DD203442A1

DD203442A1 - POWER SUPPLY SYSTEM FOR CONTROLLING FAST ELECTRICAL ACTUATORS

Info

Publication number: DD203442A1
Application number: DD23490181A
Authority: DD
Inventors: Eckard Blumschein; Hans H Meissner; Wolfgang Bischoff
Original assignee: Th Otto Von Guericke
Priority date: 1981-11-17
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1983-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stromrichtersystem zur Steuerung schneller elektrischer Stellmotore, vorzugsweise fuer mehrere voneinander unabhaengige Antriebe bzw. Gruppen von Antrieben zur Bewegung von Werkzeugmaschinen, Manipulatoren, Robotern o.ae. in mehreren Koordinaten. Zur Senkung des Kostenaufwandes und Raumbedarfs und zur Erhoehung von Wirkungsgrad u.Zuverlaessigkeit wird die Aufgabe geloest,ein Stromrichtersystem zu schaffen,das eine grosze Stelldynamik mit einer verringerten Anzahl schnell schaltender Halbleiterbauelemente und zugehoeriger Hilfseinrichtungen realisiert. Hierzu wird das speisende Netz mit den zu steuernden schnellen elektrischen Stellmotoren ueber einen gemeinsamen Frequenzumrichter, bestehend aus einem Gleichrichter, Glaettungseinrichtungen und einem Wechselrichter, ueber einen Mittelfrequenztransformator mit mehreren Sekundaerwicklungen oder mehrere Mittelfrequenztransformatoren und ueber einzelne fremdgefuehrte Umkehrschaltungen verbunden. Der Wechselrichter ist zweckmaeszig aufgebaut als zweipulsiger Spannungswechselrichter mit Thyristoren, wobei der Mittelfrequenztransformator als Last zwischen dem gemeinsamen Punkt beider Thyristoren und dem Mittelpunkt einer geteilten Pufferkapazitaet angeschlossen ist und die Umkehrschaltungen vorzugsweise einpulsige Schaltungen mit gesteuertem Freilauf sind.The invention relates to a power converter system for controlling fast electric servo motors, preferably for a plurality of independent drives or groups of drives for moving machine tools, manipulators, robots o.ae. in several coordinates. To reduce the cost and space requirements and to increase the efficiency u.Zuverlaessigkeit the task is solved to provide a power converter system that realizes a large dynamic response with a reduced number of fast switching semiconductor devices and associated auxiliary equipment. For this purpose, the feeding network is connected to the controlled fast electric actuators via a common frequency converter, consisting of a rectifier, Glaettungseinrichtungen and an inverter, via a medium-frequency transformer with several secondary windings or multiple medium-frequency transformers and individual externally guided reversing circuits. The inverter is expediently constructed as a two-pulse voltage inverter with thyristors, the medium frequency transformer being connected as a load between the common point of both thyristors and the center of a shared buffer capacitance, and the inverting circuits preferably being monopulse controlled freewheeling circuits.

Description

23490 1 223490 1 2

Titel der Erfindung . 'Title of the invention. '

Stromrichtersystem zur Steuerung schneller elektrischer StellmotorePower converter system for controlling fast electric servo motors

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Stromrichtersystem zur Steuerung schneller elektrischer Stellmotore, vorzugsweise für mehrere voneinander unabhängige Antriebe bzw. Gruppen von Antrieben zur Bewegung von Werkzeugmaschinen, Manipulatoren, Robotern o.ä· in mehreren Koordinaten«The invention relates to a power converter system for controlling fast electric servo motors, preferably for a plurality of independent drives or groups of drives for moving machine tools, manipulators, robots or the like in several coordinates.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Steuerung schneller elektrischer Stellmotore sind Yierquadranten-Pulssteller gebräuchlich, die infolge ihrer hohen Schaltfrequenz bessere dynamische Eigenschaften erzielen als netzgeführte Gleichrichter.Yierquadranten pulse controllers are commonly used to control fast electric servo motors, which achieve better dynamic properties as a result of their high switching frequency than line-driven rectifier.

nachteilig an dieser Lösung sind jedoch ein hoher Kostenaufwand und ein großer Raumbedarf, die durch die Vielzahl notwendiger Leistungshalbleiter entstehen, wenn zur Steuerung von beispielsweise 6 Koordinaten eine entsprechende Anzahl von Pulsstellern benötigt wird*However, a disadvantage of this solution is a high cost and a large amount of space, which arise due to the large number of power semiconductors, if a corresponding number of pulse actuators is needed to control, for example, 6 coordinates.

'J 4 9 O 1 2 'J 4 9 O 1 2

Weitere Sachteile der Pulssteller sind ihr schlechter . Wirkungsgrad sowie eine aus der komplizierten Schaltungsanordnung resultierende geringe Zuverlässigkeit·Other parts of the pulse plate are her worse. Efficiency and a low reliability resulting from the complicated circuit arrangement ·

Ziel der Erfindung - -Object of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, den Kostenaufwand und den Raumbedarf zu senken und den Wirkungsgrad sowie die Zuverlässigkeit zu erhöhen.The invention aims to reduce the cost and space requirements and to increase the efficiency and reliability.

Darlegung des Y/esens der ErfindungExplanation of the invention of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stromrichtersystem zur Steuerung schneller elektrischer Stellmotore zu schaffen, das die geforderte Stelldynamik mit einer verringerten Anzahl schnell schaltender Halbleiterbauelemente und zugehöriger Hilfseinrichtungen realisiert.The object of the invention is to provide a power converter system for controlling fast electric servo motors, which realizes the required actuating dynamics with a reduced number of fast switching semiconductor devices and associated auxiliary devices.

Srfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das speisende Hetz mit den zu steuernden schnellen elektrischen Stellmotoren über einen gemeinsamen Frequenzumrichter,, bestehend aus einem Gleichrichter, Glättungseinrichtungen und einem Wechselrichter, über einen liittelfre quertransformator mit mehreren Sekimdärwicklungen oder mehrere Mittelfrequenztransformatoren und über einzelne fremdgeführte Umkehrschaltungen verbunden ist.According to the invention, this object is achieved in that the feeding Hetz connected to the controlled fast electric actuators via a common frequency converter, consisting of a rectifier, smoothing devices and an inverter, via a liittelfre quertransformator with several Sekimdärwicklungen or more medium-frequency transformers and individual foreign-guided reversing circuits is.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechselrichter ein zweipulsiger Spannungswechselrichter mit Thyristoren in einer Schaltung, die sich von der üblichen Halbbrückenschaltung mit geteilter Schwingkreiskapazität dadurch unterscheidet , daß der Transformator als Last zwischen dem gemeinsamen Punkt beider Thyristoren und dem Mittelpunkt einer geteilten Pufferkapazität angeschlossen ist. Die unmittelbar mit den zu steuernden schnellen Stellmotoren verbundenen Umkehrschaltungen sind zweckmäßig einpulsig mit gesteuertem Frei-In one embodiment of the invention, the inverter is a two-pulse voltage converter with thyristors in a circuit different from the conventional half-bridge circuit with divided resonant capacitance in that the transformer is connected as a load between the common point of both thyristors and the center of a shared buffer capacity. The reversing circuits connected directly to the fast servomotors to be controlled are expediently one-pulse with controlled open-loop control.

234 901 2234 901 2

lauf .ausgeführt. Damit vereinfacht sich die Steuerung, Löscheinrichtungen oder ausschaltbare Elemente im eigentlichen Stellglied entfallen.run. executed. This simplifies the control, extinguishing devices or disengageable elements omitted in the actual actuator.

In Fällen, wo Frequenzumrichter beispielsweise zur Speisung von Schweißstromkreisen· an Schweißrobotern eingesetzt werden, bieten sich vorteilhafte Kombinationsmöglichkeiten mit der erfindungsgemäßen Lösung an.In cases where frequency converters are used, for example, for feeding welding circuits to welding robots, advantageous combination possibilities with the solution according to the invention are offered.

Ausführungsbeispielembodiment

Die erfinderische Lösung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The inventive solution will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:

Pig. 1: eine Schaltung des Stromrichtersystems zur Steuerung schneller elektrischer Stellmotore,Pig. 1: a circuit of the power converter system for controlling fast electric servo motors,

Pig. 2: eine -Schaltung des Wechselrichters als zweipulsiger Spannungswechselrichter mit Thyristoren in modifizierter Halbbrückenschaltung undPig. 2: a circuit of the inverter as a two-pulse voltage inverter with thyristors in a modified half-bridge circuit and

Pig. 3'· eine einpulsige umkehr schaltung mit gesteuertem Freilauf.Pig. 3 '· a one-pulse reversing circuit with controlled freewheel.

Gemäß Pig. 1 besteht das Stromrichtersystem zur Steuerung schneller elektrischer Stellmotore aus einem Prequenzumrichter 1, enthaltend einen Gleichrichter 2, Glättungseinrichtuzigen 3 und einen Wechselrichter 4, einem Mitte1-frequenztransformator 5 mit mehreren Sekundärwicklungen 6, und mehreren Umkehrschaltungen 7 mit Anschlüssen für die Steuerung 8. Seine Wirkungsweise ist folgende: Der Prequenzumrichter 1 formt die sinusförmigen Wechselspannungen des speisenden Netzes von dessen Prequenz in eine Rechteck-Wechselspannung von wesentlich höherer Prequenz, beispielsweise 20 kHz um. Der Mittelfrequenztransformator mit mehreren Sekundärwicklungen 6 oder mehrere entsprechende Mittelfrequenztransformatoren dienen der PotentialtrennungAccording to Pig. 1, the power converter system for controlling fast electric servo motors from a Prequenzumrichter 1, comprising a rectifier 2, Smättungseinrichtuzigen 3 and an inverter 4, a Mitte1-frequency transformer 5 with a plurality of secondary windings 6, and a plurality of inverter circuits 7 with terminals for the controller 8. Its mode of action The following: The Prequenzumrichter 1 converts the sinusoidal AC voltages of the feeding network of its Prequenz in a rectangular AC voltage of much higher Prequenz, for example, 20 kHz. The medium-frequency transformer with a plurality of secondary windings 6 or more corresponding medium-frequency transformers are used for potential separation

234901 2234901 2

und Spannungsanpassung. Sie können u.U. auch entfallen. Mit den fremdgeführten Umkehrschaltungen 7 wird über die Anschlüsse für die Steuerung 8 die Stellfunktion an jedem einzelnen schnellen elektrischen Stellmotor 9 realisiert.and voltage adjustment. You may be able to u.U. also omitted. With the externally guided reversing circuits 7, the actuating function is implemented on each individual fast electric servomotor 9 via the connections for the controller 8.

Gemäß Fig. 2 kann die Schaltung des ?/echselriehters 4 aus zwei Thyristoren, einer geteilten Schwingkreiskapazität 12, einer ebenfalls geteilten, wesentlich größeren Pufferkapazität 13 und Zusatzinduktivitäten 14, die beispielsweise in Seihe mit der geteilten Schwingkreiskapazität 12 angeordnet sind, bestehen. Außerdem sind zusätzliche .Mittel 15 zum Schutz der Thyristoren vor Zerstörung durch dynamische und Kurzschlußbeanspruchungen vorhanden. Insbesondere die Pufferkapazität 13 dient gleichzeitig als Glättungseinrichtung 3.According to FIG. 2, the circuit of the gas ignitor 4 can consist of two thyristors, a divided resonant circuit capacitance 12, a likewise divided, substantially larger buffer capacitance 13 and additional inductances 14, which are arranged, for example, in series with the divided resonant circuit capacitance 12. In addition, additional means 15 for protecting the thyristors from destruction by dynamic and short circuit stresses are present. In particular, the buffer capacity 13 simultaneously serves as a smoothing device 3.

Gemäß Pig. 3 kann die Umkehrschaltung 7 eine einpulsige Schaltung mit gesteuertem Freilauf sein. Sie besteht dann aus zwei Paaren antiparalleler Thyristoren 16 bis 19, zwei entsprechenden Triacs o.a.. Die Ansteuerung der Thyristoren 16 bis 19 erfolgt aus der Steuerung 8, die beispielsweise mittels einer der Wicklungen 6 des MitteIfrequenztransformators 5 auf die Rechteckspannung synchronisiert ist.According to Pig. 3, the inverter circuit 7 may be a one-pulse circuit with controlled freewheel. It then consists of two pairs of antiparallel thyristors 16 to 19, two corresponding triacs o.a .. The control of the thyristors 16 to 19 is carried out from the controller 8, which is synchronized, for example by means of one of the windings 6 of the MitteIfrequenztransformators 5 to the square wave.

Bei positivem Strom werden abwechselnd die Thyristoren 16 und 18 gezündet. Sine Verzögerung der Zündung des Thyristors 16 gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung am. Ausgang des'Mittelfrequenztransformators 5 positiv wird, und .eine Verzögerung der Zündung des Thyristors 18 gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem diese Spannung negativ wird, gestatten es, die mittlere Spannung am schnellen elektrischen Stellmotor 9 sowohl im Gleichrichter- als auch im. Wechselrichterbetrieb zu steuern. Im Wechselrichterbetrieb ist der Stellbereich begrenzt durch die notwendige Schonzeit der Thyristoren» In entsprechender 7/eise werden bei negativem Strom, also beim Betrieb im 2.und 3. Quadranten des Strom-Spannungsbzw. Moment-Drehzahl-Kennlinienfelds die Thyristoren 17 und 19 abwechselnd gezündet.With positive current, the thyristors 16 and 18 are alternately ignited. Sine delay of the ignition of the thyristor 16 from the time when the voltage at the output of the middle frequency transformer 5 becomes positive, and a delay of the ignition of the thyristor 18 from the time when this voltage is negative, allow the middle Voltage on the fast electric actuator 9 both in the rectifier and in the. To control inverter operation. In inverter operation, the setting range is limited by the required close-time of the thyristors. In a corresponding manner, in the case of negative current, ie when operating in the 2nd and 3rd quadrant of the current voltage. Moment-speed characteristic field, the thyristors 17 and 19 alternately ignited.

Claims

234901 2

Experience gained.

1. converter system for controlling sclineller electric servo motors, preferably for several independent drives or groups of drives for moving machine tools, manipulators, robots o.a. in several coordinates, characterized in that the feeding last with the fast electrical servomotors to be controlled via a common! Frequency converter (1) consisting of a rectifier. (2), smoothing devices (3) and an inverter (4) via a medium-frequency transformer ( 5) is connected to a plurality of secondary windings (6) or a plurality of medium-frequency transformers and via individual externally guided reversing circuits (7 ').

Second power converter system for controlling fast electric servo motors according to item 1, characterized in that the inverter (4) is a two-pulse voltage inverter with! Thyristors and the medium-frequency transformer (5) as a load between the common point of both thyristors (10) and the center of a divided Buffer capacity (13) is connected.

3. converter system for controlling fast electric servo motors according to item 1, characterized in that the reversing circuit (7) is a one-pulse circuit with controlled Freilauf.ist.

Hieizu_iL pages drawings