Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Betreiben eines mehrphasigen Synchronmotors an einem Gleichspannungsnetz der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (DE-OS 30 42 819) werden von der Ringzähler-Schalt- Vorrichtung die in den nicht zugeschalteten Phasen der Ankerwicklung induzierten Wechselspannungen ge¬ messen und die Fortschaltung des Ringzählers und damit die Zuschaltung einer Phase der Ankerwicklung durch Ansteuerung des entsprechenden Stromventils etwa sym- metrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der induzierten WechselSpannung vorgenommen. Die Zeit-

punkte für die Fortschaltung des Ringzählers und damit für die Zu- bzw. Abschaltung der einzelnen Wicklungs¬ phasen der Ankerwicklung wird durch Vergleich der in den nicht zugeschalteten Wicklungsphasen induzierten Spannungen bestimmt. Hierzu weist bei einem Synchron¬ motor mit einer n-phasigen Ankerwicklung, wobei n geradzahlig ist, die Ringzähler-Schaltvorrichtung ein flankengetriggertes onoflop, das auf ein Trigger¬ signal an seinem Eingang einen Zählimpuls für den Ringzähler erzeugt, und eine Vergleichsschaltung auf, die immer dann ein Triggersignal für das Monoflop generiert, wenn die Spannung an derjenigen gesperr¬ ten Ankerwicklung, die zu der stromdirchflossenen An¬ kerwicklung um eine halbe elektrische Periode versetzt ist, die Spannung an der dieserAnkerwicklung unmittel¬ bar nacheilenden bzw. zyklisch nachfolgenden Anker¬ wicklung übersteigt. Durch das Weiterschalten des Ring¬ zählers wird damit das momentan geöffnete Stromventil wieder gesperrt und ein nächstes Stromventil geöffnet, wodurch jeweils eine Phase der Ankerwicklung abge-

- schaltet und die nächstfolgende Phase zugeschaltet wird. -Wie erwähnt, erfolgt dabei die Zuschaltung der jeweili¬ gen Wicklungsphase etwa symmetrisch zum Scheitelpunkt der negativen Halbwelle der in der jeweiligen Wicklungs- phase induzierten WechselSpannung, so daß bei einem z.B. vierphasigen Synchronmotor mit den vier an den gesperrten Stromventilen abfallenden Spannungen U.,U ₂ ,U, und U. das erste Stromventil solange öffnet, solange U-. größer als U~ und größer als U ₄ ist, das zweite Strom- ventil leitend ist, solange U. größer als U, und größer als U. ist, das dritte Stromventil leitend ist, solange U. größer als U. und größer als U_ ist, und schließlich das vierte Stromventil solange öffnet, solange U ₂ größer als U ₁ und größer als U, ist. Die Zuschaltbedingungen

der Stromventile, also U ₁ größer als U bzw. U-, größer als U., bzw. U, größer als U_ bzw. U _d größer als U.., für jeweils eines der vier Stromventile ist dabei über einen elektrischen Winkel von 180 vorhanden, was bedeutet, daß die Umschaltbedingung nach jeweils 90 Vorwärts- oder 90° Rückwärtsdrehung auftritt. Da¬ durch kann nach entsprechendem Anstoßen, z.B. durch ungünstige Startposition oder nach Umschaltung der Drehrichtung, der Motor auch gegen die gewünschte Drehrichtung anlaufen, zwar mit vermindertem Dreh¬ moment, aber ohne elektrische Bremswirkung.

Da im Stillstand des Rotors oder Läufers keine Infor¬ mationen über dessen Stellung vorhanden sind, ist bei der bekannten Schaltungsanordnung ein Hilfstaktgene- rator vorgesehen. Durch diesen Hilfstaktgenerator wird der Ringzähler zum Anlaufen des Motors gestartet und in sehr langsamen Schritten von z.B. 0,5 sec weiterge¬ schaltet, so daß sich der Rotor mit Sicherheit aus¬ richten kann. Sobald Drehrichtung, Zählerstand des Ringzählers und SpannungsSchnittpunkte (U,> U.,U. _? > U. , usw.) zusammenpassen, geht der Synchronmotor in die Selbststeuerung über und beschleunigt mit max. Dreh¬ moment bis auf die Betriebsdrehzahl. Im ungünstigsten Fall ergibt sich bei dieser Schaltungsanordnung eine Startverzögerung von mehr als 1 sec.

Für bestimmte Anwendungen des Synchronmotors, z.B. bei Verwendung als Kraftstoffpumpe für Einspritzmotoren, ist diese Startverzögerung des Motors nicht tragbar. Für einen unverzögerten Start hat man eine sog. Nach- Positionierung vorgesehen, bei welcher beim Stillsetzen des Motors der Rotor in eine definierte Stellung ge¬ bracht wird, aus der heraus ein erneuter Start unver- zögert erfolgen kann. Diese Nachpositionierung erfor-

dert ein zeitverzögertes Abschalten der Versorgungs- spannung und einen zusätzlichen Steuereingang für die Abschaltinformation des Motors.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kenn¬ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß der Bereich der Fortschaltung des Ringzählers auf einen wesentlich kleineren elektrischen Winkelbereich reduziert ist. Bei einer Schaltungsanordnung für einen n-phasigen Synchronmotor gemäß Anspruch 6, wobei n ge¬ radzahlig ist, ist dieser Bereich der Fortschaltung des Ringzählers auf etwas weniger als elektrisch 45 redu¬ ziert, je nachdem, wie groß k gewählt wird. Der Fak¬ tor k wird dabei empirisch bestimmt und auf das Mas- senträgheitsmoment des Rotors des Synchronmotors abge¬ stimmt. Damit ist die Selbststeuerung des Motors auf diesen begrenzten Winkelbereich festgelegt. Pendelt der Rotor nach dem Einschalten in Vorwärtsrichtung, so wird - sofern die Schaltbedingungen vorhanden sind - ein Weiterschalten des Ringzählers ausgelöst, wodurch eine Beschleunigung des Rotors im richtigen Drehsinne zustande kommt. Pendelt der Rotor in Rückwärtsrichtung und die genannten Bedingungen sind vorhanden, so wird der Ringzähler ebenfalls in Vorwärtsrichtung weiterge- schaltet. Damit kommt ein Abbremsen des Läufers zu¬ stande. Insgesamt entwickelt der Synchronmotor durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in der ^" ge ^' - ^: wünschten Laufrichtung das ax. Antriebs- bzw. Drehmo¬ ment. Ein schneller Rückwärtslauf wird wirksam abge- bremst.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Schal¬ tungsanordnung möglich. Eine vorteilhafte Ausführungs- form der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 3. Durch diesen Zählimpuls-Hilfserzeuger wird - wenn der Bereich der Selbststeuerung nicht erreicht wird, z.B. wenn aufgrund von Stillstand bzw. sehr langsamer Vor- und Rückwärtsbewegung des Rotors keine nennenswerte Spannung in der Ankerwicklung induziert wird - ein Zusatz-Zählimpuls erzeugt, der den Ringzähler um einen Schritt weiterschaltet, und zwar solange, bis der Selbststeuerungsbereich erreicht ist. Die vorge¬ gebene Wartezeit wird immer neu gestartet, wenn der Zustand des Ringzählers sich gerade geändert hat und läuft solange, als sich der Zustand des Ringzählers nicht ändert. Durch diese Maßnahmen ist ein Schnell¬ start des Synchronmotors aus dem Stillstand möglich, und zwar ohne das Erfordernis der Nachpositionierung des Läufers nach Abschalten des Motors. Der Synchron¬ motor verhält sich beim Anlauf praktisch wie ein her- ' kömmlicher Gleichstrommotor. Die max. AnlaufVerzöge¬ rung bis zum Erreichen der Selbststeuerung ist bei richtiger Dimensionierung der Konstanten k und der Wartezeit kleiner als die Hochlaufzeit des Motors.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 6 für einen Synchronmotor mit einer geradzahligen Anzahl von Wicklungsphasen in der Anker¬ wicklung.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 7. Durch diese Maßnahmen läßt sich ein Zähli puls-Hilfserzeuger für eine Schaltungs- anordnung gemäß Anspruch 6 in vorteilhafter Weise rea¬ lisieren.

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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich auch aus den Ansprüchen 9 - 12. Durch diese Ma߬ nahmen ist der Triggersigr.al-._ilfserzeuger gesperrt, solange sich der Rotor mit einer Min es geschwindig- keit in einem begrenzter, Winkelbereich dreht. Das Hilfs-Triggersigr.al wird damit unterdrückt, denn in diesem Bereich ist ein Weiterschalter, des Ringzählers für den Vorwärtslauf schädlich und bremst einen mög- licherweise vorliegenden Rückwärtslauf nicht ab.

Eine vorteilhafte Aus ührungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 13. Diese Maßnahme bewirkt, daß die beim Umschalten der Wicklungsphasen auftreten¬ den Störspannungen nicht zu einem unbeabsichtigten Wei¬ terschalten des Ringzählers führen, bevor die nächste definierte Umschaltbedingung erreicht ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 15. Durch die Multiplexer läßt sich der Schaltungsaufwand der Vergleichsvorrichtung auf nur wenige Komparatoren beschränken, denen suk- -zessive die jeweils notwendigen Vergleichsspannungen zugeführt werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 16, insbesondere in Verbindung mit Anspruch 17. Mittels dieser Schaltvorrichtung ist eine Drehrichtungsänderung des Rotors des Synchronmo¬ tors möglich. Bei einer vierphasigen Ankerwicklung wer¬ den dabei in der Umschaltstellung der Umschalter die¬ jenigen Eingänge der Multiplexer miteinander vertauscht, die mit den Eingängen der den geradzahligen oder den ungeradzahligen Wicklungsphasen der Ankerwicklung zu¬ gehörigen Stromventile verbunden sind. Gleichzeitig werden die Steuereingänge der entsprechenden Strom-

ventile, die der geradzahligen oder ungeradzahligen Wicklungsphase der Ankerwicklung zugehörig sind, in ihrem Anschluß an den Ringzähler miteinander ver¬ tauscht. Die Drehrichtungsumkehr kann während des Laufans des Motors erfolgen, wobei der Rotor aktiv abgebremst wird und anschließend in umgekehrter Dreh¬ richtung wieder weiterläuft.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung darge- stellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines vierphasigen Synchronmotors mit einer Schaltungsan¬ ordnung zum Betreiben des Synchronmotors an einem Gleichspannungsnetz,

Fig. 2 ein Diagramm des Spannungsverlauf s der an Stromventilen der Schaltungsanordnung abfallenden Spannungen,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Steuerblocks zur Ansteuerung der Stromventile in der

Schaltungsanordnung in Fig. 1,

Fig. 4 ausschnittweise ein Blockschaltbild einer Ringzähler-Schaltvorrichtung im Steuer¬ block in Fig. 1 gemäß einem weiteren Aus- führungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild ist der Synchronmotor mit 10 bezeichnet. Ξr weist einen zweipoligen, mit Permanentmagneten bestückten Rotor 11 auf, der in Pfeilrichtung in einem Ständer rotiert, in welchem eine vierphasige Ankerwicklung 12, bestehend aus den Wicklungssträngen oder Wicklungsphasen w - w ₄ , untergebracht ist. Die Wicklungsstränge w. - ₄ sind mit einem Wicklungsende an dem Pluspotential 13 einer Netzgleichspannung U_ angeschlossen. In Reihe mit den Wicklungssträngen w. - w. ist jeweils ein hier als Leitungstransistor 15 - 18 ausgebildetes Stromventil geschaltet, wobei die Emitter der hier von npn-Tran- sistoren gebildeten Leistungstransistoren 15 - 18 an dem Null- oder Minuspotential 14 der Netzgleichspannung U_ liegen. Damit sind die Reihenschaltungen aus jeweils einem Wicklungssträng w. - w. und einem Leistungstran¬ sistor 15 - 18 an der Netzgleichspannung U angeschlos¬ sen. Zum Steuern der Leistungstransistoren 15 - 18 ist ein Steuerblock 20 vorgesehen, der vier mit den Kollek- ^• toren der Leistungstransistoren 15 - 18 verbundene Ein¬ gänge 21 - 24 und vier mit den Basen der Leistungstran¬ sistoren 15 - 18 verbundene Ausgänge 25 - 28 aufweist. An den Eingängen 21 - 24 liegen die über die Leistungs- transistoren 15 - 18 abfallenden Spannungen U. - U. an.

Der zeitliche Verlauf dieser Soannungen Ul. - U.¬ bei ge¬ sperrten Leistungstransistoren 15 - 13 ist in Fig. 2 dargestellt. Er stellt die Summe aus der jeweils in den Wicklungssträngen w. - w. induzierten Anker- Spannungen und der Netzgleichspannung U dar.

Der Steuerblock 20 ist in Fig. 3 im Blockschaltbild .dargestellt. Mit den Eingängen 21 - 24 des Steuer¬ blocks 20 ist jeweils ein Spannungsteiler 30 - 33 ver-

bunden. D e Teiierabgriffe der Spannungsteiler 30 - 33 sind mit jeweils einem Eingang vo zwei Multiplexern 40,47 verbunden. Der erste Multiplexer 40 wird von den Ξinzelschaltern 401,402,403 und 404, der zweite Multiplexer 47 von den Ξinzeischalterr. 471,472,473 und 474 gebildet. Zwischen dem Teilerabgriff der Spannungsteiler 31 und 33 und den Eingängen der zuge¬ ordneten Einzelschalter 402,472 bzw. 404,474 ist je¬ weils ein zu einer Drehrichtungsumkehr-Schaltvorrich- tung 51 gehörender Umschalter 511 bzw. 512 eingeschal¬ tet. In der gezeichneten Schaltstellung stellen die Umschalter 511 und 512 die beschriebenen Verbindungen zwischen Teilerabgrif en und den Ξinzelschaltern 402 und 472 bzw. 404 und 474 her. In ihrer Umschaltstel- lung werden die Anschlüsse der Ξinzelschalter 402,472, 404,474 gegeneinander vertauscht, so daß nunmehr der Teilerabgriff des Spannungsteilers 31 mit den Eingän¬ gen der Einzelschalter 404, 474 und der Teilerabgriff des Spannungsteilers 33 mit den Ξingängen der Einzel- Schalter 402 und 472 verbunden ist. Zu der Drehrich¬ tungsumkehr-Schaltvorrichtung 51 gehören noch zwei wei- • tere Umschalter 513 und 514, deren Einbindung in das Schaltbild des Steuerblocks 20 noch beschrieben wird.

Die Spannungsteiler 30,33 und Multiplexer 40,47 sind Teil einer Ringzähler-Schaltvorrichtung 19, die wei¬ terhin eine Vergleichsvorrichtung 29 mit vier Ver¬ gleichseingängen 291 - 294, ein flankengetriggertes Monoflop 37, das über ein als AND-Gatter 35 ausge¬ bildetes erste Torglied mit der Vergleichsvorrichtung 29 verbunden ist, und einen Ringzähler 38 aufweist, dessen Zähleingang mit dem instabilen Q-Ausgang des Monoflops 37 verbunden ist. Der erste Vergleichsein¬ gang 291 der Vergleichsvorrichtung 29 ist mit dem Aus¬ gang des Multiplexers 40, der zweite Vergleichsein-

gang 292 mit dem Ausgang des Muitiplexers 47, der dritte Vergleichseingang 292 mit einem erster. Tei¬ lerabgriff 521 eines weiteren Spannungsteilers 52 und der vierte Vergleichseingang 294 mit einem zwei- ten Teilerabgri f 522 des Spannungsteilers 52 ver¬ bunden. Der Spannungsteiler 52 ist an die ..etzgisich- spannung U gelegt . und die Teilerabgriffe s nd so eingestellt, daß am ersten Teilerabgriff 521 eine Spannung abgegriffen wird, die dem k/s-fachen Wert der Netzgleichspannung U entspricht, und am zwei- ten Teilerabgriff 522 eine Spannung abgegriffen wird, die gleich dem 1/k-s-fachen der Netzgleichspannung U entspricht.

Der Ringzähler 38 mit einem 1 aus 4-Code weist vier parallele Zählausgänge 1 - 4 auf, d e einerseits mit den Ausgängen 25 - 28 des Steuerblocks 20 und andererseits mit den Steuereingänger, der Multiplexer 40 und 47 bzw. mit den Steuereingängen der Ξinzelschal¬ ter 401 - 404 bzw. 471 - 474 der Multiplexer 40 und 47 verbunden sind. In den von den Zählausgängen 2 und 4 zu den Ausgängen 26 und 28 führenden Leitungen ist jeweils ein Umschalter 513 bzw. 514 der Drehrich¬ tungsumkehr-Schaltvorrichtung 51 angeordnet. In der gezeichneten Schaltstellung verbinden die Umschalter 513 und 514 den Zählausgang 2 mit dem A.usgang 26 und den . ählausgang 4 mit dem Ausgang 28- In ihrer ümschaltstellung vertauschen die beiden Umschalter 513 und 514 die an die Ausgänge 26 und 28 führenden Zählausgänge 2 und 4 miteinander, so daß nunmehr der Zählausgang 4 mit dem Ausgang 26 und der Zählaus¬ gang 2 mit dem Ausgang 28 verbunden ist. Alle Umschal¬ ter 511 - 514 werden mittels eines Steuerschalters 53 synchron geschaltet.

Die Teilerabgrif e der Spannungsteiler 30 - 33 sind jeweils so eingestellt, daß an den Teilerabgriffen das 1/s-fache der an den jeweiligen S rcmventilen 15 - 13 abfallende Spannungen ,-L ^* abge- griffen und den Multiplexern 40 und 47 zugeführt wird. Die beiden Multiplexer 40,47 sind synchron derart gesteuert, daß die an dem gleichen Spannungsteiler 30 - 33 angeschlossenen Eingänge der beiden Multi¬ plexer 40,47 in der Schaltfolge gegeneinander um einen Eingang verschoben sind, so daß an den Aus¬ gängen der beiden Multiplexer 40,47 jeweils Span¬ nungen anstehen, die im Falle einer vierphasigen Ankerwicklung um 90 elektrisch gegeneinander ver¬ schoben sind. Die Multiplexer 40,47 werden dadurch von dem Ringzähler 38 derart gesteuert, daß an dem Aus¬ gang des ersten Multiplexers 40 und damit an dem ersten Vergleichseingang 291 der Vergleichsschaltung 29 jeweils das 1/s-fache derjenigen Spannung anliegt, die in einer um eine halbe elektrische Periode zu der momen- tan stromführenden Wicklungsphase der Ankerwicklung 12 versetzt liegenden Wicklungsphase induziert wird, und •daß an dem Ausgang des zweiten Multiplexers 47 und damit an dem zweiten Vergleichseingang 292 der Ver¬ gleichsvorrichtung 29 jeweils das 1/s-fache derjenigen Spannung liegt, die der an dem ersten Vergleichsein¬ gang 291 liegenden Spannung unmittelbar, d.h. um einen der Phasenzahl der Ankerwicklung entsprechenden Teil der elektrischen Periode, hier 90 , nacheilt. Ist beispielsweise die Wicklungsphase w stromführend, was voraussetzt, daß der Zählerstand des Ringzählers 38 "1" ist und am . Zählausgang 1 ein Steuersignal für den Leistungstransistor 15 anliegt, so sind die Einzelschalter 403 und 474 der Multiplexer 40,47 ange¬ steuert und am ersten Vergleichseingang 291 der Ver- gleichsvorrichtung 29 liegt das 1/s-fache der an dem

Stromventil 17 abfallenden Spannung U- und an dem zweiten Vergleichseingang 292 das 1/s-fache der an dem mit der nacheilenden Phase w ₄ verbundenen Strcrrventii 18 ab _¬ fallenden Spannung U . Ist ^" die Wicklunσs-chase w_ stromführend, so liegt an dem ersten Vergleichseingang 291 das 1/s-fache der

Spannung U^ und an dem zweiten Vergleichseingang 292 das 1/s-fache der Spannung U. und so fort.

Die Vergleichsschaltung 29 weist einen ersten Kom- parator 34 auf, dessen invertierender Eingang mit dem ersten Vergleichseingang 291 und dessen nicht inver¬ tierender Eingang mit dem zweiten Vergleichseingang 292 verbunden ist. Der Ausgang des Komparators 34 ist mit einem Eingang des AND-Gatters 35 verbunden. Die Vergleichsvorrichtung 29 weist einen zweiten Kom- parator 39 auf, dessen nicht inver ierender Eingang mit dem ersten Vergleichseingang 291 der Vergleichs¬ vorrichtung 29 und dessen invertierender Eingang mit dem dritten Vergleichseingang 293 der Vergleichsvor¬ richtung 29 verbunden ist. Der Ausgang des Kompara- tors 39 ist mit dem zweiten Eingang des AND-Gatters 35 ^' verbunden. Der erste Komparator 34 gibt ein logisch "1"-Signal aus, solange die Spannung am zweiten Ver¬ gleichseingang 292 größer ist als die am ersten Vergleichs¬ eingang 291. Der Komparator 39 gibt ein logisch "1"-Signal aus, wenn die Spannung am ersten Vergleichs¬ eingang 291 größer ist als die Spannung am dritten Vergleichseingang 293. Diese Spannung am dritten Ver¬ gleichseingang 293 entspricht dem k/s-fachen der Netz¬ gleichspannung U , wobei die Konstante k größer als 1, vorzugsweise zwischen 1,05 und 1,1 gewählt ist. Der Faktor s ist größer oder gleich der Konstanten k be¬ messen. Sobald die beiden Komparatoren ein logisch 1-Signal abgeben, gelangt über das AND-Gatter 35 ein Triggersignal an den Eingang des Monoflops 37, und

zwar über ein zwischen dem AND-Gatter 35 und dem Triggereingang des Monoflops 37 eingeschaltetes OR- Gatter 36 ^* . Die positive Flanke des Triggersigr.als überführt das Monoflop 37 in seinen instabilen. Zu- stand, in welchem der Q-Ausgang des Monoflops 37 logisch 1 annimmt. Die positive Flanke des logisch 1-Signals am Q-Ausgang des Monoflops 37 bildet einen Zählimpuls, der über den Zähleingang den Ringzähler 38 weiterschaltet. Außerdem ist der Q-Ausgang des Monoflops 37 auf einen dritten Eingang des AND-Gat¬ ters 35 rückgeführt. Damit wird bewirkt, daß wäh¬ rend einer Ausblendzeit, die der Standzeit oder Ver¬ weilzeit des Monoflops 37 in seinem instabilen Zu¬ stand entspricht, die beim Umschalten der Wicklungs- stränge oder Wicklungsphasen w ₁ - w,, auftretenden Störspannungen nicht zu einem unbeabsichtigten Wei¬ terschalten des Ringzählers 38 führen, bevor die nächste definierte Umschaltbedingung erreicht ist.

Die Umschaltbedingungen für die Selbststeuerung des Motors ist in Fig..2 anschaulich dargestellt. Ist ^• z.B. das Stromventil 18 leitend,und damit der Wick¬ lungsstrang w ₄ der Ankerwicklung 12 stromführend, und übersteigt die Spannung U- am Ausgang des Multi¬ plexers 47 und damit am zweiten Vergleichseingang 292 der Vergleichsvorrichtung 29 die Spannung U_ am Aus¬ gang des Multiplexers 40, und damit am ersten Ver¬ gleichseingang 291 _/ und liegt die Bedingung vor, daß die Spannung U_ am ersten Vergleichseingang 291 größer ist als die Spannung am dritten Vergleichseingang 293, also größer als das k/s-fache der Netzgleichspannung U , so ändert sich die Wertigkeit des Triggereingangs des Monoflops 37 von logisch 0 auf logisch 1. Damit geht das Monoflop 37 für die Standzeit in seinen in-

stabilen Zustand, über und der Q-Ausgang des Monflops 37 ändert seine Wertigkeit von logisch 0 auf logisch 1. Der Zähler 38 wird fortgeschal et und nimmt seinen Zähizustand "1" ein, in welchem an dem Ausgang 25 eine positive Steuerspannung auftritt. Diese Steuerspan¬ nung liegt an der Basis des Leistungstransistors 15, so daß diese durchsteuert und ein Strom von dem Plus¬ potential 13 über den Wicklungsstrang w zu dem Null¬ potential 14 fließt. Die am Leistungstransistor 15 abfallenden Spannung ist nahe Null, und zwar für einen elektrischen Winkelbereich von etwa 90 im Falle der vierphasigen Ankerwicklung (Bei einer geradzahligen n-phasigen Ankerwicklung wäre dieser Winkelbereich gleich dem der Phasenzahl entsprechenden Bruchteil von 360 elektrisch) . Der Bereich, in dem die vor¬ stehend beschriebenen Schaltbedingungen für die Ring¬ zähler-Schaltvorrichtung 19 gegeben ist, ist in Fig. 2 mit S gekennzeichnet.

Gleichzeitig mit der Änderung des Zählstandes des Ring- Zählers von "4" auf "1" werden die Multiplexer 40,47 -umgeschaltet. Nunmehr liegt an dem ersten Vergleichs¬ eingang 291 der Vergleichsvorrichtung 29 der 1/s-fache Wert der Spannung U- und an dem zweiten Vergleichsein¬ gang 292 das 1/s-fache der Spannung U.. Der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt sich, sobald die Span¬ nung am Vergleichseingang 292 die Spannung am Vergleichs¬ eingang 291 übersteigt und die Spannung am ersten Ver¬ gleichseingang 291 größer ist als die Spannung am dritten Vergleichseingang 292. Der Ringzähler 38 wird um einen weiteren Schritt weitergezählt, und am Aus¬ gang 26 des Steuerblockes 20 steht nunmehr ein posi¬ tives Steuerpotential an. Der Leistungstransistor 16 wird leitend, und die Spannung U_ am Leistungstransistor

15 sinkt b s nahe Null ab. Dieser Vorgang wiederholt sich in zyklischer Reihenfolge. In den i Fig. 2 mit S gekennzeichneten Bereichen st die Schaltbedingung für die Selbststeuerung des Motors gegeben. Sie ist beschränkt auf einen 3ereich von kleiner 45 elek¬ trisch.

Für den Fall, daß die Weiterschaltbedingung in dem Selbststeuerbereich S des Motors nicht zustande kommt, d.h. daß aufgrund von Stillstand des Rotors 11 bzw. sehr langsamer Vor- oder Rückwärtsbewegung des Rotors 11 keine nennenswerte Spannung induziert wird, ist ein Zählimpuls-Hilfserzeuger vorgesehen, der einen Zusatz-Zählimpuls generiert, wenn innerhalb einer vorgegebenen Wartezeit kein Zählimpuls auftritt und . beide an den beiden Vergleichseingängen 291 und 292 anliegen So zviscαen den Daten — '_ 1 ^J den - nnunsren -s und:—S liegen. Der Zählimpuls-Kilfserzeuger be¬ steht aus dem Monoflop 37, dem OR-Gatter 36 und einen Triggersignal-Hilfserzeuger 41. Der Triggersignal-Hilfs- erzeuger 41 generiert nach Ablauf einer vorgegebenen

^' Wartezeit nach Auftreten eines Zählimpulses ein Trigger¬ signal, das über das OR-Gatter 36 an den Triggerein¬ gang des Monoflops 37 gelangt. Die Wartezeit ist da¬ bei größer bemessen, als die Folgezeit zweier aufein- anderfolgender Zählimpulse bei rotierendem Motor 11.

Zwischen dem Triggersignal-Hilfserzeuger 41 und dem OR- Gatter 36 ist ein als AND-Gatter 42 ausgebildetes zwei¬ tes Torglied angeordnet, das von der Vergleichsvorrich¬ tung 29 gesteuert ist.

Die Vergleichsvorrichtung 29 weist einen dritten Kompa¬ rator 43 auf, dessen nicht invertierender Eingang mit dem vierten Vergleichseingang 294 der Vergleichsvorrich-

tung 29 verbunden ist, an dem das 1/k-s-fache der Netzgleichspannung U„ anliegt, wobei wiederum k größer 1, vorzugsweise zwischen 1,05 und 1, 1,und s größer oder gleich k bemessen ist. Der invertierende Eingang des Kατrparators 43 liegt er. dem 1-Vergleichseingang 291.Der Komparator 43 legt solange ein Sperrsignal an das zweite Torglied 42, solange die Spannung am ersten Vergleichseingang 291 kleiner als die Spannung am vierten Vergleichseingang 294 ist. Die Vergleichsvorrich- tung 29 weist weiterhin einen vierten Komparator 44 auf, dessen nicht invertierender Eingang mit dem zweiten Vergleichseingang 292 und dessen invertieren¬ der Eingang mit dem dritten Vergleichseingang 293 der Vergleic svorrichtung 29 verbunden ist. Der vierte Komparator 44 vergleicht die Spannungen an diesen bei¬ den Vergleichseingängen und gibt solange ein Sperrsig- nal an das zweite Torglied 42, solange die Spannung am zweiten Vergleichseingang 292 größer ist als die am dritten Vergleichseingang 293. Schließlich weist die Vergleichsvorrichtung 29 noch einen fünften Kom¬ parator 45 auf, dessen invertierender Eingang mit dem ^' zweiten Vergleichseingang 292 und dessen nicht inver¬ tierender Eingang mit dem vierten Vergleichseingang 294 der Vergleichsvorrichtung 29 verbunden ist. Der fünfte Komparator 45 vergleicht die beiden Spannungen und gibt ein Sperrsignal an das zweite Torglied 42, solange die Spannung am zweiten Vergleichseingang 292 größer ist als die am vierten Vergleichseingang- 294. Schließlich legt auch der zweite Komparator 39 ein Sperrsignal an das zweite Torglied 42, solange die Spannung am ersten Vergleichseingang 291 die am zweiten Vergleichseingang 292 übersteigt. Im einzelnen ist hierzu ein NOR-Gatter 46 mit vier Eingängen vorgesehen, dessen Ausgang mit dem einen Eingang des als AND-Gatter 42 ausgebildeten zweiten Torgliedes verbunden ist. Jederder Eingänge des

NOR-Gatters 46 ist mit einem der Ausgänge der Xompara- toren 39,43,44 und 45 verbunden.

Durch diese Komparatoren 39,43 - 45 der Vergleichsvor¬ richtung 29 kann ein Triggersignal von dem Triggersig- nal-Hilfserzeuger 41 zu dem Monoflop 37 nur dann ge¬ langen, wenn die Sperrsignale der Vergleichsvorrichtung 29 wegfallen. Dieser Bereich, in welchem das AND-Gat- ter 42 durch Wegfall der Sperrsignale (logisch 1-Signal am Ausgang des NOR-Gatters 46) gesetzt ist, ist in Fig. 2 strichliniert eingezeichnet und durch die Gren¬ zen k-U_ und k ^~ . U festgelegt. Damit ist die Freigabe des Hilfs-Triggersignals von der Drehbewegung des Ro¬ tors 11 abhängig. Erst wenn die vom Rotor induzierten Spannungen unter einem Mindestwert liegen, und damit die an den Wicklungsphasen w.-w. bzw. Strcrrver.tile 15-19 auftreten-

-1 αeα Spannungen U 1.-U4, in dem Bereich • • ^~~ _ -> und k'U_ fallen, kann ein vom Triggersig al-Hilfserzeuger 41 generier¬ tes Hilfs-Triggersignal an das Monoflop 37 gelangen und hier das Auslösen eines Zähli pulses für den Ring- zähler 38 bewirken.

Der Triggersignal-Hilfserzeuger 41 weist einen Zählim¬ pulsgenerator 48 und einen Zähler 49 mit Rücksetzein¬ gang R und Zählausgang Q auf, der einerseits über ein OR-Gatter 50 auf den Zähleingang des Zählers 49 rück- geführt ist und andererseits an dem zweiten Eingang des AND-Gatters 42 angeschlossen ist. Der Ausgang des Zähl¬ impulsgenerators 48 ist mit dem anderen Eingang des OR-Gatters 50 verbunden. Der Rücksetzeingang R des Zählers 49 ist mit dem Q-Ausgang des Monoflops 37 ver- bunden, so daß der Zähler 49 mit jedem zu dem Ringzäh¬ ler 38 gelangenden Zählimpuls zurückgesetzt wird. Die Zählimpulsfolgefrequenz des Zählimpulsgenerators 48 und die Zählkapazität des Zählers 49 bestimmen die War-

tezeit, nach welcher ein Hilfstriggersignal in Form eines logisch 1-Signals auftritt. Die Wartezeit muß dabei größer bemessen sein als die Folgezeit zweier bei Selbststeuerung des Motors auftretender Zählim- pulse.

Mit dem Hilfs-Triggersignal wird bei fehlender Selbst¬ steuerung des Motors infolge zu geringer induzierter Ankerspannung aufgrund von Stillstand oder sehr lang¬ samer Vor- oder Rückwärtsbewegungen des Rotors 11 das Monoflop37in seinen instabilen Zustand überführt und damit einerseits der Ringzähler 38 um einen Schritt weitergeschaltet und andererseits der Zähler 49 auf Null zurückgesetzt. Durch Fortschalten des Ringzäh¬ lers 38 wird der Rotor 11 weitergedreht und der Motor 10 bei Zusammenpassen von Drehrichtung, Zählerstand und Schaltbedingungen für die Selbststeuerung mit ax. Drehmoment bis auf die 3etriebsdrehzahl beschleunigt. Infolge der gesteuerten Freigabe des Hilfs-Triggersig- nals durch die Vergleichsvorrichtung 29 wird ein dau- erndes, langsames Drehen des Rotors 11 entgegen der •gewünschten Drehrichtung verhindert, das ohne der ge¬ steuerten Freigabe des Hilfs-Triggersignals im Takte der Wartezeit auftreten könnte.

Die in Fig. 4 ausschnittweise dargestellte Ringzähler- Schaltvorrichtung 19' gemäß einem weiteren Ausführungs¬ beispiel stimmt weitgehend mit der in Fig. 3 dargestell¬ ten Ringzähler-Schaltvorrichtung 19 überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig.3 weist die Vergleichsvorrichtung 29 ' in der Ringzähler- Schaltvorrichtung 19 ' nur insgesamt drei Komparatoren auf, und zwar den ersten Komparator 34, den zweiten Kom-

parator 39 und den dritten Komparator 43'. Das wiede¬ rum als AND-Gatter 42 ausgebildete, von der Vergleichs- Vorrichtung 29 ' gesteuerte zweite Torglied ist unmittel¬ bar mit dem Ausgang des dritten Komparators 43' ver- bunden. 3ei dem dritten Komparator 43' sind invertie¬ render und nicht invertierender Ausgang vertauscht, so daß der nicht invertierende Eingang am ersten Ver¬ gleichseingang 291 und der invertierende Eingang am vierten Vergleichseingang 294 der Vergleichsvorrichtung 29' liegt. Der Komparator 43' generiert als Sperrsig¬ nal ein logisch O-Signal, solange die Spannung am vier¬ ten Vergleichseingang 294 größer ist als die am ersten Vergleichseingang 291. Sobald die Spannung am ersten Vergleichseingang 291 jedoch die Spannung am vierten Vergleichseingang 294 übersteigt, wird das AND-Gatter 42 durch ein logisch 1-Signal gesetzt, und nach Ablauf der Wartezeit wird durch ein vom Triggersignal-Hilfs¬ erzeuger 41 generiertes Hilfs-Triggersignal das Mono¬ flop 37 gesetzt, was wiederum einen Zählimpuls zum Weiterschalten des Ringzählers 38 auslöst. Bei dieser Ausführungsform wird das Hilfs-Triggersignal solange ^• gesperrt, wie der Rotor 11 mit einer Mindestgeschwindig¬ keit in einem begrenzten Winkelbereich dreht. Dies be¬ deutet, daß solange, wie die Spannung am ersten Vergleichs- eingang 291 kleiner ist als der Spannungswert (k-s) ^~ -U das AND-Gatter 42 gesperrt ist, da in diesem Bereich ein Weiterschalten des Ringzählers 38 für den Vorwärtslauf schädlich ist und einen möglicherweise vorliegenden Rückwärtslauf nicht bremst.

Die Schaltungsanordnung zum Betreiben eines mehrphasigen Synchronmotors an einem Gleichspannungsnetz ist anhand eines vierphasigen Synchronmotors beschrieben. Die an¬ gegebene Schaltungsanordnung eignet sich zum Betreiben

eines n-phasigen Synchronmotors, wobei n eine beliebige geradzahlige Zahl sein kann.

Das Grundprinzip dieser Schaltungsanordnung läßt sich auch zum Betreiben von n-phasigen Synchronmotoren an- wenden, bei welchen n eine beliebige ungeradzahlige Zahl ist. Das Grundprinzip ist darin zu sehen, daß die Ringzähler-Schaltvorrichtung 19 in bekannter Weise aus dem Vergleich jeweils zweier an gesperrten Strom¬ ventilen abfallenden Spannungen Zählimpulse für den Ringzähler 38 generiert und daß zusätzlich der Ring¬ zähler-Schaltvorrichtung 19 mindestens ein von der Netzgleichspannung U abgeleiteter Vorgabewert zuge- führt wird. Die Ringzähler-Schaltvorrichtung 19 ist dabei derart ausgebildet, daß nur dann ein aus dem Spannungsvergleich abgeleiteterZählimpuls an den Ring¬ zähler 38 gelangen kann, solange die im zeitlichen Ver¬ lauf abnehmende Spannung der beide zu vergleichenden Spannungen größer ist als der Vorgabewert. In gleicher Weise werden auch die Sperrsignale für die Hilfs-Trig- gersignale aus einem entsprechenden Vergleich der Netz- -gleichspannung mit den Spannungen der Ankerwicklungs¬ phasen gewonnen.

Darüber hinaus sind weitere Modifikationen und Varianten der beschriebenen Schaltungsanordnung möglich. So können die Spannungsteiler30, 31 bei niedriger Betriebsspannung des Motors oder bei ausreichender Spannungsfestigkeit der Multiplexer 40,47 zwischen den Ausgängen der Multi¬ plexer 40 und 47 und den beiden Vergleichseingängen 291 und 292 angeordnet werden. Auf diese Weise können zwei Spannungsteiler eingespart werden.

Anstelle von spannungsvergleichenden Komparatoren kön¬ nen auch stromvergleicher.de Komparatoren eingesetzt werden und entsprechend statt Spannungsteiler strom¬ bewertende Widerstände verwendet werden.

In einer weiteren Variante kann die Drehr chtungs- umkehr-Schaltvorrichtung 51 so ausgeführt werden, daß Umschalter ausschließlich in den Steuerleitungen zwi¬ schen dem Ringzähler 38 und den Multiplexem40, 47 vorgesehen sind, wodurch in entsprechender Weise eine Drehrichtungsumkehr durchgeführt werden kann.

Grundsätzlich ist es auch möglich, auf die Multiplexer 40,47 zu verzichten und alle auszuführenden Spannungs¬ vergleiche in fest zugeordneten Komparatoren durchzu¬ führen. An den Ausgängen der Komparatoren muß dann ein logisches Auswahlnetzwerk vorgesehen werden, dessen

Signalwege von den Ausgängen des Ringzählers gesteuert werden. Eine solche Variante ist jedoch hinsichtlich der erforderlichen Bauteile sehr aufwendig.