DE4423816A1 - AC motor drive supply circuit - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Speiseschaltung zum Betrieb eines Wechselstrommotors der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a feed circuit for operation an AC motor in the preamble of the claim 1 Art.
Es ist allgemein bekannt, kollektorlose Wechselstrommotoren an einer Gleichstromquelle mit Hilfe von Schalt- und Steuerein richtungen zu betreiben. Hierbei werden allgemein Dreiphasen- Drehstrommotoren verwendet, die zumindestens drei Wicklungen aufweisen, so daß der Motor relativ aufwendig und kostspielig aufgebaut ist.It is well known to use brushless AC motors a DC power source with the help of switching and control to operate directions. In general, three-phase Three-phase motors are used that have at least three windings have, so that the engine is relatively complex and expensive is constructed.
Für Wechselstrom-Netzbetrieb sind Zweiphasenmotoren mit Hilfs phasen zum Anlauf oder zum Anlauf und Betrieb bekannt. Diese Motoren weisen verglichen mit Dreiphasen-Drehstrommotoren einen vereinfachten Wicklungsaufbau auf.For AC mains operation are two-phase motors with auxiliary phases known for start-up or for start-up and operation. These Motors have one compared to three-phase AC motors simplified winding construction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speiseschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen vereinfachten Aufbau sowohl der Steuer- und Schalteinrichtungen als auch des Motors selbst ermöglicht.The invention has for its object a feed circuit of the type mentioned in the introduction to create a simplified Structure of both the control and switching devices and the Motors themselves.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the specified in claim 1 Features resolved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of the invention result from the subclaims.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Speiseschaltung ist es möglich, als Wechselstrommotor einen Zweiphasenmotor mit einer Hilfsphase zu verwenden, wobei die Wicklung der Hilfsphase gleich oder unterschiedlich wie die Wicklung der Hauptphase dimensioniert sein kann. Die Steuerschaltung ist vorzugsweise ein Mikroprozessor, der die erforderlichen impulslängenmodulierten Steuersignale in Abhängigkeit von der gewünschten Drehzahl des Motors liefert. The inventive configuration of the feed circuit it is possible to use a two-phase motor as an AC motor to use with an auxiliary phase, the winding of the Auxiliary phase the same or different as the winding of the Main phase can be dimensioned. The control circuit is preferably a microprocessor that does the necessary pulse length modulated control signals depending on the desired engine speed delivers.
Der durch die Wicklungen des Motors fließende Strom wird vorzugsweise gemessen und der Steuerschaltung als weiteres Steuersignal zugeführt.The current flowing through the windings of the motor becomes preferably measured and the control circuit as another Control signal supplied.
Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es zur Erzeugung des sinusförmigen Stromes durch die Wicklungen aus reichend, nur einen der jeweils die Pole der Gleichstromquelle mit den Wicklungen verbindenden Schalter mit impulslängen modulierten Steuersignalen zu steuern, während der andere je weilige Schalter dauernd während der entsprechenden Sinushalb welle geschlossen ist.According to the preferred embodiment of the invention, it is for Generation of the sinusoidal current through the windings sufficient, only one of the poles of the direct current source switches with pulse lengths connecting the windings to control modulated control signals while the other ever switches during the corresponding sine half wave is closed.
Dieser während einer Sinushalbwelle dauernd geschlossene Schalter ist vorzugsweise der mit dem positiven Pol der Gleich stromquelle verbundene Schalter, so daß dieser Schalter ein Schalter mit relativ langsamen und damit preiswerten Bauteilen sein kann.This is permanently closed during a sine half-wave Switch is preferably the one with the positive pole equal power source connected switch so that this switch is a Switches with relatively slow and therefore inexpensive components can be.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are described below of the drawings explained in more detail.
In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:
Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Speiseschaltung, Fig. 1 is a simplified diagram of a first embodiment of the supply circuit,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines der Doppel schalter nach Fig. 1, Fig. 2 shows an embodiment of double switch of FIG. 1,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der Doppelschalter nach Fig. 1, Fig. 3 shows another embodiment of a double switch according to Fig. 1,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der Doppelschalter nach Fig. 1, Fig. 4 shows another embodiment of a double switch according to Fig. 1,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der Doppelschalter nach Fig. 1, Fig. 5 shows another embodiment of a double switch according to Fig. 1,
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der Doppelschalter nach Fig. 1, Fig. 6 shows a further embodiment of a double switch according to Fig. 1,
Fig. 7 Schwingungsformen der Spannung, die gemäß einer Ausführungsform den jeweiligen Enden einer Wicklung über ein Doppelschalter-Paar zugeführt werden, Fig. 7 waveforms of the voltage, which are supplied in accordance with an embodiment the respective ends of a coil with a double switch pair,
Fig. 8 Schwingungsformen der Spannung, die gemäß einer abgeänderten Ausführungsform den jeweiligen Enden einer Wicklung über ein Doppelschalter- Paar zugeführt werden, Fig. 8 waveforms of the voltage which are supplied according to a modified embodiment the respective ends of winding over a Doppelschalter- pair,
Fig. 9 Schwingungsformen der Spannung an der Haupt bzw. Hilfsphase, Fig. 9 waveforms of the voltage to the main and auxiliary phase,
Fig. 10 eine abgeänderte Ausführungsform der Speise schaltung. Fig. 10 shows a modified embodiment of the feed circuit.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der Speiseschaltung dargestellt, die zum Betrieb eines Zweiphasenmotors 1 mit einer Hauptphase 3 und einer Hilfsphase 2 zum Anlauf oder zum Anlauf und Betrieb ausgebildet ist.In Fig. 1 a first embodiment of the supply circuit is shown which is designed for operating a two-phase motor 1 having a main phase 3 and an auxiliary phase 2 to the start-up or start-up and operation.
Die Wicklung der Hilfsphase 2 kann entsprechend abweichend von oder gleich der Hauptphase 3 dimensioniert sein.The winding of the auxiliary phase 2 can be dimensioned differently from or equal to the main phase 3 .
Jede Phase 2, 3 wird durch je zwei Doppelschalter 6, 7 bzw. 4, 5 gesteuert, die ihrerseits von einer digitalen elektronischen Steuerschaltung 9, wie z. B. einem Mikroprozessor, gesteuert werden.Each phase 2 , 3 is controlled by two double switches 6 , 7 and 4 , 5 , which in turn are controlled by a digital electronic control circuit 9 , such as. B. a microprocessor can be controlled.
Mit einem Widerstand 8 wird der von dem Motor insgesamt aufge nommene Strom gemessen und der elektronischen Steuerschaltung 9 zugeführt. With a resistor 8 , the total current consumed by the motor is measured and supplied to the electronic control circuit 9 .
Die elektronischen Doppelschalter 4 bis 7 schalten den einen oder den anderen Pol der Gleichstromquelle Us an die jeweilige Wicklung 2, 3 oder unterbrechen den Strom an diese Wicklung.The electronic double switches 4 to 7 switch one or the other pole of the direct current source Us to the respective winding 2 , 3 or interrupt the current to this winding.
Ausführungsbeispiele der Doppelschalter 4 bis 7 bei niedriger Speisespannung sind in den Fig. 2 bis 6 gezeigt.Exemplary embodiments of the double switches 4 to 7 with a low supply voltage are shown in FIGS. 2 to 6.
Die Doppelschalter nach den Fig. 2, 3 und 6 bestehen jeweils aus einem N-Kanal-Feldeffekt- (oder gegebenenfalls einem bipolaren NPN-) Leistungstransistor 10, der einen jeweiligen Anschluß der zugehörigen Wicklung 2 bzw. 3 (über den Widerstand 8) mit dem negativen (Erd-) Anschluß der Speisespannung verbinden kann, und einem P-Kanal-Feldeffekt- oder bipolaren PNP-Leistungstransistor 11, der den jeweiligen Anschluß der zugehörigen Wicklung mit dem positiven Anschluß der Speisespannung Uss verbinden kann.The double switches according to FIGS. 2, 3 and 6 each consist of an N-channel field effect (or possibly a bipolar NPN) power transistor 10 with a respective connection of the associated winding 2 or 3 (via the resistor 8 ) can connect the negative (ground) connection of the supply voltage, and a P-channel field effect or bipolar PNP power transistor 11 , which can connect the respective connection of the associated winding to the positive connection of the supply voltage Uss.
Obwohl dies in den Fig. 2 bis 6 nicht dargestellt ist, ist es für den Fachmann verständlich, daß die Schalttransistoren der Doppelschalter entweder integrierte Freilaufdioden aufweisen oder mit derartigen Freilaufdioden beschaltet sind.Although this is not shown in FIGS. 2 to 6, it is understandable for the person skilled in the art that the switching transistors of the double switches either have integrated free-wheeling diodes or are connected to such free-wheeling diodes.
Die Steuerung der Leistungstransistoren 10, 11 ,erfolgt mit in üblicher Weise aufgebauten integrierten Treiberschaltungen 12 (Fig. 2 und 4) oder mit diskret aufgebauten Transistorschal tungen 13 mit Bipolar- oder Feldeffekttransistoren (Fig. 3, 5 und 6).The control of the power transistors 10 , 11 takes place with integrated driver circuits 12 ( FIGS. 2 and 4) constructed in the usual way or with discrete transistor circuits 13 with bipolar or field effect transistors (FIGS . 3, 5 and 6).
Wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, kann auch ein N-Kanal-Feldeffekttransistor 11a (oder ein bipolarer NPN-Tran sistor) zur Durchschaltung der positiven Spannung eingesetzt werden, wenn eine zusätzliche Steuerschaltungs-Versorgungs spannung Uv, deren Potential höher als das der Speisespannung Uss ist, verwendet wird.As shown in FIGS. 4 and 5, an N-channel field effect transistor 11 a (or a bipolar NPN transistor) can be used to switch the positive voltage when an additional control circuit supply voltage Uv, its potential higher than that of the supply voltage Uss is used.
Bei der Ausführungsform des Doppelschalters nach Fig. 6 wird zur Durchschaltung des positiven Anschlusses der Speisespannung ein bipolarer PNP-Transistor 11b verwendet. In the embodiment of double switch of FIG. 6, the supply voltage is a bipolar PNP transistor 11 b used for switching the positive terminal.
Potentialfreie Schaltungen, wie sie bei den Umrichtern für Dreiphasendrehstromantriebe heute allgemein eingesetzt werden, sind ebenfalls möglich.Potential-free circuits, such as those used for converters Three-phase three-phase drives are generally used today, are also possible.
Die Steuerschaltung 9 liefert an die Steueranschlüsse A und B der Doppelschalter zueinander invertierte Steuersignale, so daß, wenn der mit dem positiven Anschluß der Speisespannung verbun dene Transistor 11 (bzw. 11a, 11b) eines Doppelschalters durch geschaltet ist, der mit dem negativen Anschluß der Speisespan nung verbundene Transistor 10 dieses Doppelschalters gesperrt ist, und umgekehrt.The control circuit 9 supplies to the control terminals A and B of the double switch mutually inverted control signals, so that when the connec with the positive connection of the supply voltage transistor 11 (or 11 a, 11 b) of a double switch is switched through, which with the negative Connection of the supply voltage connected transistor 10 of this double switch is blocked, and vice versa.
Die Steuersignale der der Hauptwicklung 3 zugeordneten Doppel schalter 4, 5 sind hierbei gegenüber den Steuersignalen der der Hilfsphase 2 zugeordneten Doppelschalter 6, 7 um 90 Grad phasen verschoben.The control signals of the main winding 3 assigned double switch 4 , 5 are here shifted from the control signals of the auxiliary phase 2 assigned double switch 6 , 7 by 90 degrees.
Weiterhin ist selbstverständlich der jeweilige Steueranschluß A eines Doppelschalters (z. B. 4) eines Doppelschalter-Paares (z. B. 4, 5) mit dem jeweiligen Steueranschluß B des anderen Doppel schalters (z. B. 5) dieses Paares verbunden.Furthermore, the respective control connection A of a double switch (z. B. 4) of a pair of double switches (z. B. 4 , 5 ) is of course connected to the respective control connection B of the other double switch (z. B. 5) of this pair.
Zum Betrieb des Motors verbinden die jeweiligen Doppelschalter- Paare 4, 5 bzw. 6, 7 jeweils einen Anschluß einer jeweiligen Wicklung 2 bzw. 3 mit dem positiven Anschluß der Speisespannung und den anderen Anschluß dieser Wicklung mit dem negativen Anschluß der Speisespannung.To operate the motor, the respective pairs of double switches 4 , 5 and 6 , 7 each connect one connection of a respective winding 2 or 3 to the positive connection of the supply voltage and the other connection of this winding to the negative connection of the supply voltage.
Durch Impulslängenmodulation der den Steueranschlüssen A bzw. B der Doppelschalter von der Steuerschaltung 9 zugeführten Steuersignale kann dabei ein sinusförmiger Strom gemäß Fig. 9 in der jeweiligen Wicklung erzeugt werden.By pulse length modulation of the control terminals A and B of the double switch of the control circuit 9 control signals applied to it a sinusoidal current can be generated in accordance with FIG. 9 in the respective winding.
Fig. 7 zeigt die an den Ausgangsanschlüssen C bzw. C′ eines Doppelschalter-Paares auftretenden und den jeweiligen Enden einer Wicklung zugeführten Spannungen. Fig. 7 shows the voltages occurring at the output terminals C and C 'of a pair of double switches and the respective ends of a winding.
Die Doppelschalter werden dabei so gesteuert, daß in den beiden Wicklungen 3 und 2 zwei vorzugsweise um 90° verschobene sinus förmige Ströme gemäß Fig. 9 fließen und das Drehfeld erzeugen. Dieses treibt den Rotor des Motors an. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Wicklung des Motors können selbstverständlich auch andere Phasenunterschiede erforderlich oder sinnvoll sein.The double switches are controlled so that in the two windings 3 and 2 two preferably 90 ° shifted sinusoidal currents flow as shown in FIG. 9 and generate the rotating field. This drives the rotor of the motor. Depending on the design of the winding of the motor, other phase differences can of course also be necessary or useful.
Zur Erzeugung der sinusförmigen Ströme ist es ausreichend, wenn nur ein Schalter eines jeweiligen Doppelschalters mit impuls längenmodulierten Steuersignalen angesteuert wird, während der andere Schalter der Doppelschalter, vorzugsweise der mit dem positiven Anschluß der Speisespannung verbundene Schalter dieser Doppelschalter, während der Sinushalbwelle dauernd durchgeschal tet ist, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, die in ähnlicher Weise wie in Fig. 7 die Ausgangssignale des einer Wicklung zugeordne ten Doppelschalter-Paares zeigt. Damit kann der letztgenannte Schalter ein einfacherer Schalter mit relativ langsamen und preiswerten Bauteilen sein.To generate the sinusoidal currents, it is sufficient if only one switch of a respective double switch is driven with pulse-length-modulated control signals, while the other switch of the double switch, preferably the switch of these double switches connected to the positive connection of the supply voltage, is continuously switched through during the sine half-wave , as shown in Fig. 8, which shows in a similar manner as in Fig. 7, the output signals of a winding assigned th double switch pair. The latter switch can thus be a simpler switch with relatively slow and inexpensive components.
Eine entsprechende Ausführungsform der Speiseschaltung ist in Fig. 10 gezeigt. Hierbei sind die Anschlüsse A der Doppelschal ter eines Paares über einen Inverter 14 miteinander verbunden und werden von der Steuerschaltung 9 über Rechtecksignale mit einer der in den Wicklungen 2, 3 zu erzeugenden Sinusschwingung entsprechenden Periodendauer angesteuert.A corresponding embodiment of the feed circuit is shown in FIG. 10. Here, the connections A of the double switch ter of a pair are connected to one another via an inverter 14 and are controlled by the control circuit 9 via square-wave signals with a period duration corresponding to the sine wave to be generated in the windings 2 , 3 .
Der zu verwendende Zweiphasen-Wechselstrommotor ist einfacher aufgebaut und daher preiswerter als ein Dreiphasen-Drehstrom motor.The two-phase AC motor to be used is simpler constructed and therefore cheaper than a three-phase three-phase current engine.
Derartige Zweiphasen-Wechselstrommotoren werden heute allgemein als Kondensatormotoren für Netzspannung eingesetzt. Die be schriebene Speiseschaltung nach den Fig. 1 bzw. 10 ermöglicht die Verwendung eines derartigen Zweiphasen-Wechselstrommotors bei entsprechender Bemessung der Wicklungen als Niederspannungs motor ohne die Verwendung eines Kondensators. Such two-phase AC motors are generally used today as capacitor motors for mains voltage. The feed circuit be required according to FIGS. 1 and 10, enables the use of such a two-phase alternating current motor with appropriate dimensioning of the windings as a low-voltage motor without the use of a capacitor.
Für die Durchschaltung der Spannung an den Zweiphasen-Wechsel strommotor ist zwar gegenüber dem Dreiphasen-Drehstrommotor ein zusätzlicher Doppelschalter erforderlich, dieser kann aber ein facher aufgebaut werden, da beispielsweise bei der Ausführungs form nach den Fig. 8 und 10 ein Schalter, z. B. der mit dem positiven Anschluß der Speisespannung verbundene Schalter, nur relativ langsam durchschalten muß. Weiterhin können die Doppel schalter 6, 7 der Hilfsphase 2, wenn die schwächer als die Hauptphase 3 ausgelegt wird, einfacher aufgebaut werden.For switching the voltage to the two-phase alternating current motor, an additional double switch is required compared to the three-phase three-phase motor, but this can be constructed more simply, for example in the embodiment according to FIGS. 8 and 10, a switch, for. B. the switch connected to the positive connection of the supply voltage, only has to switch through relatively slowly. Furthermore, the double switches 6 , 7 of the auxiliary phase 2 , if the weaker than the main phase 3 is designed, can be constructed more easily.
Die Steuerschaltung 9 kommt mit weniger Leistungsfähigkeit, d. h. Rechenleistung beim Mikroprozessor aus, da nur zwei Phasen erzeugt werden müssen.The control circuit 9 requires less performance, ie computing power in the microprocessor, since only two phases have to be generated.
Claims (7)
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DE19944423816 DE4423816A1 (en) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | AC motor drive supply circuit |
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DE19944423816 DE4423816A1 (en) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | AC motor drive supply circuit |
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DE4423816A1 true DE4423816A1 (en) | 1996-01-18 |
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Family Applications (1)
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