DE19641713A1 - Method of switching off torque of electric motor - Google Patents

Method of switching off torque of electric motor

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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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    • H02P25/14—Universal motors
    • H02P25/145—Universal motors whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value, speed feedback

Abstract

The torque of the electric motor is regulated using a predefined demand revolution rate and the drive current supplied by an electrical supply device. The current is varied or regulated in steps depending on the motor revolution rate detected by a revolution rate meter. The revolution rate meter continuously monitors a motor current actual value corresp. to the revolution rate by comparison with a predefined switch-off current corresp. to the switch-off torque. Switch-off occurs when the actual value coincides with the switch-off current.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines Elektromotors, der von einer elektrischen Versorgungseinrichtung betrie­ ben und dessen Drehmoment von der vorgegebenen Solldrehzahl und von dem von der Versorgungseinrichtung gelieferten Antriebsstrom geregelt wird.The invention relates to a method for turning off a torque Electric motor operated by an electrical supply device ben and its torque from the specified target speed and regulated the drive current supplied by the supply device becomes.

Zum Betreiben eines Elektromotors dient eine Versorgungseinrichtung, die über einen Regler betrieben wird, in den der Drehzahl-Sollwert und der Drehzahl-Istwert eingespeist werden. Dabei wird der Drehzahl-Istwert von ei­ nem Drehzahlmesser geliefert, der meist als Tachometermaschine ausgebil­ det ist. Dem Motor ist normalerweise noch ein Getriebe nachgeschaltet, an dessen Spindel das Abgabedrehmoment zum Betreiben einer Last abgenom­ men wird. Als Stromversorgungseinrichtung für z. B. einen Gleichstrommo­ tor dient in der Regel ein Stromrichter-Stellglied bzw. Thyristor-Steller, des­ sen Abgabestrom über eine Phasenanschnittsteuerung einstellbar ist. Hierzu wird beispielsweise auf das Buch von O. Föllinger "Regelungstechnik" der Firma AEG-Telefunken verwiesen.A supply device is used to operate an electric motor is operated via a controller into which the speed setpoint and the Actual speed value can be fed. The actual speed of ei supplied with a tachometer, which is usually designed as a speedometer machine det. The engine is usually followed by a gearbox whose spindle the output torque for operating a load men will. As a power supply device for e.g. B. a direct current motor usually serves as a converter actuator or thyristor actuator output current is adjustable via a leading edge control. For this for example, the book by O. Föllinger "Regelstechnik" of AEG-Telefunken referenced.

Der Regler sorgt dafür, daß der Motor bei einer vorgegebenen Solldrehzahl läuft. Es gibt Anwendungsfälle, wie z. B. den Einsatz eines Motors bei einer Bohrmaschine, bei denen die Forderung zu erfüllen ist, daß der Motor bei ei­ nem vorgegebenen Drehmoment, den Abschalt-Drehmoment, abschaltet. Dazu ist eine Abschaltvorrichtung vorgesehen, die den Antriebsstrom unter­ bricht. Um den Motor bei einem vorgegebenen Abschalt-Drehmoment abzu­ schalten, ist es notwendig, sowohl die Drehzahl als auch den Strom-Istwert meßtechnisch zu erfassen. Insbesondere die Messung des Strom-Istwertes hängt von mehreren Parametern, wie z. B. der Temperatur, ab und wird von daher als aufwendig angesehen, da die Einzelparameter konstant gehalten werden müssen. Die Erfassung der Drehzahlen über eine Tachometermaschi­ ne ist dagegen weniger problematisch.The controller ensures that the engine at a predetermined set speed running. There are use cases such as B. the use of an engine in a Drilling machine in which the requirement is to be met that the motor at ei the specified torque, the switch-off torque, switches off. For this purpose, a switch-off device is provided which reduces the drive current breaks. To shut off the engine at a given shutdown torque switch, it is necessary both the speed and the current actual value to be measured. In particular the measurement of the actual current value depends on several parameters, such as B. the temperature, and is from  therefore considered to be expensive since the individual parameters were kept constant Need to become. The recording of the speeds via a tachometer machine ne is less problematic.

Die Erfindung verfolgt den Zweck, ein Verfahren zur Drehmoment-Abschal­ tung eines Elektromotors verfügbar zu machen, das gegenüber den bekann­ ten Verfahren einen geringeren Aufwand erfordert und durch eine genaue­ re Stromwerterfassung für eine zuverlässige Abschaltung bei einem vorge­ gebenen Drehmoment ermöglicht.The invention aims to provide a method for torque shutdown to make available an electric motor that was known to the th process requires less effort and an accurate re current value acquisition for a reliable shutdown at a pre given torque.

Die Erfindung besteht darin, daß der Strom stufenweise in Abhängigkeit von der über einen Drehzahlmesser erfaßten Drehzahl des Motors eingestellt bzw. eingeregelt wird, daß ständig der einer Drehzahl zugeordnete Istwert des Motorstroms durch Vergleich mit einem vorgegebenen, den Abschalt-Drehmoment entsprechenden Abschaltstrom überwacht und abgeschaltet wird, wenn der Istwert des Stroms mit dem Abschaltstrom übereinstimmt.The invention is that the current is gradually dependent on the engine speed detected by a tachometer or is regulated that the actual value assigned to a speed is constantly of the motor current by comparison with a predetermined one Switch-off torque corresponding switch-off current monitored and switched off when the actual value of the current matches the switch-off current.

Während also die Drehzahl bzw. die Solldrehzahl wie bisher über eine Tacho­ metermaschine festgestellt wird, wird der Stromwert, bei dem die Abschal­ tung erfolgen soll, festgelegt und die Abschaltung erfolgt dann, wenn der Strom-Istwert mit dem Stromabschaltwert übereinstimmt, was durch ständi­ gen Vergleich der beiden Stromwerte festgestellt wird. Bei diesem Verfah­ ren entfällt also die meßtechnische Erfassung des Motorstroms. Der wesent­ liche Vorteil besteht darin, daß der Strom nicht mehr gemessen wird und da­ mit die Aufwendungen entfallen, um die Parameter konstant zu halten, die den Stromwert beeinflussen.So while the speed or the target speed as before via a speedometer meter machine is determined, the current value at which the shutdown tion should take place, and the shutdown takes place when the Current actual value coincides with the current cut-off value, which is indicated by constant comparison of the two current values is determined. With this procedure Ren does not need to measure the motor current. The essential Liche advantage is that the current is no longer measured and there with the expenses to keep the parameters constant, the influence the current value.

Da zur Stromversorgung üblicherweise Stromrichter-Stellglieder oder für den Betrieb von Gleichstrommotoren bekannte Thyristor-Steller verwendet werden, die über den Phasenwinkel der Thyristoren angesteuert werden, kann das Verfahren dahingehend abgewandelt werden, daß anstelle des Ist­ stroms und des Abschaltstroms die jeweiligen Phasenwinkel herangezogen werden.Since usually for power supply converter actuators or for the operation of DC motors known thyristor actuator used which are controlled via the phase angle of the thyristors, the method can be modified so that instead of the actual current and the cut-off current, the respective phase angles are used will.

Ferner wird als weitere Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8 beansprucht. Furthermore, an arrangement for carrying out the A method as claimed in claim 8.  

Das Wesen der Erfindung soll anhand eines in den Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The essence of the invention is illustrated by means of one in the drawings th embodiment will be explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Tabelle, in der für vorgegebene Motor-Solldrehzahlen und vorgegebene Abschalt-Drehmomente die zugehörigen Phasen­ winkel eingetragen sind; Figure 1 is a table in which the associated phase angles are entered for predetermined engine target speeds and predetermined shutdown torques.

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Abschaltvorgangs und Fig. 2 is a diagram for explaining the shutdown and

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer beispielsweisen Anordnung zur Durch­ führung des Verfahrens. Fig. 3 is a block diagram of an exemplary arrangement for carrying out the method.

Die Tabelle gemäß Fig. 1 dient zur Durchführung der Abschaltung des Mo­ tors und ist so organisiert, daß als Spaltenvektor die Motor-Solldrehzahl und als Zeilenvektor das Abschalt-Drehmoment aufgetragen ist. In den Spalten und Zeilen sind die zugehörigen Phasenwinkel eingetragen, die bei vorgege­ bener Solldrehzahl das vorgegebene Abschalt-Drehmoment bestimmen. Zum Betrieb des Thyristor-Stellers werden diese über eine Steuerung Pha­ senwinkel eingegeben. Wie bereits erwähnt, ist bei vorgegebener Motor-Solldrehzahl und einem gewünschten Abschalt-Drehmoment ein bestimmter Phasenwinkel festgelegt, der sich aus der Tabelle ermitteln läßt. Das Verfah­ ren wird so durchgeführt, daß die in die Steuerung eingegebenen Phasen­ winkel ständig mit den Phasenwinkeln verglichen werden, bei denen die Ab­ schaltung erfolgen soll. Wenn beide Phasenwinkel übereinstimmen, erfolgt die Abschaltung sofort.The table of FIG. 1 is used for carrying out the disconnection of the Mo tors and is organized so that the turn-off torque is plotted as a column vector, the target engine speed and as a row vector. The associated phase angles are entered in the columns and rows, which determine the specified switch-off torque at the specified target speed. To operate the thyristor actuator, these are entered via a control phase angle. As already mentioned, a given phase angle, which can be determined from the table, is defined for a given target motor speed and a desired switch-off torque. The procedure is carried out in such a way that the phase angles entered into the control are constantly compared with the phase angles at which the circuit is to be switched off. If both phase angles match, the shutdown takes place immediately.

Zur Erläuterung des Verfahrens kann auch Fig. 2 herangezogen werden, welche die Netzspannung in Abhängigkeit von dem Strom bzw. dem Phasen­ winkel für eine positive Halbwelle darstellt. Als Beispiel sei angenommen, daß ein X-Vektor mit dem Wert 2 und ein Y-Vektor mit dem Wert 5 vorgege­ ben wird. Daraus läßt sich ein Phasenwinkel von 58,46° ermitteln. Bei diesem Wert erfolgt der Phasenanschnitt des Stellers, wie es in Fig. 2 eingetragen ist. Läuft der Motor bei Phasenwinkeln, die auf der rechten Seite des Phasen­ anschnittswerts liegen, dann ist das von dem Motor abgegebene Drehmo­ ment größer als das Abschaltmoment und der Motor läuft in Normalbetrieb. Für Phasenwinkel, die kleiner als der Phasenwinkel ist, der für die Motorab­ schaltung gewählt wurde, erfolgt die sofortige Abschaltung des Motors. Die­ ser Bereich kann als "Moment-Abschaltung" bezeichnet werden.To explain the method also FIG. 2 can be used, which represents the line voltage in response to the current and the phase angle for a positive half-wave. As an example, assume that an X vector with a value of 2 and a Y vector with a value of 5 are specified. A phase angle of 58.46 ° can be determined from this. At this value, the phase gating of the actuator takes place, as is entered in FIG. 2. If the motor runs at phase angles that are on the right side of the phase gating value, then the torque output by the motor is greater than the switch-off torque and the motor runs in normal operation. For phase angles that are smaller than the phase angle that was selected for the motor shutdown, the motor is switched off immediately. This area can be referred to as "torque shutdown".

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, die geeignet ist, das Verfahren gemäß der Er­ findung durchzuführen. Dem Motor 1 ist ein Steller 2 mit einer Phasenan­ schnittsteuerung vorgeschaltet, während der Motor 1 auf das Getriebe 3 ar­ beitet, an dessen Spindel 4 das Abgabedrehmoment für die Last auftritt. Zur Messung der Drehzahl ist eine Tachometermaschine 5 vorgesehen. Die An­ ordnung enthält ferner einen Mikroprozessor 6. Dem Mikroprozessor wird über eine Signalaufbereitung 7 die von der Tachometermaschine abgegebe­ ne Drehzahl eingegeben. Der Mikroprozessor führt u. a. die Funktion eines PI-Reglers aus. Damit die Abschaltung bei einem vorgegebenen Phasenwin­ kel erfolgen kann, werden dem Mikroprozessor sowohl die Solldrehzahl als auch das Abschaltmoment zugeführt. Die Eingabe der Solldrehzahl erfolgt über das Potentiometer 8 und den Analog-/Digital-Wandler 9, während für die Eingabe des Abschalt-Drehmoments das Potentiometer 10 und der Ana­ log-/Digital-Wandler 11 vorgesehen sind. Der Mikroprozessor ist so ausgelegt, daß er ständig die Phasenwinkel, welche an die Anschnittsteuerung ausgegeben werden, mit dem Phasenwinkel vergleicht, bei dem die Ab­ schaltung erfolgen soll. Wird Übereinstimmung der beiden Phasenwinkel festgestellt, veranlaßt der Mikroprozessor die Abschaltung des Motors. Fig. 3 shows an arrangement which is suitable for carrying out the method according to the invention. The motor 1 is an actuator 2 with a phase control upstream, while the motor 1 works on the gear 3 ar, on the spindle 4, the output torque for the load occurs. A tachometer machine 5 is provided for measuring the speed. The order also includes a microprocessor 6 . The microprocessor is entered via a signal processor 7, the speed output by the tachometer machine. The microprocessor performs, among other things, the function of a PI controller. So that the switch-off can take place at a predetermined phase angle, both the setpoint speed and the switch-off torque are supplied to the microprocessor. The setpoint speed is entered via the potentiometer 8 and the analog / digital converter 9 , while the potentiometer 10 and the analog / digital converter 11 are provided for the input of the switch-off torque. The microprocessor is designed so that it constantly compares the phase angle, which are output to the gate control, with the phase angle at which the circuit is to be switched off. If the two phase angles match, the microprocessor switches off the motor.

Um die Abschaltung unabhängig von Netzschwankungen, die auf den Pha­ senwinkel Einfluß nehmen, zu machen, ist zusätzlich vorgesehen, die Netz­ spannung über eine Signalaufbereitung 12 und einen Analog-/Digital-Wand­ ler 13 dem Mikroprozessor einzugeben. Der Mikroprozessor führt dann einen Vergleich mit einer vorgegebenen Referenzspannung, beispielsweise 230 V, durch, und führt bei einer Abweichung von dieser Referenzspannung eine entsprechende Korrektur durch.In order to make the shutdown independent of network fluctuations that affect the Pha senwinkel, it is additionally provided to enter the line voltage via a signal conditioning 12 and an analog / digital converter 13 to the microprocessor. The microprocessor then carries out a comparison with a predetermined reference voltage, for example 230 V, and carries out a corresponding correction in the event of a deviation from this reference voltage.

Wie bereits erläutert, ist zur Durchführung des Verfahrens eine Tabelle erfor­ derlich, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Tabelle wird in einem ROM ab­ gespeichert und die Werte für die Durchführung des Verfahrens abgerufen. Es hat sich herausgestellt, daß bei hohem Abschaltmoment und/oder hoher Solldrehzahl, die bei der zugehörigen Last einen maximalen Phasenanschnitt erfordern, der gleiche Tabellenwert für verschiedene Abschaltmomente ste­ hen. Um diese Ungenauigkeit zu beseitigen, ist in diesen Fällen in der Tabelle anstelle des minimalen Phasenwinkels die Motor-Istdrehzahl eingetragen, bei der das zulässige, an die Last abgegebene Drehmoment erreicht wird.As already explained, a table is necessary to carry out the method, as shown in FIG. 1. This table is stored in a ROM and the values for carrying out the method are called up. It has been found that at high shutdown torque and / or high setpoint speed, which require a maximum phase gating for the associated load, the same table value is available for different shutdown torques. In order to eliminate this inaccuracy, the actual motor speed at which the permissible torque delivered to the load is reached is entered in the table instead of the minimum phase angle.

Das Verfahren zur Motorabschaltung bei vorgegebenem Abschalt-Drehmo­ ment hat mehrere Vorteile. So kann das Eindrehen von gleichen Schrauben ohne besondere Beachtung oder Schwierigkeiten dadurch durchgeführt werden, daß das Drehmoment eingestellt wird, welches beim Anlegen des Schraubenkopfes an das Material auftritt. Damit werden alle Schrauben mit dem gleichen Drehmoment auch gleich tief in das Material geschraubt.The procedure for engine shutdown at a given shutdown torque ment has several advantages. This means that the same screws can be screwed in performed without special attention or difficulty be that the torque is set, which is applied when the Screw head to the material occurs. So that all screws with screwed into the material at the same torque.

Claims (9)

1. Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines Elektromotors, der von ei­ ner elektrischen Versorgungseinrichtung betrieben und dessen Drehmo­ ment von der vorgegebenen Solldrehzahl und von dem von der Versor­ gungseinrichtung gelieferten Antriebsstrom geregelt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strom stufenweise in Abhängigkeit von der über ei­ nen Drehzahlmesser erfaßten Drehzahl des Motors eingestellt bzw. geregelt wird, daß ständig der einer Drehzahl zugeordnete Istwert des Motorstroms durch Vergleich mit einem vorgegebenen, dem Abschalt-Drehmoment ent­ sprechenden Abschaltstrom überwacht und abgeschaltet wird, wenn der Istwert des Stroms mit dem Abschaltstrom übereinstimmt.1. Method for turning off the torque of an electric motor that is operated by an electrical supply device and whose torque is regulated by the predetermined target speed and by the supply current supplied by the supply device, characterized in that the current is gradually increased depending on the over egg NEN tachometer detected speed of the motor is adjusted or constantly that the speed assigned to the actual value of the motor current by comparison with a predetermined, the cut-off torque corresponding cut-off current is monitored and switched off when the actual value of the current matches the cut-off current. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Stromrichter-Stellgliedes als Versorgungseinrichtung.2. The method according to claim 1, characterized by the use of a Converter actuator as a supply device. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ sorgungseinrichtung mittels einer Phasenanschnittsteuerung betrieben und anstelle des Iststromes und des Abschaltstroms der jeweilige Phasenwinkel herangezogen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Ver care device operated by means of a phase control and instead of the actual current and the switch-off current, the respective phase angle is used. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchfüh­ rung des Abschaltvorgangs die Solldrehzahl, das Abschalt-Drehmoment und der Phasenwinkel tabellarisch derart festgelegt werden, daß
  • a) als Zeilenvektor die Solldrehzahl des Motors in vorbestimmten Stu­ fenschritten aufgetragen ist,
  • b) das Abschalt-Drehmoment in Stufenschritten als Spaltenvektor aufge­ tragen ist, und daß
  • c) in den Spalten und Zellen die Phasenwinkel eingetragen sind, die bei gegebener Solldrehzahl die Abschaltung des Motors bei dem ge­ wünschten Abschalt-Drehmoment bewirken.
4. The method according to claim 3, characterized in that to carry out the shutdown process, the target speed, the shutdown torque and the phase angle are set in a table such that
  • a) the target speed of the motor is plotted in predetermined increments as line vector,
  • b) the switch-off torque is carried up in increments as a column vector, and that
  • c) the phase angles are entered in the columns and cells, which cause the motor to be switched off at the desired switch-off torque at a given desired speed.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß der Phasenwinkel größer als der Phasenwinkel ist, bei dem der Elektromotor abgeschaltet werden soll, der Motor in Normalbetrieb arbeitet, und bei Pha­ senwinkeln unterhalb des Abschaltphasenwinkels der Motor abgeschaltet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that in the event that the phase angle is greater than the phase angle at which the electric motor is to be switched off, the engine is operating in normal mode, and at Pha the motor is switched off at angles below the switch-off phase angle becomes. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei ho­ hen Abschalt-Drehmomenten und/oder hoher Solldrehzahl in der Tabelle an­ stelle der Phasenwinkel die Werte der entsprechenden Istdrehzahlen des Elektromotors eingetragen sind.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that at ho hen shutdown torques and / or high target speed in the table set the phase angle the values of the corresponding actual speeds of the Electric motor are registered. 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ sorgungseinrichtung mittels einer Wellenpaketsteuerung betrieben wird.7. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Ver care device is operated by means of a wave packet control. 8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem bei einem vorgegebenen Drehmoment abzuschaltenden Mo­ tor, einer Steuereinrichtung zur Einstellung des den Antriebsstrom bestim­ menden Phasenwinkels, einem PI-Regler und einer Abschaltvorrichtung, ge­ kennzeichnet durch einen Mikroprozessor 6, dem über jeweils einen Analog-/Digital-Wandler 7, 11 die Solldrehzahl und das Abschalt-Drehmoment einge­ geben werden, dem ferner ein Drehzahlmesser 5 nach Aufbereitung der analogen Drehzahl ein der Istdrehzahl entsprechender Wert zugeführt wird, der über eine Verbindung zu der Steuereinrichtung des Stromrichter-Stell­ gliedes 2 die Phasenwinkel für den Antriebsstrom ausgibt, der einen ROM enthält, in dem die Tabelle nach Anspruch 3 gespeichert ist, und daß der Mikroprozessor so ausgelegt ist, daß er die Drehzahlregelung sowie den Ver­ gleich des bei vorgegebenen Drehzahl-Sollwert und Drehzahl-Abschaltmo­ ment festgelegten Abschalt-Phasenwinkel mit dem Strom-Istwert-Phasen­ winkel durchführt und bei Übereinstimmung dieser beiden Phasenwinkel die Abschaltung des Motors veranlaßt. 8. Arrangement for carrying out the method according to one of claims 1 to 6 with a motor to be switched off at a predetermined torque, a control device for setting the drive current-determining phase angle, a PI controller and a switch-off device, characterized by a microprocessor 6 , which are given via a respective analog / digital converter 7 , 11, the target speed and the shutdown torque, to which a tachometer 5 after conditioning of the analog speed is supplied with a value corresponding to the actual speed, which is connected to the control device of the Converter actuator 2 outputs the phase angle for the drive current, which contains a ROM in which the table according to claim 3 is stored, and that the microprocessor is designed so that it controls the speed and the comparison with the predetermined speed setpoint and Speed switch-off torque defined switch-off phase angle with the St Rom actual value phase angle is carried out and if these two phase angles match, the motor is switched off. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikropro­ zessor zur Korrektur von Netzschwankungen über eine Einrichtung zur Si­ gnalaufbereitung mit dem Netz in Verbindung steht.9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the micropro processor for correction of network fluctuations via a device for Si signal processing is connected to the network.
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US6970093B1 (en) 1999-05-29 2005-11-29 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Method for configuring the alarm device of an electrical motor and motor for implementing said method

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