DE19509974C2 - Verfahren zur Bremsung eines Wechselstrommotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremsung eines Wechselstrommotors, wenn der Wechselstrommotor (1) von einem Frequenzumrichter (2) mit einem Zwischenkreis (4) gespeist wird. Wenn die Spannung (uc) im Zwischenkreis (4) bei der Bremsung einen vorbestimmten Wert (uc-hi-lim) erreicht, wird die Magnetisierung des Motors (1) erhöht, um thermische Verluste des Motors zu vergrößern, und wenn die Spannung (uc) im Zwischenkreis wieder den genannten vorbestimmten Wert (uc-hi-lim) unterschreitet, die zusätzliche Magnetisierung beseitigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremsung eines Wechselstrommotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der Wechselstrommotor wird dabei aus einem Zwischenkreis über einen Frequenzumrichter gespeist. Solche Verfahren sind beispielsweise bekannt aus den Druckschriften DE 31 50 396 A1, DE 43 16 365 A1 und US 4 625 159.

Wenn ein von einem Frequenzumrichter mit einem Zwischenkreis gespeister Wechselstrommotor gebremst wird, neigt die Spannung im Zwischenkreis zur Erhö­ hung. Dies beruht darauf, daß der Motor dann als Gene­ rator arbeitet und die Energie seines mechanischen Sy­ stems dem Zwischenkreis zuführt. Somit ist die Brems­ fähigkeit des Systems auch von der im Zwischenkreis zulässigen Spannungserhöhung begrenzt. Steigt die Spannung zu stark an, muß entweder das Bremsmoment be­ grenzt oder die überflüssige Energie durch eine geeig­ nete Anordnung wie einen Inverter ins Netz gespeist werden. Die überflüssige Energie kann auch einem ther­ mischen Widerstand zugeführt werden, wobei dieser Wi­ derstand und ein getrennter Brems-Chopper benötigt werden. Diese Alternativen setzen aber den Einsatz zusätzlicher Vorrichtungen voraus, die das System kom­ plizierter machen und die Kosten erhöhen. Eine dritte Möglichkeit zur Verstärkung der Bremsung besteht in der Gleichstrombremsung, wobei die Regelung jedoch die Information über die Drehzahl des Motors verliert. Daher kann die Gleichstrombremsung nur dann verwendet werden, wenn der Motor völlig zum Stillstand zu brin­ gen ist.

Aus der DE 31 50 396 A1 ist ein Verfahren der eingangs ge­ nannten Art bekannt, bei der eine verstärkte Bremsung er­ reicht wird ohne eine zusätzliche Vorrichtung. Zu diesem Zweck wird bei der Bremsung beim Auftreten einer überhöhten Zwischenkreisspannung die Ausgangsfrequenz des Umrichters mehrfach kurzzeitig stark erhöht, was zu einer starken Ver­ größerung des Schlupfes führt, mit dem die Wechselstromma­ schine arbeitet. Dies hat eine Vergrößerung der Ströme der Wechselstrommaschine und damit größere Stromwärmeverluste in der Maschine zur Folge.

Aus der DE 43 16 365 A1 ist ebenfalls eine Bremsverfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Drehzahl des Motors auf einen reduzierten Wert zurückfahrbar ist, ohne daß die Spannung im speisenden Gleichstromzwischenkreis einen zu hohen Wert annimmt. Zu diesem Zweck werden beim Bremsvorgang der Wechselrichter nach Erreichen der höchstzu­ lässigen Zwischenkreis-Gleichspannung die Leistungstransi­ storen des Wechselrichters durch eine Schützschaltung ge­ sperrt, so daß eine weitere Energie-Rückspeisung in den Zwi­ schenkreis verhindert wird. Nach Abfall der Zwischenkreis­ spannung wird der Wechselrichter bei stark herabgesetzter Ansteuerungsfrequenz wieder freigegeben, wobei die Brems­ energie allein im Motor vernichtet wird.

Aus der US 4 625 159 ist ebenfalls ein Bremsverfahren für einen aus einem Gleichstromzwischenkreis über einen Wechsel­ richter gespeisten Drehstrommotor bekannt, der zum Betrieb eines Aufzugs dient. Sobald beim Bremsen der Schlupf negativ wird und damit Energie in den Gleichstromzwischenkreis zu­ rückgespeist wird, wird die Ansteuerungsfrequenz des Umrich­ ters und damit der Schlupf des Drehstrommotors derart fort­ während verkleinert, daß eine Rückspeisung von Energie in den Gleichstromzwischenkreis nicht mehr stattfindet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weiteres Verfahren zur Bremsung eines Wechselstrommotors, der aus einem Zwischenkreis über einen Frequenzumrichter ge­ speist wird, zu entwickeln. Das Verfahren soll ebenfalls ohne zusätzliche Bremsvorrichtungen, wie z. B. ein Brems-Chopper, auskommen. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß wenn die Spannung im Zwischenkreis bei der Bremsung einen vorbestimmten Wert erreicht, die Magneti­ sierung des Motors erhöht wird, um thermische Verluste des Motors zu vergrößern. Wenn die Spannung im Zwi­ schenkreis wieder den genannten vorbestimmten Wert unterschreitet wird, die zusätzliche Magnetisierung besei­ tigt.

Vorzugsweise wird zur Erhöhung der Magnetisie­ rung des Motors der Magnetisierungsstrom höchstens bis zu einem vorbestimmten Grenzwert erhöht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bremsung eines Wechselstrommotors wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, wobei zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines Teils eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeig­ neten Wechselstromantriebs und

Fig. 2 ein beispielhaftes Diagramm zur Veran­ schaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Wechselstrom­ antriebs dargestellt, bei dem ein Motor 1 von einem Frequenzumrichter 2 gespeist wird, der einen Zwischen­ kreis 4 und einen vom Zwischenkreis gespeisten Inver­ ter 3 aufweist, der wiederum den Motor 1 speist. Wenn man den Motor 1 bremsen will, entsteht eine Situation, in der der Motor 1 als Generator zu dienen anfängt, wobei er seine mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, die in den Zwischenkreis 4 des Fre­ quenzumrichters übertragen wird. Da keine Vorsichts­ maßnahmen getroffen worden sind, um die Energie vom Zwischenkreis zum Beispiel durch einen Inverter vor­ wärts zum Beispiel zum elektrischen Netz zuzuführen, wird die Energie im Zwischenkreis gespeichert, weshalb die Spannung uc im Zwischenkreis 4, der normalerweise, aber nicht unbedingt, ein Gleichspannungskreis ist, ansteigt. Normalerweise wird in einem Fall wie diesem so verfahren, daß das Bremsmoment des Motors in dem Maße verringert wird, wie die Spannungssteigerung im Zwischenkreis aufhört. Es ist also ein Gleichgewichts­ zustand erreicht worden, wobei die Bremsleistung des Motors den Verlusten des Motors 1 und des ihn spei­ senden Inverters 3 entspricht.

Erfindungsgemäß findet man sich aber nicht mit der Bremsleistung ab, die nach dem oben genannten üb­ lichen Verfahren erreichbar ist, sondern man trifft zusätzliche Maßnahmen zur Erhöhung der Bremsleistung. Erfindungsgemäß wird die Magnetisierung des Motors 1 dadurch erhöht, daß dem Statorkreis des Motors 1 ein zusätzlicher Magnetisierungsstrom vom Inverter 3 zu­ geführt wird. In der Praxis erfolgt dies durch Steige­ rung der Ausgangsspannung des Inverters 3. Diese Er­ höhung der Magnetisierung wird vorgenommen, wenn die Spannung im Zwischenkreis 4 einen vorbestimmten oberen Grenzwert uc-hi-lim erreicht. Neben der Zunahme des Statorstromes führt die Erhöhung der Magnetisierung des Motors 1 in der Praxis auch dazu, daß im Rotor des Motors ein zum Statorstrom proportionaler Strom indu­ ziert wird. Diese Stator- und Rotorströme verursachen eine Verlustleistung, mit deren Hilfe die Bremsung, d. h. der Verbrauch der mechanischen Energie des Mo­ tors, möglich ist. Erfindungsgemäß werden also die Verluste des Motors durch Vergrößerung der im Motor entstehenden thermischen Verluste und auch der Magne­ tisierungsverluste vergrößert. Dadurch ist es möglich, die Energie des vom Motor gebildeten mechanischen Sy­ stems in größerem Maße als üblich in ther­ mische Energie des Motors umzuwandeln, wobei das Bremsmoment auch höher sein kann.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, brauchen in den normalen Steuerungssystemen des Motors keine größeren Änderungen vorgenommen zu wer­ den. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren braucht man nur die Zwischenkreisspannung bei der Bremsung zu überwachen, und wenn die Spannung im Zwischenkreis den vorbestimmten Wert überschreitet, die Vergrößerung des Flusses und damit auch die Erhöhung des Magnetisie­ rungsstromes im Rahmen der vorbestimmten Stromgrenzen einzuleiten. Wenn die Flußbremsung nach der Erfindung angewendet wird, wobei der Motor also durch Erhöhung der Magnetisierung gebremst wird, kann der Magnetisie­ rungsstrom höchstens bis zu einem vorbestimmten Grenz­ wert erhöht werden, der in der Praxis durch die maxi­ male Ausgangsspannung des Inverters 3 oder durch den aufgrund der Erwärmung des Motors jeweils höchstzuläs­ sigen Statorstrom des Motors bestimmt wird. Anderer­ seits ist es natürlich, daß die Ausgangsspannung des Inverters 3, deren Steigerung also eine Zunahme des Magnetisierungsstromes bewirkt, nur bis zu dem höchst­ möglichen Wert des Inverters gesteigert werden kann.

Die erfindungsgemäße Flußbremsung wird passi­ viert, wenn die Spannung uc im Zwischenkreis 4 die Regelgrenze der Überspannung, d. h. den Wert uc-hi-lim unterschreitet. Somit beruhen die Aktivierung und Pas­ sivierung der erfindungsgemäßen Flußbremsung lediglich auf der Überwachung der Zwischenkreisspannung uc. Selbstverständlich muß die Vergrößerung des Motorflus­ ses, d. h. die Erhöhung der Magnetisierung des Motors, kontrolliert erfolgen, wobei die Vergrößerungsrate in erster Linie von der Zeitkonstante des Rotors abhängig ist.

In Fig. 2 ist ein beispielhaftes Flußdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Mit 5 ist die Einleitung der Bremsung bezeichnet. Nachdem ein Bremsbefehl erhalten ist, wird gemäß Block 6 begonnen, die Spannung uc im Zwischen­ kreis des Frequenzumrichters zu überwachen, und ge­ testet, ob diese Spannung ihren höchstzulässigen Wert uc-hi-lim erreicht hat. Überschreitet die Zwischen­ kreisspannung nicht den Wert uc-hi-lim, so wird zum Block 7 übergegangen, gemäß dem die Bremsung in Über­ einstimmung mit der Normalregelung und mit der Magne­ tisierung nach dieser Normalregelung fortgesetzt wird. Wenn die Zwischenkreisspannung aber den Wert uc-hi-lim überschreitet, wird zum Block 8 übergegangen, wo ge­ testet wird, ob der Magnetisierungsstrom is seinen höchstzulässigen Wert is-ref überschreitet. Ist die Bremsung erst vor kurzem eingeleitet, so ist es wahr­ scheinlich, daß die Stromgrenze noch nicht erreicht worden ist, sondern man die Bremsleistung durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Magnetisierung im Block 9 erhöhen kann. Dann wird wieder zum Block 6 zurückge­ kehrt, um das Niveau der Zwischenkreisspannung zu te­ sten, aufgrund dessen man wieder entweder zum Block 7 oder zum Block 8 übergeht.

Wenn die Magnetisierung des Motors gemäß dem Flußdiagramm der Fig. 2 erhöht wird, entsteht zu ir­ gendeinem Zeitpunkt einerseits eine Situation, in der der Magnetisierungsstrom nicht mehr vergrößert werden kann, sondern der höchstzulässige Wert is-ref über­ schritten ist. Dann wird vom Block 8 zum Block 10 übergegangen, in dem die Magnetisierung verringert wird. Andererseits entsteht bei fortschreitender Brem­ sung zu irgendeinem Zeitpunkt auch eine Situation, in der die Zwischenkreisspannung ihren Grenzwert uc-hi- lim unterschreitet, wobei man vom Block 6 in die Nor­ malregelung gemäß Block 7 übergehen kann.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bremsung eines Wechselstrommotors, der von einem Frequenzumrichter (2) mit einem Zwischenkreis (4) gespeist wird, wobei durch entsprechende Ansteuerung die thermischen Verluste des Motors vergrößert werden, wenn die Spannung (uc) im Zwischenkreis (4) bei der Bremsung einen vorbestimmten Wert (uc-hi-lim) erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß dazu die Magnetisierung des Motors (1) erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, die zusätzliche Magnetisierung beseitigt wird, wenn die Spannung (uc) im Zwischenkreis (4) den vorbestimmten Wert (uc-hi- lim) unterschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Magnetisierung des Motors der Magnetisierungsstrom (is) höchstens bis zu einem vorbestimmten Grenzwert (is-ref) erhöht wird.