DE102016009805B4 - Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung - Google Patents

Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung Download PDF

Info

Publication number
DE102016009805B4
DE102016009805B4 DE102016009805.8A DE102016009805A DE102016009805B4 DE 102016009805 B4 DE102016009805 B4 DE 102016009805B4 DE 102016009805 A DE102016009805 A DE 102016009805A DE 102016009805 B4 DE102016009805 B4 DE 102016009805B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
speed
frequency converter
temperature
electrical
power loss
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102016009805.8A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102016009805A1 (de
Inventor
Sebastian Tinius
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl AKO Stiftung and Co KG filed Critical Diehl AKO Stiftung and Co KG
Publication of DE102016009805A1 publication Critical patent/DE102016009805A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102016009805B4 publication Critical patent/DE102016009805B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/68—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H5/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection
    • H02H5/04—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to abnormal temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1216—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for AC-AC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)

Abstract

Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung für ein Gerät mit einem drehzahlgeführten elektrischen Antrieb unter Ansteuerung eines Frequenzumrichters,wobeidie Drehzahl für den elektrischen Antrieb in Abhängigkeit einer Temperatur des Frequenzumrichters angepasst wird, und wobeidurch Anpassung der Drehzahl auf eine Solltemperatur des Frequenzumrichters geregelt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung für ein Gerät mit einem drehzahlgeführten elektrischen Antrieb unter Ansteuerung eines Frequenzumrichters. Dabei beschäftigt sich die Erfindung insbesondere mit der Verlustleistung in den Leistungsbauteilen des Frequenzumrichters. Das angegebene Verfahren eignet sich insbesondere für ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise ein Gerät zur Wäschepflege mit rotierender Trommel, besonderes bevorzugt für eine Waschmaschine, für einen Wäschetrockner oder für eine Wäscheschleuder sowie auch für eine Werkzeugmaschine für Haushalt und/oder Garten.
  • Ein moderner Frequenzumrichter schaltet bei Erreichen einer kritischen Temperatur bzw. einer Übertemperatur ab, um Schäden in den Leistungsbauteilen zu vermeiden. In modernen elektrischen Geräten, die zur Einstellung der Drehzahl des elektrischen Antriebs einen Frequenzumrichter aufweisen, z.B. in Haushaltsgeräten mit rotierender Trommel, wird ein durch Übertemperatur des Frequenzumrichters bedingter Abbruch beispielsweise mittels Überdimensionierung der elektrischen und mechanischen Komponenten des eingesetzten Frequenzumrichters unterbunden. In einer anderen Variante erfolgt eine rechtzeitige Reaktion einer übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik auf die beispielsweise per Bus-Kommunikation vom Frequenzumrichter kommunizierten relevanten Parameter, wie beispielsweise der Temperatur. Alternativ wird ein durch Übertemperatur des Frequenzumrichters herbeigeführter Programmabbruch ohne Reaktion einer übergeordneten Steuerelektronik in manchen Geräten auch in Kauf genommen.
  • Eine Reaktion der übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik auf das Erreichen eines kritischen Wertes der Temperatur des Frequenzumrichters ist beispielsweise eine Reduzierung des sogenannten Duty-Cycles, also des Antriebs-zu-Pausen-Verhältnisses. Bei einer Waschmaschine wird demnach beispielsweise durch die Steuer- oder Regelelektronik auf die einen kritischen Wert erreichende Temperatur des Frequenzumrichters durch eine Reduzierung des Wasch-zu-Pausen-Verhältnisses reagiert. Durch eine derartige Maßnahme der übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik wird die Verlustleistung im Frequenzumrichter reduziert und somit die Temperatur im Frequenzumrichter abgesenkt, sodass ein Programmabbruch verhindert ist.
  • Ein Programmabbruch, also ein Abbruch des dem Gerät zugrundeliegenden charakteristischen Prozesses, z.B. das Durchführen eines Waschprogramms oder eines Schleuderprogramms einer Waschmaschine, ist vom Verbraucher unerwünscht. Auch ein Eingriff der übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik in das laufende Programm ist nachteilig, da hierdurch die Performance des Geräts und insbesondere des ablaufenden Programms verschlechtert wird. Eine Überdimensionierung des Frequenzumrichters ist nachteiligerweise mit unerwünscht hohen Kosten verbunden.
  • In KR 10 2011 0 045 759 A ist eine Waschmaschine mit einem Umrichter offenbart. Falls die Temperatur des Umrichters eine vorgegebene Temperatur erreicht, wird eine Drehzahl eines damit angetriebenen Motors verringert.
  • Aus DE 10 2012 021 020 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Betriebstemperatur eines Elektromotors bekannt. Hierbei wird zunächst eine Kalibrierung durchgeführt. Anhand des Kalibrierergebnisses und eines Messwerts eines Betriebsparameters wird während des Betriebs des Elektromotors dessen Betriebstemperatur bestimmt.
  • In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der vorliegenden Erfindung die Problemstellung zugrunde, den Betrieb eines elektrischen Geräts mit Frequenzumrichter hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Robustheit zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung für ein Gerät mit einem drehzahlgeführten elektrischen Antrieb unter Ansteuerung eines Frequenzumrichters, wobei die Drehzahl für den elektrischen Antrieb in Abhängigkeit einer Temperatur des Frequenzumrichters angepasst wird. Mit anderen Worten wird eine von der Temperatur des Frequenzumrichters abhängige Drehzahlanpassung zur Optimierung der elektrischen Verlustleistung, insbesondere der Leistungsbauteile des Frequenzumrichters, vorgenommen.
  • Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass bei der Umwandlung von elektrischen Größen in das für den elektrischen Antrieb (z.B. eine elektrische Synchron- oder Asynchronmaschine) benötigte Wechselstromsystem, beispielsweise aus einem Gleichstromsystem in ein 3-phasiges variables Drehstromsystem, im Frequenzumrichter von der Antriebsleistung abhängige elektrische Verluste entstehen, welche in Form von Wärme, z.B. über einen Kühlkörper, an die Umgebung abgeführt werden müssen. Je höher die Antriebsleistung ist, desto größer sind die elektrischen Verluste bzw. die abzuführenden Abwärmemengen des Frequenzumrichters. Elektrische Verluste liegen hierbei im Frequenzumrichter im Wesentlichen in Form von Leitungsverlusten und in Form von Schaltverlusten vor. Zum Schutz der elektrischen Bauelemente bzw. Leistungskomponenten im Frequenzumrichter muss die maximale Temperatur des Frequenzumrichters, die beispielsweise als Temperatur des Kühlkörpers erfassbar wird, auf eine maximal zulässige kritische Temperatur begrenzt werden. Wird die kritische Temperatur erreicht, schaltet der Frequenzumrichter ab. Die Rückmeldung zur aktuellen Temperatur des Frequenzumrichters erfolgt üblicherweise durch einen entsprechenden Temperatursensor. Der Temperatursensor wird üblicherweise durch den Frequenzumrichter in Form einer implementierten, durch Soft- oder Hardware realisierten Intelligenz überwacht.
  • Die Erfindung geht dann weiter davon aus, ein derartiges für den Betrieb des elektrischen Geräts unerwünschtes Abschalten des Frequenzumrichters dadurch zu verhindern, dass die Drehzahl für den elektrischen Antrieb in Abhängigkeit der Temperatur des Frequenzumrichters angepasst wird, um vor Erreichen der kritischen Temperatur die elektrischen Verluste im Frequenzumrichter zu reduzieren. Mit anderen Worten verhindert die ergriffene Maßnahme der Anpassung der Drehzahl ein Erreichen der kritischen Temperatur und damit ein Abschalten des Frequenzumrichters.
  • Die vorgeschlagene Maßnahme einer Drehzahlanpassung wird vorteilhafterweise eingeleitet, bevor die kritische Temperatur, die zum Abschalten des Frequenzumrichters führt, erreicht wird. Dazu wird zweckmäßigerweise eine Solltemperatur des Frequenzumrichters vor- bzw. angegeben, die unterhalb der kritischen Temperatur liegt, wobei die Maßnahme einer Anpassung der Drehzahl dann bei Erreichen der derart vorgegebenen Solltemperatur ergriffen wird.
  • Bei Anwendung des angegebenen Verfahrens wird die Robustheit des elektrischen Geräts im Betrieb unter erhöhter thermischer und elektrischer Belastung, beispielsweise bei entsprechenden harten Umgebungsbedingungen, deutlich verbessert. Die elektrische Verlustleistung der Antriebselektronik wird durch Auswertung der Temperatur des Frequenzumrichters und durch die entsprechende Anpassung der Drehzahl reduziert. Das elektrische Gerät kann insofern unter harten thermischen und elektrischen Umgebungsbedingungen betrieben werden, ohne dass ein Programmabbruch wegen Übertemperatur des Frequenzumrichters verursacht wird. Durch die Reduzierung der elektrischen Verluste durch Anpassung der Drehzahl in Abhängigkeit der Temperatur des Frequenzumrichters werden die Eigensicherheit, die Robustheit und die Zuverlässigkeit des Geräts im Betrieb erhöht. Eine Überdimensionierung des Frequenzumrichters zur Vermeidung eines Programmabbruchs ist beim angegebenen Verfahren nicht mehr notwendig, sodass ein deutlicher Kostenvorteil resultiert.
  • Die Erfindung verhindert insbesondere einen Abbruch des dem elektrischen Gerät zugrundeliegenden charakteristischen Prozesses, z.B. für eine Waschmaschine das Durchführen des kompletten Waschprogramms, da die Verlustleistung im Frequenzumrichter derartig reduziert wird, dass eine kritische Temperatur nicht mehr auftritt.
  • Die Anpassung der Drehzahl in Abhängigkeit der Temperatur des Frequenzumrichters wird im Rahmen der Erfindung durch Maßnahmen der in den Gerätebetrieb involvierten intelligenten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten, z.B. der Steuer- oder Regelelektronik des Geräts, des Frequenzumrichters selbst oder einer Bedieneinheit durchgeführt. Die Drehzahlvorgabe für den elektrischen Antrieb erfolgt ebenfalls durch eine elektrische und/oder elektronische Komponente des Geräts, z.B. durch die Steuer- oder Regelelektronik, durch eine Bedieneinheit oder durch den Frequenzumrichter selbst. Somit kann eine kosteneffiziente Steigerung der Robustheit gegenüber thermischem und elektrischem Umgebungs-Stress durch eine reine Software-Maßnahme erreicht werden. Weder müssen zusätzliche elektrische und/oder elektronische Komponenten eingebracht, noch Überdimensionierungs-Maßnahmen ergriffen werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird durch eine übergeordnete Steuer- oder Regelelektronik des Gerätes eine Solldrehzahl vorgegeben, wobei die Anpassung der Drehzahl als eine Abweichung von der Solldrehzahl erfolgt. Beispielsweise wird die Temperatur des Frequenzumrichters mittels eines geeigneten Sensors gemessen. Ab einer vorgegebenen Solltemperatur wird die zur Ansteuerung des Frequenzumrichters vorgesehene Drehzahl dann abweichend zur Solldrehzahl eingestellt. Vorteilhafterweise geschieht dies dadurch, dass die für den Frequenzumrichter vorgegebene Drehzahl um einen Faktor bezüglich der Solldrehzahl angepasst, also insbesondere erhöht oder reduziert wird, um hierdurch die Verlustleistung zu reduzieren, sodass ein Erreichen der kritischen Temperatur im Frequenzumrichter vermieden ist.
  • Als übergeordnete Steuer- oder Regelelektronik eines Geräts wird die den Geräteprozess steuernde Komponente bezeichnet, beispielsweise ist dies im Fall einer Waschmaschine die Hauptsteuerung, welche das Waschprogramm vorgibt. Die übergeordnete Steuer- oder Regelelektronik kommuniziert insbesondere mittels eines Busses mit den weiteren Komponenten des Gerätes, z.B. mit dem Frequenzumrichter oder der Bedieneinheit. Im beispielhaften Fall einer Waschmaschine steuert der Frequenzumrichter die Trommel drehzahlgeregelt an.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird die Anpassung der Drehzahl im Frequenzumrichter selbst vorgenommen. Mit anderen Worten erfolgt die Anpassung der Drehzahl in Abhängigkeit von der Temperatur des Frequenzumrichters ohne Eingriff einer übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik des elektrischen Gerätes. Die elektrischen Verluste im Frequenzumrichter werden reduziert, indem der Frequenzumrichter ohne Eingriff einer übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik die Drehzahl auf Basis der gemessenen Temperatur anpasst.
  • Bevorzugt wird die Temperatur des Frequenzumrichters erfasst. Zweckmäßigerweise wird die Temperatur des Frequenzumrichters vom Frequenzumrichter selbst erfasst. Durch diese Maßnahme kann der Frequenzumrichter autonom auf den kritischen Parameter seiner Temperatur, insbesondere seiner Kühlkörpertemperatur, reagieren, um das Erreichen eines kritischen Wertes zu verhindern. Der Eingriff einer übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik ist nicht erforderlich.
  • In einer zweckmäßigen Variante wird beispielsweise ab einer vorgegebenen Solltemperatur des Frequenzumrichters, die insbesondere vom eingesetzten Frequenzumrichter selbst gemessen wird, die übergeordnet vorgegebene Drehzahl vom Frequenzumrichter auf einen vorgegebenen Wert angepasst. Eine Anpassung wird vorteilhaft über einen multiplikativen Faktor vorgenommen, mit dem eine vorgegebene Solldrehzahl multipliziert wird. Beispielsweise wird die Drehzahl gegenüber der aktuell vorgegebenen Solldrehzahl auf 10% bis 20%, insbesondere auf 15%, erhöht oder reduziert. Hierdurch wird die elektrische Verlustleistung im Frequenzumrichter reduziert.]
  • Die Drehzahl wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in Abhängigkeit der Temperatur des Frequenzumrichters statisch, dynamisch, einmalig und/oder mehrmalig angepasst. Bei Erreichen eines vorgegebenen Wertes der Temperatur wird die Drehzahl beispielsweise statisch fest verändert bzw. angepasst. Die Anpassung wird bevorzugt nach Erreichen einer gewissen Zeitspanne oder nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Programmzyklen wieder zurückgenommen. In einer anderen Variante verbleibt die Anpassung der Drehzahl dauerhaft oder erfolgt in verschiedenen Programmzyklen mehrfach. In einer wiederum anderen Variante wird die Drehzahl dynamisch an die Temperatur des Frequenzumrichters angepasst und insofern dieser nachgeführt. In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung wird die Drehzahl alternierend beispielsweise per Hysterese variiert, um hierdurch die Temperatur des Frequenzumrichters innerhalb eines gewissen Rahmens zu halten. Bei einer dynamischen Anpassung wird die Drehzahl beispielsweise als Stellgröße eines Regelalgorithmus, welcher auf eine vorgegebene Temperatur dies Frequenzumrichters regelt und/oder steuert, variiert.
  • Vorteilhafterweise wird die Drehzahl in niedrigen Drehzahlbereichen bei steigender Temperatur des Frequenzumrichters erhöht. Hierbei ist Bezug darauf genommen, dass in niedrigen Drehzahlbereichen, wie z.B. im Waschprogramm einer Waschmaschine, im Frequenzumrichter die Leitungsverluste gegenüber den Schaltverlusten überwiegen. Durch Erhöhung der Drehzahl werden die Leitungsverluste zulasten der Schaltverluste reduziert, wodurch die elektrischen Verluste insgesamt reduziert werden können. In niedrigen Drehzahlbereichen können insofern durch eine Erhöhung der Drehzahl die elektrischen Verluste im Frequenzumrichter insgesamt reduziert werden.
  • Weiter bevorzugt wird die Drehzahl in hohen Drehzahlbereichen bei steigender Temperatur des Frequenzumrichters erniedrigt. Diese Maßnahme nimmt Bezug darauf, dass in hohen Drehzahlbereichen, z.B. während eines Schleuderprogramms einer Waschmaschine, im Frequenzumrichter die Schaltverluste gegenüber den Leitungsverlusten überwiegen. Wird insofern im Bereich hoher Drehzahlen die Drehzahl reduziert, so werden die Schaltverluste zulasten der Leitungsverluste reduziert, wodurch insgesamt wiederum ein Optimum hinsichtlich einer Verringerung der elektrischen Verluste erreicht wird.
  • Durch Anpassung der Drehzahl wird die Temperatur des Frequenzumrichters auf eine Solltemperatur, insbesondere auf eine Solltemperatur unterhalb einer kritischen Temperatur, geregelt. Hierdurch wird die bestmögliche Performance des Gerätebetriebs, insbesondere eines vorgegebenen Programmablaufs, gewährleistet. Durch die Anpassung der Drehzahl unter Einhaltung einer vorgegebenen Solltemperatur des Frequenzumrichters wird eine Optimierung des Geräteprozesses erzielt. Beispielsweise wird im Falle einer Waschmaschine eine maximale Wasch-Performance ohne Programmabbruch erreicht.
  • Weiter vorteilhaft wird die Drehrichtung des Antriebs in Reversierzyklen alternierend gewechselt, wobei die Drehzahl für wenigstens einen Reversierzyklus angepasst wird. Durch eine entsprechende Anpassung der Drehzahl wird thermisch ein gleicher Effekt erzielt, wie er sich durch Reduzierung eines Antrieb-zu-Pause-Verhältnisses, die beispielsweise von einer übergeordneten Steuerung vorgegeben wird, ergeben würde.
  • In einer hierzu bevorzugten Variante wird die Drehzahl in wenigstens einem Reversierzyklus auf Null reduziert. Durch diese Maßnahme wird ein reduziertes Antrieb-zu-Pause-Verhältnis nachgebildet, wodurch sich unmittelbar eine Reduzierung der elektrischen Verluste einstellt. Ein Programmabbruch infolge des Erreichens einer kritischen Temperatur des Frequenzumrichters ist hierdurch verhindert.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen die Figuren jeweils in einem Temperaturverlauf über der Zeit und in einem zugehörigen Drehzahlverlauf über der Zeit Maßnahmen zur Vermeidung des Erreichens einer kritischen Temperatur eines Frequenzumrichters, und zwar:
    • 1 die Reduzierung des Antriebs-zu-Pause-Verhältnisses durch eine übergeordnete Steuer- oder Regelelektronik (Stand der Technik),
    • 2 einen Programmabbruch ohne weitere Maßnahmen (Stand der Technik),
    • 3 eine Anpassung der Drehzahl,
    • 4 eine statische Erhöhung der Drehzahl,
    • 5 eine variable Erhöhung der Drehzahl unter Kontrolle des Temperaturverlaufs,
    • 6 eine Regelung bzw. Steuerung der Temperatur durch Anpassung bzw. Nachführung der Drehzahl und
    • 7 eine Reduzierung der Drehzahl für einen oder mehrere Reversierzyklen auf Null in Kombination mit einer Variation der Drehzahl.
  • Alle 1 bis 7 zeigen im jeweiligen unteren Teilbild während eines Programmablaufs eines elektrischen Gerätes die Drehzahlvorgaben für einen Frequenzumrichter über der Zeit. Bei dem elektrischen Gerät handelt es sich beispielsweise um eine Waschmaschine. Der Programmablauf ist beispielsweise ein Waschprogramm und weist mehrere Reversierzyklen, also Zyklen, in denen die Drehrichtung des Antriebs jeweils gewechselt wird, auf. Im oberen Teilbild der Figuren ist jeweils der zugehörige Verlauf der Temperatur des Frequenzumrichters über der Zeit dargestellt. Auf der Ordinate sind jeweils eine kritische Temperatur Tkrit sowie eine demgegenüber verringerte Ziel- oder Solltemperatur Treduce eingetragen. Entlang der Ordinate des Drehzahlverlaufs sind Solldrehzahlen nref, kritische Drehzahlen nkrit und reduzierte Drehzahlen nreduce eingezeichnet. Weiter sind entlang des Drehzahlverlaufs jeweils Einschalt- bzw. Betriebsabschnitte tON1, tON2 und Pausenabschnitte tOFF1, tOFF2 markiert. Die Einschaltzeiträume markieren die Betriebsabschnitte des elektrischen Gerätes, in denen ein Drehzahlwert ungleich Null für den elektrischen Antrieb vorgegeben wird. Die Pausenabschnitte markieren Betriebsabschnitte, in denen für den elektrischen Antrieb eine Drehzahl = 0 vorgegeben ist. Die in den 1 bis 7 dargestellten Temperaturverläufe beziehen sich insbesondere auf messbare Temperaturen am Kühlkörper des Frequenzumrichters.
  • In 1 passt eine übergeordnete Steuer- oder Regelelektronik ab einer Temperatur Treduce das Antriebs-zu-Pausen-Verhältnis an (von tON1 und tOFF1 auf tON2 und tOFF2, wobei tON1 >tON2 und tOFF1 <tOFF2), um den Temperaturanstieg dT1 zu reduzieren. Durch eine entsprechende derartige Maßnahme kann ein Temperaturanstieg, beispielsweise auf dT2.1, dT2.2 oder dT2.3 reduziert oder umgekehrt werden, sodass ein Programmabbruch bei Erreichen der kritischen Temperatur Tkrit verhindert ist. Die in den einzelnen Antriebszyklen eingestellte Drehzahl bleibt konstant nref.
  • In 2 steigt die Temperatur des Frequenzumrichters während des Betriebs des elektrischen Geräts kontinuierlich an. Bei Erreichen der kritischen Temperatur Tkrit schaltet sich der Frequenzumrichter ohne Eingriff einer übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik ab. Die kritische Temperatur Tkrit wird erreicht, da keine dem Temperaturanstieg dT1 entgegenwirkende Maßnahme vorgenommen wird.
  • In 3 wird bei Erreichen einer Ziel- oder Solltemperatur Treduce die Drehzahl für den Antrieb abweichend von der vorgegebenen Solldrehzahl nref auf einen Wert zwischen der Solldrehzahl nref und einer für den Betrieb des elektrischen Geräts kritischen Drehzahl nkrit angepasst. Vorliegend wird die Drehzahl als dem Temperaturanstieg entgegenwirkende Maßnahme erhöht, wie dies beispielsweise im Bereich niedriger Drehzahlen zielführend ist. Beispielsweise ist dies der Fall während des Waschprogramms einer Waschmaschine. Die im Frequenzumrichter auftretende elektrische Verlustleistung und damit der hierdurch bedingte Temperaturanstieg dT1 wird direkt vom Frequenzumrichter durch statische und/oder dynamische Anpassung der Drehzahl kontrolliert. Ein Eingriff einer übergeordneten Steuer- oder Regelelektronik erfolgt nicht. Infolge der Erhöhung der Drehzahl bei Erreichen der Zieltemperatur Treduce wird der Temperaturanstieg wie beispielhaft eingezeichnet gebremst bzw. umgekehrt.
  • 4 beschreibt eine zu 3 konkrete Maßnahme, wobei bei Erreichen der Zieltemperatur Treduce die vorgegebene Solldrehzahl nref statisch dauerhaft auf einen vorgegebenen Wert nreduce angepasst bzw. erhöht wird. Die Drehzahl nreduce ergibt sich beispielsweise durch Multiplikation der Solldrehzahl nref mit einem vorgegebenen Faktor. Der Faktor beträgt beispielsweise 1.15, sodass sich eine Erhöhung der Drehzahl um 15% ergibt.
  • In den Beispielen gemäß 3 und 4 wird das Antriebs-zu-Pausen-Verhältnis durch die ergriffenen Maßnahmen nicht verändert. Die Performance des ablaufenden Programms wird nicht negativ beeinflusst.
  • Nach 5 wird die Drehzahl ab einer bestimmten Zieltemperatur Treduce beispielhaft mittels einer Hysterese gesteuert und hieraus folgend die Verlustleistung bzw. der Anstieg der Temperatur des Frequenzumrichters dT1 kontrolliert. Die angepasste Drehzahl nreduce ist größer als die vorgegebene Solldrehzahl nref. Ab der Zieltemperatur Treduce wird die Drehzahl erhöht. Bei Erreichen einer vorgegebenen niedrigeren Temperatur Tno-reduce wird die Drehzahl wieder auf die Solldrehzahl nref erniedrigt. Der Temperaturhub dThysterese = Treduce - Tno-reduce ist variabel in Abhängigkeit von der angepassten Drehzahl nref sowie von dem Zeitraum thysterese, während dem die angepasste Drehzahl nreduce anliegt.
  • 6 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Temperatur des Frequenzumrichters auf einen Wert Treduce unterhalb der kritischen Temperatur Tkrit gesteuert bzw. geregelt wird, wobei die Drehzahl stufenlos zwischen der vorgegebenen Solldrehzahl nref und einer angepassten Drehzahl nreduce angepasst wird. Der Wert der eingestellten Temperatur des Frequenzumrichters kann beliebig <Treduce oder >Treduce und <Tkrit gewählt werden. Dadurch kann eine für den Betrieb des elektrischen Geräts bestmögliche Performance ohne Programmabbruch gewährleistet werden.
  • 7 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsvariante gemäß 6. Zusätzlich wird hier die angepasste Drehzahl nref ab einer bestimmten Temperatur Treduce für einen oder mehrere Reversierzyklen auf Null reduziert und in Kombination stufenlos variiert. Die Verlustleistung bzw. der Anstieg der Temperatur dT2.1, dT2.2 und dT2.3 des Frequenzumrichters wird hierdurch entsprechend gesteuert bzw. geregelt. Der Wert der eingestellten Temperatur des Frequenzumrichters kann beliebig <Treduce oder >Treduce und <Tkrit gewählt werden. Hierdurch kann eine für den Betrieb des elektrischen Geräts bestmögliche Performance ohne Programmabbruch gewährleistet werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung für ein Gerät mit einem drehzahlgeführten elektrischen Antrieb unter Ansteuerung eines Frequenzumrichters, wobei die Drehzahl für den elektrischen Antrieb in Abhängigkeit einer Temperatur des Frequenzumrichters angepasst wird, und wobei durch Anpassung der Drehzahl auf eine Solltemperatur des Frequenzumrichters geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Drehzahl im Frequenzumrichter vorgenommen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Frequenzumrichters als eine Temperatur eines Kühlkörpers des Frequenzumrichters erfasst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Frequenzumrichters vom Frequenzumrichter erfasst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl in niedrigen Drehzahlbereichen bei steigender Temperatur des Frequenzumrichters erhöht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl in hohen Drehzahlbereichen bei steigender Temperatur des Frequenzumrichters erniedrigt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Solltemperatur unterhalb einer kritischen Temperatur geregelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des Antriebs in Reversierzyklen alternierend gewechselt wird, und dass die Drehzahl für wenigstens einen Reversierzyklus angepasst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl in wenigstens einem Reversierzyklus auf 0 reduziert wird.
DE102016009805.8A 2015-09-15 2016-08-12 Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung Active DE102016009805B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015011756.4 2015-09-15
DE102015011756 2015-09-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102016009805A1 DE102016009805A1 (de) 2017-03-16
DE102016009805B4 true DE102016009805B4 (de) 2023-10-26

Family

ID=58160623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016009805.8A Active DE102016009805B4 (de) 2015-09-15 2016-08-12 Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016009805B4 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110045759A (ko) 2009-10-27 2011-05-04 엘지전자 주식회사 세탁기 및 세탁기의 제어방법
DE102012021020A1 (de) 2012-10-26 2014-04-30 Diehl Ako Stiftung & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Betriebstemperatur eines Elektromotors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110045759A (ko) 2009-10-27 2011-05-04 엘지전자 주식회사 세탁기 및 세탁기의 제어방법
DE102012021020A1 (de) 2012-10-26 2014-04-30 Diehl Ako Stiftung & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Betriebstemperatur eines Elektromotors

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016009805A1 (de) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10143475B4 (de) Motorensteuerungsvorrichtung
DE112010000463B4 (de) Steuerungsvorrichtung für eine Elektromotorantriebsvorrichtung
DE102008003299B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
DE102009046529A1 (de) Spannungsquellenwechselrichter mit einem Spannungsoffset
DE112011100096T5 (de) Steuerungsvorrichtung einer Motorantriebsvorrichtung
DE102015100759A1 (de) Umrichtergerät
EP2865093A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum ansteuern eines wechselrichters
DE102016009805B4 (de) Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Verlustleistung
EP2619900B1 (de) Verfahren zur (kupfer-)verlustoptimalen regelung einer asynchronmaschine mit einem umrichter
EP3262747B1 (de) Haushaltskältegerät mit einem kältemittelkreislauf und verfahren zum betreiben eines haushaltskältegeräts mit einem kältemittelkreislauf
DE102005036802C5 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steigerung der Effizienz eines Elektromotors
EP3619804B1 (de) Verfahren zur ansteuerung eines stromrichters, steuervorrichtung für einen stromrichter und stromrichter
EP3490130B1 (de) Verfahren zur steuerung einer an einem elektrischen lüfter anliegenden spannung
DE102011078921A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebsmotors in einem Haushaltsgerät und Haushaltsgerät
DE102006035891B4 (de) Antrieb, umfassend einen Elektromotor, der von einem Umrichter gespeist ist, und Verfahren zur Regelung des Motorstromes bei einem von einem Umrichter gespeisten Elektromotor
DE102009016764A1 (de) Halbleiterschonende Ansteuerung eines Antriebssystems mit einem Pulsstromrichter und einem nachgeschalteten Synchronmotor
WO2015139713A1 (de) Verfahren zum betreiben eines motors
DE102013222166A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines mehrphasigen Elektromotors
DE102018212876A1 (de) Steuerungsverfahren für Maschine mit umrichterbetriebenem elektrischem Antrieb
EP2409630A2 (de) Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgeräts
EP2677622B1 (de) Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspeisen von elektrischer Leistung in ein elektrisches Energieversorgungsnetz
EP3301267A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines turbosatzes
EP3149842B1 (de) Verfahren zur ansteuerung eines motors, frequenzumrichter und umrichtermotor
DE102012213646A1 (de) Batteriebetriebenes Elektrogerät und Verfahren zum Ansteuern des batteriebetriebenen Elektrogeräts
WO2021228584A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines spannungswandlers, spannungswandler und elektrisches antriebssystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: D06F0033020000

Ipc: H02M0001320000

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division