconductor current gate is arranged and the semiconductor current gate Bridge circuit associated 'zero diodes bypassing the in the supply lines of the direct current source to the bridge circuit arranged semiconductor current gates directly connected to the DC voltage source are g e k e n n -z e i c h n e t through the combination of thyristors (Th + R, Th + S, Th + T, ThR, Th S Th, T) as semi-conductor current gates for the bridge circuit (Br) of the commutation device (K) and transistors (T1, T2) as semiconductor current gates in the two supply lines (8, 11) from the direct current source (G) to the bridge circuit (Br), the transistors (T1, T2) by pulse width modulation effect the current regulation. 2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e't~ durch einen 3-Phasen-Synchronmotor mit permanentmagnetischem Läufer als Gleichstrommotor (M). 2. Brushless DC motor according to claim 1, g e k e n n z e i c h n e't ~ thanks to a 3-phase synchronous motor with a permanent magnet rotor as a DC motor (M).
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