DE102007040423A1 - Verfahren zum Betreiben eines umrichtergespeisten Elektromotors, umrichtergespeister Elektromotor und Verfahren zum Betreiben einer Anlage - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines umrichtergespeisten Elektromotors, umrichtergespeister Elektromotor und Verfahren zum Betreiben einer Anlage Download PDF

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Helge Thomas
Dieter Pahlke
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SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/64Controlling or determining the temperature of the winding

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines umrichtergespeisten Elektromotors mit einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse und umrichtergespeister Elektromotor, wobei im generatorischen Betrieb elektrische Energie einer Wicklung, insbesondere Erregerspulenwicklung, der Bremse zugeführt und dort als magnetische Energie zwischengespeichert und/oder in Wärmeenergie umgesetzt wird, wobei im motorischen Betrieb zeitweise der der Wicklung zugeführte Strom und die zugehörige an der Wicklung anliegende Spannung erfasst wird, wodurch die aktuelle Temperatur der Wicklung bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des ohmschen Widerstandes der Wicklung bei einer Referenztemperatur, wobei im generatorischen Betrieb die aktuelle oder eine prognostizierte Temperatur aus einem rechnerischen Modell bestimmt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines umrichtergespeisten Elektromotors, einen umrichtergespeisten Elektromotor und Verfahren zum Betreiben einer Anlage.
  • Aus der DE 197 34 405 ist bekannt, im generatorischen Betrieb elektrische Leistung eine Bremsspulenwicklung, also Erregerspulenwicklung, zuzuführen. Dabei ist auch offenbart, dass Strom und Spannung erfasst werden, um unter Berücksichtigung der thermischen Zeitkonstante festzustellen, ob die thermische Belastung des Bremswiderstandes einen kritischen Betrag übersteigt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Erregerspule eines Antriebs in einer Anlage besser auszunutzen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1, bei dem Motor nach den in Anspruch 16 und bei dem Verfahren zum Betreiben einer Anlage nach den in Anspruch 17 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale dem Verfahren zum Betreiben eines Umrichtergespeisten Elektromotors mit einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse sind, dass im generatorischen Betrieb elektrische Energie einer Wicklung, insbesondere Erregerspulenwicklung, der Bremse zugeführt und dort als magnetische Energie zwischengespeichert und/oder in Wärmeenergie umgesetzt wird,
    wobei im motorischen Betrieb zeitweise der der Wicklung zugeführte Strom und die zugehörige an der Wicklung anliegende Spannung erfasst wird, wodurch die aktuelle Temperatur der Wicklung bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des ohmschen Widerstandes der Wicklung bei einer Referenztemperatur,
    wobei im generatorischen Betrieb die aktuelle oder eine prognostizierte Temperatur aus einem rechnerischen Modell bestimmt werden.
  • Von Vorteil ist dabei, dass mittels der des rechnerischen Modells auch dann eine Temperatur bestimmbar ist, wenn im generatorischen Betrieb ein sehr dynamisches Temperaturverhalten auftritt. Insbesondere im generatorischen Betrieb ist ein Aktualisieren der wirklichen Temperatur mittels Widerstandserfassung nicht nötig.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Übergang vom motorischen Betrieb zum generatorischen Betrieb der letzt bestimmte Wert der aktuellen Temperatur an das rechnerische Modell übergeben. Von Vorteil ist dabei, dass der Startwert möglichst genau mit dem wirklichen Wert übereinstimmt und die zeitliche Entwicklung vom Modell zu bestimmen ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im motorischen Fall zur Bestimmung der aktuellen Temperatur für eine Zeitspanne ein Messstrom der Wicklung derart zugeführt, dass der Haltestrom zum Lüften der Bremse überschritten wird, und am Ende der Zeitspanne der Stromwert und die an der Wicklung anliegende Spannung bestimmt wird. Von Vorteil ist dabei, dass im motorischen Fall eine präzise Temperaturermittelung ermöglicht ist.
  • Bei Ausfall des Haltestromes, also bei unbestromter Wicklung, fällt die Bremse ein und hält somit die Rotorwelle des Elektromotors in Position.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird
    • – im generatorischen Betrieb der der Wicklung zugeführte Strom erfasst,
    • – daraus und aus einem von der letztbestimmten aktuellen Temperatur abhängigen Widerstandswert der Wicklung die in die Wicklung eingebrachte Wärmeleistung bestimmt, welche dem rechnerischen Modell zugeführt wird,
    • – und daraus die neue aktuelle Temperatur bestimmt.
  • Von Vorteil ist dabei, dass auch im generatorischen Betrieb eine genaue Bestimmung der Temperatur ermöglicht ist, wobei allerdings nur ein Modell zugrundegelegt wird. Vorteiligerweise ist aber der Startwert des Modells sehr nahe an dem wirklichen Wert.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das rechnerische Modell als mehrstufiges Temperaturmodell, insbesondere gemäß einem mehrstufigen Wärmeersatzschaltbild, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine sehr exakte Bestimmung des Temperaturverlaufs ermöglicht ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das rechnerische Modell derart mehrstufig ausgeführt, dass
    der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zu mindestens einer weiteren Komponente der Bremse und
    der Wärmeübergangswiderstand von der weiteren Komponente zur Umgebung sowie die Wärmekapazität der Wicklung und die Wärmekapazität der weiteren Komponente berücksichtigt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Modellierung der Konstruktionsart der Bremse in wichtigen Ausgestaltungen nahe kommt.
  • Noch genauer wird die Modellierung, wenn das rechnerische Modell derart mehrstufig ausgeführt ist, dass
    der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zu mindestens einer weiteren Komponente der Bremse und
    der Wärmeübergangswiderstand von der weiteren Komponente zu mindestens einer dritten Komponente und
    der Wärmeübergangswiderstand von der dritten Komponente zur Umgebung sowie die Wärmekapazität der Wicklung und die Wärmekapazität der weiteren Komponente berücksichtigt wird. Somit wird auch die Vergussmasse und der Spulenkörper aus Guss, wie Stahlguss oder Grauguss, berücksichtigt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden im motorischen Betrieb die Eingangsparameter des rechnerischen Modells mit jeweiligen aktuellen Werten befüllt. Von Vorteil ist dabei, dass auch im motorischen Betrieb das Modell berechenbar ist und somit die Variablen jederzeit mit der Wirklichkeit möglichst nahe kommenden Werten befüllt sind. Somit ist bei einem Umschalten auf den generatorischen Betrieb dann ein Fortführen des Modells ermöglicht ohne wesentliche Störungen. Insbesondere wird im motorischen Betrieb also auch das rechnerische Modell aktiviert, seine Ergebniswerte werden aber nicht verwendet.
  • Darüber hinaus ist aber auch eine Verwendung der Ergebnisse möglich und vorteilhaft. Beispielhaft ist hierfür auch im motorischen Fall eine Temperaturprognose ausführbar. Beispielsweise ist bei einer prognostiziert fallenden Temperatur auch die Aufnahmefähigkeit für an die Wicklung abzuführende Leistung prognostizierbar. Genauer gesagt, es ist die Temperatur prognostizierbar, die bei gleicher oder anderer Betriebsweise in beispielhaft 30 Sekunden vorhanden sein wird. Für diesen zukünftigen Temperaturwert und einen dort einsetzenden generatorischen Betrieb ist die erlaubte, gerade noch zulässige Aufnahme an elektrischer Leistung bestimmbar. Auf diese Weise ist ein rechtzeitiges Warnen ermöglicht für den Fall, dass die vorgesehene Betriebsweise unzulässig hohe Werte an Temperatur erreicht. Wenn der prognostizierte Temperaturwert kleiner ist als der aktuell vorhandene, ist sogar eine größere Aufnahmefähigkeit prognostizierbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im motorischen Betrieb ein einstufiges Modell angewendet. Von Vorteil ist dabei, dass in besonders einfacher Weise eine sehr genaue Bestimmung der Temperatur ermöglicht ist. Bei einer ersten Variante wird hierzu eine Zeitspanne bestimmt, nach deren Ablauf die Reglerstruktur eingeschwungen ist. Am Ende der Zeitspanne wird dann eine Bestimmung der Temperatur aus dem erfassten Stromwert und zugehörigen an der Wicklung anliegender Spannungswert ermöglicht. Dieser aktuelle Temperaturwert wird dem Modell zugeführt. Außerdem wird dem Modell in jedem Zeitschritt ein Wert für die vom erfassten Stromwert abhängige Leistung P = R × |^2 zugeführt. Somit ist aus der zugeführten elektrischen Leistung, die in ohmsche Wärme in der Wicklung umgesetzt wird und dem zum Ablauf der Zeitspanne bestimmten Temperaturwert der Verlauf der Temperatur bestimmbar unter Verwendung des Modells.
  • Gleichermaßen ist auch bei einem mehrstufigen Modell im motorischen und auch im generatorischen Modell eine Zuführung der bestimmten elektrischen Leistung vorteilhaft. Im motorischen Betrieb wird auch dann zeitweise jeweils am Ende der genannten Zeitspannen der aktuelle Temperaturwert bestimmt und zur Aktualisierung der Parameter des Modells verwendet.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im motorischen Betrieb ein derart einstufiges Modell angewendet, dass nur der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zur Umgebung und die Wärmekapazität der Wicklung berücksichtigt wird. Von Vorteil ist dabei, dass das Modell einfach und schnell von der Recheneinheit ausführbar ist und entsprechend einfach die Bestimmung erfolgt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird aus dem rechnerischen Modell heraus ein Temperaturwert prognostiziert, mit einem kritischen Wert verglichen und davon abhängig eine Aktion, insbesondere eine Warnung, ein Alarm, eine Leistungsreduktion, eine Aktivierung der Bremse oder eine Abschaltung, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine vorausschauende Betriebsweise ermöglicht ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird auch im motorischen Betrieb der prognostizierte Temperaturwert des rechnerischen Modells verwendet, insbesondere zur Überwachung des Antriebs. Von Vorteil ist dabei, dass auch im motorischen Betrieb eine genaue Bestimmung der Temperatur erreichbar ist und eine vorausschauende Betriebsweise ermöglicht ist.
  • Wichtige Merkmale bei dem Umrichtergespeisten Elektromotor mit einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse sind, dass im generatorischen Betrieb ein elektrischer Schalter zur Steuerung eines elektrischen Energieflusses in eine Wicklung, insbesondere Erregerspulenwicklung, der Bremse vorgesehen ist, insbesondere zur dortigen Zwischenspeicherung als magnetische Energie und/oder Umsetzung in Wärmeenergie, wobei der elektrische Schalter die Zuführung des der Wicklung zugeführten Stroms bestimmt, wobei Mittel zur Erfassung des Stromes und der zugehörigen an der Wicklung anliegenden Spannung vorgesehen sind, wobei Leitungen zur Zuführung der Signale der Mittel zu einer Recheneinheit des Umrichters hin vorgesehen sind zur Bestimmung der aktuellen Temperatur der Wicklung im motorischen Betrieb beziehungsweise im generatorischen Betrieb zur Bestimmung der aktuellen oder prognostizierten Temperatur aus einem rechnerischen Modell, wobei Vergleichsmittel zum Vergleichen der aktuellen Temperatur mit einem kritischen Temperaturwert vorgesehen sind.
  • Von Vorteil ist dabei, dass mittels der genauen Temperaturverlaufsbestimmung des mehrstufigen Modells eine möglichst gute Ausnutzung der Aufnahmefähigkeit der Wicklung für im generatorischen Betrieb an diese abzuführende Leistung ermöglicht ist.
  • Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben einer Anlage sind, dass die Anlage einen mit einer zentralen Steuerung zum Datenaustausch verbundenen Antrieb umfasst, wobei der Antrieb den in zumindest einem Zeitabschnitt der Vergangenheit aufgetretenen Belastungsverlauf, insbesondere umfassend motorische und generatorische Zeitabschnitte, einer Temperaturverlaufsprognose für eine Komponente des Antriebs, zugrunde legt,
    die prognostizierte Temperatur mit einem kritischen Wert vergleicht,
    und bei Überschreiten des kritischen Wertes eine Warnung an die zentrale Steuerung herausgibt.
  • Vorteiligerweise ist als Komponente die die Wicklung der Bremse des Antriebs, die Statorwicklung des Elektromotors des Antriebs und/oder die Leistungshalbleiter des den Elektromotors speisenden Umrichters des Antriebs verwendbar und somit die Erfindung auf verschiedene thermisch wenig belastbare Komponenten beziehbar.
  • Insbesondere wird ein mehrstufiges Modell verwendet und somit eine wirklichkeitsnahe Modellberechnung ermöglicht.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
  • In der 1 ist der Schaltplan einer erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt.
  • Dabei wird ein Gleichrichter GR aus dem Netz versorgt und die gleichgerichtete unipolare Spannung mittels des Zwischenkreiskondensators, also der Kapazität C, geglättet. Aus dieser wird der Wechselrichter WR versorgt zur Speisung des Drehstrommotors M.
  • Die Ansteuerung 1 steuert den Schalter S1 abhängig von den Ergebnissen der innerhalb des Umrichters 3 gemachten rechnerischen Bestimmungen an.
  • Der vom Schalter S1 feigegegebene Strom der Bremsspulenwicklung L1, welche geteilt ausgeführt ist, also mit Zwischenabgriff, wird über den Shuntwiderstand R1 geführt und bestimmt.
  • In 2 ist ein Querschnitt durch die Bremse gezeigt, wobei die rotationssymmetrische Achse der Bremse in der Schnittebene enthalten ist.
  • Der Spulenkörper 20, insbesondere ein Magnetkörper, ist aus Stahlguss, Gusseisen oder dergleichen, ausgeführt. Die Wicklung 21 ist aus Kupferdrähten ausgeführt. Der Spulenträger 22 ist aus einem Kunststoffmaterial ausgeführt und nach Einlegen in den Spulenkörper 20 zusammen mit der Wicklung 21 mittels Vergussmasse 23 vergossen. An manchen Stellen berührt der Spulenträger 22 die Wicklungsdrähte der Wicklung 21. An den sonstigen Stellen umgibt Vergussmasse die Wicklung und teilweise auch den Spulenträger 22.
  • Für die rechnerische Modellierung des Wärmeverhaltens der Bremsspule werden Modellannahmen gemacht und ein zwei- oder mehrstufiges Wärmemodell verwendet. Ein Beispiel hierzu ist in 3 ausgeführt.
  • Dabei stellt der untere Teil der 3 das Wärmemodell für den motorischen Betrieb dar. Hierbei ist ein Wärmeübergangswiderstand Rth5 von der Wicklung bis zur Umgebung und die Wärmekapazität C1 der Wicklung berücksichtigt. Als Wärmequelle H2 liegt bei gelüfteter Bremse ein Haltestrom an. Außerdem wird in großen zeitlichen Abständen, beispielsweise alle 20 oder 30 Sekunden, für eine Zeitspanne ein größerer Wicklungsstrom als Messstrom vorgegeben, wobei die Zeitspanne derart lange währt, dass eine genaue Bestimmung der Temperatur der Spule aus der Bestimmung des ohmschen Widerstandes der Spule erfolgen kann. Denn bei Vorgeben des Wicklungsstromes muss die Regelung sich etwas einschwingen. Die Zeitspanne beträgt einige Hundert Millisekunden, beispielsweise 200 ms. Bei Auslaufen der Zeitspanne wird mittels des Shuntwiderstandes der Strom erfasst und aus dem Quotient der ebenfalls erfassten an der Wicklung anliegenden Spannung, insbesondere Zwischenkreisspannung, und diesem erfassten Stromwert der ohmsche Widerstand der Wicklung bestimmt.
  • In der im Umrichter befindlichen Recheneinheit ist außerdem der ohmsche Widerstandswert der Wicklung für eine Temperatur von 20°C hinterlegt. Aus diesem und dem wie oben geschildert bestimmten Widerstandswert wird der aktuelle Temperaturwert der Wicklung bestimmt, wobei hierzu die Widerstandsänderung pro Kelvin Temperaturänderung als Materialkonstante berücksichtigt wird. Das Material der Wicklung ist vorzugsweise Kupfer und die Widerstandsänderung pro Kelvin hiervon bekannt und in der Recheneinheit hinterlegt.
  • Allerdings ist die Bestimmung des ohmschen Widerstandswerts der Wicklung für eine Temperatur von 20°C bei einer Massenproduktion von erfindungsgemäßen Antrieben nur aufwendig ausführbar. Daher wird ein Durchschnittswert hinterlegt, von dem der individuelle wirkliche Wert erheblich, beispielsweise 5 bis 10 Prozent, abweichen kann, da eine fertigungsbedingte Schwankungsbreite vorhanden ist.
  • Der auf die geschilderte Weise bestimmte aktuelle Temperaturwert wird dem Modell zugeführt und dieses somit aktualisiert. In jedem Zeitschritt wird außerdem der Stromwert erfasst und daraus die Leistung P = R × |^2 bestimmt und ebenfalls dem Modell als Wärmeleistung zugeführt.
  • Auf diese Weise ist der Temperaturverlauf mittels des Modells bestimmbar, insbesondere in den zwischen den Zeitspannen liegenden Zeitbereichen.
  • Wenn nun vom motorischen in den generatorischen Betrieb des Antriebs gewechselt wird, schaltet der Umschalter 30 entsprechend um und der obere Teil wird zur Bestimmung von Temperaturen verwendet. Die Wärmequelle H1 des oberen Teils der 3 wird wie auch die Wärmequelle H2 mit der aus den in jedem Zeitschritt bestimmten Stromwerten bestimmten Leistung betrieben. Das nachgeordnete Wärmemodell ist im Gegensatz zum unteren Teil der 3 mehrstufig. Dabei werden die Wärmekapazität C2 der Vergussmasse, die Wärmekapazität C3 des Spulenkörpers, die Wärmekapazität C4 des Gehäuses sowie die einzelnen Widerstände, wie der Wärmeübergangswiderstand Rth1 von der Wicklung zur Vergussmasse, der Wärmeübergangswiderstand Rth2 von der Vergussmasse zum Spulenkörper und der Wärmeübergangswiderstand Rth3 vom Spulenkörper zur Umgebung berücksichtigt. Die Mehrstufigkeit bezieht sich also auf die modelltechnische Auftrennung der Wärmeübergänge, wobei jedem Wärmeübergang von einer zu einer nächsten Komponente ein Wärmeübergangswiderstand und eine Wärmekapazität der Komponente zugeordnet ist. Zur Vereinfachung sind Vergussmasse und Spulenträger als eine einzige Komponente ausgeführt.
  • Da nach der Ausführung nach 3 die Vergussmasse und der Spulenkörper als eine einzige Komponente betrachtet wird, sind die Wärmekapazität C2 der Vergussmasse und die Wärmekapazität C3 des Spulenkörpers parallel geschaltet.
  • Im generatorischen Betrieb wird zur Temperaturbestimmung nur das Modell verwendet. Es wird in diesem Fall also kein Messstrom vorgesehen, der mit dem obengenannten Messstrom für den motorischen Betrieb vergleichbar wäre. Dabei wird der Haltestrom zum Lüften der Bremse überlagert von dem zugeführten Stromanteil, welcher im generatorischen Betrieb der Wicklung zugeführt wird zur Abführung der elektrischen generatorisch erzeugten Energie.
  • Da kein Umgebungstemperaturwert erfasst ist, wird das Modell auf einen aus Sicherheitsgründen hohen, vorgegebenen Umgebungstemperaturwert bezogen, beispielsweise also 20°C oder 40°C.
  • Für die Dimensionierung des Modells gilt der Zusammenhang Rth5 = Rth1 + Rth2 + Rth3.
  • In der beschriebenen Weise wird also im motorischen Betrieb die Temperatur der Wicklung über Erfassung von Strom und Spannung bestimmt. Bei Übergang des motorischen in den generatorischen Fall wird nur über die Modellbildung die Temperatur erfasst. Jedoch führt die Mehrstufigkeit des Modells zu einer hohen Genauigkeit, so dass ein zuverlässiger Modellwert für die aktuelle Temperaturerfassung bestimmbar ist. Somit ist eine besseren Ausnutzung der Bremsspule zum Abführen der generatorischen Energie vorsehbar.
  • Vorteiligerweise ist mittels des Modells auch eine Prognose, also Vorausberechnung der sich einstellenden Temperatur an der Wicklung ermöglicht, bei Annahmen über den zukünftigen Belastungsverlauf. Somit ist ein vorsorgliches Handeln, wie rechtzeitiges Abschalten, Reduzieren der Leistung, Ansteuern einer Bremse, Herausgeben einer Warnung und/oder Herausgeben eines Alarms ausführbar.
  • Vorzugsweise wird für das Prognostizieren ein Belastungsverlauf angenommen, der dem vergangenen zumindest in einem Zeitintervall entspricht. Hierfür wird die Temperatur prognostiziert und eine Warnung herausgegeben, wenn ein kritischer Wert überschritten würde.
  • In Weiterbildung sind auch verschiedene Belastungsverläufe verwendbar, wobei zu jedem überprüft wird, ob der kritische Wert überschritten wird und dementsprechend zu jedem Belastungsverlauf eine Warnung zugeordnet oder nicht.
  • Vorteiligerweise übermittelt eine zentrale Steuerung dem zum Datenaustausch verbundenen Antrieb einen zukünftig geplanten Belastungsverlauf, den dieser dann auf Überschreiten des kritischen Wertes überprüft und entsprechend eine Warnung oder Freigabe zurückmeldet.
  • Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird zusätzlich die Umgebungstemperatur erfasst und berücksichtigt, wodurch die Temperaturbestimmung noch genauer erfolgt.
  • Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden Vergussmasse und Spulenträger als getrennte Komponenten gewählt und modelliert, wobei somit das Modell noch eine Stufe zusätzlich umfasst. Hierdurch wird eine noch genauere, aber auch aufwendigere Bestimmung des Temperaturverlaufs ermöglicht.
  • GR
    Gleichrichter
    WR
    Wechselrichter
    M
    Drehstrommotor
    C
    Kapazität
    1
    Ansteuerung
    2
    Rechnereinheit
    3
    Umrichter
    20
    Spulenkörper
    21
    Wicklung
    22
    Spulenträger
    23
    Vergussmasse
    30
    Umschaltung
    R1
    Shuntwiderstand
    L1
    Bremsspulenwicklung mit Mittelabgriff
    S1
    Schalter
    C1
    Wärmekapazität der Wicklung
    C2
    Wärmekapazität der Vergussmasse
    C3
    Wärmekapazität des Spulenkörpers
    C4
    Wärmekapazität des Gehäuses
    Rth1
    Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zur Vergussmasse
    Rth2
    Wärmeübergangswiderstand von der Vergussmasse zum Spulenkörper
    Rth3
    Wärmeübergangswiderstand vom Spulenkörper zur Umgebung
    Rth5
    Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung bis zur Umgebung
    H1
    Wärmequelle/Wärmeleistungsquelle
    H2
    Wärmequelle/Wärmeleistungsquelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19734405 [0002]

Claims (19)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Umrichtergespeisten Elektromotors mit einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse, insbesondere einer mechanischen Bremse, wobei im generatorischen Betrieb elektrische Energie einer Wicklung, insbesondere Erregerspulenwicklung, der Bremse zugeführt und dort als magnetische Energie zwischengespeichert und/oder in Wärmeenergie umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im motorischen Betrieb zeitweise der der Wicklung zugeführte Strom und die zugehörige an der Wicklung anliegende Spannung erfasst wird, wodurch die aktuelle Temperatur der Wicklung bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des ohmschen Widerstandes der Wicklung bei einer Referenztemperatur, wobei im generatorischen Betrieb die aktuelle und/oder eine prognostizierte Temperatur nur aus einem rechnerischen Modell bestimmt werden.
  2. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im motorischen Betrieb zwischen den Zeitpunkten der Bestimmung der aktuellen Temperatur der Wicklung ein ein- oder mehrstufiges rechnerisches Modell verwendet wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im motorischen Betrieb zur Bestimmung der aktuellen Temperatur der Wicklung ein Messstrom von einem Stromregler derart eingeprägt wird, so dass der Strom der den Haltestrom zum Lüften der Bremse übersteigt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom in jedem Zeitschritt erfasst wird, insbesondere im generatorischen und motorischen Betrieb, und daraus die in die Wicklung eingebrachte Wärmeleistung bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des von der Temperatur abhängigen ohmschen Widerstandes der Wicklung.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übergang vom motorischen Betrieb zum generatorischen Betrieb der letzt bestimmte Wert der aktuellen Temperatur oder der aus dem im motorischen Betrieb aktivierten rechnerische Modell an dasjenige rechnerische Modell übergeben wird, welches im generatorischen Betrieb aktiviert ist.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im motorischen Fall zur Bestimmung der aktuellen Temperatur für eine Zeitspanne ein den Haltestrom übersteigender Messstrom der Wicklung zugeführt wird und am Ende der Zeitspanne der Stromwert und die an der Wicklung anliegende Spannung bestimmt wird, wobei die Zeitspanne zwischen 100 ms und 1 s beträgt.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – im generatorischen Betrieb der der Wicklung zugeführte Strom erfasst wird, – daraus und aus einem von der letztbestimmten aktuellen Temperatur abhängigen Widerstandswert der Wicklung die in die Wicklung eingebrachte ohmsche Wärmeleistung bestimmt wird, welche dem rechnerischen Modell zugeführt wird, – daraus die neue aktuelle Temperatur bestimmt wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rechnerische Modell als mehrstufiges Temperaturmodell, insbesondere gemäß einem mehrstufigen Wärmeersatzschaltbild, ausgeführt ist.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rechnerische Modell derart mehrstufig ausgeführt ist, dass der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zu mindestens einer weiteren Komponente der Bremse und der Wärmeübergangswiderstand von der weiteren Komponente zur Umgebung sowie die Wärmekapazität der Wicklung und die Wärmekapazität der weiteren Komponente berücksichtigt wird.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rechnerische Modell derart mehrstufig ausgeführt ist, dass der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zu mindestens einer weiteren Komponente der Bremse und der Wärmeübergangswiderstand von der weiteren Komponente zu mindestens einer dritten Komponente und der Wärmeübergangswiderstand von der dritten Komponente zur Umgebung sowie die Wärmekapazität der Wicklung und die Wärmekapazität der weiteren Komponente berücksichtigt wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im motorischen Betrieb Parameter des rechnerischen Modells mit jeweiligen aktuellen Werten befüllt und aktualisiert werden, insbesondere die Wärmeleistung in jedem Zeitschritt und in größeren Zeitabständen die dann jeweils aktuelle Temperatur.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im motorischen Betrieb auch das rechnerische Modell aktiviert wird, insbesondere nicht aber seine Ergebniswerte verwendet werden.
  13. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im motorischen Betrieb ein derart einstufiges Modell angewendet wird, dass nur der Wärmeübergangswiderstand von der Wicklung zur Umgebung und die Wärmekapazität der Wicklung berücksichtigt wird.
  14. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem rechnerischen Modell heraus ein Temperaturwert prognostiziert wird, mit einem kritischen Wert verglichen wird und davon abhängig eine Aktion, insbesondere eine Warnung, ein Alarm, eine Leistungsreduktion, eine Aktivierung der Bremse oder eine Abschaltung, ausgeführt wird.
  15. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch im motorischen Betrieb der prognostizierte Temperaturwert des rechnerischen Modells verwendet wird, insbesondere zur Überwachung des Antriebs.
  16. Umrichtergespeister Elektromotor mit einer elektromagnetisch betätigbaren Bremse, wobei im generatorischen Betrieb ein elektrischer Schalter zur Steuerung eines elektrischen Energieflusses in eine Wicklung, insbesondere Erregerspulenwicklung, der Bremse vorgesehen ist, insbesondere zur dortigen Zwischenspeicherung als magnetische Energie und/oder Umsetzung in Wärmeenergie, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter die Zuführung des der Wicklung zugeführten Stroms bestimmt, wobei Mittel zur Erfassung des Stromes und der zugehörigen an der Wicklung anliegenden Spannung vorgesehen sind, wobei Leitungen zur Zuführung der Signale der Mittel zu einer Recheneinheit des Umrichters hin vorgesehen sind zur Bestimmung der aktuellen Temperatur der Wicklung im motorischen Betrieb beziehungsweise im generatorischen Betrieb zur Bestimmung der aktuellen oder prognostizierten Temperatur aus einem rechnerischen Modell, wobei Vergleichsmittel zum Vergleichen der aktuellen Temperatur mit einem kritischen Temperaturwert vorgesehen sind.
  17. Verfahren zum Betreiben einer Anlage, umfassend einen mit einer zentralen Steuerung zum Datenaustausch verbundenen Antrieb, wobei der Antrieb den in zumindest einem Zeitabschnitt der Vergangenheit aufgetretenen Belastungsverlauf, insbesondere umfassend motorische und generatorische Zeitabschnitte, einer Temperaturverlaufsprognose für eine Komponente des Antriebs, zugrunde legt, die prognostizierte Temperatur mit einem kritischen Wert vergleicht, und bei Überschreiten des kritischen Wertes eine Warnung an die zentrale Steuerung herausgibt.
  18. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente die die Wicklung der Bremse des Antriebs, die Statorwicklung des Elektromotors des Antriebs und/oder die Leistungshalbleiter des den Elektromotors speisenden Umrichters des Antriebs ist.
  19. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrstufiges Modell verwendet wird.
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