Ankerstrom

Nach Ablauf einiger mechanischer Zeitkonstanten des Systems hat sich die Geschwindigkeit des Ankers wieder stabilisiert, und das Ankermoment bzw. der dazu proportionale Ankerstrom hat wieder den alten Wert angenommen.

After the elapse of a mechanical time constant of the system, the speed of the armature is stabilized again, and the armature torque (and the armature current that is proportional to it) re-assumes its previous value.

Problematisch, wenn nicht sogar unmöglich ist eine Auswertung der im Ankerstrom enthaltenen Stromrippel, wenn diese durch Störfrequenzeinflüsse überlagert sind, die sich auch dadurch bemerkbar machen können, daß das Stromrippelsignal einem in seiner Frequenz und Amplitude zufällig veränderlichen Störfrequenz, beispielsweise infolge von Spannungsschwankungen aufmodelliert sein kann.

It is problematic, if not even impossible, to evaluate the current ripples contained in the armature current signal if interference or distortion are superimposed on the current ripples.

1. Impulslängenmoduliertes (PWM) Gleichstrommotor-Betriebs­ schaltungssystem, das in Kombination umfaßt: eine Gleichstromversorgung mit einer Spannungs- (B+) und einer Erdklemme; ein Tiefpaßfilter (13, 16-22) einschließlich Ladungs­ speichermittel; einen Gleichstrom-Elektromotor (10) mit einer durch das Tiefpaßfilter an der Spannungsklemme angeschlossenen Ankerklemme und einer anderen Ankerklemme; einen Feldeffekttransistor (FET) mit einem an der an­ deren Ankerklemme angeschlossenen Drain-Anschluß, einem Source- und einem Gate-Anschluß, wobei der FET einen Stromleitpfad zwischen Source und Drain besitzt, der in Abhängigkeit von einem an seinem Gate-Anschluß anliegen­ den Signal zwischen leitenden und nichtleitenden Zustän­ den schaltbar ist; Generatormittel (26) zum Erzeugen eines PWM-Signals mit einer vorbestimmten Frequenz und einem vorbestimmten Einschaltverhältnis, und zum Anlegen desselben an das FET-Gate, um den Gleichstrommotor-Ankerstrom zu schalten; eine über die Motorankerklemmen angeschlossene Frei­ laufdiode (31), deren Anode mit dem FET-Drain verbunden ist, wobei die Freilaufdiode zwischen ihrem Vorwärts-Leit­ zustand und ihren rückwärts beaufschlagten Zuständen ge­ schaltet wird, wenn der FET zwischen seinem nichtleiten­ den und seinem leitenden Zustand geschaltet wird, und dazu neigt, während des Schaltens einen momentanen Kurz­ schluß über die Ankerklemmen zu bilden; und einen zwi­ schen dem FET-Source und der Erdklemme der Gleichstromver­ sorgung angeschlossenen Widerstand (26); dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (32) von dem Source-Anschluß des FET zu der Katode der Freilaufdiode geschaltet ist mit minima­ ler Leitungslänge, um Streuinduktanz zu reduzieren, wobei der Kondensator wirksam ist, Spannungsverschiebungen über den Widerstand beim Schalten des FET zwischen seinen leitenden und nichtleitenden Zuständen zu der Katode der Freilaufdiode zu übermitteln und so als eine Ergänzungs­ stromflußquelle durch die freilaufende Diode während ihrer Schaltzustände zu dienen, partiell in Präferenz zu den Ladungsspeichermitteln des Tiefpaßfilters, wodurch die durch das Tiefpaßfilter zu der Gleichstromversorgung mitgeteilten Schaltspannungsspitzen der Diode in Amplitu­ de und Frequenz reduziert werden.

1. A pulse width modulated (PWM) DC motor operating circuit system comprising, in combination: a DC power supply with power (B+) and ground terminals; a low pass filter (13, 16-22) including charge storage means; a DC electric motor (10) having an armature terminal connected through the low pass filter to the power terminal and another armature terminal; a field effect transistor (FET) having a drain connected to the other armature terminal, a source and a gate, the FET having a current carrying path between source and drain switchable in response to a signal on its gate between conducting and non-conducting states; generating means (26) for generating a PWM signal at a predetermined frequency and duty cycle and applying it to the FET gate to switch the DC motor armature current; a freewheeling diode (31) connected across the motor armature terminals with its anode connected to the FET drain, the freewheeling diode being switched between its forward conducting and back-biased states as the FET is switched between its non-conducting and conducting states and tending to become a momentary short circuit across the armature terminals as it is so switched, and a resistor (26) connected between the FET source and the ground terminal of the DC power supply; characterised by a capacitor (32) connected from the source of the FET to the cathode of the freewheeling diode with minimal lead length to reduce stray inductance, the capacitor being effective to communicate voltage shifts across the resistor with FET switching between its conducting and non-conducting states to the cathode of the freewheeling diode and thus serve as a source of supplemental current flow through the freewheeling diode during switching thereof partially in preference to the charge storage means of the low pass filter, whereby the diode switching voltage spikes communicated through the low pass filter to the DC power supply are reduced in amplitude and frequency. 2.

Drehzahlregelvorrichtung für einen Synchronmotor nach Anspruch 2 oder 4, bei der die Mittel zur Erzeugung des Ankerstrom-Führungssignals aufweisen: einen Multiplizierer (8), um das von dem Drehmelder zugeführte, phasenmodulierte Signal mit dem von den Drehzahlkennzeichnungsmitteln (10) zugeführten Signal zu multiplizieren, einen Synchrongleichrichter (10), um ein von dem Multiplizierer zugeführtes Signal synchron mit einem von den Phasenkompensationsmitteln(52) zugeführten Gleichrichtungsbezugssignal gleichzurichten, und einen Bezugssignalgenerator (4), um ein den Phasenkompensationsmitteln (52) zugeführtes Bezugssignal zu erzeugen, wobei das Gleichrichtungsbezugssignal in seiner Phase um einen Phasenwinkel voreilt, der der Phasenwinkeldifferenz zwischen dem Drehzahlsignal und dem Bezugssignal entspricht.

A speed control apparatus for a synchronous motor as in claim 2 or 4, wherein said armature current command signal producing means comprises a multiplier (8) for multiplying the phase modulated signal supplied from the resolver and the signal supplied from the speed designating means (10), a synchronous rectifier (14) for synchronously rectifying a signal supplied from the multiplier with a rectification reference signal supplied from the phase compensation device (52), and a reference signal generator (4) for generating a reference signal applied to said phase compensation device (52), said rectification reference signal advancing in phase by a phase angle corresponding to the difference in phase between said speed signal and said reference signal.

Drehzahlregelvorrichtung für einen Synchronmotor nach Anspruch 2 oder 4, bei der die Mittel zur Erzeugung des Ankerstrom-Führungssignals aufweisen: einen Synchrongleichrichter (14), um ein von dem Drehmelder (2) zugeführtes, phasenmoduliertes Signal synchron mit einem von den Phasenkompensationsmitteln (52) zugeführten Gleichrichtungsbezugssignal gleichzurichten, einen Bezugssignalgenerator (4), um ein den Phasenkompensationsmitteln zugeführtes Bezugssignal zu erzeugen, und einen Multiplizierer (8), um ein von dem Gleichrichter (14) zugeführtes Signal mit einem Drehzahlbefehlssignal der Drehzahlkennzeichnungsmittel (10) zu multiplizieren, wobei der Synchrongleichrichter (14) außerdem einen digitalen Gleichrichter aufweist und das Gleichrichtungsbezugssignal das Ankerstrom-Führungssignal in der Phase um einen Phasenwinkel vordreht, der der Phasenwinkeldifferenz zwischen dem Drehzahlsignal und dem von dem Bezugssignalgenerator (4) zugeführten Bezugssignal entspricht.

A speed control apparatus for a synchronous motor as in claim 2 or 4, wherein said armature current command signal producing means comprises a synchronous rectifier (14) for synchronously rectifying a phase modulated signal supplied from the resolver (2) with a rectification reference signal supplied from the phase compensation device (52), a reference signal generator (4) for generating a reference signal applied to said phase compensation device, and a multiplier (8) for multiplying a signal supplied from said rectifier (14) with a speed instruction signal of said speed designating means (10), said synchronous rectifier (14) further comprising a digital type of rectifier, and said rectification reference signal advancing said armature current command signal in phase by a phase angle corresponding to the difference in phase between said speed signal and said reference signal supplied from said reference signal generator (4).

Drehzahlregelvorrichtung für einen Synchronmotor, die aufweist: Mittel (10), zur Kennzeichnung einer Drehzahl des Motors (6); Mittel (2) zur Erzeugung eines Winkellagesignals bezüglich einer Winkellage eines umlaufenden Magnetfeldes, die jener eines an dem Motor vorgesehenen Rotors (7) entspricht; und Mittel zur Erzeugung eines Ankerstrom-Führungssignals entsprechend einem von den Drehzahlkennzeichnungsmitteln zugeführten Drehzahlbefehl und dem von den Winkellage-Signalerzeugungsmitteln (2) zugeführten Winkellagesignal; gekennzeichnet durch von dem Winkellagesignal beeinflußte Drehzahlsignalerzeugungsmittel (50) zur Erzeugung eines der Drehzahl des Motors entsprechenden Drehzahlsignals; von diesem Drehzahlsignal beeinflußte Phasenkompensationsmittel (52) zum Vordrehen einer Phasenlage des Ankerstrom-Führungssignals bezüglich der Winkellage des Rotors des Motors; und Mittel zur Erzeugung eines gewünschten Ankerstroms in den Ankerwicklungen des Motors, die eine von dem in der Phase vorgedrehten Ankerstrom-Führungssignal beeinflußte Stromregelkreis-Schaltung (16) aufweisen, um den gewünschten Ankerstrom abzugeben.

A speed control apparatus for a synchronous motor comprising; means (10) for designating a rotational speed of the motor (6); means (2) for producing an angular position signal with respect to an angular position of a revolving magnetic field corresponding to that of a rotor (7) on the motor; and means for producing an armature current command signal in accordance with a speed instruction supplied from said speed designating means and said angular position signal supplied from said angular position signal producing means (2); characterised by rotational speed signal producing means (50) responsive to said angular position signal for producing a speed signal corresponding to the speed of said motor; phase compensation means (52) responsive to said speed signal for advancing a phase of said armature current command signal with respect to the angular position of said rotor of the motor; and means for producing a desired armature current on armature windings of the motor including a current control loop circuit (16) responsive to said phase-advanced armature current command signal for outputting said desired armature current.

Anstelle des Moments des Antriebs kann natürlich auch der Ankerstrom der gleichstromgespeisten Ankerwicklung des Antriebs als Beschleunigungsersatzsignal = verwendet werden.

Armature current ia of the direct-current-fed armature winding of the drive may, of course, also be used as substitute acceleration signal bE=ia in place of the moment m of the drive.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein Gleichstromantrieb ist und daß ein Ankerstrom i a einer gleichstromgespeisten Ankerwicklung des Gleichstromantriebs als Beschleunigungsersatzsignal b E = i a verwendet wird.

Method according to claim 4, characterised in that the drive is a direct current drive and in that the armature current i a of a direct current-fed armature winding of the direct current drive is used as acceleration substitute signal b E = i a .