DE1513389A1

DE1513389A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung von Mehrphasenmotoren

Info

Publication number: DE1513389A1
Application number: DE19651513389
Authority: DE
Inventors: Parrish Joseph Reginald
Original assignee: Parrish Instruments Ltd
Current assignee: Parrish Instruments Ltd
Priority date: 1964-05-01
Filing date: 1965-04-30
Publication date: 1969-09-18
Also published as: SE312844B; US3368128A; JPS5113843B1; DE1513389B2; NL6505574A; NL137155C; GB1101992A; CH447346A

Description

Patentanwalt Bonn, den 29. April 1965

Dr. Wolf Müller 1079/65 Dr.M./Z.

Bonn

Koblenzer Straße 46a

Anmelderin:

Parrisb Instruments Ltd. 3, Friar's Lane Richmond, Surrey England

Patentanmeldung

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Verfahren und Vorrichtung zur_Drehzahlregelung von Mehrphasenmotoren

Die Erfindung betrifft Elektromotoren und insbesondere solche, die als "Stepper"-Motoren, M-Motoren bekannt sind, bzw. Motoren, die geeignet sind, schritt-"oder stufenweise Arbeitsgänge auszuführen, im allgemeinen Zwei- oder Dreiphasenmotoren.

Solche Motore können mit drei oder mehr Schritten pro Umlauf arbeiten, entsprechend der Ständerwicklung und der Rotorgestaltung.

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Sie Erfindung siebt gescbwindigkeits- und/oder leistungsgesteuerte Stepper-Motorsysteme vor, die zwei einzigartige Grundgedanken verwirklichen:

1. Der allgemeine Grundgedanke, einen Stepper-Motor seine eigene Geschwindigkeit und/oder Leistung in Abhängigkeit von der Belastung regeln zu lassen, und

2. die Mittel zur Gewinnung der erforderlichen Regelspannung von einem üblichen Stepper-Motor.

Die Erfindung sei an Hand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben, in der

Fig. 1 in einem schematischen Schaltschema einen Dreiphasen-Stepper-Motor zeigt, bei dem jede Wicklung mittels eines Transistorschalters, der durch eine Diode geschützt ist, erregt wird, und,,

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild ein Verfahren zur Ausnutzung der Gegenspannung von einem Motor für die Frequenzsteuerung eines Uhrwerks-Oszillators, der die Drehzahl des Motors steuert.

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Die Steuerung verwendet die induzierte Gegenspannung, und la Schaltscbema der Fig. 1 ist eine gebräuchliche Art der Darstellung eines Dreiphasen-Stepper-Motors gezeigt. Die Transistoren T₁, T₂ und T. sind nacheinander von einem Steuerstroakreis erregt und veranlassen den Rotor 1 des Stepper-Motors, dem so aufgebauten rotierenden Magnetfeld zu folgen. Um die Transistoren T₁, T₂ und T, zu schützen, sind Dioden, Gleichrichter oder asymmetrische Glieder ^₁, dp und d- in den Stromkreis eingeschaltet und normalerweise im Punkt "A" geerdet. Im vorliegenden Falle jedoch ist ein kleiner Widerstand R zwischen Punkt ¹¹A" und Erde eingeschaltet. Auf Grund der Polarität der Dioden schließt kein Strom, während eine der Wicklungen oder Spulen W₁, W₂ oder W- des Motors durch die entsprechenden Transistoren T₁, T₂ und T, erregt ist.

Läuft der Motor um und ist der Strom durch die Wicklungen W₁, V₂, W, regulär unterbrochen, so wird in den abgeschalteten Wicklungen eine der äußeren EMK entgegengesetzte Spannung induziert.

Wiederum auf Grund der Polarität der Dioden d_1v d₂, d, fließt ein Strom durch eine dieser Dioden und den Widerstand R. Dieser Strom ist proportional dem Ausmaß der Drehung. Auf diese Weise erscheint eine Spannung zwischen Punkt "A" und Erde, die der Motordrebzahl proportional ist.

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Diese Begelapannung kann auf die verschiedenste Weise Verwendung finden.

In allgemeinen können Stepper-Motoren übereynohron laufen. So ergibt sieb beispielsweise in eines System, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, bei Weglassung der RÜokipeieespannung, wie dies normalerweise der fall ist, daß der Oszillator 2 mit der Syncbronfrequena schwingt. Zweck der Erfindung ist es» den Motor, wenn die Umstände dies erlauben, mit höchster Drehzahl umlaufen zu lassen, während er, wenn die Lastbedingungen eine solche Verminderung erfordern, mit geringeren Drehzahlen umlaufen kann. Die Steuerung wird auf folgende Weise durchgeführt*

Sine Regelepannung vom Motor, die wie vorbeschrieben abgeleitet ist, wird dem Oszillator 2 zugeführt, dessen Frequenz entsprechend variiert. Sie obere und untere Frequenzgrenze sind dabei entsprechend der Motorauslegung gewählt. Wird der Motor unbelastet betrieben, so veranlaßt die Rückspeieespannung den Oszillator, mit der obersten Frequenz pu schwingen. Sobald der Motor belastet wird, wird die PbasenbeZiehung zwischen Rotor 1 und dem rotierenden Feld verändert und ergibt eine Verminderung der Rückspeisespannung, die ihrerseits die Oszillatorfrequenz herabsetzt. Diese Wirkung setzt sich fort, bis Gleichgewicht eintritt und der Motor die Belastung aufnehmen kann. Eine obere Grenze ist deswegen gesetzt, um ein Ansteigen der Drehzahl über

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die Synchronislerungsfrequenz zu verhindern, während die untere Grenze den Zweck hat, das System selbet-anlaufend zu machen.

Andererseits kann auch die Rückspeisespannung dazu verwendet werden, die Spannung der Feldwicklungen W₁, Wg und W, zu regeln. In diesem falle verhält sich der Stepper-Motor wie ein Gleichstrommotor, d.h. eine ausreichende Rückspeisespannung wird erzeugt, um die Singangsspannung um einen wesentlichen Betrag herabzusetzen, wie in einem Reihenschlußmotor. Durch Überwachen der Rückspeisespannung kann die Klemmenspannung erhöht werden, um dies auszugleichen, so daß Stepper-Motoren, die so ausgelegt sind, daß sie mit einer Spannung betrieben werden, die die Wicklungen im Stillstand nicht überheizt, von Spannungsquellen mit höherer Spannung betrieben werden können, sobald ihre Drehzahl ansteigt, was eine entsprechende Steigerung der Motorleistung ergibt. Dies beseitigt eine der ernsthaftesten Beschränkungen des Stepper-Motors, d.h. seine geringe Leistung bei hoher Drehzahl. Solange die Minimalfrequenz vom Oszillator 2 aufrechterhalten wird, ist der Motor selbet-anlaufend, selbst-regelnd und selbstschützend, d.h. er kann keine Überströme aufnehmen, solange er noch im Anlaufzustand ist.

Schließlich kann auch die Rückspeisespannung als Warninfo rmation in Steuersystemen mit Kunstschalfcung verwendet

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werden. Beispielsweise kann in einer gebräuchlichen Servoschleife der Wechsel- oder Gleichetromnotorantrieb durch einen Stepper-Motor ersetzt werden, der durch die Rückspeisespannung derart gesteuert wird, daß bei kleinen Feblersignalen der Stepper-Motor sich in normaler Weise verhält, wenn jedoch das Fehlereignal anwächst, als Reihenschlußmotor zu wirken beginnen kann, und sobald das Fehlersignal wieder abnimmt, zu seiner normalen Betriebsweise zurückkehren kann.

Sie von der Riickspeiseepannung gegebene Information kann in einer Vielzahl von Stromkreisen verarbeitet werden für die Verwendung in linearen oder nicht-linearen Systemen. Beispielsweise können Differenzierschaltungen zur Beschleunigung von Hagelsystemen verwendet werden, und andere Stromkreise können gebildet werden, um außergewöhnlichen Bedingungen von Lastschwankungen auf Grund von Reibung oder Massenträgheit zu entsprechen.

Patentansprüche

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Claims

_ 7 — Patentansprüche

1. Verfahren but Drehsablregelung von Mebrphasenmotoren mit polarisiertem Hotor, sogenannten "Stepper"-Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte ßegenspannung bei niohterregten Wicklungen des Motors but Regelung der Drehzahl des Rotors in Abhängigkeit von der Belastung dient.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schaltkreise der Wicklungen des Motors Sperrdioden und zwischen diesen und Erde ein Widerstand .eingeschaltet ist, dessen EMK einen Schwingungserzeuger steuert und damit die Motordrehzahl regelt.

3. Mehrphasen-Steppermotor mit polarisiertem Rotor und selbsttätiger Regelung, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schaltkreise der Wicklungen des Motors Sperrdioden und zwischen diesen und Erde ein Widerstand eingeschaltet ist, dessen EME einen Schwingungserzeuger steuert und damit die Motordrehzahl regelt.

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