BE1027539B1

BE1027539B1 - Method and device for determining the direction of rotation of a rotating field and hybrid motor starter

Info

Publication number: BE1027539B1
Application number: BE20195576A
Authority: BE
Inventors: Dirk Plewka; Matthias Borutta
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-29
Also published as: WO2021043769A1; BE1027539A1; DE112020004165A5

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes, wobei das Drehfeld durch drei phasenmäßig versetzte Wechselströme erzeugt wird. Das Drehfeld entspricht einem sich drehenden Magnetfeld. Bei dem Verfahren wird die Stromstärke der Wechselströme in zwei der drei Phasen (L1, L2, L3) erfasst. Zur Ermittlung der Drehrichtung wird der Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität in einer Phase (L1, L2, L3) ermittelt, und ausgehend von diesem Punkt die Polarität einer Anzahl aufeinanderfolgender Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen Phase (L1, L2, L3) erfasst. Die Auswertung dieser Messwerte erfolgt dahingehend, dass ermittelt wird, welcher Anteil der Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen Phase (L1, L2, L3) eine bestimmte Polarität aufweist, um die Drehrichtung des Drehfeldes zu ermitteln.The invention relates to a method and a device for determining the direction of rotation of a rotating field, the rotating field being generated by three alternating currents offset in phase. The rotating field corresponds to a rotating magnetic field. In the process, the strength of the alternating currents is recorded in two of the three phases (L1, L2, L3). To determine the direction of rotation, the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity in one phase (L1, L2, L3) is determined, and, starting from this point, the polarity of a number of successive instantaneous values of the current intensity in the other phase (L1, L2, L3) recorded. The evaluation of these measured values takes place in such a way that it is determined which proportion of the instantaneous values of the current intensity in the other phase (L1, L2, L3) has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes sowie Hybrid-Motorstarter Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes.Method and device for determining the direction of rotation of a rotating field and hybrid motor starter The invention relates to a method and a device for determining the direction of rotation of a rotating field.

Der Vorschlag betrifft weiterhin einen Hybrid- Motorstarter, der zur Ansteuerung von Drehstrom-Elektromotoren dient.The proposal also relates to a hybrid motor starter which is used to control three-phase electric motors.

Insbesondere im Industrie- und Anlagenbau werden vielfach Elektromotoren zum Antrieb von unterschiedlichen Maschinen, Pumpen usw. eingesetzt.In industrial and plant engineering in particular, electric motors are often used to drive various machines, pumps, etc.

Viele Motoren werden mit Drehstrom betrieben.Many motors are operated with three-phase current.

Ein Motortyp, der mit Drehstrom betrieben wird, ist der Drehstrom-Asynchronmotor.One type of motor that is operated with three-phase current is the three-phase asynchronous motor.

Es gibt diese Motoren in unterschiedlichen Leistungsklassen.These engines are available in different performance classes.

Solche Motoren können bei Fehlzuständen enormen Schaden an den Maschinen anrichten und sind auch selbst teuer und müssen selber geschützt werden, z.B. vor Überhitzung.Such motors can cause enormous damage to the machines in the event of malfunctions and are themselves expensive and must be protected themselves, e.g. from overheating.

Zum Schalten, zur Überwachung und zum Schutz dienen Motorschutz- und Schützschaltungen oder auch Wendeschützschaltungen, mit denen z.B. auch die Drehrichtung des Motorlaufs umgekehrt werden kann.Motor protection and contactor circuits or reversing contactor circuits are used for switching, monitoring and protection, with which, for example, the direction of rotation of the motor can be reversed.

Solche Wendeschützschaltungen werden typischerweise in Schaltschränken an Tragschienen, auch Hutschienen genannt, montiert.Such reversing contactor circuits are typically mounted in control cabinets on mounting rails, also known as top hat rails.

Diese Wendeschützschaltungen werden zunehmend von Hybrid- Motorstartern abgelöst, die Elektronik beinhalten, flexibler einsetzbar sind und geringerem Verschleiß unterliegen.These reversing contactor circuits are increasingly being replaced by hybrid motor starters that contain electronics, can be used more flexibly and are subject to less wear.

Zur Überwachung des Motorlaufs werden vielfach noch separate Schaltungen eingesetzt, die auch eine Drehfelderkennung ermöglichen.In order to monitor the running of the motor, separate circuits are often used, which also enable rotating field detection.

Es gibt eine VDE- Richtlinie, die vorschreibt, dass Drehstrominstallationen so erfolgen sollen, dass die drei Phasen L1 bis L3, wenn korrekt an den Elektromotor angeschlossen, ein sich drehendes Magnetfeld erzeugen, dessen Drehrichtung der Rechtsdrehrichtung entspricht.There is a VDE guideline that stipulates that three-phase installations should be carried out in such a way that the three phases L1 to L3, when correctly connected to the electric motor, generate a rotating magnetic field whose direction of rotation corresponds to the direction of rotation to the right.

Es gibt spezielle Drehrichtungsanzeiger, die zur Überprüfung der Drehstrominstallationen dienen.There are special direction indicators that are used to check three-phase installations.

Das sind Messgeräte, die der Elektroinstallateur verwendet.These are measuring devices that the electrician uses.

Daneben gibt es Unterspannungsmess-Relais mit Drehfelderkennung, die ebenfalls in den Schaltschränken zusätzlich installiert werden, um eine dauerhafte Drehfeldüberwachung zu ermöglichen.There are also undervoltage measuring relays with rotating field detection, which are also installed in the control cabinets to enable permanent rotating field monitoring.

Bei diesen werden alle drei Phasen der Drehstromleitung überwacht. Sinkt die Spannung einer der drei angeschlossenen Phasen unter den eingestellten Wert, fällt das Relais nach Ablauf der eingestellten Zeitverzögerung in seine Ruhelage zurück und schaltet damit den Drehstrom-Elektromotor ab.With these, all three phases of the three-phase line are monitored. If the voltage of one of the three connected phases falls below the set value, the relay falls back into its rest position after the set time delay has elapsed and thus switches off the three-phase electric motor.

Aus der DE 10 2016 203 755 A1 ist ein Motorstarter und ein zugehöriges Diagnoseverfahren bekannt. Dieser ist in der ersten und zweiten Phase mit einem passiven Überstromschutz versehen.A motor starter and an associated diagnostic method are known from DE 10 2016 203 755 A1. This is provided with passive overcurrent protection in the first and second phases.

Aus der US 4 887 018 und US 5 003 242 sind Motorstarter bekannt, bei denen eine Drehfelderkennungsschaltung eingesetzt wird.Motor starters in which a rotating field detection circuit is used are known from US Pat. No. 4,887,018 and US Pat. No. 5,003,242.

Die bekannten Lösungen haben allerdings den Nachteil, dass die Drehfelderkennung eine Überwachung der drei Phasen voraussetzt, wobei der Hardwareaufwand erhöht ist.The known solutions, however, have the disadvantage that the rotating field detection requires monitoring of the three phases, the hardware expenditure being increased.

Es besteht deshalb der Bedarf für eine verbesserte Lösung zur Drehfelderkennung, die mit weniger Hardwareaufwand auskommt. Dies wurde im Rahmen der Erfindung erkannt.There is therefore a need for an improved solution for rotating field detection that requires less hardware. This was recognized within the scope of the invention.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes gemäß Anspruch 7 und einen Hybrid-Motorstarter gemäß Anspruch 14 gelöst.This object is achieved by a method for determining the direction of rotation of a rotating field according to claim 1, a device for determining the direction of rotation of a rotating field according to claim 7 and a hybrid motor starter according to claim 14.

Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.The dependent claims contain advantageous developments and improvements of the invention in accordance with the following description of these measures.

Der erfindungsgemäße Vorschlag betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes, wobei das Drehfeld durch drei phasenmäßig versetzte Wechselströme erzeugt wird. Nach VDE-Richtlinie werden die Phasen bei den Drehstrom-Steckdosen immer so angeschlossen, dass sich ein rechtsdrehendes Drehfeld ergibt. Dies wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung überwacht, die lediglich zwei der drei Phasen auswertet. Es wird in zwei Phasen die Stromstärke und Polarität der Wechselströme erfasst. Dies geschieht erfindungsgemäß so, dass der Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität in einer der beiden überwachten Phasen ermittelt wird und, dass ausgehend von diesem Punkt die Polarität einer Anzahl aufeinanderfolgender Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen der beiden Phasen erfasst wird und, dass eine Auswertung erfolgt, welcher Anteil der Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen Phase eine bestimmte Polarität aufweist, um die Drehrichtung des Drehfeldes zu ermitteln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt mit lediglich zwei Stromwandlern aus, die benötigt werden, um den Drehsinn erfassen zu können. Dies spart Material und Herstellungskosten.The proposal according to the invention relates to a method for determining the direction of rotation of a rotating field, the rotating field being generated by three alternating currents offset in phase. According to the VDE guideline, the phases of the three-phase sockets are always connected in such a way that a clockwise rotating field results. According to the invention, this is monitored with a device which evaluates only two of the three phases. The current strength and polarity of the alternating currents are recorded in two phases. This is done according to the invention in such a way that the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity is determined in one of the two monitored phases and that, starting from this point, the polarity of a number of consecutive instantaneous values of the current intensity is detected in the other of the two phases and that an evaluation is carried out as to which proportion of the instantaneous values of the current intensity in the other phase has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field. The device according to the invention manages with only two current transformers, which are required to be able to detect the direction of rotation. This saves material and manufacturing costs.

Dabeiist es für den Auswertealgorithmus vorteilhaft, wenn der zu bestimmende Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität bei der ersten Phase dem Übergang von negativer zu positiver Polarität entspricht. Dieser Punkt lässt sich in den Abtastwerten der entsprechenden Phase schnell und zuverlässig bestimmen. In einer anderen Ausgestaltung wäre es auch möglich, den Übergangspunkt von positiver zu negativer Polarität zu ermitteln.It is advantageous for the evaluation algorithm if the transition to be determined of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity corresponds to the transition from negative to positive polarity in the first phase. This point can be determined quickly and reliably in the sampled values of the corresponding phase. In another embodiment, it would also be possible to determine the transition point from positive to negative polarity.

Gemäß einer besonders bevorzugten Variante wird die Anzahl der aufeinanderfolgenden Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen der beiden Phasen so bemessen, dass die Momentanwerte in einer Viertelperiodendauer des Wechselstroms ab dem ermittelten Übergangspunkt erfasst werden. Dies ist ein guter Kompromiss, um eine sichere Erkennung des Drehsinns zu erzielen und gleichzeitig eine schnelle Erkennung zu ermöglichen, damit bei Erkennung eines unerwünschten Drehsinns eine schnelle Abschaltung und Fehleranzeige möglich wird.According to a particularly preferred variant, the number of successive instantaneous values of the current intensity in the other of the two phases is measured in such a way that the instantaneous values are recorded in a quarter period of the alternating current from the determined transition point. This is a good compromise in order to achieve reliable detection of the direction of rotation and at the same time enable rapid detection so that, if an undesired direction of rotation is detected, a quick shutdown and error display is possible.

In einer Ausführungsform sind die beiden Phasen, an die die Stromwandler angeschlossen werden, die erste L1 und die zweite Phase L2. Bei dieserIn one embodiment, the two phases to which the current transformers are connected are the first L1 and the second phase L2. At this

Variante ist es vorteilhaft, wenn der Auswertealgorithmus so arbeitet, dass auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn die Anzahl der bei der zweiten Phase L2 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase L1 bei größer als zwei Dritteln der insgesamt in T/4 ermittelten Momentanwerte liegt. Die ideale Signalform bei korrekter Installation zeigt sogar, dass alle in diese Messperiode fallenden Abtastwerte die negative Polarität aufweisen sollten. In einer zweiten Ausführungsform werden die erste Phase L1 und die dritte Phase L3 für die Messwerterfassung ausgewählt. Dafür wird dann ein Auswertealgorithmus eingesetzt, der so arbeitet, dass auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn kein linksdrehendes Drehfeld anliegt. Der Auswertealgorithmus ermittelt zunächst, ob ein linksdrehendes Drehfeld anliegt. Ein linksdrehendes Drehfeld erkennt der Auswertealgorithmus daran, dass die Anzahl der bei der dritten Phase L3 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase L1 bei größer als zwei Dritteln der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. Diese Variante hat den Vorteil der höheren Zuverlässigkeit der Drehfelderkennung, insbesondere wenn kleine Phasenverschiebungen zwischen den Phasen der Drehstromleitung vorkommen. Gemäß einer dritten Variante, werden die zweite Phase L2 und die dritte Phase L3 erfasst, wobei durch den Auswertealgorithmus auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn die Anzahl der bei der dritten Phase L3 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Ubergangswertes bei der zweiten Phase L2 bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. Auch diese Variante bietet die gleichen Vorteile.As a variant, it is advantageous if the evaluation algorithm works in such a way that a clockwise rotating field is inferred if the number of instantaneous values determined in the second phase L2 with negative polarity after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total in T / 4 determined instantaneous values. The ideal signal form with correct installation even shows that all samples falling in this measurement period should have negative polarity. In a second embodiment, the first phase L1 and the third phase L3 are selected for the measurement value acquisition. An evaluation algorithm is then used for this, which works in such a way that a clockwise rotating field is deduced if no counterclockwise rotating field is present. The evaluation algorithm first determines whether a counter-clockwise rotating field is present. The evaluation algorithm recognizes a counter-clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the third phase L3 after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined. This variant has the advantage of higher reliability of the rotating field detection, especially when small phase shifts occur between the phases of the three-phase line. According to a third variant, the second phase L2 and the third phase L3 are recorded, the evaluation algorithm inferring a clockwise rotating field if the number of instantaneous values determined in the third phase L3 with negative polarity after recognition of the transition value in the second phase L2 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined. This variant also offers the same advantages.

Bei allen drei Varianten kann ein Fehlerzustand ausgegeben werden, wenn der Auswertealgorithmus einen anderen Zustand feststellt.In all three variants, an error status can be output if the evaluation algorithm detects a different status.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Für diese Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung Eingangsanschlüsse für die Anschaltung der drei Phasen einer Drehstromleitung aufweist, und die Vorrichtung mit zwei Stromwandlern 5 ausgestattet ist, die zur Erfassung der Stromstärke und Polarität bei zwei ausgewählten Phasen der Drehstromleitung dienen. Zusätzlich ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung eine Auswerteelektronik aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen Zeitpunkt zu bestimmen, um eine Messwerterfassung für die Momentanwerte bei der zweiten der zwei Phasen zu starten und eine Auswertung der erfassten Messwerte vorzunehmen, um die Drehrichtung des Drehfeldes zu bestimmen. Die Vorrichtung kommt mit nur zwei Stromwandlern aus, um die Drehrichtung erfassen zu können. Für die Vorrichtung ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Auswerteelektronik ausgelegt ist, den Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität in der ersten der beiden Phasen, deren Momentanwerte der Stromstärke durch die beiden Stromwandler erfasst werden, zu bestimmen, der Art, dass der Zeitpunkt für den Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität beider ersten der beiden Phasen dem Zeitpunkt des Wechsels von negativer zu positiver Polarität entspricht. Dies entspricht der entsprechenden Maßnahme bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bietet den gleichen Vorteil, dass sich dieser Punkt in den Abtastwerten der entsprechenden Phase schnell und zuverlässig bestimmen lässt.The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention. For this device, it is advantageous if the device has input connections for connecting the three phases of a three-phase line, and the device is equipped with two current transformers 5, which are used to detect the current strength and polarity in two selected phases of the three-phase line. In addition, it is advantageous that the device has evaluation electronics which are designed to determine a point in time in order to start measured value acquisition for the instantaneous values in the second of the two phases and to evaluate the acquired measured values in order to determine the direction of rotation of the rotating field determine. The device manages with only two current transformers in order to be able to detect the direction of rotation. For the device, it is also advantageous if the evaluation electronics are designed to determine the transition of the instantaneous value of the current strength from one polarity to the other polarity in the first of the two phases, the instantaneous values of the current strength of which are recorded by the two current transformers, of the type that the point in time for the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity of the two first of the two phases corresponds to the point in time of the change from negative to positive polarity. This corresponds to the corresponding measure in the method according to the invention and offers the same advantage that this point can be determined quickly and reliably in the sampled values of the corresponding phase.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung besteht darin, dass die Auswerteelektronik so ausgelegt wird, dass sie die Anzahl der aufeinanderfolgenden Momentanwerte der Stromstärke und Polarität bei der anderen Phase so bemisst, dass die Momentanwerte in einer Viertelperiodendauer des Wechselstroms erfasst werden. Dies entspricht der Realisierung eines günstigen Kompromisses bzgl. Zuverlässigkeit der Drehsinnerkennung und Schnelligkeit der Drehsinnerkennung.Another advantageous embodiment of the device is that the evaluation electronics are designed in such a way that they measure the number of successive instantaneous values of the current strength and polarity in the other phase in such a way that the instantaneous values are recorded in a quarter period of the alternating current. This corresponds to the realization of a favorable compromise with regard to the reliability of the internal rotation detection and the speed of the internal rotation detection.

Die beschriebenen drei Varianten der Realisierung des Auswertealgorithmus sind alle gleich vorteilhaft. In der ersten Variante werden die beiden Phasen L1 und L2 der Wechselstromleitung für die Auswertung eingesetzt. Die Auswerteelektronik ist dabei so ausgelegt, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, dass die Anzahl der bei der zweiten Phase L2 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase L1 bei größer als zwei Dritteln der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt.The three variants of the implementation of the evaluation algorithm described are all equally advantageous. In the first variant, the two phases L1 and L2 of the alternating current line are used for the evaluation. The evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the second phase L2 after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.

Bei der zweiten Variante werden die beiden Phasen L1 und L3 der Wechselstromleitung für die Auswertung eingesetzt. Die Auswerteelektronik ist dabei so ausgelegt ist, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, dass kein linksdrehendes Drehfeld anliegt. Dies entspricht der bereits oben beschriebenen zweiten Variante für das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung des Drehsinns eines Drehfeldes. Ein linksdrehendes Drehfeld wird wieder daran erkannt, dass die Anzahl der bei der dritten Phase L3 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase L1 bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt.In the second variant, the two phases L1 and L3 of the AC line are used for the evaluation. The evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that no counterclockwise rotating field is present. This corresponds to the second variant already described above for the method according to the invention for detecting the direction of rotation of a rotating field. A counterclockwise rotating field is again recognized by the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the third phase L3 after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.

Bei der dritten Variante werden die beiden Phasen L2 und L3 der Wechselstromleitung für die Auswertung eingesetzt. Die Auswerteelektronik ist so eingerichtet, dass sie die beiden Phasen L2 und L3 der Wechselstromleitung für die Messwerterfassung einsetzt. Die Auswerteelektronik ist hier so ausgelegt, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, dass die Anzahl der bei der dritten Phase L3 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der zweiten Phase L2 bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt.In the third variant, the two phases L2 and L3 of the alternating current line are used for the evaluation. The evaluation electronics are set up in such a way that they use the two phases L2 and L3 of the alternating current line for the acquisition of measured values. The evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the third phase L3 after detection of the transition value in the second phase L2 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.

Eine vorteilhafte Abtastrate für die Auswerteelektronik, um die Momentanwerte der Stromstärke und Polarität zu erfassen, entspricht einer Abtastrate von 4k Abtastwerten pro Sekunde.An advantageous sampling rate for the evaluation electronics in order to record the instantaneous values of the current intensity and polarity corresponds to a sampling rate of 4k samples per second.

Die beschriebene Drehfelderkennung kann ebenfalls in mobilen oder fest installierten Messgeräten wie in einem Unterspannungsmess-Relais eingesetzt werden.The rotating field detection described can also be used in mobile or permanently installed measuring devices such as an undervoltage measuring relay.

Sehr vorteilhaft kann die beschriebene Vorrichtung bei einem Hybrid- Motorstarter für die Ansteuerung eines Drehstrom-Elektromotors eingesetzt werden. Der Hybrid-Motorstarter ist typischerweise mit einer programmierbaren Elektronik ausgestattet, die auch den Auswertealgorithmus ausführen kann. Der Messaufwand ist gering, weil nur bei zwei Phasen Abtastwerte erfasst werden müssen. Der Hardwareaufwand ist ebenfalls reduziert, weil nur bei zwei Phasen Messwerte erfasst werden müssen. Die Auswertung erfolgt mit Hilfe eines Auswertealgorithmus, der von einer programmierbaren Recheneinheit abgearbeitet wird, wie Mikrocontroller, FPGA, ASIC usw. Diese Lösung kann so einfach in einem Hybrid-Motorstarter integriert werden.The device described can be used very advantageously in a hybrid motor starter for controlling a three-phase electric motor. The hybrid motor starter is typically equipped with programmable electronics that can also execute the evaluation algorithm. The measurement effort is low because samples only have to be recorded for two phases. The hardware outlay is also reduced because measured values only have to be recorded for two phases. The evaluation is carried out with the help of an evaluation algorithm that is processed by a programmable processing unit, such as a microcontroller, FPGA, ASIC, etc. This solution can be easily integrated in a hybrid motor starter.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.Several exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail below with reference to the figures.

Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes; Fig. 2 ein Flussdiagramm für einen Auswertealgorithmus zum Test, ob ein rechtes Drehfeld installiert wurde, durch Auswertung der Phasen L1 und L3; Fig. 3 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines rechtsdrehenden Drehfeldes für den Auswertealgorithmus nach Fig. 2; Fig. 4 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines linksdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L1 und L3;1 shows a block diagram of a device for determining the direction of rotation of a rotating field; 2 shows a flow chart for an evaluation algorithm for testing whether a right rotating field has been installed by evaluating phases L1 and L3; 3 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line when installing a clockwise rotating field for the evaluation algorithm according to FIG. 2; 4 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with installation of a counterclockwise rotating field and evaluation of phases L1 and L3;

Fig. 5 ein Flussdiagramm für einen Auswertealgorithmus zum Test, ob ein rechtes Drehfeld installiert wurde, und Auswertung der Phasen L1 und L2; Fig.6 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines rechtsdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L1 und L2; Fig. 7 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei entsprechender Installation eines linksdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L1 und L2; Fig. 8 ein Flussdiagramm für einen Auswertealgorithmus zum Test, ob ein rechtes Drehfeld installiert wurde, und Auswertung der Phasen L2 und L3; Fig. 9 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines rechtsdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L2 und L3;5 shows a flow chart for an evaluation algorithm for testing whether a right rotating field has been installed, and evaluation of phases L1 and L2; 6 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with installation of a clockwise rotating field and evaluation of phases L1 and L2; 7 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with a corresponding installation of a counter-clockwise rotating field and evaluation of phases L1 and L2; 8 shows a flow chart for an evaluation algorithm for testing whether a right rotating field has been installed, and evaluation of phases L2 and L3; 9 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with installation of a clockwise rotating field and evaluation of phases L2 and L3;

Fig. 10 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines linksdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L2 und L3; und Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Hybrid-Motorstarters, der eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes enthält.10 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with the installation of a counter-clockwise rotating field and evaluation of phases L2 and L3; and FIG. 11 shows a block diagram of a hybrid motor starter which contains a device for determining the direction of rotation of a rotating field.

Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäRen Offenbarung.The present description illustrates the principles of the disclosure of the invention.

Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäRfen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.It is therefore understood that those skilled in the art will be able to design various arrangements which, although not explicitly described here, embody the principles of the disclosure according to the invention and are also intended to be protected in their scope.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes.1 shows a block diagram of a device 10 for determining the direction of rotation of a rotating field.

Die drei Phasen der Drehstromleitung 5 sind mit L1 bis L3 bezeichnet.The three phases of the three-phase line 5 are denoted by L1 to L3.

Der Neutralleiter N und der Schutzleiter PE sind zwar in der Drehstromleitung 5 vorhanden, allerdings zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt.Although the neutral conductor N and the protective conductor PE are present in the three-phase line 5, they are not shown to simplify the illustration.

Die Bezugszahl 10 bezeichnet eine Vorrichtung, die zwischen einer Drehstrom-Last 20 und der Drehstromleitung 5 geschaltet wird.The reference number 10 denotes a device which is connected between a three-phase load 20 and the three-phase line 5.

Diese Vorrichtung 10 dient auch zum Schutz der Drehstromanwendung.This device 10 also serves to protect the three-phase application.

Typische Drehstromlasten sind Drehstrom-Elektromotoren und Heizgeräte, wie Elektroherde, Durchlauferhitzer und Warmwasserspeichergeräte.Typical three-phase loads are three-phase electric motors and heating devices such as electric stoves, instantaneous water heaters and hot water storage devices.

DieThe

Hauptanwendungen für Drehstrom sind die Elektromotoren, bei denen das sich drehende Magnetfeld einen Läufer antreibt.The main applications for three-phase current are electric motors, in which the rotating magnetic field drives a rotor.

Dazu wird nachfolgend noch ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben.To this end, a further exemplary embodiment is described below.

Mit der Bezugszahl 12 sind zwei Stromwandler bezeichnet, die die Messwerterfassung in zwei Phasen der Drehstromleitung 5 ermöglichen.The reference numeral 12 denotes two current transformers which enable measurement value acquisition in two phases of the three-phase line 5.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der ersteIn the embodiment shown, the first is

Stromwandler 12 an die erste Phase L1 angeschlossen und der zweite Stromwandler 12 an die dritte Phase L3. Für die zweite Phase L2 ist kein Stromwandler vorgesehen.Current transformer 12 connected to the first phase L1 and the second current transformer 12 to the third phase L3. No current transformer is provided for the second phase L2.

Typische Stromwandler sind Transformatoren, kleiner Leistung, die hohe Ströme in leicht messbare Werte transformieren.Typical current transformers are small power transformers that transform high currents into easily measurable values.

In einer Variante wird die Eingangswicklung in den Leiter der jeweiligen Phase L1,In a variant, the input winding is in the conductor of the respective phase L1,

L2 geschaltet und wird von dem zu messenden Strom durchflossen.L2 is switched and the current to be measured flows through it.

An die Ausgangswicklung wird z.B. ein konventioneller Strommesser (Ampere-Meter) angeschlossen.A conventional ammeter (ampere meter), for example, is connected to the output winding.

Dadurch, dass die Primärwicklung nur wenige Windungen oder sogar nur eine Windung aufweist, die Sekundärwicklung hingegen eine wesentlich größere Zahl von Windungen, können hohe Stromwerte von einigenBecause the primary winding has only a few turns or even only one turn, while the secondary winding has a significantly larger number of turns, high current values of a few can be achieved

Hundert Ampere mit konventioneller Messtechnik (Ampere-Metern) erfasst werden.Hundreds of amps can be recorded with conventional measuring technology (ampere meters).

Eine andere Variante von Stromwandlern sind sogenannte Durchsteck- Stromwandler, durch die der Leiter, dessen Strom erfasst werden soll, hindurch gesteckt wird.Another variant of current transformers are so-called push-through current transformers, through which the conductor whose current is to be recorded is inserted.

Damit können sogar noch höhere Stromwerte erfasst werden.This means that even higher current values can be recorded.

Dies ist vorteilhaft für Leiter, die z.B.This is advantageous for conductors who e.g.

Stromschienen betreffen, die aber nicht mehr mit geringem Aufwand gewickelt werden können.Affect busbars, but they can no longer be wound with little effort.

Eine dritte Variante von Stromwandlern 12, die ebenfalls bei der beschriebenen Vorrichtung einsetzbar sind, sind Halleffekt-Stromwandler.A third variant of current transformers 12, which can also be used in the described device, are Hall-effect current transformers.

Bei diesen wird der Hall-Effekt ausgenutzt, der darin besteht, dass in einem stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem stationären Magnetfeld befindet, eine elektrische Spannung generiert wird. Solche Hall-Generatoren werden typischerweise flächig ausgeführt, wobei ein möglichst homogenes Magnetfeld erzeugt wird, das senkrecht zu dem flächigen Leiter ausgerichtet ist. Die Hall-Spannung wird an den äußeren Rändern des flächigen Leiters quer zur Stromrichtung abgegriffen. Die Messwerte werden von der Auswerteelektronik 14 der Vorrichtung erfasst und für die Auswertung zwischengespeichert. Die Auswerteelektronik 14 kann als Mikrocontroller ausgeführt sein. Dieser ist mit A/D-Wandler und Abtasteinheit ausgestattet, um aufeinanderfolgende Messwerte zu erfassen. Er beinhaltet ebenfalls einen Speicher (z.B. CMOS-RAM-Speicher), um die Messwerte zwischen zu speichern. Die Hauptkomponente ist ein Mikrorechner, der programmierbar ist und den Auswertealgorithmus ausführt. Eine weitere Komponente ist eine Ausgabeeinheit, über die die verschiedenen Schaltsignale ausgegeben werden. Darüber wird dann z. B. die Last an die Drehstromleitung angeschaltet, wenn die Auswertung der Messwerte zum Ergebnis hat, dass eine korrekte Strominstallation vorliegt. Dazu können die einzelnen Phasen überwacht werden, z.B. mit einem hochohmigen Messwiderstand (nicht dargestellt), um zu testen, ob die jeweilige Phase L1, L2, L3 überhaupt Strom führt. Dies kann aber ebenfalls davon abhängig gemacht werden, ob die Installation die Phasen auch korrekt belegt hat, damit sich ein Drehfeld mit Rechtsdrehsinn ergibt. Dies ist nach VDE für eine Drehstrominstallation vorgeschrieben.These utilize the Hall effect, which consists in generating an electrical voltage in a current-carrying conductor that is located in a stationary magnetic field. Hall generators of this type are typically designed to be flat, with a magnetic field that is as homogeneous as possible being generated, which is oriented perpendicular to the flat conductor. The Hall voltage is picked up at the outer edges of the flat conductor across the direction of the current. The measured values are recorded by the evaluation electronics 14 of the device and temporarily stored for the evaluation. The evaluation electronics 14 can be designed as a microcontroller. This is equipped with an A / D converter and sampling unit in order to record successive measured values. It also contains a memory (e.g. CMOS RAM memory) to temporarily store the measured values. The main component is a microcomputer that is programmable and executes the evaluation algorithm. Another component is an output unit via which the various switching signals are output. It is then z. B. the load is connected to the three-phase line when the evaluation of the measured values shows that the power installation is correct. For this purpose, the individual phases can be monitored, e.g. with a high-resistance measuring resistor (not shown) in order to test whether the respective phase L1, L2, L3 is actually carrying current. However, this can also be made dependent on whether the installation has correctly assigned the phases so that a rotating field with clockwise rotation results. According to VDE, this is prescribed for a three-phase current installation.

Um den Drehsinn messtechnisch zu erfassen, werden die beiden Stromwandler 12 eingesetzt. Bei der ersten Variante wird die Vorrichtung 10 so installiert, dass die beiden Stromwandler 12 an die Phasen L1 und L3 angeschlossen werden. Für diese Variante wird ein Auswertealgorithmus eingesetzt, dessen Flussdiagramm in der Fig. 2 gezeigt ist. Dieser Auswertealgorithmus arbeitet in folgender Weise. Der Start des Programms ist mit der Bezugszahl 50 bezeichnet. Das Programm kann bei erstmaliger Anschaltung an das Versorgungsnetz gestartet werden. Bevorzugt wird das Programm von einem Timer, der z.B. in dem Mikrocontroller enthalten sein kann, periodisch gestartet.The two current transformers 12 are used to measure the direction of rotation. In the first variant, the device 10 is installed in such a way that the two current transformers 12 are connected to the phases L1 and L3. For this variant, an evaluation algorithm is used, the flow chart of which is shown in FIG. 2. This evaluation algorithm works in the following way. The start of the program is denoted by the reference number 50. The program can be started the first time it is connected to the supply network. The program is preferably started periodically by a timer, which can be contained in the microcontroller, for example.

Das hat den Vorteil, dass eine laufende Überwachung der Installation erfolgt und auch Fehler erkannt werden können, die im laufenden Betrieb der Anlage auftreten.This has the advantage that the installation is continuously monitored and errors that occur while the system is in operation can also be detected.

Im Programmschritt 51 wird der Startpunkt gesucht, ab dem eine Messwerterfassung erfolgen soll.In program step 51, the starting point is sought from which measurement value acquisition is to take place.

Dazu wird ein besonderer Signal-Übergang ÜUL1 auf der ersten Phase L1 gesucht.For this purpose, a special signal transition ÜUL1 is sought on the first phase L1.

Bevorzugt wird der Signal-Übergang so ermittelt, dass die Polarität der Momentanwerte der erfassten Stromstärke erfasst wird und als Signal-Übergang bei Phase L1 derjenige Zeitpunkt bestimmt wird, an dem die Polarität der Messwerte von negativer Polarität nach positiver Polarität wechselt.The signal transition is preferably determined in such a way that the polarity of the instantaneous values of the recorded current intensity is recorded and that point in time is determined as the signal transition in phase L1 at which the polarity of the measured values changes from negative polarity to positive polarity.

Nachdem dieser Signal-Übergang gefunden wurde, startet imAfter this signal transition has been found, the im starts

Programmschritt 52 die Messwerterfassung bei der dritten Phase L3. Die Messwerte werden für die Dauer von einem Viertel der Periodendauer T des Wechselstroms bei Phase L3 erfasst.Program step 52 the measurement value acquisition in the third phase L3. The measured values are recorded for a quarter of the period T of the alternating current in phase L3.

Das passende Signaldiagramm ist in Fig. 3 gezeigt.The appropriate signal diagram is shown in FIG. 3.

Die Netzfrequenz beträgt inThe grid frequency is in

Deutschland 50 Hz.Germany 50 Hz.

Ein Viertel der Periodendauer T entspricht daher einer Zeitspanne von 5 ms.A quarter of the period T therefore corresponds to a time span of 5 ms.

Die Abtastrate für die Messwerterfassung liegt im Bereich von kS/s.The sampling rate for measured value acquisition is in the range of kS / s.

Bei den gezeigten Signaldiagrammen in den Figuren betrug die Abtastrate 4 kS/s.In the signal diagrams shown in the figures, the sampling rate was 4 kS / s.

Sie kann aber auch darunter oder auch darüber liegen.But it can also be lower or higher.

Die Fig. 3 zeigt ein Signaldiagramm, bei dem das Wechselstromverhalten bei den drei Phasen L1, L2, L3 gezeigt wird.3 shows a signal diagram in which the alternating current behavior is shown in the three phases L1, L2, L3.

Bei korrekter Installation wird ein rechtes Drehfeld erzeugt.If the installation is correct, a rotating field on the right is generated.

Dann sind die Signalverläufe wie in Fig. 3 dargestellt.Then the waveforms are as shown in FIG.

Zwischen den Phasen L1, L2, L3 ist Jeweils eine Phasendifferenz von 120° eingestellt.A phase difference of 120 ° is set in each case between the phases L1, L2, L3.

Die gezeigten Signalverläufe mit Phasendifferenz von 120° erzeugen in dem Ständer eines Elektromotors mit drei um 120° versetzt angeordnetenThe signal curves shown with a phase difference of 120 ° generate in the stator of an electric motor with three arranged offset by 120 °

Spulen ein sich im Rechtssinn drehendes Magnetfeld.Coils a magnetic field rotating in a clockwise direction.

Wie beschrieben, erfolgt die Auswertung der Signalverläufe in diesem Fall so, dass aus Zuverlässigkeitsgründen geprüft wird, ob ein linkes Drehfeld vorliegt.As described, the signal curves are evaluated in this case in such a way that, for reasons of reliability, a check is made as to whether there is a left rotating field.

Das Vorliegen des rechten Drehfeldes wird dann daran erkannt, wenn die Auswertung ergibt, dass kein linkes Drehfeld vorliegt.The presence of the right rotating field is then recognized when the evaluation shows that there is no left rotating field.

Im Programmschritt 53 erfolgt die Auswertung der erfassten Messwerte.In program step 53, the recorded measured values are evaluated.

Darin wird analysiert, ob 2/3 der erfassten Messwerte bei Phase L3 negative Polarität aufweisen.This analyzes whether 2/3 of the measured values recorded in phase L3 have negative polarity.

In Fig. 4 sind die Signalverläufe für die Erzeugung eines linken Drehfeldes gezeigt.4 shows the signal curves for the generation of a left rotating field.

An den Signalverläufen in Fig. 4 lässt sich erkennen, dass im Bereich von 0 bis 5 ms (0 bis z/2) oder im Bereich von 20 bis 25 ms (2x bis 57/2) des Signalverlaufes von L3 sich negative Abtastwerte ergeben sollten.From the signal curves in FIG. 4 it can be seen that in the range from 0 to 5 ms (0 to z / 2) or in the range from 20 to 25 ms (2x to 57/2) of the signal curve of L3, negative sampling values should result .

Dies wird mit dem Algorithmus überprüft.This is checked with the algorithm.

In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen NPL3 den Bereich, in dem die Messwerte mit negativer Polarität bei der Phase L3 liegen.In FIG. 3, the reference symbol NPL3 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L3.

Wenn diese Bedingung erfüllt ist, verzweigt das Programm im Programmschritt 53 zumIf this condition is met, the program branches in program step 53 to

Programmschritt 54, in dem das Ergebnis festgelegt wird, dass ein rechter Drehsinn vorliegt.Program step 54, in which the result is determined that the direction of rotation is right.

Andernfalls wird in dem Programmschritt 55 das Ergebnis festgelegt, dass ein Fehler bei der Installation vorliegt.Otherwise, the result is determined in program step 55 that there is an error in the installation.

In den Programmschritt 54 und 55 kann jeweils ein entsprechender Registereintrag gesetzt werden.A corresponding register entry can be made in each of the program steps 54 and 55.

Ein anderer Programmteil (nicht dargestellt) greift auf dieses Register zu und kann entsprechende Anzeigen ansteuern, um den Benutzer zu informieren.Another part of the program (not shown) accesses this register and can control appropriate displays to inform the user.

In einer Variante können verschiedene LEDs zum Leuchten gebracht werden, also eine LED, die den Rechtslauf des Drehfeldes anzeigt, und eine LED, die einen Fehlerzustand ausgibt.In one variant, different LEDs can be made to light up, i.e. one LED that shows the clockwise rotation of the rotating field and one LED that outputs an error status.

Nachdem der Rechtslauf angezeigt wird, folgt imAfter clockwise rotation is displayed, the

Programmschritt 56 das Anschalten der Last 20 an den Drehstrom.Program step 56 the connection of the load 20 to the three-phase current.

Dies unterbleibt bei Vorliegen des Fehlerzustandes.This does not take place if the error status is present.

Das Programm endet in Programmschritt 57. Die Fig. 4 zeigt die Stromverläufe, wenn ein linkes Drehfeld installiert werden muss.The program ends in program step 57. FIG. 4 shows the current curves when a left rotating field has to be installed.

Die Erkennung des Drehsinns mit linker Drehrichtung kann mit einem ähnlichen Auswerteprogramm erfolgen.The detection of the direction of rotation with the left direction of rotation can be carried out with a similar evaluation program.

Es wird wieder der Übergang ÚL1 von negativer nach positiver Polarität auf Phase L1 gesucht.The transition ÚL1 from negative to positive polarity on phase L1 is sought again.

Dieser Punkt liegt erneut bei t = 20 ms.This point is again at t = 20 ms.

Die Abtastwerte für die folgende T/4-Periode für Phase L3 sollten dann, wie gezeigt, gänzlich negative Werte ergeben.As shown, the sample values for the following T / 4 period for phase L3 should then result in completely negative values.

DerOf the

Auswertealgorithmus wird dies entsprechend überprüfen.The evaluation algorithm will check this accordingly.

So kann auch der Links-Lauf verifziert werden.The left run can also be verified in this way.

Fig. 5 zeigt das Flussdiagramm eines Auswertealgorithmus für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.FIG. 5 shows the flow chart of an evaluation algorithm for a further exemplary embodiment of the invention.

Bei diesem werden die Stromwandler 12 anIn this case, the current transformers 12 are on

Phase L1 und L2 angeschlossen, um den Drehsinn zu erfassen.Phases L1 and L2 connected to detect the direction of rotation.

Fig. 6 zeigt die Phasenlage der Stromverläufe für die Erzeugung eines rechten Drehfeldes und den Bereich, in dem die Momentanwerte des Stromverlaufs beiFig. 6 shows the phase position of the current curves for the generation of a right rotating field and the area in which the instantaneous values of the current curve at

Phase L2 erfasst werden. Der Auswertealgorithmus ermittelt wieder den Übergangspunkt ÚL1 bei Phase L1 wie zuvor beschrieben in dem entsprechenden Programmschritt 61. Die Abtastwerte werden für Phase L2 erfasst. Dies erfolgt im Programmschritt 62. In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen NPL2 den Bereich, in dem die Messwerte mit negativer Polarität bei der Phase L2 liegen. Die Auswertung erfolgt in Programmschritt 63. Darin wird getestet, ob mindestens 2/3 der Messwerte die negative Polarität haben. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird in Programmschritt 64 bestimmt, dass die Drehrichtung Rechts erkannt wurde. Falls dieser Test negativ ausfällt, wird in Programmschritt 65 der Fehlerzustand registriert. Wenn der Rechts-Drehsinn erkannt wurde, wird in Programmschritt 66 die Last 20 an den Drehstrom geschaltet. Danach endet das Programm in Programmschritt 67, wie auch nach Registrierung des Fehlerzustandes.Phase L2 are recorded. The evaluation algorithm again determines the transition point ÚL1 in phase L1 as described above in the corresponding program step 61. The sampled values are recorded for phase L2. This takes place in program step 62. In FIG. 6, the reference symbol NPL2 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L2. The evaluation takes place in program step 63. This tests whether at least 2/3 of the measured values have negative polarity. If this condition is met, it is determined in program step 64 that the right direction of rotation has been recognized. If this test turns out negative, the error status is registered in program step 65. If the clockwise direction of rotation has been recognized, the load 20 is switched to the three-phase current in program step 66. The program then ends in program step 67, as well as after the error status has been registered.

Fig. 7 zeigt die Stromverläufe für den Fall, dass ein Drehfeld mit linkem Drehsinn installiert werden muss. Dann ergibt sich für die Abtastwerte bei Phase L2, dass 2/3 der Messwerte die positive Polarität aufweisen. Dies würde vom Auswertealgorithmus überprüft.Fig. 7 shows the current curves for the case that a rotating field with a left direction of rotation has to be installed. Then it results for the sampled values in phase L2 that 2/3 of the measured values have the positive polarity. This would be checked by the evaluation algorithm.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Flussdiagramm eines Auswertealgorithmus. Das dort gezeigte Flussdiagramm ist für ein weiteres Ausführungsbeispiel vorgesehen. Bei diesem werden die Stromwandler 12 an Phase L2 und L3 angeschlossen, um den Drehsinn zu erfassen. Fig. 9 zeigt die Phasenlage der Stromverläufe für die Erzeugung eines rechten Drehfeldes. In diesem Fall führt die Suche des Übergangs von negativer zu positiver Polarität bei Phase 2 in dem Programmschritt 71 zu dem Punkt ÜL2, der ca. bei 7 ms liegt. Die Abtastwerte werden für Phase L3 erfasst. Dies erfolgt im Programmschritt 72. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen NPL3 den Bereich, in dem die Messwerte mit negativer Polarität bei der Phase L3 liegen. Die Auswertung erfolgt in Programmschritt 73. Bei korrekter Phasenlage werden alle Abtastwerte von Phase L3 negative Polarität haben. Es wird deshalb in Programmschritt 73 getestet, ob mindestens 2/3 der Messwerte die negative Polarität haben. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird in Programmschritt 74 bestimmt, dass die8 shows a further flow diagram of an evaluation algorithm. The flow chart shown there is provided for a further exemplary embodiment. In this case, the current transformers 12 are connected to phase L2 and L3 in order to detect the direction of rotation. Fig. 9 shows the phase position of the current curves for the generation of a right rotating field. In this case, the search for the transition from negative to positive polarity in phase 2 in program step 71 leads to point UL2, which is approximately 7 ms. The samples are acquired for phase L3. This takes place in program step 72. In FIG. 9, the reference symbol NPL3 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L3. The evaluation takes place in program step 73. If the phase position is correct, all samples from phase L3 will have negative polarity. It is therefore tested in program step 73 whether at least 2/3 of the measured values have negative polarity. If this condition is met, it is determined in program step 74 that the

Drehrichtung Rechts erkannt wurde. Falls dieser Test negativ ausfällt, wird in Programmschritt 75 der Fehlerzustand registriert. Wenn der Rechts-Drehsinn erkannt wurde, wird in Programmschritt 76 die Last 20 an den Drehstrom geschaltet. Danach endet das Programm in Programmschritt 77, wie auch nach Registrierung des Fehlerzustandes.Right direction of rotation was recognized. If this test turns out negative, the error status is registered in program step 75. If the clockwise direction of rotation has been recognized, the load 20 is switched to the three-phase current in program step 76. The program then ends in program step 77, as well as after the error status has been registered.

Die Fig. 10 zeigt schließlich noch die Stromverläufe, wenn ein linkes Drehfeld installiert werden soll. In dem Fall liegen 2/3 der Abtastwerte im Bereich positiver Polarität. Dies wird dann von dem entsprechenden Auswertealgorithmus überprüft. Die Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, dass die beschriebene Vorrichtung in einem Hybrid-Motorstarter integriert wird. Solche Hybrid- Motorstarter werden in Schaltschränken von Industrieanlagen oder anderen Anlagen per Hutschienen-Montage installiert, um Drehstrom-Elektromotoren zu steuern und zu überwachen. Durch sie können die sonst üblicherweise zu installierenden Wende-Schützschaltungen und Motorschutzeinrichtungen ersetzt werden, was den Installationsaufwand verringert. Hybrid-Motorstarter stellen typischerweise die folgenden Funktionen zur Verfügung: Steuerfunktionen mit Anlauf des Motors für Linkslauf, Anlauf des Motors für Rechtslauf, Wendefunktion, Motorabschaltung; Diagnosefunktionen mit interner und externer Fehlererkennung, und Motorschutzfunktionen (Fehler beim Linkslauf, Fehler beim Rechtslauf, Phasenausfall), etc.; und Statusfunktionen mit Signalisierungsmöglichkeit über den Zustand des Motors Linkslauf, Rechtslauf, Fehlerfall.Finally, FIG. 10 shows the current curves when a left rotating field is to be installed. In this case 2/3 of the samples are in the range of positive polarity. This is then checked by the corresponding evaluation algorithm. 11 shows an exemplary embodiment for the case in which the described device is integrated in a hybrid motor starter. Such hybrid motor starters are installed in control cabinets of industrial systems or other systems using top hat rail mounting in order to control and monitor three-phase electric motors. They can be used to replace the reversing contactor circuits and motor protection devices that are usually to be installed, which reduces the installation effort. Hybrid motor starters typically provide the following functions: control functions with motor start-up for left-hand rotation, motor start-up for right-hand rotation, reversing function, motor shutdown; Diagnostic functions with internal and external error detection, and motor protection functions (errors in counter-clockwise rotation, errors in clockwise rotation, phase failure), etc .; and status functions with the option of signaling the state of the motor, counterclockwise, clockwise, error.

In der Fig. 11 bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Komponenten wie in Fig. 1. Daneben sind noch weitere Komponenten gezeigt. Die Bezugszahl 30 bezeichnet den Drehstrom-Elektromotor. Es handelt sich z.B. um einenIn FIG. 11, the same reference numerals denote the same components as in FIG. 1. In addition, further components are also shown. The reference number 30 denotes the three-phase electric motor. For example, it is a

Drehstrom-Asynchronmotor.Three-phase asynchronous motor.

Die Bezugszahl 16 bezeichnet Triacs, deren Funktion darin besteht, den Wechselstrom bei Phase L2 und Phase L3 in beiden Stromrichtungen zu schalten.Reference number 16 denotes triacs, the function of which is to switch the alternating current in phase L2 and phase L3 in both current directions.

Über den Steuerstrom kann eingestellt werden, ob die Phase an den Motor voll angeschaltet wird oder nur teilweise.The control current can be used to set whether the phase to the motor is fully switched on or only partially.

Damit kann eine Leistungsregelung, ein Sanftanlauf, usw. realisiert werden.A power control, a soft start, etc. can thus be implemented.

Die Triacs 16 werden von der Auswerteelektronik 14 angesteuert.The triacs 16 are activated by the evaluation electronics 14.

Mit der Bezugszahl 17 sind Relais bezeichnet, die als Überlastschutzrelais ausgeführt sein können.The reference number 17 denotes relays which can be designed as overload protection relays.

Eine andere wichtige Funktion der Triacs 16 besteht darin, dass es dadurch möglich ist, dass die Relais 17 stromlos geschaltet werden, so dass die Relaiskontakte wesentlich weniger verschleiBbehaftet sind.Another important function of the triacs 16 is that it is thereby possible for the relays 17 to be de-energized so that the relay contacts are much less subject to wear.

Bei den Phasen L1 und L2 sind Eingangsschalter 18 vorgesehen, die eine Phasenanschaltung und -abschaltung vornehmen können.Input switches 18 are provided for phases L1 and L2, which can switch phases on and off.

Bei den Phasen L1 und L3 sind Ausgangsschalter 19 vorgesehen, mit denen die Phasen an den Elektromotor an- oder abgeschaltet werden können, auch umgesteuert werden können.Output switches 19 are provided for phases L1 and L3, with which the phases of the electric motor can be switched on or off, and can also be reversed.

Auch die Schalter 18 und 19 werden von der Auswerteelektronik 14 angesteuert.The switches 18 and 19 are also controlled by the evaluation electronics 14.

Darüber kann der Rechts- Linkslauf des Elektromotors eingestellt werden.The right and left rotation of the electric motor can be set via this.

Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software,It should be understood that the proposed method and associated devices may come in various forms of hardware, software,

Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können.Firmware, specialty processors, or a combination thereof can be implemented.

In einer bevorzugten Variante werden Mikrocontroller mit integriertem RAM-Speicher und integrierten l/O-Schnittstellen eingesetzt.In a preferred variant, microcontrollers with integrated RAM memory and integrated I / O interfaces are used.

Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und / oder FieldSpecial processors can be application-specific integrated circuits (ASICs), Reduced Instruction Set Computers (RISC) and / or Field

Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen.Programmable Gate Arrays (FPGAs) include.

Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert.The proposed method and the device are preferably implemented as a combination of hardware and software.

Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer Programmspeichervorrichtung installiert.The software is preferably installed as an application program on a program storage device.

Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einerTypically it is a machine based on a

Computerplattform, die Hardware aufweist, wie beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (1/0) Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert.Computer platform comprising hardware such as one or more central processing units (CPU), random access memory (RAM), and one or more input / output (1/0) interfaces. An operating system is also typically installed on the computer platform.

Die verschiedenenThe different

Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein oder ein Teil, der über das Betriebssystem ausgeführt wird.Processes and functions described here can be part of the application program or a part that is executed by the operating system.

Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde.The disclosure is not restricted to the exemplary embodiments described here. There is room for various adaptations and modifications which those skilled in the art, based on their expert knowledge as well as belonging to the disclosure, would consider.

Bezugszeichenliste Drehstromleitung 5 Vorrichtung 10 Stromwandler 12 Auswerteelektronik 14 Triac 16 Relais 17 Eingangsschalter 18 Ausgangsschalter 19 Wechselstrom-Last 20 Elektromotor 30 verschiedene Programmschritte eines 1. Computerprogramms 50 - 56 verschiedene Programmschritte eines 2. Computerprogramms 60 - 66 verschiedene Programmschritte eines 3. Computerprogramms 70-76 erste Phase L1 zweite Phase L2 dritte Phase L3 Úbergangspunkt bei Phase L1 UL1 Übergangspunkt bei Phase L2 UL2 Messbereich bei Phase L2 mit negativer Polarität NPL2 Messbereich bei Phase L3 mit negativer Polarität NPL3LIST OF REFERENCE NUMERALS three-phase line 5 device 10 current converter 12 evaluation electronics 14 triac 16 relay 17 input switch 18 output switch 19 alternating current load 20 electric motor 30 different program steps of a 1st computer program 50-56 different program steps of a 2nd computer program 60-66 different program steps of a 3rd computer program 70-76 first phase L1 second phase L2 third phase L3 transition point for phase L1 UL1 transition point for phase L2 UL2 measuring range for phase L2 with negative polarity NPL2 measuring range for phase L3 with negative polarity NPL3

Claims

(Patent) claims

1. A method for determining the direction of rotation of a rotating field, the rotating field being generated by three phase-shifted alternating currents, characterized in that the current strength and polarity of the alternating currents is recorded in two phases (L1, L2, L3) that the transition of the instantaneous value of the Current intensity from one polarity to the other polarity in a phase (L1, L2, L3) is determined that, starting from this point, the polarity of a number of successive instantaneous values of the current intensity in the other phase (L1, L2, L3) is detected and that an evaluation is carried out as to which proportion of the instantaneous values of the current intensity in the other phase (L1, L2, L3) has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field.

2. The method according to claim 1, wherein the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity in the first phase (L1, L2, L3) corresponds to the transition from negative to positive polarity.

3. The method according to claim 2, wherein the number of successive instantaneous values of the current intensity in the other phase (L1, L2, L3) is dimensioned such that the instantaneous values are recorded in a quarter period of the alternating current.

4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the first and the second phase (L1, L2), wherein a clockwise rotating field is concluded if the number of the second phase ( L2) determined instantaneous values with negative polarity after detection of the transition value in the first phase (L1) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the first (L1) and the third phase (L3), wherein a counterclockwise rotating field is concluded if the number of at the third phase (L3) determined instantaneous values with negative polarity after detection of the transition value in the first phase (L1) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined and, whereby a clockwise rotating field is concluded if no counterclockwise rotating field could be detected.

6. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the second (L2) and the third phase (L3), wherein a clockwise rotating field is concluded if the number of at the third phase (L3) determined instantaneous values with negative polarity after detection of the transition value in the second phase (L2) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.

7. Device for determining the direction of rotation of a rotating field, the device having input connections for connecting the three phases (L1, L2, L3) of a three-phase line (5), characterized in that the device is equipped with two current transformers (12) which serve to detect the current strength and polarity in two phases (L1, L2, L3) of the three-phase line (5) and that the device has evaluation electronics (14) which are designed to determine a point in time in order to record measured values for the instantaneous values to start in the second of the two phases (L1, L2, L3) and to evaluate the recorded measured values in order to determine the direction of rotation of the rotating field.

8. The device according to claim 7, wherein the evaluation electronics (14) is designed to transition the instantaneous value of the current from one polarity to the other polarity in the first of the two phases (L1, L2, L3), the instantaneous values of the current through the two Current transformers (12) are detected to determine the type that the timing for the

The transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity in the first of the two phases (L1, L2, L3) corresponds to the point in time of the change from negative to positive polarity.

9. The device according to claim 7 or 8, wherein the evaluation electronics (14) is designed so that it measures the number of successive instantaneous values of the current intensity in the other phase (L1, L2, L3) so that the instantaneous values in a quarter period of the alternating current are recorded.

10. Device according to one of claims 7 to 9, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the first (L1) and the second phase (L2) of the alternating current line (5) and the evaluation electronics (14) are designed so that it detects a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the second phase (L2) after detection of the transition value in the first phase (L1) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.

11. Device according to one of claims 7 to 9, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the first (L1) and the third phase (L3) of the alternating current line (5) and the evaluation electronics (14) are designed so that it detects a counterclockwise rotating field when the number of instantaneous values with negative polarity determined in the third phase (L3) after detection of the transition value in the first phase (L1) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined and, with one clockwise rotating field is closed if no counterclockwise rotating field could be detected.

12. Device according to one of claims 7 to 9, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the second (L2) and the third phase (L3) of the alternating current line (5) and the evaluation electronics (14) are designed so that it recognizes a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values determined in the third phase (L3) is negative

Polarity after detection of the transition value in the second phase (L2) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.

13. Device according to one of claims 7 to 12, wherein the evaluation electronics (14) detects the instantaneous values of the current intensity and current direction at a sampling rate of 4k samples per second.

14. Hybrid motor starter for controlling a three-phase electric motor (30), characterized in that the hybrid motor starter has a device according to one of claims 7 to 13.