DE10153920B4 - Verfahren zum Betrieb eines Steuergeräts - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Steuergeräts zur Drehzahlregelung eines Elektromotors, welches Steuergerät eine Frequenzumrichterschaltung (2) und eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) sowie einen diese Schaltungen beeinflussenden Mikroprozessor (3) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) zur Beeinflussung des netzseitigen Leistungsfaktors in Abhängigkeit eines wechselnden Drehmomentbedarfs und der damit einhergehenden veränderlichen Leistungsaufnahme des Elektromotors dem zu erwartenden Leistungsbedarf vorauseilend betrieben wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Steuergeräts zur Drehzahlregelung eines Elektromotors, welches Steuergerät eine Frequenzumrichterschaltung und eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung sowie einen diese Schaltungen beeinflussenden Mikroprozessor umfaßt.
  • Steuergeräte der betreffenden Art werden beispielsweise zur Drehzahlverstellung elektrisch angetriebender Pumpen wie etwa Vakuum- oder Kompressorpumpen eingesetzt.
  • Während die eigentliche Aufgabe der Drehzahlregelung dabei durch einen Drehzahlregelkreis der Frequenzumrichterschaltung erfüllt wird, dient die der Frequenzumrichterschaltung von Seiten der Stromversorgung vorgeschaltete Leistungsfaktorkorrekturschaltung dazu, die Rückwirkungen der nichtsinusförmigen Stromaufnahme der Frequenzumrichterschaltung auf das Stromversorgungsnetz zu vermeiden und dabei insbesondere die Anforderungen der zu diesem Zweck dienenden europäischen Norm EN 61000-3-2 zu erfüllen.
  • Die EP 697 569 B1 offenbart ein Steuergerät zum Steuern eines Kompressormotors einer Klimaanlage, wobei die dort beschriebene Betriebsart sich jedoch an im wesentlichen gleichbleibenden Lastanforderungen für den Motor orientiert.
  • Aus der DE 199 20 973 A1 ist darüberhinaus ein Verfahren zum Betrieb eines Steuergeräts zur Drehzahlregelung eines Kompressors bekannt, wobei das Steuergerät eine Frequenzumrichterschaltung und eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung sowie einen diese Schaltungen beeinflussenden Mikroprozessor umfaßt, und wobei die Leistungsfaktorkorrekturschaltung in Abhängigkeit einer einer unterschiedlichen Drehzahl entsprechenden Frequenz des Kompressors betrieben wird.
  • Bei einem sehr stark veränderlichen Drehmomentbedarf des Elektromotors, wie er etwa beim Anlauf einer durch diesen angetriebenen Pumpe gegeben ist, kommt es zu erheblichen Schwankungen in der Leistungsaufnahme. Dies führt aber wiederum zu ebensolchen Schwankungen in der Ausgangsspannung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung beinhaltet zwar einen internen Regelkreis, welcher dazu vorgesehen ist, die Ausgangsspannung konstant zu halten; zum Ausgleich abrupter Lastschwankungen ist ein solcher nachgeschalteter Regelkreis jedoch nicht in der Lage. Im Extremfall kann ein kurzfristiges Absinken der Ausgangsspannung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung ein Überführen des Motors in die Feldschwächung bewirken, was den Zusammenbruch des Drehmoments und damit den unmittelbaren Stillstand des Motors zur Folge hat.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Steuergeräts zur Drehzahlregelung eines Elektromotors bereitzustellen, welches die dargestellten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leistungsfaktorkorrekturschaltung zur Beeinflussung des netzseitigen Leistungsfaktors in Abhängigkeit eines wechselnden Drehmomentbedarfs und der damit einhergehenden veränderlichen Leistungsaufnahme des Elektromotors dem zu erwartenden Leistungsbedarf vorauseilend betrieben wird.
  • Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels – eines Steuergeräts zur Drehzahlverstellung einer Vakuumpumpe – näher erläutert.
    •
  • Wie aus der schematischen Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens ersichtlich ist, werden beim Betrieb des Steuergeräts Informationen zwischen der Frequenzumrichterschaltung (2) und der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) ausgetauscht, wobei dieser Austausch über den zur Steuerung dieser beiden Einheiten vorgesehenen gemeinsamen, als sog. „Digitaler Signalprozessor" (DSP) ausgeführten Mikroprozessor (3) erfolgt.
  • Beim Anlauf der durch den Elektromotor angetriebenen Vakuumpumpe entsteht ein besonders hoher Drehmomentbedarf. Um einen Einbruch der Betriebsspannung der Frequenzumrichterschaltung (2) zu vermeiden, wird in ausreichend kurzer Zeit (im Bereich einiger Millisekunden) vor dem Start des Motors die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) so eingestellt, daß dem Motor die volle Leistung zur Verfügung gestellt wird. Dieses Verhalten wird durch einen externen Eingriff in den Spannungsregelkreis der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) realisiert. Sobald der Motor angelaufen ist, sinkt der Drehmomentbedarf drastisch. Um eine Überspannung zu vermeiden, wird wiederum in den Regelkreis eingegriffen, um den Lastabwurf zu beherrschen.
  • Sobald die Leistungsaufnahme der Pumpe über die maximal mögliche Leistung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) ansteigt, wird in den Drehzahlregelkreis der Frequenzumrichterschaltung (2) eingegriffen, und die maximal mögliche Stellgrösse des Drehzahlreglers reduziert. Damit kann die Leistung auf die maximal mögliche Leistung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) begrenzt werden, so daß eine Überlastung derselben ausgeschlossen ist.
  • Der Spannungbedarf einer Asynchronmaschine steigt linear mit der Drehzahl an. Es wird von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) immer nur soviel Spannung geliefert wie nötig ist, um den Motor zu betreiben. Damit können die Verluste im Steuergerät reduziert werden. Darüberhinaus wird durch die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) ein Betrieb an Netzeingangsspannungen möglich, die unter der Bemessungsspannung des Motors liegen. Dadurch kann das Gerät über einen weiten Eingangsspannungsbereich (in diesem Fall z.B. von 85 Volt bis 265 Volt) betrieben werden.
  • Durch den zur Steuerung sowohl der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) als auch der Frequenzumrichterschaltung (2) vorgesehenen gemeinsamen DSP (3) ist eine Synchronisation der Schaltzeitpunkte der Leistungshalbleiter dieser beiden Schaltungsteile möglich. Durch eine solche Synchronisation kann zum einen die Messwerterfassung durch den DSP wesentlich störunempfindlicher gestaltet werden, zum anderen hat die Synchronisation aber auch eine positive Auswirkung auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Steuergeräts, indem die unerwünschte Abstrahlung elektromagnetischer Wellen deutlich reduziert wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Steuergeräts zur Drehzahlregelung eines Elektromotors, welches Steuergerät eine Frequenzumrichterschaltung (2) und eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) sowie einen diese Schaltungen beeinflussenden Mikroprozessor (3) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) zur Beeinflussung des netzseitigen Leistungsfaktors in Abhängigkeit eines wechselnden Drehmomentbedarfs und der damit einhergehenden veränderlichen Leistungsaufnahme des Elektromotors dem zu erwartenden Leistungsbedarf vorauseilend betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) kurz vor dem Start des Motors auf volle Leistung gestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsabgabe der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) nach dem Anlauf des Motors wieder reduziert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Verhalten der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) durch einen Eingriff in den Spannungsregelkreis derselben realisiert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) als Hochsetzsteller betrieben wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) in Abhängigkeit der Drehzahl des Elektromotors geregelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichterschaltung (2) in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) betrieben wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung eines vorgegebenen Maximalwertes der Leistungsabgabe der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) durch Eingriff in den Drehzahlregelkreis der Frequenzumrichterschaltung (2) eine Begrenzung der Leistungsaufnahme des Elektromotors bewirkt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzeitpunkte der Leistungshalbleiter der Frequenzumrichterschaltung (2) und der Leistungsfaktorkorrekturschaltung (1) aufeinander synchronisiert sind.
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