DE102009039481A1

DE102009039481A1 - Device for starting current limiting of motor current for electrically operated machines or drives, has control electronic system with current control unit

Info

Publication number: DE102009039481A1
Application number: DE200910039481
Authority: DE
Inventors: Uwe Zimmermann; Michael Krauss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-03

Abstract

The device has a control electronic system (2) with a current control unit. A current limiting resistor (7) is connected in a row to a motor inductance (4) and a motor coil resistance (5) of a motor (6) of the machine or the drive. An electronic switch (8) is connected parallel to the current limiting resistor. An independent claim is also included for a method for starting current limiting of motor current for electrically operated machines or drives.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Anlaufstrombegrenzung für elektrisch betriebene Maschinen oder Antriebe, wie beispielsweise für Wärmepumpen oder Kältemaschinen.The present invention relates to a device and a method for starting current limiting for electrically operated machines or drives, such as for heat pumps or refrigerators.

Um die Netzqualität eines Energieversorgers nicht zu beeinträchtigen, dürfen pro jeweiligem Hausanschluss in Abhängigkeit von dessen Auslegung unter anderem Nenn- und Spitzenströme des Lastabnehmers von dem jeweiligen Energieversorgungsunternehmen definierte Werte nicht überschreiten. Bei größeren Verbrauchern, wie zum Beispiel Verdichtern für Wärmepumpenaggregate, treten in der Regel jedoch aufgrund der Maschinenparameter sowie der benötigten hohen Anlaufmomente Stromspitzen bzw. Netzrückwirkungen auf, welche die vom Energieversorgungsunternehmen genehmigten Grenzwerte überschreiten können. So tritt beispielsweise beim Stillstand einer Maschine durch ein Einschalten und eine fehlende Gegenspannung am Generator ein hoher Stromimpuls auf, welcher eine Netzrückwirkung verursacht, welche von dem Energieversorgungsunternehmen nicht gewünscht ist.In order not to impair the power quality of an energy supplier, depending on its design, depending on its design, among other things, rated and peak currents of the load consumer must not exceed defined values by the respective energy supply company. For larger consumers, such as compressors for heat pump units, however, occur due to the machine parameters and the required high starting torques current peaks or network perturbations that may exceed the approved by the utility company limits. Thus, for example, when a machine is switched off due to a switch-on and a missing counter-voltage on the generator, a high current pulse occurs, which causes a grid reaction, which is not desired by the energy supply company.

Zur Begrenzung dieser Stromspitzen bzw. Netzrückwirkungen werden zur Zeit Stern-Dreieck-Anlaufschaltungen, Strombegrenzungen mittels Vorwiderständen, Strombegrenzungen mittels Vorwiderständen mit Temperaturgang (NTCs) oder auch f/U-Steller, das heißt Frequenzumrichter, verwendet. Lösungen mittels Frequenzumrichtern besitzen jedoch den Nachteil, dass sie technisch aufwendig und damit kostenintensiv sind. Lösungen mittels Vorwiderständen sind relativ unflexibel, d. h. diese müssen speziell für die jeweilige Maschine dimensioniert werden. Außerdem ist keine Stromregelung während des Hochlaufs des Maschine (Hochlauf = Hochdrehen der E-Maschine) bis Nenndrehzahl möglich.To limit these current peaks or system perturbations currently star-delta start-up circuits, current limits by means of series resistors, current limits by means of series resistors with temperature response (NTCs) or f / U controller, that is, frequency converter used. However, solutions by means of frequency converters have the disadvantage that they are technically complicated and therefore cost-intensive. Solutions by means of series resistors are relatively inflexible, d. H. These must be specially dimensioned for the respective machine. In addition, no current control is possible during the run-up of the machine (run-up = revving up of the electric machine) up to the rated speed.

Mittels NTCs (temperaturabhängigen Widerständen) kann derzeit ein Nachstellen des Stromes für den Hochlauf gesteuert werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass der Widerstandswert sich bei Erwärmung ändert. Motorstromkennlinien während des Hochlaufs sowie das thermische Modell der NTCs müssen genau aufeinander abgestimmt sein. Auch hier müssen die Strombegrenzungsschaltungen mittels NTCs relativ eng an die jeweiligen Maschinenparameter angepasst werden.By means of NTCs (temperature-dependent resistors), an adjustment of the current for the run-up can currently be controlled. This exploits that the resistance changes when heated. Motor current characteristics during run-up and the thermal model of the NTCs must be precisely matched. Again, the current limiting circuits must be adapted relatively closely to the respective machine parameters by means of NTCs.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässige Anlaufstrombegrenzung für elektrisch betriebene Maschinen oder Antriebe zur Verfügung zu stellen, welche hochgradig zuverlässig ist und dennoch mit geringem Aufwand und günstigen Kosten zur Verfügung gestellt werden kann.It is therefore the object of the present invention to provide a reliable starting current limit for electrically operated machines or drives, which is highly reliable and yet can be made available at low cost and low cost.

Die Aufgabe wird einerseits durch eine Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung für elektrisch betriebene Maschinen oder Antriebe gelöst, wobei die Vorrichtung eine Regelelektronik mit einer Stromregelungseinheit, einem in Reihe zu einer Motorinduktivität und einem Motorwicklungswiderstand (elektrische Zeitkonstante/elektro-mechanische Motorkonstante) eines Motors der Maschine oder des Antriebs geschalteten Stromlimitierungswiderstand und einem parallel zu dem Stromlimitierungswiderstand geschalteten elektronischen Schalter aufweist.The object is achieved on the one hand by a device for starting current limiting for electrically operated machines or drives, wherein the device has an electronic control unit with a current control unit, a series to a motor inductance and a motor winding resistance (electrical time constant / electro-mechanical motor constant) of a motor of the machine or Drive switched Stromlimitierungswiderstand and a parallel connected to the Stromlimitierungswiderstand electronic switch.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Stromregelungseinheit ein Zweipunktregler.According to an advantageous embodiment of the present invention, the current control unit is a two-position controller.

Es ist besonders günstig, wenn die Stromregelungseinheit mit dem elektronischen Schalter und einer in Reihe zu dem Stromlimitierungswiderstand geschalteten Strommessvorrichtung gekoppelt ist. Durch die Strommessvorrichtung wird der Ist-Strom ermittelt, in Abhängigkeit dessen die Stromregelungseinheit den elektronischen Schalter ein- bzw. ausschaltet, um den Motorstrom während der Anlauf-/Hochlaufphase auf den maximal möglichen Strom konstant zu halten, ohne jedoch die von dem EVU (Energieversorgungsunternehmen) vorgegebenen Grenzwerte zu überschreiten.It is particularly favorable if the current regulation unit is coupled to the electronic switch and to a current measuring device connected in series with the current limiting resistor. By the current measuring device, the actual current is determined, depending on the current control unit switches on or off the electronic switch to keep the motor current during the start-up / start-up phase to the maximum possible current constant, but without the energy from the utility company ) exceed specified limits.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die Strommessvorrichtung ein Shunt (Nebenschlusswiderstand) ist oder einen Strommesswandler aufweist. Es kann aber auch anstelle des Shunts ein anderer geeigneter Stromsensor verwendet werden, zum Beispiel ein Stromsensor mittels Hallprinzip oder ein Messstromwandler.It is advantageous if the current measuring device is a shunt (shunt resistor) or has a current measuring transducer. However, it is also possible to use instead of the shunt another suitable current sensor, for example a Hall-effect current sensor or a measuring current transformer.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Stromgleichrichterschaltung auf. Beispielsweise kann als Stromgleichrichterschaltung ein Brückengleichrichter verwendet werden. Die Stromgleichrichterschaltung kann ein- oder mehrphasig sein.The device according to the invention preferably has a current rectifier circuit. For example, a bridge rectifier can be used as the current rectifier circuit. The current rectifier circuit may be single-phase or multi-phase.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung eine Referenzvorgabeeinheit zum Vorgeben eines Stromsollwertes für die Regelelektronik auf. Zur Referenzvorgabe kann beispielsweise ein Regler, ein Potentiometer, ein Mikrocontroller oder ein DA-Wandler eingesetzt werden.In a particularly advantageous development of the present invention, the device has a reference presetting unit for specifying a current setpoint for the control electronics. For reference, for example, a controller, a potentiometer, a microcontroller or a DA converter can be used.

Der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte elektronische Schalter kann beispielsweise ein Insulated Gate Bipolar Transistor (IGPT) sein. Es können aber auch ein Bipolartransistor oder ein MOSFET als elektronischer Schalter verwendet werden.The electronic switch used in the device according to the invention can be, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGPT). However, a bipolar transistor or a MOSFET may also be used as the electronic switch.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Anlaufstrombegrenzung eines Motorstroms für elektrisch betriebene Maschinen oder Antriebe gelöst, wobei einem Motor der Maschine oder des Antriebs eine Regelelektronik mit einer Stromregelungseinheit, einem in Reihe zu einer Motorinduktivität und einem Motorwiderstand des Motors geschalteten Stromlimitierungswiderstand und einem parallel zu dem Stromlimitierungswiderstand geschalteten elektronischen Schalter vorgeschaltet wird, und die Stromregelungseinheit den elektronischen Schalter einschaltet, wenn der Motorstrom kleiner als ein vorgegebener Maximalmotorstrom ist, und den elektronischen Schalter ausschaltet, wenn der Motorstrom größer als der Maximalmotorstrom ist. The object is further achieved by a method for starting current limitation of a motor current for electrically operated machines or drives, wherein a motor of the machine or the drive control electronics with a current control unit, a series connected to a motor inductance and a motor resistor of the motor Stromlimitierungswiderstand and a parallel to upstream of the current limiting resistor electronic switch, and the current control unit turns on the electronic switch when the motor current is less than a predetermined maximum motor current, and turns off the electronic switch when the motor current is greater than the maximum motor current.

Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird durch die Regelelektronik ein Ist-Strom durch einen Strommesswiderstand ermittelt und von der Stromregelungseinheit zur Stromregelung verarbeitet.According to an advantageous embodiment of the present invention, an actual current is determined by a current measuring resistor and processed by the current control unit for current regulation by the control electronics.

Es ist ferner besonders von Vorteil, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein von einem Versorgungsnetz kommender Wechselstrom in der Vorrichtung in einen Gleichstrom gewandelt wird. Hierfür kann beispielsweise eine Brückengleichrichterschaltung, die auf Dioden basiert, verwendet werden.It is also particularly advantageous if, in the method according to the invention, an alternating current coming from a supply network in the device is converted into a direct current. For this purpose, for example, a bridge rectifier circuit based on diodes can be used.

Vorzugsweise wird der elektronische Schalter mit einer von der Motorinduktivität abhängigen Schaltfrequenz geschaltet. Typischerweise wird dabei die Motorinduktivität mit einer e-Funktion geladen bzw. entladen.The electronic switch is preferably switched with a switching frequency dependent on the motor inductance. Typically, the motor inductance is charged or discharged with an e-function.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Regelelektronik ein Stromsollwert vorgegeben. Der Stromsollwert kann beispielsweise durch einen Regler, ein Potentiometer, einen Mikrocontroller oder einen DA-Wandler zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann der Stromsollwert als konstanter Wert oder auch in Form einer Sollfunktion vorgegeben werden. So ist es gemäß einer erfindungsgemäßen Option besonders von Vorteil, wenn der Sollwert über eine beispielsweise in einem Mikrocontroller integrierte Software entsprechend den jeweiligen Erfordernissen konfiguriert wird.According to one embodiment of the method according to the invention, the control electronics are given a current setpoint. The current setpoint can be made available, for example, by a regulator, a potentiometer, a microcontroller or a DA converter. Here, the current setpoint can be specified as a constant value or in the form of a desired function. Thus, according to an option according to the invention, it is particularly advantageous if the desired value is configured via a software integrated, for example, in a microcontroller in accordance with the respective requirements.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden der elektronische Schalter, ein Gleichrichter der Regelelektronik, eine Strommessvorrichtung der Regelelektronik und der Stromlimitierungswiderstand nach einem Hochlauf der Maschine oder des Antriebs kurzgeschlossen. Der Kurzschluss kann mit einem Relais oder mit einem Schütz realisiert werden. Auf diese Weise kann die durch einen Betrieb der Regelelektronik entstehende Verlustleistung im Dauerbetrieb der Maschine bzw. des Antriebs eliminiert werden.In a further embodiment of the present invention, the electronic switch, a rectifier of the control electronics, a current measuring device of the control electronics and the Strombegritierungswiderstand be shorted after a startup of the machine or the drive. The short circuit can be realized with a relay or with a contactor. In this way, the power loss resulting from an operation of the control electronics can be eliminated during continuous operation of the machine or of the drive.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich daraus, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung als auch das erfindungsgemäße Verfahren sowohl einphasig als auch mehrphasig betrieben werden können.A particular advantage of the present invention results from the fact that the device according to the invention as well as the method according to the invention can be operated both single-phase and multi-phase.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobeiPreferred embodiments of the present invention, their structure, function and advantages are explained in more detail below with reference to the figures of the drawing, wherein

1 schematisch das allgemeine Prinzip der erfindungsgemäßen Anlaufstrombegrenzung darstellt; 1 schematically illustrates the general principle of the start-up current limiting invention;

2 schematisch eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Anlaufstrombegrenzung zeigt; 2 schematically shows a more detailed representation of the start-up current limiting invention;

3 schematisch eine Variante der erfindungsgemäßen Anlaufstrombegrenzung mit einer Referenzvorgabeeinheit zum Vorgeben eines Stromsollwertes für die Regelelektronik zeigt; und 3 schematically shows a variant of the starting current limit of the invention with a reference setting unit for specifying a current setpoint for the control electronics; and

4 schematisch die Schaltungsvariante aus 3 zeigt, in welcher die Regelelektronik kurzgeschlossen ist. 4 schematically the circuit variant 3 shows, in which the control electronics is shorted.

1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlaufstrombegrenzung für elektrisch betriebene Maschinen (E-Maschinen) oder Antriebe. Durch ein Versorgungsnetz 11 wird eine Wechselspannung V₁ zur Verfügung gestellt. Das Versorgungsnetz 11 ist mit einer Regelelektronik 2 gekoppelt, in welcher ein Stromlimitierungswiderstand 7 parallel zu einem durch eine in 1 nicht gezeigte Stromregelungseinheit 3 getakteten elektronischen Schalter 8 geschaltet ist. In Reihe zu der Regelelektronik 2 befindet sich ein Motor 6 der jeweiligen elektrisch betriebenen Maschine bzw. des jeweiligen Antriebs. Der Motor 6 weist eine Motorinduktivität 4 und einen Motorwicklungswiderstand 5 auf. 1 schematically shows the general structure of a start-up current limiting invention for electrically operated machines (electric motors) or drives. Through a supply network 11 An alternating voltage V _{1 is} provided. The supply network 11 is with a control electronics 2 coupled, in which a Stromlimitierungswiderstand 7 parallel to one by one in 1 not shown current control unit 3 clocked electronic switch 8th is switched. In series with the control electronics 2 there is an engine 6 the respective electrically operated machine or the respective drive. The motor 6 has a motor inductance 4 and a motor winding resistance 5 on.

Durch die Stromregelungseinheit 3 wird bei stehendem Motor 6 der elektronische Schalter 8 eingeschalten, wenn der Motorstrom des Motors 6 kleiner als ein vorgegebener Maximalmotorstrom I_max ist. Der elektronische Schalter 8 wird durch die Stromregelungseinheit 3 ausgeschalten, wenn der Motorstrom des Motors 6 größer als der Maximalmotorstrom I_max ist. Idealerweise besitzt der Stromregler 3 eines Hysterese für eine definierte Ein- und Ausschaltschwelle. Dabei schaltet die Regelelektronik 2 den elektronischen Schalter jeweils so, dass immer der gewünschte, vorgegebene Maximalstrom I_max eingehalten wird. Wird dieser Strom nicht erreicht, wird der elektronische Schalter 8 immer eingeschalten. Eine Limitierung ist dann auch nicht mehr notwendig.By the current control unit 3 is when the engine is stopped 6 the electronic switch 8th switched on when the motor current of the motor 6 is smaller than a predetermined maximum motor current I _max . The electronic switch 8th is through the current control unit 3 switched off when the motor current of the motor 6 greater than the maximum motor current I _max . Ideally, the current regulator has 3 a hysteresis for a defined switch-on and switch-off threshold. The control electronics switch 2 the electronic switch in each case so that always the desired, predetermined maximum current I _{max is} maintained. Will not this power reached, the electronic switch 8th always turned on. A limitation is then no longer necessary.

Die zum Schalten des elektronischen Schalters 8 verwendete Schaltfrequenz ist von der Motorinduktivität 4 (L_Motor) und der Schalthysterese im Regler abhängig.The for switching the electronic switch 8th switching frequency used is of the motor inductance 4 (L_motor) and the switching hysteresis in the controller.

Beim Schließen des elektronischen Schalters wird der Strom bzw. der Stromanstieg von der Motorinduktivität 4 und vom Motorwicklungswiderstand 5 bestimmt. Der elektrische Schalter bleibt solange geschlossen, bis ein vorgegebener Maximalstrom I_max erreicht ist. Nach Erreichen von I_max wird der elektronische Schalter geöffnet. Der Strom fließt nun über den Stromlimitierungswiderstand 7 (R_Limit) weiter. Der Stromverlauf wird nun über Motorinduktivität 4, den Motorwicklungswiderstand 5 (R_Motor) und den Stromlimitierungswiderstand 7 (R_Limit) bestimmt. Bei Unterschreiten der Stromhysterese bzw. eines Minimalstromwertes wird der elektronische Schalter wieder geschlossen.When closing the electronic switch, the current or the current increase of the motor inductance 4 and the motor winding resistance 5 certainly. The electrical switch remains closed until a predetermined maximum current I _{max is} reached. After reaching I _max , the electronic switch is opened. The current now flows through the current limiting resistor 7 (R_Limit). The current flow is now via motor inductance 4 , the motor winding resistance 5 (R_motor) and the current limiting resistor 7 (R_limit). When falling below the current hysteresis or a minimum current value, the electronic switch is closed again.

2 zeigt eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Anlaufstrombegrenzung. 2 shows a more detailed representation of the start-up current limiting invention.

Gemäß 2 weist die Regelelektronik 2 die Stromregelungseinheit 3, den elektronischen Schalter 8, den parallel zu dem elektronischen Schalter 8 geschalteten Stromlimitierungswiderstand 7, eine in Reihe zu dem elektronischen Schalter 8 und den Stromlimitierungswiderstand 7 geschaltete Strommessvorrichtung 9 sowie eine aus vier Dioden D1, D2, D3, D4 aufgebaute Brückengleichrichteranordnung 10 als Stromgleichrichterschaltung auf.According to 2 has the control electronics 2 the current regulation unit 3 , the electronic switch 8th parallel to the electronic switch 8th switched current limiting resistor 7 , one in series with the electronic switch 8th and the current limiting resistor 7 switched current measuring device 9 and a bridge rectifier arrangement constructed of four diodes D1, D2, D3, D4 10 as a current rectifier circuit on.

In dem Beispiel von 2 ist der elektronische Schalter ein Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), ein MOSFET oder ein Bipolartransistor.In the example of 2 For example, the electronic switch is an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), a MOSFET, or a bipolar transistor.

Die Strommessvorrichtung 9 ist ein Shunt, kann aber auch ein anderer Strommesswandler sein.The current measuring device 9 is a shunt, but it can also be another current transducer.

Die Dioden D1, D2, D3, D4 des Brückengleichrichters 10 richten den Strom gleich, sodass an den elektronischen Schalter 8 (M1) und den Stromlimitierungswiderstand 7 (R_Limit) ein Gleichstrom geliefert wird.The diodes D1, D2, D3, D4 of the bridge rectifier 10 set the power equal to the electronic switch 8th (M1) and the current limiting resistor 7 (R_Limit) a direct current is supplied.

Geregelt wird durch die Regelelektronik 2 der Motorstrom des Motors 6. Der Sollwert des Motorstroms wird über eine analoge Spannung vorgegeben. Der Istwert des Motorstroms wird durch die Strommessvorrichtung 9 gemessen. Der Sollwert kann entweder über eine geeignete Spannungsreferenz erzeugt werden, zum Beispiel Spannungsregler und/oder Potentiometer, aber auch von einem mit der Stromregelungseinheit 3 gekoppelten Mikrocontroller oder DA-Wandler (Digital-Analog-Wandler) vorgegeben werden.Regulated by the control electronics 2 the motor current of the motor 6 , The setpoint of the motor current is specified via an analog voltage. The actual value of the motor current is determined by the current measuring device 9 measured. The set point can be generated either via a suitable voltage reference, for example voltage regulators and / or potentiometers, but also from one with the current regulation unit 3 coupled microcontroller or DA converter (digital-to-analog converter) can be specified.

Als Reglerprinzip verwendet die Stromregelungseinheit 3 eine Zweipunktregelung, die darauf basiert, dass sich der Stromlimitierungswiderstand 7 aus dem Quotienten der durch das Versorgungsnetz 11 zur Verfügung gestellten Spannung V₁ und dem Maximalstrom I_max errechnet. Wenn der elektronische Schalter 8 ausgeschalten ist, sowie bei stillstehender E-Maschine, errechnet sich der Maximalstrom I_max aus dem Quotienten aus der über dem Stromlimitierungswiderstand 7 und dem elektronischen Schalter 8 abfallenden Spannung U_V1 und der Summe aus dem Stromlimitierungswiderstand 7 und dem Motorwicklungswiderstand 5 des Motors 6.As regulator principle uses the current control unit 3 a two-point control, which is based on that the current limiting resistance 7 from the quotient of the through the utility network 11 provided voltage V ₁ and the maximum current I _max calculated. If the electronic switch 8th is switched off, as well as with stationary electric motor, the maximum current I _{max is} calculated from the quotient of the above the Stromlimitierungswiderstand 7 and the electronic switch 8th decreasing voltage U _V1 and the sum of the current limiting resistor 7 and the motor winding resistance 5 of the motor 6 ,

Durch den aus dem Stromlimitierungswiderstand 7 und dem Motorwicklungswiderstand 5 zusammengesetzten Gesamtwiderstand sinkt der Motorstrom.By the out of the current limiting resistor 7 and the motor winding resistance 5 composite total resistance decreases the motor current.

Wird der elektronische Schalter 8 bei stillstehender E-Maschine eingeschalten, ist der Motorstrom proportional zu dem Quotienten aus abfallender Spannung U_V1 und dem Motorwiderstand 5 des Motors 6.Will the electronic switch 8th When the electric motor is switched off, the motor current is proportional to the quotient of the dropping voltage U _V1 and the motor resistance 5 of the motor 6 ,

Folglich steigt der Motorstrom bei eingeschaltetem Schalter 8 an.Consequently, the motor current increases when the switch is turned on 8th at.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung sowie das entsprechende Verfahren arbeiten wie folgt: Die gezeigte Schaltungsanordnung limitiert den Strom zunächst über die Widerstände des Stromlimitierungswiderstandes 7 und des Motorwicklungswiderstandes 5. Im gleichen Augenblick beginnt die E-Maschine anzulaufen. Durch die erzeugte Gegenspannung, welche bei zunehmender Drehzahl steigt, sinkt der von der E-Maschine aufgenommene Strom. Die Stromregelungseinheit 3 bewirkt, dass elektronischen Schalter 8 taktet bzw. schaltet, um den Strom auf den gewünschten Maximalstrom zu regeln. Außerdem wird dadurch eine thermische Überlastung der Widerstände vermieden. Durch den elektronischen Schalter 8 wird der Stromlimitierungswiderstand 7 durch die gepulste getaktete Schaltung mit einer Rampenfunktion überbrückt und die Maschine läuft mit den von dem EVU maximal erlaubten bzw. möglichen Strom an. Dieser Strom wird erfindungsgemäß durch die in den 1 und 2 dargestellte getaktete Schaltung bereitgestellt.The inventive device for starting current limiting and the corresponding method operate as follows: The circuit shown limits the current initially on the resistors of Strombegritierungswiderstandes 7 and the motor winding resistance 5 , At the same moment the electric machine starts to run. Due to the generated reverse voltage, which increases with increasing speed, the current absorbed by the electric motor decreases. The current regulation unit 3 causes electronic switch 8th clocks or switches to regulate the current to the desired maximum current. In addition, thermal overloading of the resistors is thereby avoided. Through the electronic switch 8th becomes the current limiting resistance 7 bridged by the pulsed clocked circuit with a ramp function and the machine starts with the maximum allowed or possible power from the utilities. This stream is inventively by in the 1 and 2 shown clocked circuit provided.

Hierzu arbeitet der Wandler bzw. die Stromregelungseinheit 3 in einem Zweipunktreglerprinzip. Das heißt, wird der Stromsollwert des Motorstroms unterschritten, wird der elektronische Schalter 8 eingeschaltet. Wird der Stromsollwert des Motorstroms überschritten, wird der elektronische Schalter 8 ausgeschaltet. Somit regelt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auf einen konstanten Stromwert, beispielsweise auf 30 A.For this purpose, the converter or the current control unit operates 3 in a two-point controller principle. That is, the current setpoint of the motor current is exceeded, the electronic switch 8th switched on. If the current setpoint of the motor current is exceeded, the electronic switch 8th switched off. Thus, the device of the invention is controlled 1 to a constant current value, for example to 30 A.

Wenn die Maschine in Betrieb ist bzw. angelaufen ist, wird ein geringerer Nennstrom, beispielsweise 10 A, benötigt. In diesem Zustand ist der elektronische Schalter immer durchgesteuert, da der Sollwert unterschritten ist. Wenn beispielsweise ein Maximalstromwert von 30 A an der Stromregelungseinheit 3 eingestellt ist, durch den Strommesswiderstand 9 jedoch nur 10 A gemessen werden, wird der elektronische Schalter 8 in jedem Fall eingeschaltet. Unter diesen Bedingungen bleibt der elektronische Schalter 8 auch eingeschaltet, der Stromlimitierungswiderstand 7 wird durch den elektronischen Schalter 8 kurzgeschlossen und es wird keine Leistung mehr an den Stromlimitierungswiderstand 7 umgesetzt.When the machine is in operation or started, a lower rated current, for example 10 A, is required. In this state, the electronic switch is always controlled, since the setpoint is undershot. For example, if a maximum current value of 30 A at the current control unit 3 is set by the current sense resistor 9 However, only 10 A are measured, the electronic switch 8th turned on in any case. Under these conditions, the electronic switch remains 8th also on, the current limiting resistor 7 is through the electronic switch 8th short-circuited and there is no power to the Stromlimitierungswiderstand 7 implemented.

Wichtig ist bei einer elektrischen Maschine die Motorinduktivität 4, die ausgenutzt wird, da sie für den Schaltwandler den Energiespeicher (Funktion wie Speicherdrossel bei einem DC/DC-Wandler) darstellt. Erfindungsgemäß sind daher keine weiteren energiespeichernden Elemente, wie beispielsweise bei einem klassischen Abwärts- oder Aufwärtsregler, erforderlich. Stattdessen wird erfindungsgemäß die Motorinduktivität 4 des Motors 6 als Energiespeicher genutzt, welche dafür sorgt, dass die Netzrückwirkung relativ klein ist. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Stromregelungseinheit 3 und die damit durchgeführte Stromregelung, da mithilfe der Regelelektronik 2 allein der Strom geregelt wird.Important for an electrical machine is the motor inductance 4 , which is exploited because it represents the energy storage for the switching converter (function as storage choke in a DC / DC converter). According to the invention, therefore, no further energy-storing elements, such as in a classic buck or boost regulator, required. Instead, according to the invention, the motor inductance 4 of the motor 6 used as energy storage, which ensures that the network feedback is relatively small. However, this does not affect the current regulation unit 3 and the current control carried out with it, as using the control electronics 2 only the electricity is regulated.

Die Schaltfrequenz für die Schaltung des elektronischen Schalters 8 ändert sich jedoch in Abhängigkeit von der Motorinduktivität 4. Generell gilt: Je größer die Motorinduktivität 4, umso niederfrequenter ist die Schaltfrequenz.The switching frequency for the circuit of the electronic switch 8th changes, however, depending on the motor inductance 4 , In general, the greater the motor inductance 4 , the lower frequency is the switching frequency.

Wie in 2 gezeigt, wird bei der oben beschriebenen Vorgehensweise der von dem Versorgungsnetz 11 kommende Wechselstrom gleichgerichtet, sodass der elektronische Schalter 8 von einem Gleichstrom durchflossen wird. Die Gleichrichtung erfolgt durch den Brückengleichrichter 10, der pro Phase eingeschaltet ist. Durch die Gleichrichtung kann die Schaltungsgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung sehr einfach vorgenommen werden. Entsprechend kann eine kostengünstige Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung zur Verfügung gestellt werden.As in 2 In the procedure described above, that of the supply network is shown 11 coming AC rectified, so the electronic switch 8th a direct current flows through it. The rectification is done by the bridge rectifier 10 which is on per phase. By the rectification, the circuit design of the device according to the invention for starting current limiting can be made very easy. Accordingly, an inexpensive device for starting current limiting can be provided.

3 zeigt schematisch eine Variante der erfindungsgemäßen Anlaufstrombegrenzung, bei welcher die Regelelektronik 2 eine mit der Stromregelungseinheit 3 gekoppelte Referenzvorgabeeinheit 12 aufweist. Die Referenzvorgabeeinheit 12 kann beispielsweise ein Mikrocontroller sein. In anderen Ausführungsvarianten der Erfindung kann als Referenzvorgabeeinheit 12 auch ein Regler, ein Potentiometer oder ein DA-Wandler zur Vorgabe einer Referenzspannung oder eines Referenzstromes verwendet werden. Durch die Referenzvorgabeeinheit 12 wird ein Sollwert für den Regler vorgegeben. Der Sollwert kann sowohl ein fixer Wert sein, aber auch über eine Software konfigurierbar sein. So kann der Sollwert beispielsweise auch anstelle eines konstanten Wertes als eine Rampe oder eine andere geeignete Sollwertfunktion durch die Referenzvorgabeeinheit 12 zur Verfügung gestellt werden. 3 schematically shows a variant of the start-up current limiting invention, in which the control electronics 2 one with the flow control unit 3 coupled reference default unit 12 having. The reference default unit 12 may be, for example, a microcontroller. In other embodiments of the invention may serve as a reference default unit 12 Also, a controller, a potentiometer or a DA converter to specify a reference voltage or a reference current can be used. Through the reference specification unit 12 a setpoint for the controller is specified. The setpoint can be both a fixed value, but also configurable via software. For example, instead of a constant value, the setpoint may also be a ramp or another suitable setpoint function by the reference setting unit 12 to provide.

4 zeigt schematisch die Ausführungsvariante zur Anlaufstrombegrenzung aus 3, wobei die gesamte Leistungselektronikeinheit, d. h. die Regelelektronik 2, beginnend von der Spannungsquelle bis hin zum Motor 6, kurzgeschlossen ist. Insbesondere werden durch den Kurzschluss der elektronische Schalter 8, der Gleichrichter 10, der Shunt 9 und der Stromlimitierungswiderstand 7 kurzgeschlossen. Der Kurzschluss erfolgt nach einem Hochlauf der Maschine bzw. des Antriebs, beispielsweise durch ein Relais 13 oder ein Schütz und dient dazu, die Verlustleistung im Dauerbetrieb an diesen Elementen zu verhindern. 4 schematically shows the embodiment for starting current limiting 3 , Wherein the entire power electronics unit, ie the control electronics 2 , starting from the voltage source to the motor 6 , shorted. In particular, the short circuit causes the electronic switch 8th , the rectifier 10 , the shunt 9 and the current limiting resistor 7 shorted. The short circuit occurs after a startup of the machine or the drive, for example by a relay 13 or a contactor and serves to prevent the power loss in continuous operation of these elements.

Obwohl in den 2 bis 4 die jeweils eingesetzte Gleichrichterschaltung 10 nur für einen Einphasenbetrieb dargestellt ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung und das entsprechende Verfahren auch mehrphasig, d. h. auch im Drei-Phasen-Betrieb, betrieben werden.Although in the 2 to 4 the rectifier circuit used in each case 10 is shown only for a single-phase operation, the device according to the invention and the corresponding method can also be multi-phase, ie in three-phase operation, operated.

Claims

Device for starting current limitation of a motor current for electrically operated machines or drives, characterized in that the device ( 1 ) a control electronics ( 2 ) with a current regulation unit ( 3 ), one in series with a motor inductance ( 4 ) and a motor winding resistance ( 5 ) of an engine ( 6 ) of the machine or drive switched current limiting resistor ( 7 ) and one parallel to the current limiting resistor ( 7 ) switched electronic switch ( 8th ) having.

Device according to claim 1, characterized in that the current regulation unit ( 3 ) is a two-position controller.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the current regulation unit ( 3 ) with the electronic switch ( 8th ) and one in series with the current limiting resistor ( 7 ) switched current measuring device ( 9 ) is coupled.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the current measuring device ( 9 ) is a shunt or has a current transducer.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) comprises a current rectifier circuit.

Device according to Claim 5, characterized in that the current rectifier circuit is a bridge rectifier ( 10 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is a Referenzvorgabeeinheit ( 12 ) for specifying a current setpoint for the control electronics ( 2 ) having.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the reference specification unit ( 12 ) is a regulator, a potentiometer, a microcontroller or a DA converter.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic switch ( 8th ) is an Insulated Gater Bipolar Transistor (IGBT), a MOSFET or a bipolar transistor.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical switch ( 8th ), a rectifier ( 10 ), a current measuring device ( 9 ) and the current limiting resistor ( 7 ) after starting the machine or the drive with a relay ( 13 ) or contactor are short-circuited to prevent power loss in continuous operation of these elements.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is both single-phase and multi-phase (three-phase network) operable.

Method for starting current limitation of a motor current for electrically operated machines or drives, characterized in that a motor ( 6 ) of the machine or drive an electronic control unit ( 2 ) with a current regulation unit ( 3 ), one in series with a motor inductance ( 4 ) and a motor winding resistance ( 5 ) of the motor ( 6 ) switched current limiting resistor ( 7 ) and one parallel to the current limiting resistor ( 7 ) switched electronic switch ( 8th ), and the current regulation unit ( 3 ) the electronic switch ( 8th ) turns on when the motor current is less than a predetermined maximum motor current, and the electronic switch ( 8th ) turns off when the motor current is greater than the maximum motor current.

A method according to claim 12, characterized in that by the control electronics ( 2 ) an actual current through a current measuring device ( 9 ) and by the current control unit ( 3 ) is processed to control the current of the motor current.

Method according to claim 12 or 13, characterized in that one of a supply network ( 11 ) incoming alternating current in the device ( 1 ) is converted into a direct current.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the electronic switch ( 8th ) with one of the motor inductance ( 4 ) dependent switching frequency is switched.

Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the control electronics ( 2 ) a current setpoint is specified.

Method according to one of claims 12 to 16, characterized in that the electronic switch ( 8th ), a rectifier ( 10 ), a current measuring device ( 9 ) and the current limiting resistor ( 7 ) are short-circuited after a startup of the machine or the drive.

Method according to one of claims 12 to 17, characterized in that the method is operated both single-phase and polyphase (three-phase network).