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Die
Erfindung betrifft einen Antrieb mit einem ein- oder mehrphasigen
Wechselstrommotor, der unter Zwischenschaltung eines Umrichters,
der einen Gleichspannungszwischenkreis aufweist, mit einer ein-
oder mehrphasigen Wechselspannung versorgt wird, und mit einer elektromagnetisch
betätigbaren, mechanischen Bremse, und mit einer Steuerungseinrichtung,
die an den Ausgang des Umrichters angeschlossen ist.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE 10 2004 013 033 B3 ist ein Antrieb mit
einer Bremse und einem Elektromotor bekannt, der mittels Versorgungsleitungen
mit einer Endstufe verbunden ist. Die Bremse wird aus einer Bremsenansteuerung
versorgt. Zur Versorgung der Bremsenansteuerung ist diese mittels
Kondensatoren mit den Versorgungsleitungen verbunden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Ansteuerung der Bremse in einem Antrieb
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verbessern.
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Die
Aufgabe ist bei einem Antrieb mit einem ein- oder mehrphasigen Wechselstrommotor,
der unter Zwischenschaltung eines Umrichters, der einen Gleichspannungszwischenkreis
aufweist, mit einer ein- oder mehrphasigen Wechselspannung versorgt wird,
und mit einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen
Bremse, und mit einer Steuerungseinrichtung, die an den Ausgang
des Umrichters angeschlossen ist, dadurch gelöst, dass
die Steuerungseinrichtung eine Spannungsregelungseinrichtung umfasst,
die unabhängig von der Ausgangsspannung sowie von der Ausgangsfrequenz
und unabhängig vom Belastungszustand des Umrichters im Betrieb
des ein- oder mehrphasigen Wechselstrommotors eine im Wesentlichen
konstante Bremsenspannung bereitstellt. Sobald und solange der Umrichter
eine Ausgangsspannung liefert, wird die Bremsenspannung erzeugt,
wodurch die Bremse nach einer gewissen Ansprechzeit lüftet.
Sobald der Umrichter die Ausgangsspannung abschaltet, fällt auch
die Bremsenspannung auf Null Volt ab und die Bremse fällt
nach einer gewissen Ansprechzeit ein. Bei dem aus der
DE 10 2004 013 033 B3 bekannten Antrieb
ist die Bremsenspannung von der Zwischenkreisspannung und dem Belastungszustand
des Umrichters abhängig. Dabei kann es passieren, dass
bei einer zu kleinen Zwischenkreisspannung keine ausreichende Funktion
der Bremse sichergestellt ist. Durch die erfindungsgemäße
Steuerungseinrichtung ist die Bremsenspannung unabhängig
von der Höhe der Zwischenkreisspannung. Die Bremsenspannung kann
zwischen Null und der minimal zulässigen Zwischenkreisspannung
frei gewählt werden. Die Bremse ist vorzugsweise für
den Betrieb an Gleichspannung ausgelegt.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebs ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung einen ersten Gleichrichter
umfasst, durch den die Ausgangsspannung des Umrichters in eine Gleichspannung
umgewandelt wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebs ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung einen steuerbaren
Halbleiterschalter, insbesondere einen Transistor, umfasst, der
die Gleichspannung des ersten Gleichrichters taktet. Vorzugsweise
wird die Gleichspannung des ersten Gleichrichters nach dem Pulsweitenmodulationsverfahren
getaktet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebs ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung eine Übertragungseinrichtung
umfasst, die mit einem zweiten Gleichrichter zusammenwirkt. In der Übertragungseinrichtung
wird die getaktete Gleichspannung in transformierter Form an den
zweiten Gleichrichter weitergegeben, der diese in eine für
die Bremse benötigte Gleichspannung umwandelt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebs ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung
eine galvanische Trennung der getakteten Gleichspannung des ersten Gleichrichters
von der Eingangsspannung des zweiten Gleichrichters umfasst. Dadurch
wird die Kurzschlusssicherheit erhöht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebs ist
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gleichrichter mit einer
Erregerspule der Bremse verbunden ist. Vorzugsweise ist der zweite Gleichrichter
als Einphasen-Einweggleichrichter ausgeführt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebs ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung einen Spannungsregler umfasst,
dem eine, von der getakteten Gleichspannung abhängige Spannung
als Istwert zugeführt wird. Der Spannungsregler vergleicht
den Istwert der Spannung mit einem einstellbaren Sollwert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebs ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsregler mit dem steuerbaren
Halbleiterschalter zusammenwirkt. Bei einer Abweichung des Istwerts
vom Sollwert wird die Breite der von dem steuerbaren Halbleiterschalter
erzeugten Pulse so variiert, dass die Bremsenspannung immer dem
vorgegebenen Sollwert entspricht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebs ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse als Federdruckbremse mit
einem Elektromagneten für Gleichstrombetrieb ausgeführt
ist. Die Federdruckbremse dient neben dem Halten von Lasten im Ruhezustand
zur Verzögerung rotierender und gradlinig bewegter Massen,
um so unerwünschte Nachlaufwege und -zeiten zu verkürzen.
Die Federdruckbremse lüftet elektromagnetisch. Im stromlosen Zustand
wird die Bremskraft durch Federdruck erzeugt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben
sind. Es zeigen:
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1 ein
Prinzipschaltbild zu dem erfindungsgemäßen Antrieb
und
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2 ein
Schaltbild für einen Antrieb gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In 1 ist
die prinzipielle Funktion eines erfindungsgemäßen
Antriebs mit einem Umrichter 101 anhand eines Prinzipschaltbilds
dargestellt. Der Umrichter 101 weist einen Gleichspannungszwischenkreis
auf. Bei dem Umrichter 101 handelt es sich vorzugsweise
um einen Frequenzumrichter. Der Umrichter ist über eine
ein- oder mehrphasige Versorgungsleitung an eine Anschlusseinrichtung 100 eines Motors 104 angeschlossen.
An die ein- oder mehrphasige Versorgungsleitung 105 ist
ein Gleichrichter 110 einer Steuerungseinrichtung 107 angeschlossen,
die eine Spannungsregelungseinrichtung 108 umfasst. Bei
dem Motor 104 handelt es sich um einen ein- oder mehrphasigen
Wechselstrommotor.
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Die
Steuerungseinrichtung 107 umfasst einen ersten Gleichrichter 110.
In dem ersten Gleichrichter 110 wird die getaktete Ausgangsspannung des
Umrichters 101 in eine geglättete Gleichspannung
umgewandelt. Der erste Gleichrichter 110 ist mit einem Übertrager 114 und
einem steuerbaren Halbleiterschalter 116, insbesondere
einem Transistor, verbunden. Der steuerbare Halbleiterschalter 116 dient
dazu, die geglättete Gleichspannung des ersten Gleichrichters 110 nach
dem Pulsweitenmodulationsverfahren zu takten.
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Die
von dem steuerbaren Halbleiterschalter 116 getaktete Gleichspannung
wird durch den Übertrager 114 in transformierter
Form an einen zweiten Gleichrichter 112 weitergegeben. Über
einen im Ausgangskreis des steuerbaren Halbleiterschalters 116 geschalteten
Widerstand 117 wird eine, von der getakteten Gleichspannung
abhängige Spannung als Istwert 121 einem Spannungsregler 120 zugeführt. Der
Spannungsregler 120 vergleicht den Istwert 121 mit
einem einstellbaren Sollwert 122. Bei einer Abweichung
des Istwerts 121 vom Sollwert 122 wird die Breite
der von dem steuerbaren Halbleiterschalter 116 erzeugten
Impulse variiert.
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Der
zweite Gleichrichter 112 wandelt die durch den Übertrager 114 transformierte
getaktete Gleichspannung in eine für eine Bremse 129 benötigte
Gleichspannung um. Bei der Bremse 129 handelt es sich um
eine Federdruckbremse mit einem Elektromagneten. Der Elektromagnet
umfasst eine Erregerspule 130 für Gleichstrombetrieb,
die durch den zweiten Gleichrichter 112 mit der benötigten
Gleichspannung versorgt wird. Die von dem zweiten Gleichrichter 112 bereitgestellte
Gleichspannung wird auch als Bremsenspannung bezeichnet.
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Durch
die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 107 erhält
man eine konstante Bremsenspannung, die unabhängig von
der Ausgangsspannung und der Ausgangsfrequenz sowie vom Belastungszustand
(erhöhte oder verminderte Zwischenkreisspannung) des Umrichters 101 ist,
der auch als Frequenzumrichter bezeichnet wird. Diese Spannung kann
zwischen Null und der minimal zulässigen Zwischenkreisspannung
des Umrichters 101 frei gewählt werden. Sobald
der Umrichter 101 eine Ausgangsspannung liefert, wird die
Bremsenspannung erzeugt, wodurch die Bremse 129 nach der üblichen Ansprechzeit
lüftet. Sobald der Umrichter 101 die Ausgangsspannung
abschaltet, fällt auch die Bremsenspannung auf Null Volt
ab und die Bremse 129 fällt nach der üblichen
Ansprechzeit ein.
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In 2 ist
ein Schaltbild zu einem Antrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz 1 wird
ein Gleichrichter 2 mit einem Gleichspannungszwischenkreis 3 und
einem Dreiphasen-Wechselrichter 4 gespeist. Die Bauteile 2 bis 4 bilden
einen Frequenzumrichter.
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An
den Frequenzumrichter 2 bis 4 ist ein Drehstrommotor 5 angeschlossen.
An die Versorgungsstränge, die den Drehstrommotor 5 mit
dem Frequenzumrichter 2 bis 4 verbinden, ist ein
Dioden 6 umfassender erster Gleichrichter 7 angeschlossen, der
als Dreiphasen-Brückengleichrichter 7 ausgeführt
ist. Der Dreiphasen-Brücken-gleichrichter 7 dient
dazu, die Wechselstrom-Ausgangsspannung des Umrichters 2 bis 4 in
eine Gleichspannung umzuwandeln.
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Dem
Dreiphasen-Brückengleichrichter 7 ist eine Drossel 8 nachgeschaltet,
die zur Glättung der Gleichspannung dient. Ein Kondensator 9 dient ebenfalls
dazu, die Gleichspannung zu glätten. Zwischen die Drossel 8 und
eine Steuereinheit 18 ist ein Widerstand 10 geschaltet,
der einen Ladewiderstand zur Spannungsversorgung der Steuereinheit 18 darstellt.
Zwischen den Kondensator 9 und die Steuereinheit 18 ist
ein Kondensator 11 geschaltet, der zur Glättung
der Spannungsversorgung für die Steuereinheit 18 dient.
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Die
Ausgangsspannung des Dreiphasen-Brückengleichrichters 7 wird
mit Hilfe eines steuerbaren Halbleiterschalters 12 nach
dem Pulsweitenmodulationsverfahren getaktet. Zwischen den steuerbaren
Halbleiterschalter 12 und den Dreiphasen-Brückengleichrichter 7 ist
ein Übertrager 13 geschaltet. Der Übertrager 13 dient
erstens zur galvanischen Trennung der getakteten Ausgangsspannung des
Gleichrichters 7 von der Eingangsspannung uE eines
weiteren Gleichrichters 16. Zweitens dient der Übertrager 13 zur
Transformation der getakteten Ausgangsspannung des Gleichrichters 7 zur
Eingangsspannung uE des weiteren Gleichrichters 16. Drittens
dient der Übertrager 13 zur Transformation der
getakteten Ausgangsspannung des Gleichrichters 7 zur Spannungsversorgung
für die Steuereinheit 18.
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Mit 14 ist
eine Erregerspule einer elektromagnetisch betätigbaren,
mechanischen Bremse bezeichnet. Dem Übertrager 13 ist
eine Schutzbeschaltung 15 für den Ausgang des
steuerbaren Halbleiterschalters 12 vorgeschaltet. In der
Schutzbeschaltung 15 sind ein Widerstand, ein Kondensator
und eine Diode kombiniert. Der Erregerspule 14 ist der
Gleichrichter 16 vorgeschaltet. Der Gleichrichter 16 ist
als Einphasen-Einweggleichrichter ausgeführt, der zur Umwandlung
der Eingangs-Wechselspannung uE in eine
Gleichspannung US für die Erregerspule 14 dient.
Parallel zu der Erregerspule 14 ist ein Kondensator 17 geschaltet,
der zur Glättung der Gleichspannung dient.
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Die
Steuereinheit 18 hat zwei Aufgaben. Zum einen wird in der
Steuereinheit 18 ein Vergleich des Spannungs-Istwerts uist mit einem über einen Spannungsteiler 27 vorgegebenen
Sollwert usoll durchgeführt. Zum
anderen dient die Steuereinheit 18 zur Ansteuerung des
steuerbaren Halbleiterschalters 12 nach dem Pulsweitenmodulationsverfahren. Der
steuerbare Halbleiterschalter 12 wird durch die Steuereinheit 18 so
angesteuert, dass der Istwert der Spannung dem Sollwert entspricht.
Damit erhält man eine konstante Spannung uE und
somit eine konstante Spannung US an der
Erregerspule 14.
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Zur
Gleichrichtung der Spannungsversorgung der Steuereinheit 18 sind
Dioden 19 zwischen die Steuereinheit 18 und den Übertrager 13 geschaltet.
Eine RC-Baugruppe 20 liefert die Grundlast für den Übertrager 13.
Ein Widerstand 21 dient als Schutz für den Eingang
der Steuereinheit 18. Ein Kondensator 22 dient
zur Glättung der Spannung am Eingang der Steuereinheit 18.
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Ein
Widerstand 23 dient zur Dimensionierung des Regelstroms
für den Eingang der Steuereinheit 18. Ein Widerstand 24 dient
zur Einstellung des Arbeitspunkts am Eingang des steuerbaren Halbleiterschalters 12.
Eine Zener-Diode 25 dient zur Spannungsbegrenzung am Eingang
des steuerbaren Halbleiterschalters 12. Eine weitere RC-Baugruppe 26 dient
als Oszillator zur Dimensionierung der Taktfrequenz für
die Steuereinheit 18. Widerstände 27 dienen
als Spannungsteiler zur Einstellung des Sollwerts Usoll.
Eine weitere RC-Baugruppe 28 dient zur Dimensionierung
der Referenzspannung für die Steuereinheit 18.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004013033
B3 [0002, 0004]