DE102006018053A1 - Ansteuersystem für eine elektrische Maschine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Ansteuersystem für eine permanenterregte elektrische Maschine (1) und ein Verfahren hierzu. Wenn ein Funktionsrechner (3) und/oder ein Überwachungsrechner (4) des Ansteuersystems einen Fehler erkennt, wird die elektrische Maschine (1) abgeschaltet. Aufgabe der Erfindung ist es, das Bremsmoment einer abgeschalteten und noch drehenden elektrischen Maschine (1) zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird zur Abschaltung der elektrischen Maschine (1) ein Dreiphasenkurzschluss der Endstufe (2) durchgeführt, falls die Drehzahl D1 einen festlegbaren Grenzwert GR1 nicht unterschreitet oder eine Spannung U_DC der Endstufe (2) einen Grenzwert Umax überschreitet, und anderenfalls, wenn die Drehzahl D1 unterhalb des festlegbaren Grenzwerts GR1 liegt und eine Spannung U_DC der Endstufe (2) einen Grenzwert Umax nicht überschreitet, werden zur Abschaltung der elektrischen Maschine (1) alle Leistungsschalter (2o1, 2o2, 2o3, 2u1, 2u2, 2u3) der Endstufe (2) geöffnet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Ansteuersystem für eine permanenterregte elektrische Maschine nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Steuerung einer permanenterregten elektrischen Maschine nach Anspruch 4.
- Aus der
DE 102 05 963 A1 ist ein Verfahren und Ansteuersystem zum Ansteuern einer permanenterregten Maschine bekannt, wobei jeder Phase der elektrischen Maschine eine Halbbrückenanordnung mit einem ersten und einem zweiten Schaltelement zur Stromversorgung über einen Zwischenkreis zugeordnet ist. Es wird ein Betriebszustand eines Ansteuersystems überwacht und mit einem Schwellwert verglichen. Bei Überschreiten des Schwellwertes wird ein Fehlerzustand detektiert und ein Kurzschluss zwischen den Phasen der elektrischen Maschine erzeugt. - Permanenterregte elektrische Maschinen werden beispielsweise als Fahrzeugantriebsmotoren eingesetzt, die bei Hybridantriebssystemen elektrische Energie aus einer Energieversorgung empfangen. Die Energieversorgung erfolgt z.B. durch eine über einen Stromrichter und einen Zwischenkreis angeschlossene Batterie, bei vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen durch eine so genannte Traktionsbatterie oder durch einen durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Generator.
- Bei permanenterregten elektrischen Maschinen besteht aufgrund ihres Aufbaus das grundsätzliche Problem, dass wegen der im Betrieb auftretenden Relativbewegung zwischen den Ankerwicklungen und den Permanentmagneten eine als Polradspannung bekannte Gegenspannung in den Ankerwicklungen induziert wird. Diese induzierte Spannung steigt mit zunehmender Drehzahl an und kann den Betrag der Versorgungsspannung der elektrischen Maschine erreichen und überschreiten. Treten bei derartigen Antriebssystemen mit permanenterregten elektrischen Maschinen Fehler auf, wie zum Beispiel der Ausfall einer Ansteuerelektronik für die Vornahme einer Feldschwächung oder ein Wicklungsschluss, so führt dies zu einer Rückspeisung von elektrischer Energie von der elektrischen Maschine in die Energieversorgung. Dadurch kann ein Bremsmoment erzeugt werden, dass für den Betrieb der elektrischen Maschine in einem Fahrzeug unerwünscht ist. Auch bei niedrigen Drehzahlen können solche Bremsmomente erzeugt werden, z.B. durch einen von einem erkannten Fehler ausgelösten Dreiphasenkurzschluss.
- Aufgabe der Erfindung ist es, das Bremsmoment einer abgeschalteten und noch drehenden elektrischen Maschine zu reduzieren.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ansteuersystem für eine elektrische Maschine gelöst, bei dem zur Abschaltung der elektrische Maschine ein Dreiphasenkurzschluss der Endstufe durch kurzschließen der drei oberen Leistungsschalter oder der drei unteren Leistungsschalter durchführbar ist, wenn die Drehzahl D1 einen festlegbaren Grenzwert GR1 nicht unterschreitet oder eine Spannung U_DC der Endstufe einen Grenzwert Umax überschreitet.
- Dabei werden als Leistungsschalter die Schaltelemente der Endstufe bezeichnet.
- Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass ein Dreiphasenkurzschluss nur unter solchen Randbedingungen durchgeführt wird, bei denen kein störendes Bremsmoment auftreten kann. Bei einem Dreiphasenkurzschluss einer permanenterregten elektrischen Maschine wird bei höheren Drehzahlen (im Bereich oberhalb von mehreren hundert Umdrehungen pro Minute) kein nennenswertes Bremsmoment erzeugt. Darüber hinaus werden Beschädigungen von Bauteilen wie Batterie, Stromrichter und dessen Halbleiterbauelementen, vermieden.
- In einer Ausführungsform der Erfindung sind zur Abschaltung der elektrischen Maschine alle Leistungsschalter der Endstufe öffenbar, wenn die Drehzahl D1 unterhalb des Grenzwertes GR liegt und eine Spannung U_DC der Endstufe einen Grenzwert Umax unterschreitet.
- Bei einem Dreiphasenkurzschluss einer permanenterregten elektrischen Maschine wird bei sehr kleinen Drehzahlen (im Bereich kleiner einige hundert Umdrehungen pro Minute) ein störendes Bremsmoment erzeugt. Eine Abschaltung der elektrischen Maschine durch Öffnen aller Leistungsschalter der Endstufe ist bei niedrigen Drehzahlen hingegen ohne störendes Bremsmoment durchführbar. Dies hat den Vorteil, dass eine Abschaltung der elektrischen Maschine ohne störendes Bremsmoment auch dann durchgeführt werden kann, wenn die Randbedingungen für die Durchführung eines bremsmomentarmen Dreiphasenkurzschlusses nicht vorliegen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Schaltungsskizze eines erfindungsgemäßen Ansteuersystems in Verbindung mit einer permanenterregten elektrischen Maschine, -
2 eine beispielhafte Darstellung einer drehzahlabhängigen Fehlerreaktion und des zugehörigen Bremsmoments. -
1 zeigt eine elektrische Maschine1 mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ansteuersystems. - Die elektrische Maschine
1 ist mit einer Endstufe2 verbunden. Die Endstufe2 kann als Umrichter bzw. als Stromrichter ausgebildet sein. Die dargestellte Endstufe2 weist drei obere Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 und drei untere Schaltelemente2u1 ,2u2 ,2u3 auf. Die Schaltelemente sind typischerweise als Leistungsschalter ausgebildet. Diese Schaltelemente bilden drei Halbbrückenanordnungen die aus jeweils zwei der Schaltelementen2o1 ,2u1 ;2o2 ,2u2 und2o3 ,2u3 gebildet werden und jeweils eine der drei Phasen der elektrischen Maschine1 ansteuern. - Die Endstufe
2 ist über einen, in1 nicht dargestellten. Hauptschütz mit einer, ebenfalls in1 nicht dargestellten, Versorgungseinrichtung der elektrischen Maschine1 (z.B. einer Batterie) verbunden. Die Versorgungseinrichtung versorgt die Endstufe2 mit einer Versorgungsspannung U_DC. Über den Hauptschütz kann die Versorgungseinrichtung ein- und ausgeschaltet werden. - Die Endstufe
2 ist mit einem Logikbaustein5 verbunden und wird von diesem angesteuert. Außerdem gibt die Endstufe2 Informationen über die Versorgungsspannung U_DC und Informationen über eine korrekte Umsetzung eines Dreiphasenkurzschlusses an den Logikbaustein5 weiter. Ebenso können Informationen über eine korrekte Umsetzung einer Öffnung der Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 oder2u3 oder über eine Spannung U_CE eines Schaltelements2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 oder2u3 an den Logikbaustein5 weitergegeben werden. - Der Logikbaustein
5 ist mit einem Funktionsrechner3 und einem Überwachungsrechner4 verbunden und erhält von diesen Daten. Der Funktionsrechner3 und der Überwachungsrechner4 sind ebenfalls miteinander verbunden und tauschen miteinander Daten aus. Dabei überwacht der Überwachungsrechner4 den fehlerfreien Betrieb des Funktionsrechners3 . - Der Funktionsrechner
3 erhält die Informationen eines Drehzahlsensors6 , welcher bevorzugt eine Drehzahl D1 der elektrischen Maschine1 erfasst. - Darüber hinaus können ein oder mehrere weitere Drehzahlsensoren
7 zur Erfassung einer oder mehrerer Drehzahlen D2 vorgesehen sein. Beispielsweise kann als Drehzahl D2 ebenfalls die Drehzahl der elektrischen Maschine1 erfasst werden. Ebenso kann eine Drehzahl eines mit der elektrischen Maschine1 verbundenen Getriebes, eine Raddrehzahl eines Fahrzeugrades oder eine andere relevante Drehzahl erfasst werden. Bevorzugt ist als Drehzahlsensor7 ein Raddrehzahlsensor eines Fahrzeugrades eines elektronischen Stabilitätsprogramms vorgesehen. - In
1 ist der Drehzahlsensor7 mit dem Funktionsrechner3 verbunden. Über diese Verbindung erhält der Funktionsrechner3 Informationen des Drehzahlsensors7 über die erfasste Drehzahl D2. - Der Funktionsrechner
3 weist einen Bereich8 auf. Dieser Bereich8 wird bei einem Zwei-Ebenen-Überwachungssystem oder einem Drei-Ebenen-Überwachungssystem als erste Ebene bezeichnet. In diesem Fall wird die erste Ebene von einer zweiten Ebene und ggf. einer dritten Ebene überwacht. In dem Bereich8 des Funktionsrechners3 werden die aktuellen Ansteuersignale zur Ansteuerung der elektrischen Maschine1 berechnet. Diese Ansteuersignale werden von dem Bereich8 des Funktionsrechners3 an einen Schalter10 des Logikbausteins5 weitergegeben. - Der Schalter
10 des Logikbausteins5 gibt die Ansteuersignale über eine Steuerleitung an einen Schalter14 des Logikbausteins5 weiter. Der Schalter14 des Logikbausteins5 gibt die Ansteuersignale über eine Steuerleitung an einen Schalter16 des Logikbausteins5 weiter. Der Schalter16 des Logikbausteins5 gibt die Ansteuersignale über eine Steuerleitung an die Endstufe2 weiter. Die Endstufe2 stellt ihre Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 nach Maßgabe der Ansteuersignale ein und steuert die elektrische Maschine1 entsprechend den Ansteuersignalen an. - Der Funktionsrechner
3 ist über einen Abschaltpfad mit einem Element9 des Logikbausteins5 verbunden. Dabei wird als Abschaltpfad eine Verbindung bezeichnet, über die wahlweise ein Freigabesignal oder ein Abschaltsignal weitergegeben werden kann. - Der Überwachungsrechner
4 ist ebenfalls über einen Abschaltpfad mit dem Element9 des Logikbausteins5 verbunden. - In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abschaltsignal als spannungsfreier Defaultzustand vorgesehen. Wird durch einen Fehler kein Signal vom Funktionsrechner
3 oder von Überwachungsrechner4 an den Logikbaustein5 übertragen, so interpretiert der Logikbaustein5 dies als Abschaltsignal. - Das Element
9 ist in der in1 dargestellten Ausführungsform als ein „logisches UND" ausgebildet. Element9 kann wie alle Elemente des Logikbausteins5 als ein Elektronikbauteil, als eine Struktur innerhalb eines Logikbausteins oder mittels einer Software dargestellt werden. Empfängt das „logische UND"9 sowohl vom Funktionsrechner3 als auch vom Überwachungsrechner4 ein Freigabesignal, so gibt es ein Freigabesignal an den Schalter10 weiter, ansonsten gibt es ein Abschaltsignal weiter. - In einer alternativen Ausführungsform ist das Element
9 als ein „logisches ODER" oder dergleichen ausgeführt. In diesem Falle gibt das Element9 dann ein Abschaltsignal an den Schalter10 , wenn es vom Funktionsrechner3 oder vom Überwachungsrechner4 oder von beiden ein Abschaltsignal erhält. - Empfängt der Schalter
10 ein Abschaltsignal vom Element9 , so schaltet er um und unterbricht so die Weitergabe der von Bereich8 der Funktionsrechners3 berechneten Ansteuersignale. Anstatt der Ansteuersignale von Bereich8 werden nunmehr die Ansteuersignale eines Elements11 des Logikbausteins5 weitergegeben. Dabei handelt es sich bei dem Element11 typischerweise um einen permanenten Speicher, in dem die Ansteuersignale für einen Dreiphasenkurzschluss fest hinterlegt sind. - Diese Ansteuersignale des Elements
11 werden über den Schalter10 in die Steuerleitung eingespeist und über Schalter14 und Schalter16 an die Endstufe2 weitergegeben. - Die Endstufe
2 stellt ihre Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 nach Maßgabe der Ansteuersignale für einen Dreiphasenkurzschluss ein und erzeugt so einen Dreiphasenkurzschluss der elektrische Maschine1 . - Dabei können die Ansteuersignale einen Dreiphasenkurzschluss der Schaltelemente
2o1 ,2o2 ,2o3 oder der Schaltelemente2u1 ,2u2 ,2u3 vorsehen. Auch kann vorgesehen sein, auf die jeweils andere Variante eines Dreiphasenkurzschlusses zu wechseln, wenn Informationen über den Betriebszustand der Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 den Schluss zulassen, dass der gewählte Dreiphasenkurzschluss nicht fehlerfrei durchgeführt werden kann oder durchgeführt wurde. - Der Schalter
14 ist mit einem Element19 verbunden. Das Element19 ist eine Logik, die bei Vorliegen festgelegter Eingangsdaten ein Abschaltsignal an den Schalter14 sendet. Dabei bewirkt das Abschaltsignal, dass der Schalter14 in einen Schaltzustand geschaltet wird, in dem er ihm zugeordnete Ansteuersignale zum Öffnen aller Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 der Endstufe2 zur Abschaltung der elektrischen Maschine1 weitergeben kann. - Das Element
19 ist über ein Element20 mit dem Drehzahlsensor6 verbunden. Das Element20 erhält vom Drehzahlsensor6 Informationen über die vom Drehzahlsensor6 erfasste Drehzahl D1. Bei der Drehzahl D1 handelt es sich bevorzugt um eine Drehzahl der elektrischen Maschine1 . Das Element20 überprüft, ob die Drehzahl D1 unter einem Grenzwert GR1 liegt. In einer Ausführungsform gibt in das Element20 ein Signal an das Element19 weiter, wenn dies der Fall ist. - In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird überprüft, ob der Drehzahlsensor
6 und die Signalübertragung des Wertes für D1 fehlerfrei arbeiten. In1 ist diese Prüfung in einem Element18 angeordnet. Dabei wertet Element19 die vom Element20 zugeführte Information über die Drehzahl D1 des Sensors6 nur dann aus, wenn zusätzlich das Element18 an das Element19 signalisiert, dass der Drehzahlsensor6 und die Signalübertragung des Wertes für D1 fehlerfrei arbeiten. - Ist dies nicht der Fall, so kann in einer Weiterbildung ersatzweise ein fest hinterlegter Drehzahlwert angenommen werden.
- In der in der
1 dargestellten Ausführungsform ist das Element19 über ein Element17 mit dem Funktionsrechner3 verbunden. Das Element17 erhält vom Funktionsrechner3 eine Drehzahlinformation D2 eines zusätzlichen Sensors7 . Dabei kann das Element17 , alternativ zur in1 dargestellten Ausführungsform, auch im Funktionsrechner3 angeordnet sein. - In einer Weiterbildung gibt das Element
17 nur dann ein Signal and das Element19 weiter, wenn die Drehzahlinformation D2 den Grenzwert GR2 unterschreitet. In einer alternativen vereinfachten Ausführungsform gibt das Element19 ein Signal an das Element14 weiter, wenn dies der Fall ist. - In einer Weiterbildung dieser alternativen Ausführungsform wird die von dem zusätzlichen Drehzahlsensor
7 dem Funktionsrechner3 zugeführte Drehzahlinformation D2 durch die von dem Drehzahlsensor6 dem Funktionsrechner3 zugeführte Drehzahlinformation D1 ersetzt, wenn der Funktionsrechner3 einen Fehler des Drehzahlsensors7 oder der Datenübertragung des Drehzahlsensors7 erkennt. In diesem Fall gibt Element17 entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung nur dann ein Signal an das Element19 weiter, wenn die im Funktionsrechner3 erfasste Drehzahlinformation D1 den Grenzwert GR1 unterschreitet. - In einer bevorzugten Ausführungsform gibt in das Element
19 dann ein Signal an das Element14 weiter, wenn die Elemente17 und20 jeweils eine Grenzwertunterschreitung erkennen und keine Informationen über eine fehlerhafte Erfassung oder Übertragung der grenzwert unterschreitenden Signale vorliegen. - Die Ansteuersignale, die der Schalter
10 über die Steuerleitung an den Schalter14 weitergibt, werden auch an ein Element12 weitergegeben. Anhand der Ansteuersignale von Schalter10 erkennt das Element12 , ob ein Dreiphasenkurzschluss ausgelöst werden soll. Das Element12 gibt diese Informationen an den Funktionsrechner3 und an das Element19 des Logikbausteins5 weiter. - Das Element
12 ist außerdem mit der Endstufe2 verbunden und erhält von dieser Informationen über deren Betriebszustand bzw. den Betriebszustand ihrer Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 . Typischerweise wird dabei übermittelt, ob eine Spannung U_CE der Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 einen zulässigen Wert einnimmt. Anhand der Informationen von der Endstufe2 erkennt das Element12 , ob die Endstufe2 einen Dreiphasenkurzschluss der elektrischen Maschine1 erzeugt. Liegt ein ordnungsgemäß durchgeführter Dreiphasenkurzschluss vor, so gibt das Element12 diese Informationen an den Funktionsrechner3 und an ein Element19 des Logikbausteins5 . - Liegt ein fehlerhaft durchgeführter Dreiphasenkurzschluss vor, so ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, die Variante des Dreiphasenkurzschlusses von Kurzschluss der Schaltelemente
2o1 ,2o2 ,2o3 auf Kurzschluss der Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 oder umgekehrt zu wechseln. - In der in
1 dargestellten Ausführungsform sendet das Element19 ein Abschaltsignal an Schalter14 , falls das Element19 die Information erhält, dass der Funktionsrechner3 über das Element17 eine Drehzahl D2 bzw. D1 unterhalb des ihr zugeordneten Grenzwertes GR2 bzw. GR1 erkannt hat und das Element12 einen Dreiphasenkurzschluss der Endstufe2 und kein Anliegen eines Abschaltsignals von Element9 an Schalter10 erkannt hat. Hier ist anhand der in Element19 vorliegenden Signale davon auszugehen, dass der Funktionsrechner3 fehlerfrei arbeitet. Daher kann dem über das Element17 weitergegebenen Signal vertraut werden und bei Unterschreitung der Grenzwertes GR2 bzw. GR1 durch D2 bzw. D1 die Umschaltung auf offene Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 durch senden eines Abschaltsignals an Schalter14 initiiert werden. Dieses Verhalten kann genutzt werden, um einen Abschaltbefehl der von einem externen Steuergerät zugeführt wird und nicht auf einer Fehlererkennung des Funktionsrechners3 oder des Überwachungsrechners4 beruht in das Verfahren einzubinden. Damit ist es möglich auch für einen externen Abschaltbefehl drehzahlabhängig und/oder abhängig von einer Spannung U_DC einen Dreiphasenkurzschluss oder eine Abschaltung der elektrischen Maschine durch Öffnen aller Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 auszulösen. - In der in
1 dargestellten Ausführungsform sendet das Element19 ein Abschaltsignal an Schalter14 , falls das Element19 die Information erhält, dass das Element20 die Drehzahl D1 als unterhalb des ihr zugeordneten Grenzwertes GR1 liegend erkannt hat und das Element12 einen Dreiphasenkurzschluss der Endstufe2 und das Anliegen eines Abschaltsignals von Element9 an Schalter10 erkannt hat. Liegt ein Abschaltsignal von Element9 an Schalter10 an, so kann den Daten vom Funktionsrechner3 und von Überwachungsrechner4 nicht mehr vertraut werden. Daher ist es in diesem Fall sinnvoll, das von dem Funktionsrechner3 an das Element17 weitergegebene Drehzahlsignal nicht zu verwenden, sondern auf das direkt vom Sensor6 an den Logikbaustein5 weitergegebene Drehzahlsignal D1 zu vertrauen. - In diesem zuletzt dargestellten Fall muss in der in
1 dargestellten Ausführungsform zusätzlich das Element18 an das Element19 signalisieren, dass der Sensor6 fehlerfrei arbeitet. Ist dies nicht der Fall, so kann ersatzweise ein fest hinterlegter Drehzahlwert angenommen werden. Dies gilt auch für den Fall, dass das Element17 ersatzweise auf die Drehzahl D1 ausgewichen ist und Element18 einen Fehler des Sensors6 erkennt. - Empfängt der Schalter
14 ein Abschaltsignal vom Element19 , so schaltet er um und unterbricht so die Weitergabe der von Element10 kommenden Ansteuersignale. Anstatt dieser Ansteuersignale werden nunmehr die Informationen eines Elements13 des Logikbausteins5 weitergegeben. Dabei handelt es sich bei dem Element13 typischerweise um einen permanenten Speicher, in dem die Ansteuersignale für eine Öffnung aller Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 der Endstufe2 fest hinterlegt sind. - Diese Ansteuersignale des Elements
13 werden über den Schalter14 in die Steuerleitung eingespeist und über Schalter16 an die Endstufe2 weitergegeben. Die Endstufe2 öffnet ihre Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 nach Maßgabe der ihr zugeführten Ansteuersignale Betriebsparameter und steuert so die elektrische Maschine1 an. - Die Informationen, die der Schalter
14 über die Steuerleitung an den Schalter16 weitergibt, werden auch an ein Element21 weitergegeben. Anhand der Informationen von Schalter14 erkennt das Element21 , ob alle Schaltelemente2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 geöffnet werden soll. Diese Information gibt das Element21 an den Funktionsrechner3 weiter. - Die Endstufe
2 gibt Informationen über die an ihr anliegende Spannungen U_CE an ein Element22 weiter. Element22 ist ein Vergleicher der den zugeführten Wert für die Spannung U_CE mit einem Wert Umax vergleicht und ein Abschaltsignal an den Schalter16 weitergibt, wenn U_CE größer als Umax ist. - Erhält der Schalter
16 von Element22 ein Abschaltsignal, so schaltet er um und unterbricht so die Weitergabe der von Element14 kommenden Ansteuersignale. Anstatt dieser Ansteuersignale werden nunmehr die Ansteuersignale eines Elements15 des Logikbausteins5 weitergegeben. Dabei handelt es sich bei dem Element15 typischerweise um einen permanenten Speicher, in dem die Ansteuersignale für einen Dreiphasenkurzschluss der Endstufe2 fest hinterlegt sind. - In
2 ist beispielhaft dargestellt, wie sich eine erfindungsgemäße drehzahlabhängige Fehlerreaktion auf das Bremsmoment auswirkt. -
2 zeigt schematisch den Verlauf der Betriebsspannung U_DC, der induzierten Spannungen U_ind und des induzierten Bremsmoments M_ind einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der zwischen Spannungsversorgung und Endstufe2 angeordnete Hauptschütz geschlossen ist, d.h. die Endstufe2 mit einer konstanten Spannung U_DC versorgt wird. Wie zu entnehmen steigt dabei die induzierte Spannung U_ind proportional zur Drehzahl. - In dem in
2 dargestellten Beispiel arbeitet die Drehzahlerfassung von D1 ordnungsgemäß, d.h. unterhalb des Drehzahlgrenzwertes GR1 erfolgt die Abschaltung der elektrischen Maschine1 durch Öffnen aller Leistungsschalter, ab der Grenzdrehzahl durch Dreiphasenkurzschluss. Durch den Dreiphasenkurzschluss wird bei höheren Drehzahlen (> GR1) nur eine geringes Bremsmoment induziert. - Bei niedrigen Drehzahlen wird, wie gepunktet eingezeichnet, bei einem Dreiphasenkurzschluss ein starkes Bremsmoment erzeugt. Ursache dafür ist der Kurzschlussstrom in der elektrischen Maschine
1 . - Wird bei niedrigen Drehzahlen (<GR1) über offene Leistungsschalter abgeschaltet, so sinkt das Bremsmoment. In diesem Bereich ist die induzierte Spannung geringer als die Versorgungsspannung U_DC. Es gibt daher keinen Stromfluss von U_ind nach U_DC, der ein nennenswertes Bremsmoment M_ind erzeugen könnte. Daraus ergibt sich auch, dass der Grenzwert GR1 (und entsprechend der Grenzwert GR2) sinnvollerweise in einem Drehzahlbereich liegt, in dem Uind kleiner als U_DC ist.
- Weiterhin ist ein Spannungsgrenzwert Umax vorgesehen, bei dessen Überschreitung die Abschaltung der elektrischen Maschine
1 in jedem Fall auf einen Dreiphasenkurzschluss umgeschaltet wird. Dies stellt einen Schutz der elektrischen Maschine gegen eine zu hohe Versorgungsspannung U_DC dar. Damit ist die elektrische Maschine1 und die Endstufe2 unabhängig von einer fehlerhaften Drehzahlerkennung vor einer, bei abgeschaltetem Spannungsversorger ggf. auch induktiv erzeugten, zu hohen Versorgungsspannung geschützt.
Claims (13)
- Ansteuersystem für eine permanenterregte elektrische Maschine (
1 ), mit – einem Funktionsrechner (3 ), – einem Überwachungsrechner (4 ), – einem programmierbaren Logikbaustein (5 ), – einem Drehzahlsensor (6 ) zur Erfassung einer Drehzahl D1 der elektrischen Maschine (1 ) und – einer abschaltbaren Endstufe (2 ) mit drei oberen Leistungsschaltern (2o1 ,2o2 ,2o3 ) und drei unteren Leistungsschaltern (2u1 ,2u2 ,2u3 ), wobei eine Abschaltung der elektrischen Maschine (1 ) durchführbar ist, wenn der Funktionsrechner (3 ) oder der Überwachungsrechner (4 ) einen Fehler erkennt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschaltung der elektrische Maschine (1 ) ein Dreiphasenkurzschluss der Endstufe (2 ) durch kurzschließen der drei oberen Leistungsschalter (2o1 ,2o2 ,2o3 ) oder der drei unteren Leistungsschalter (2u1 ,2u2 ,2u3 ) durchführbar ist, wenn die Drehzahl D1 einen festlegbaren Grenzwert GR1 nicht unterschreitet oder eine Spannung U_DC der Endstufe (2 ) einen Grenzwert Umax überschreitet. - Ansteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschaltung der elektrische Maschine (
1 ) alle Leistungsschalter (2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 ) der Endstufe (2 ) öffenbar sind, wenn die Drehzahl D1 unterhalb des Grenzwertes GR1 liegt und eine Spannung U_DC der Endstufe (2 ) einen Grenzwert Umax nicht überschreitet. - Ansteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzlicher Drehzahlsensor (
7 ) zur Erfassung einer Drehzahl D2 vorgesehen ist. - Verfahren zur Steuerung einer permanenterregten elektrischen Maschine (
1 ), bei dem eine Abschaltung der elektrischen Maschine (1 ) durchgeführt wird, wenn ein Funktionsrechner (3 ) einen Fehler des Funktionsrechners (3 ) oder ein Überwachungsrechner (4 ) einen Fehler des Funktionsrechners (3 ) oder des Überwachungsrechners (4 ) erkennt, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Drehzahl D1 der elektrischen Maschine (1 ) von einer separaten Logik (5 ) überwacht wird und mit einem Grenzwert GR1 verglichen wird, und, – ein Dreiphasenkurzschluss der Leistungsschalter (2o1 ,2o2 ,2o3 ) oder der Leistungsschalter (2u1 ,2u2 und2u3 ) ausgelöst wird, wenn die Drehzahl D1 nicht unterhalb des Grenzwertes GR1 liegt. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung der Endstufe (
2 ) von einem Dreiphasenkurzschluss auf geöffnete Leistungsschalter (2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 ) erfolgt, wenn die Drehzahl D1 des Drehzahlsensors (6 ) den Grenzwert GR1 unterschreitet. - Verfahren zur Steuerung einer permanenterregten elektrischen Maschine (
1 ), bei dem eine Abschaltung der elektrischen Maschine (1 ) durchgeführt wird, wenn ein Funktionsrechner (3 ) einen nicht im Funktionsrechner (3 ) verursachten Fehler erkennt, dadurch gekennzeichnet, dass – eine von einem Drehzahlsensor (7 ) erfasste Drehzahl D2 von dem Funktionsrechner (3 ) überwacht wird, und – ein Dreiphasenkurzschluss der Leistungsschalter (2o1 ,2o2 ,2o3 ) oder der Leistungsschalter (2u1 ,2u2 und2u3 ) der Endstufe (2 ) ausgelöst wird, wenn die Drehzahl D2 nicht unterhalb des Grenzwertes GR2 liegt. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung der Endstufe (
2 ) von einem Dreiphasenkurzschluss auf geöffnete Leistungsschalter (2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2us ,2u3 ) erfolgt, wenn die Drehzahl D2 des Drehzahlsensors (7 ) den Grenzwert GR2 unterschreitet. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung der Endstufe (
2 ) von einem Dreiphasenkurzschluss auf geöffnete Leistungsschalter (2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2us ,2u3 ) erfolgt, wenn – eine Auswertung des Drehzahlsignals D2 nicht möglich ist und – eine Auswertung der Drehzahl D1 des Drehzahlsensors (6 ) im Funktionsrechner (3 ) eine Unterschreitung des Grenzwertes GR1 erkennt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung der Endstufe (
2 ) auf Dreiphasenkurzschluss erfolgt, wenn eine Spannung U_DC der Endstufe (2 ) einen Wert U_max überschreitet. - Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung der Endstufe (
2 ) beendet wird, wenn die Spannung U_DC der Endstufe (2 ) den Wert U_max wieder unterschreitet und aktuell keine Abschaltung angefordert wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltzustand der Leistungsschalter (
2o1 ,2o2 ,2o3 ,2u1 ,2u2 ,2u3 ) der Endstufe (2 ) von dem Logikbaustein (5 ) an den Funktionsrechner (3 ) übermittelt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückmeldung von einem Element (
12 ) des Logikbausteins (5 ) an den Funktionsrechner (3 ) erfolgt, ob ein Dreiphasenkurzschluss angefordert und durchgeführt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Starten der elektrischen Maschine (
1 ) ein Abschaltpfadtest durchgeführt wird, bei dem die korrekte Abschaltung und der Wechsel des Abschaltpfades bei verschiedenen Drehzahlen getestet wird.
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