DE102007010605A1 - Sanftstarter für einen Elektromotor und Verfahren zu dessen Betreiben - Google Patents

Sanftstarter für einen Elektromotor und Verfahren zu dessen Betreiben Download PDF

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    • H02P1/16Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
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    • H02P1/30Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor by progressive increase of frequency of supply to primary circuit of motor

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Abstract

Ein Sanftstarter (2) für einen Elektromotor (4) mit N Anschlüssen (8a-c) weist N Eingänge (12a-c) und N Ausgänge (10a-c) auf, wobei jeder der N Eingänge (12a-c) über je einen von N2 Zweigen (14aa-cc) mit jedem der N Ausgänge (10a-c) verbunden ist und jeder Zweig (14aa-cc) einen steuerbaren Halbleiterschalter (16aa-cc) enthält, bei dem mindestens eine Untermenge (21) von N Zweigen (14aa-cc), die je einen der N Eingänge (12a-c) mit einem der N Ausgänge (10a-c) zum Dauerbetrieb des Elektromotors (4) verbinden, je einen steuerbaren Bypassschalter (22a-e) zur Überbrückung des Halbleiterschalters (16aa-cc) enthält.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Matrix-Sanftstarters (2) für einen Elektromotor (4) werden nach erfolgtem Anlauf des Elektromotors (4) die zum Dauerbetrieb des Elektromotors (4) statisch durchgeschalteten Halbleiterschalter (16aa-cc) durch die ihnen zugeordneten Bypassschalter (22a-e) überbrückt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sanftstarter für einen Elektromotor und ein Verfahren zu dessen Betreiben.
  • In heutigen motorischen Antrieben werden heute vorzugsweise Drehstrom-Asynchronmotoren (DASM) eingesetzt. Für deren Steuerung und Regelung werden vorwiegend Umrichter und Sanftstartgeräte verwendet. Umrichter kommen zum Einsatz, wenn der Antrieb in weiten Betriebsbereichen drehzahlveränderlich betrieben werden soll. Für einfachere Anwendungen, in denen nur ein sanfter Anlauf oder Auslauf benötigt wird, und der DASM im stationären Betrieb direkt mit dem Drehstromnetz verbunden ist, werden bevorzugt Sanftanlaufgeräte eingesetzt.
  • Heutige Sanftanlaufgeräte bzw. Sanftstarter für DASM, im Weiteren vereinfacht als Elektromotor bezeichnet, werden fast ausschließlich als Drehstromsteller realisiert. Bei dieser Schaltungsart liegen in Reihe zu den Motorwicklungen des Elektromotors Leistungshalbleiter, die z. B. durch Phasenanschnittsteuerung die Spannung an den Motorwicklungen so beeinflussen, dass die Motorströme und damit auch das Drehmoment im Anlauf und Auslauf des Elektromotors deutlich reduziert werden. Dadurch wird ein Sanftanlauf bzw. Sanftauslauf erreicht.
  • 3 zeigt einen derartigen Drehstromsteller 100 mit drei Eingängen 12a–c und drei Ausgängen 10a–c, wobei die Eingänge 12a–c auf Spannungen Ua-c eines Drehstromnetzes 6, und die Ausgänge 10a–c auf drei Anschlüsse 8a–c eines Drehstromasynchronmotors 4 geführt sind. Der Drehstromsteller 100 enthält drei antiparallele Thyristoren 102a–c.
  • Eine typische Sanftstarteranwendung zeichnet sich dadurch aus, dass der Elektromotor nach einem Anlauf vorwiegend stationär mit nahezu Netzfrequenz oder – entsprechend der Polpaarzahl des Elektromotors – mit einem Teil davon betrieben wird. Hierzu werden die Leistungshalbleiterschalter voll angesteuert und damit in einen dauerleitenden Zustand versetzt.
  • Um die elektrischen Verluste in den Leistungshalbleitern in dieser Betriebsphase zu vermeiden, wird heutzutage die überwiegende Zahl von Sanftstartern mit mechanischen Bypasskontakten ausgestattet, mit denen nach erfolgtem Anlauf die Leistungshalbleiter überbrückt werden.
  • Jedem Thyristor 102a–c ist in 3 daher ein Kurzschlusskontakte bzw. Überbrückungskontakt 22a–c zugeordnet. Im Dauerbetrieb, d. h. wenn die Thyristoren 102a–c dauerhaft durchgeschaltet sind, werden die mechanischen Überbrückungskontakte 22a–c kurzgeschlossen und vermeiden damit die elektrischen Verluste in den Thyristoren 102a–c. Es treten lediglich die elektrischen Verluste der mechanischen Überbrückungskontakte 22a–c auf, die nur etwa 10% der Verluste der Thyristoren 102a–c betragen.
  • Dies ermöglicht kleinere Geräteabmaße und eine kostengünstige Herstellung, da die Kühlmaßnahmen erheblich reduziert werden können. Aus diesen Gründen hat sich eine mechanische Oberbrückung bei heutigen Sanftstartern quasi als Standard durchgesetzt.
  • Durch entsprechende Steuerverfahren kann der Elektromotor auch mit anderen, kleineren Drehzahlen betrieben werden. Hierbei sind jedoch nur wenige, ganz bestimmte Drehzahlen möglich und es entstehen dabei hohe Oberwellenmomente, die zu einer starken mechanischen Motorbelastung und Geräuschentwicklung führen. Deshalb wird diese, auch als Schleichgang bezeichnete Betriebsweise nur selten und kurzzeitig, typischerweise einige zehn Sekunden lang, bei groben Positionier aufgaben angewandt. Bei Anwendungen, die ein – wenn auch nur kurzeitiges – stufenloses Drehzahlstellen erfordern, wird deshalb ein Frequenzumrichter eingesetzt.
  • Eine andere Schaltungsart, mit welcher ein Sanftanlauf und Sanftauslauf sowie ein Drehzahlstellen bei einem Elektromotor erreicht werden kann, ist die Umrichterschaltung mit Spannungszwischenkreis. Diese besteht aus einem Eingangsgleichrichter, einem Spannungszwischenkreis und einem Leistungsteil, welches ein Spannungssystem variabler Frequenz erzeugt. Wegen des erheblich größeren schaltungstechnischen Aufwandes sind Umrichter vergleichbarer Leistung deutlich größer und teuerer als Sanftstarter und werden deshalb nur in Anwendungen mit überwiegend drehzahlveränderlicher Betriebsweise eingesetzt.
  • Eine weitere Schaltungsart, um die Drehzahl eines Elektromotors zu beeinflussen, d. h. diesen drehzahlveränderlich zu betreiben, ist die Matrixschaltung. Hierbei wird (im dreiphasigen Fall) mit neun Leistungshalbleiterschaltern jede der drei Eingangspannungen des Drehstromsystems mit jeder Ausgangsspannung verbunden. Durch geeignetes Ansteuern kann ausgangsseitig ein Drehstromsystem veränderlicher Spannung und Frequenz erzeugt werden. Ebenso kann durch geeignetes Ansteuern im Motor generatorisch erzeugte Energie in das Drehstromnetz rückgespeist, sowie eine netzrückwirkungsarme Stromaufnahme bzw. Stromabgabe im Drehstromnetz erreicht werden.
  • Die Funktionalität von Matrixumrichtern entspricht weitgehend der von Umrichtern. Der Schaltungsaufwand ist bei Matrixumrichtern geringer als bei Umrichtern mit Spannungszwischenkreis und höher als bei Drehstromstellerschaltungen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Sanftstarter, der vorwiegend im stationären Betrieb mit voll angesteuerten Leistungshalbleitern betrieben wird, die Verluste zu senken oder zu vermeiden, und die Kühlmaßnahmen geringer und damit das Gerät kostengünstiger realisieren zu können. Weiterhin stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zu dessen Betreiben anzugeben.
  • Hinsichtlich des Sanftstarters wird die Aufgabe gelöst durch einen Sanftstarter für einen Elektromotor, wobei der Elektromotor N Anschlüsse aufweist. Der Sanftstarter weist daher N Eingänge und N Ausgänge auf, wobei jeder der N Eingänge über je einen Zweig mit jedem der N Ausgänge verbunden ist. Somit ergeben sich N2 Zweige. Jeder dieser N2 Zweige enthält einen steuerbaren Halbleiterschalter. Unter der Menge der N2 Zweige befindet sich eine Untermenge, welche mindestens N Zweige enthält. Die Untermenge ist derart gewählt, dass die N Zweige je einen der N Eingänge mit einem der N Ausgänge verbinden. Die so entstehende Abbildung der N Eingänge auf die N Ausgänge ist zum Dauerbetrieb des Elektromotors geeignet und entspricht der Betriebsweise, dass die betreffenden Leistungshalbleiterschalter in den N Zweigen der Untermenge voll ausgesteuert bzw. durchgeschaltet sind und sich die restlichen Zweige im Leerlauf befinden, d. h. die entsprechenden Halbleiterschalter sperren. Jeder der N Zweige der Untermenge enthält hierbei einen steuerbaren Bypassschalter, welcher jeweils zur Überbrückung des im betreffenden Zweig angeordneten Halbleiterschalters dient.
  • Erfindungsgemäß wird also ein sogenannter Matrix-Sanftstarter vorgeschlagen, welcher bisher in dieser Weise noch nicht bekannt ist. Auch für einen Matrixumrichter ist eine vergleichbare Lösung nicht bekannt bzw. veröffentlicht, da das Sanftstarten von Asynchronmaschinen mit Matrixumrichtern mit anschließendem Dauerbetrieb bei nahezu Netzfrequenz noch eine sehr untypische Anwendung ist. Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen:
    Bisherige Hemmnisse für die Herstellung von Sanftstartern oder Umrichtern mit Matrixschaltung waren die Verfügbarkeit geeigneter Leistungshalbleiter sowie die komplizierten Steue rungsmuster. Mit rückwärtssperrenden IGBTs (RB-IGBT) und mit Ansteuerverfahren, die in ein FPGA (frei programmierbare Logikbausteine) untergebracht werden können, sind diese Hemmnisse aber nahezu beseitigt, so dass kurz- bis mittelfristig mit serienmäßig hergestellten Matrix-Sanftstartern zu rechnen ist.
  • Die mit der Matrixschaltung erreichbare Funktionalität im Hinblick auf das Drehzahlstellen entspricht weitgehend der von Umrichtern. Der Schaltungsaufwand ist bei der Matrixschaltung höher als der bei der Drehstromstellerschaltung.
  • Mit der Integration der einzelnen Leistungshalbleiterschalter in ein einziges Leistungsmodul sowie der Verfügbarkeit von integrierten Ansteuerschaltungen, die die Steuerungsmuster erzeugen, verkleinert sich der Unterschied im Schaltungsaufwand zwischen Matrixschaltung und Drehstromstellerschaltung zunehmend.
  • Zur Verkleinerung dieses Unterschieds trägt ebenfalls bei, dass im Vergleich zur Drehstromstellerschaltung die Leistungshalbleiter bei der Matrixschaltung wesentlich kleiner dimensioniert werden können, da die Anlaufströme maximal das eineinhalb- bis zweifache des Motornennstroms betragen und damit nur etwa halb so hoch sind wie beim Drehstromsteller.
  • Damit werden auf Matrixschaltung basierende Sanftstarter aber auch für Anwendungen interessant, bei denen bisher nur Umrichter eingesetzt wurden. Dies sind insbesondere Anwendungen, bei denen im Anschluss an den voll ausgesteuerten Betrieb der Elektromotor kurzzeitig, typischerweise im Sekunden- bis Minutenbereich, mit stufenlos einstellbarer Drehzahl betrieben werden soll, z. B. für Positionieraufgaben.
  • Die Matrixschaltung wird bisher ausschließlich im Zusammenhang mit Umrichtern gesehen. Bei einem Umrichter aber, welcher überwiegend drehzahlverstellend und nur selten im voll ausgesteuerten Betrieb betrieben wird, ist eine Überbrückung bestimmter Halbleiterschalter durch einen Bypassschalter nicht notwendig und würde nur den Schaltungsaufwand erhöhen.
  • Wegen der Matrixschaltungstopologie bietet sich zur Energiereduktion eine Lösung an, die der beim Drehstromsteller vergleichbar ist. Ganz analog zum Drehstromsteller müssten bei Dauerbetrieb des Elektromotors die thermischen Leitendverluste in den Leistungshalbleitern durch geeignete Kühlmaßnahmen abgeführt werden. Diese Verluste sind beim Matrixsanftstarter höher, da die zum Einsatz kommenden Leistungshalbleiter (z. B. IGBT bzw. RB-IGBT) höhere Leitendverluste verursachen als der Leistungshalbleiter im Drehstromsteller, die im allgemeinen Thyristoren sind. Dadurch erhöht sich bei einem Matrix-Sanftstarter bei dieser Betriebsart der Kühlaufwand um den Faktor eineinhalb bis zwei, verglichen mit typischen, auf Thyristoren basierenden Drehstromstellern.
  • Im erfindungsgemäßen Sanftstarter mit Matrixtopologie werden daher im Dauerbetrieb die Leistungshalbleiterschalter, welche der oben genannten Untermenge von Zweigen angehören, voll ausgesteuert und damit der Elektromotor in der entsprechenden Eingangs-/Ausgangszuordnung direkt ans Stromnetz, welches an den Eingängen des Sanftstarters angeschlossen ist, geschaltet. Die restlichen Leistungshalbleiterschalter sind im Aus-Zustand, da sie für die Dauerbetriebsart nicht benötigt werden. In dieser Betriebsphase liegt also eine Schaltungsanordnung vor, die der des voll ausgesteuerten Drehstromstellers entspricht. Diese Maßnahme ist beim erfindungsgemäßen Matrix-Sanftstarter noch vorteilhafter als beim thyristorbasierten Drehstromsteller, da die Verluste in den Leistungshalbleiterschalter um den Faktor 1,5 bis 2 höher sind als die in den Thyristoren eines Drehstromstellers.
  • Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass man zwar beim Überbrücken der Leistungshalbleiterschalter durch die Bypassschalter die Möglichkeit verliert, im Dauer betrieb des Elektromotors Strom, Spannung und Frequenz so anzupassen, dass z. B. im Teillastbetrieb die Wirkleistungsaufnahme möglichst gering ist. Allerdings gibt es viele Anwendungen, bei denen der Elektromotor stationär bei nahezu Netzfrequenz oder entsprechend der Polpaarzahl des Elektromotors mit einem Teil davon, betrieben wird und damit die Leistungshalbleiterschalter überbrückt werden können. Außerdem existiert auch weiterhin die Möglichkeit, bei dem erfindungsgemäßen Sanftstarter je nach Lastverhältnissen zwischen einem mit den Leistungshalbleiterschaltern gesteuerten Dauerbetrieb oder einem ungesteuerten, d. h. durch die Bypassschalter überbrückten Dauerbetrieb zu wählen und damit den Elektromotor oder den Matrix-Sanftstarter möglichst energiesparend zu betreiben. Ein Verfahren zum energiesparenden Betreiben ist z. B. aus der nicht offengelegten Patentanmeldung DE 10 2006 041 864.6 bekannt.
  • Durch die Erfindung wird eine neue Geräteklasse von Sanftstartern, nämlich ein sogenannter Matrix-Sanftstarter geschaffen. Im Unterschied zum bekannten Matrix-Umrichter verfügt ein Matrix-Sanftstarter damit über mechanische Überbrückungskontakte, also die Bypasskontakte, mit denen die Leistungshalbleiterschalter im vollausgesteuerten Betrieb überbrückt werden können. Beim Matrix-Sanftstarter stellt der vollausgesteuerte Betrieb eine vorrangige Betriebsart dar, beim bekannten Matrix-Umrichter ist sie der Ausnahmefall. Neben den Betriebsarten Sanftanlauf und Sanftauslauf kann mit dem Matrix-Sanftstarter im zeitlich begrenzten Umfang, typischerweise einige Sekunden bis Minuten, eine drehzahlstellende Betriebsweise durchgeführt werden, z. B. für Positionieraufgaben. Ein Matrix-Sanftstarter mit mechanischer Überbrückung, also Bypassschaltern, kann als Nachfolgetechnologie für die aktuellen Sanftstartgeräte auf Drehstromstellerbasis betrachtet werden, da die Steuerungsmöglichkeiten erheblich vielseitiger sind und sich somit neue Anwendungen erschließen lassen.
  • Bei einem Sanftstarter können verschiedene gewünschte Überbrückungszuordnungen zwischen den N Eingängen und den N Ausgängen existieren. D. h. dass der Elektromotor in verschiedenen Dauerbetriebsarten eingesetzt wird, bei welchen jeweils dauerhaft die Halbleiterschalter aus verschiedenen Untermengen der jeweils N2 Zweige durchgeschaltet sind und die restlichen Halbleiterschalter ausgeschaltet sind. In einem derartigen Fall können dann alle Zweige, die einer der möglichen Überbrückungszuordnungen angehören, einen Bypassschalter enthalten. Hierdurch ist es möglich, auch bei verschiedenen Betriebsarten des Elektromotors, bei welche die jeweils verschiedenen Leistungshalbleiterschalter durchgeschaltet sind, diese jeweils dauerhaft mechanisch durch den Bypassschalter zu überbrücken und so auch für verschiedenen Betriebsarten des Elektromotors die oben genannten Vorteile an Einsparung von Verlusten zu erreichen.
  • Für einen Elektromotor mit N = 3 Anschlüssen also einen Sanftstarter mit drei Eingängen und drei Ausgängen und neun Zweigen können nur die Verbindungszweige von Eingang n zu Ausgang n mit n ∈ [1, 2, 3] einen Bypassschalter enthalten. Im Dauerbetrieb ist also Eingang 1 zu Ausgang 1, Eingang 2 zu Ausgang 2 und Eingang 3 zu Ausgang 3 durchgeschaltet. Dies entspricht dann der kleinsten Untermenge von mindestens drei Zweigen, die je einen der drei Eingänge mit einem der drei Ausgänge zum Dauerbetrieb des Elektromotors verbinden.
  • Für den oben genannten Fall von verschiedenen Überbrückungszuordnungen ist im Fall N = 3 in der Regel eine sogenannter Wendebetrieb des Elektromotors gewünscht. Der eine Dauerbetrieb des Elektromotors funktioniert dann mit der oben genannten Durchverbindung der Eingänge n zu den Ausgängen n, im Wendebetrieb werden Eingang 2 zu Ausgang 3 und Eingang 3 zu Ausgang 2 durchgeschaltet. Ein Sanftstarter, bei dem N = 3 gilt, kann also zusätzlich in den Verbindungszweigen von Eingang 2 zu Ausgang 3 und umgekehrt einen Bypassschalter enthalten. Hierdurch sind sowohl der eine Dauerbetrieb des E lektromotors als auch der Wendebetrieb jeweils durch Bypassschalter überbrückbar.
  • Die Halbleiterschalter können darüber hinaus dennoch für Dauerbetrieb dimensioniert sein. Hierdurch ergibt sich ein universell einsetzbarer Sanftstarter, welcher sogar die Eigenschaft besitzt, im Dauerbetrieb als Matrix-Umrichter zu fungieren. Dennoch weist er die erfindungsgemäßen Vorteile auf, einen jeweils durch Bypassschalter überbrückten, also bezüglich der Halbleiterschalter ungesteuerten Dauerbetrieb mit deutlich reduzierter Verlustleistung durchführen zu können.
  • Der Elektromotor kann eine Drehstromasynchronmotor sein. Derartige Elektromotoren sind der reguläre Haupteinsatzbereich für Sanftstarter und damit auch für den erfindungsgemäßen Sanftstarter mit Matrix-Topologie.
  • Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Sanftstarters wie er oben beschrieben ist, bei dem nach erfolgten Anlauf des Elektromotors die zum Dauerbetrieb des Elektromotors statisch durchgeschalteten Halbleiterschalter durch Bypassschalter überbrückt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wurde bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sanftstarter ausführlich erläutert zusammen mit seinen Vorteilen.
  • Ist der zu startende Elektromotor im Wendebetrieb betreibbar, so kann:
    • – zum Dauerbetrieb des Elektromotors in der ersten Drehrichtung ein erster Satz von N Bypassschaltern parallel zu den ersten statisch durchgeschalteten Halbleiterschaltern kurzgeschlossen werden,
    • – zum Dauerbetrieb des Elektromotors in der zweiten Drehrichtung ein zweiter Satz von N Bypassschaltern parallel zu den zweiten statisch durchgeschalteten Halbleiterschaltern kurzgeschlossen werden.
  • Auch der Wendebetrieb wurde bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sanftstarter zusammen mit seinen Vorteilen erläutert.
  • Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
  • 1 einen Matrix-Sanftstarter mit mechanischen Überbrückungskontakten,
  • 2 einen Matrix-Sanftstarter gemäß 1 mit zusätzlichen mechanischen Überbrückungskontakten für Wendebetrieb,
  • 3 einen Drehstromsteller mit Überbrückungskontakten gemäß Stand der Technik.
  • 1 zeigt einen Matrix-Sanftstarter 2, welcher einerseits an einen Drehstromasynchronmotor 4 und andererseits an ein Drehstromnetz 6 angeschlossen ist.
  • Da der Drehstromasynchronmotor 4 N = 3 Anschlüsse 8a–c aufweist, weist der zum Drehstromasynchronmotor 4 passende Sanftstarter 2 ebenfalls N = 3 Ausgänge 10a–c zur Verbindung mit den Anschlüssen 8a–c auf. Die entsprechende Anzahl von drei Eingängen 12a–c des Sanftstarters 2 sind mit je einer der drei Spannungen Ua-c des Drehstromnetzes verbunden.
  • Der Sanftstarter 2 ist in Matrixschaltungstopologie ausgeführt, d. h. jeder der Eingänge 12a–c ist mit jedem der Ausgänge 10a–c über einen Zweig 14aa–cc verbunden. Jeder der neun Zweige 14aa–cc enthält einen Leistungshalbleiterschalter 16aa–cc. Die Leistungshalbleiterschalter 16aa–cc werden von einer zentralen Steuerung 18, angedeutet durch die Pfeile 20 angesteuert, damit diese den jeweiligen Zweig 14aa–cc kurz schließen und somit den jeweiligen der Eingänge 12a–c mit einem der jeweiligen der Ausgänge 10a–c zu verbinden. Hierdurch wird eine jeweilige der Spannungen Ua-c auf einen jeweiligen der Anschlüsse 8a–c geführt.
  • Während des An- bzw. Auslaufs des Drehstromasynchronmotors 4 werden die Leistungshalbleiterschalter 16aa–cc in hinlänglich bekannter Weise durch die Steuerung 18 angesteuert, in dem diese nach einem bestimmten Steuerverfahren geöffnet und geschlossen werden.
  • Hat der Drehstromasynchronmotor 4 seine Konstantdrehzahl, z. B. die Netzfrequenz des Drehstromnetzes 6 erreicht, schließt die Steuerung 18 nur noch die Leistungshalbleiterschalter 16aa, 16bb und 16cc dauerhaft und öffnet sämtliche restlichen Leistungshalbleiterschalter 16ab bis 18bc.
  • In diesem Moment wird jeder der Leistungshalbleiterschalter 16aa, bb und cc durch einen mechanischen Kontakt 22a, b und c überbrückt. An den Leistungshalbleiterschaltern 16aa, bb und cc fällt somit keine Spannung mehr ab und die Verlustleistung des Sanftstarters 2 reduziert sich auf ca. 10%.
  • Zum langsamen Auslaufen des Motors werden anschließend die Kontakte 22a–c wieder geöffnet und dann die Dauerdurchschaltung der Leistungshalbleiterschalter 16aa, bb und cc beendet und sämtliche Leistungshalbleiterschalter 16aa–cc durch die Steuerung 18 wieder in einem gezielten Rhythmus angesteuert, bis der Drehstromasynchronmotor 4 steht.
  • 2 zeigt die Anordnung aus 1, wobei auch zusätzlich zu den Leistungshalbleiterschaltern 16bc und 16cb zwei weitere Kontakte 22d und 22e parallel geschaltet sind. Im oben erwähnten Dauerbetrieb kann der Sanftstarter gemäß 2 identisch wie der aus 1 betrieben werden (fett dargestellte Verbindungen in 1). Alternativ kann jedoch der Drehstromasynchronmotor 4 auch in der Drehrichtung in Richtung des Pfeils 24b betrieben werden, wenn nämlich die Leistungshalbleiterschalter 16aa, 16bc und 16cb dauerhaft geschlossen sind und alle anderen Leistungshalbleiterschalter geöffnet. Auch in dieser zweiten Drehrichtung in Richtung des Pfeils 24b können dann die dauerhaft durchgeschalteten Leistungshalbleiterschalter 16aa, bc und cb durch entsprechende Kontakte 22a, 22d und 22e kurzgeschlossen werden. Der Sanftstarter 2 ist daher für beide Drehrichtungen des Drehstromasynchronmotors 4 (Pfeile 24a, b) verlustarm durch Überbrückung der Leistungshalbleiterschalter durch Kontakte betreibbar.
  • Mit anderen Worten werden die Eingänge 12b und 12c überkreuzt bzw. vertauscht auf die Ausgänge 10c und 10b geschaltet, während der Eingang 12a weiterhin auf den Ausgang 10a durchgeschaltet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006041864 [0023]

Claims (8)

  1. Sanftstarter (2) für einen Elektromotor (4) mit N Anschlüssen (8a–c), mit N Eingängen (12a–c) und N Ausgängen (10a–c), wobei jeder der N Eingänge (12a–c) über je einen von N2 Zweigen (14aa–cc) mit jedem der N Ausgänge (10a–c), verbunden ist, und jeder Zweig (14aa–cc) einen steuerbaren Halbleiterschalter (16aa–cc) enthält, bei dem mindestens eine Untermenge (21) von N Zweigen (14aa–cc), die je einen der N Eingänge (12a–c) mit einem der N Ausgänge (10a–c) zum Dauerbetrieb des Elektromotors (4) verbinden, je einen steuerbaren Bypassschalter (22a–e) zur Überbrückung des Halbleiterschalters (16aa–cc) enthält.
  2. Sanftstarter (2) nach Anspruch 1, wobei verschiedene gewünschte Überbrückungszuordnungen (26a, b) zwischen den Eingängen (12a–c) und den Ausgängen (10a–c) existieren, bei denen alle Zweige (14aa–cc), die einer möglichen Überbrückungszuordnung (26a, b) angehören, einen Bypassschalter (22a–e) enthalten.
  3. Sanftstarter (2) nach Anspruch 1, wobei N = 3 gilt, bei dem nur die Zweige (14aa–cc) von Eingang n zu Ausgang n mit n ∈ [1, 2, 3] einen Bypassschalter enthalten (22a–e).
  4. Sanftstarter nach Anspruch 3, bei dem zusätzlich die Zweige (14aa–cc) von Eingang 2 zu Ausgang 3 und umgekehrt einen Bypassschalter (22a–e) enthalten.
  5. Sanftstarter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschalter (16aa–cc) für Dauerbetrieb dimensioniert sind.
  6. Sanftstarter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Elektromotor (4) ein Drehstromasynchronmotor ist.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Sanftstarters (2) für einen Elektromotor (4) mit N Anschlüssen (8a–c), mit N Eingängen (12a–c) und N Ausgängen (10a–c), wobei jeder der N Eingänge (12a–c) über je einen von N2 Zweigen (14aa–cc) mit jedem der N Ausgänge (10a–c) verbunden ist, und jeder Zweig (14aa–cc) einen steuerbaren Halbleiterschalter (16aa–cc) enthält, bei dem mindestens eine Untermenge (21) von N Zweigen (14aa–cc), die je einen der N Eingänge (12a–c) mit einem der N Ausgänge (10a–c) zum Dauerbetrieb des Elektromotors (4) verbinden, je einen steuerbaren Bypassschalter (22a–e) zur Überbrückung des Halbleiterschalters (16aa–cc) enthält, bei dem: – nach erfolgtem Anlauf des Elektromotors (4) die zum Dauerbetrieb des Elektromotors (4) statisch durchgeschalteten Halbleiterschalter (16aa–cc) durch die ihnen zugeordneten Bypassschalter (22a–e) überbrückt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der zu startende Elektromotor (4) im Wendebetrieb (24a, b) betreibbar ist, bei dem: – zum Dauerbetrieb des Elektromotors (4) in der ersten Drehrichtung (24a) ein erster Satz (26a) von N Bypassschaltern (22a–e) parallel zu den ersten statisch durchgeschalteten Halbleiterschaltern (16aa–cc) kurzgeschlossen wird, – zum Dauerbetrieb des Elektromotors in der zweiten Drehrichtung (24b) ein zweiter Satz (26b) von N Bypassschaltern parallel zu den zweiten statisch durchgeschalteten Halbleiterschaltern (16aa–cc) kurzgeschlossen wird.
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Schröder, Dierk: Elektrische Antriebe 4, Leis- tungselektronische Schaltungen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1998, S. 161
Schröder, Dierk: Elektrische Antriebe 4, Leistungselektronische Schaltungen, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1998, S. 161 *

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