DE19734405A1 - Method of operating electric motor with electromagnetic brake - Google Patents
Method of operating electric motor with electromagnetic brakeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor, umfassend eine elek tromagnetisch betätigte, mechanische Bremse mit einer Erreger spule und einen Umrichter zum Betreiben des Elektromotors an Wechsel- bzw. Drehstromnetzen, sowie ein Verfahren zum Betrei ben eines Elektromotors mit einer elektromagnetisch betätig baren, mechanischen Bremse.The invention relates to an electric motor, comprising an elek tromagnetically actuated, mechanical brake with an exciter coil and a converter to operate the electric motor AC or three-phase networks, as well as a procedure for operation ben an electric motor with an electromagnetically operated mechanical brake.
Elektrische Maschinen lassen sich sehr gut in ihrer Drehzahl steuern. Durch die heute vorliegenden Möglichkeiten der Elektronik können derartige Maschinen über Umrichter an Wechsel- bzw. Drehstromnetzen betrieben werden. Um die an sich schon gute Steuerbarkeit insbesondere beim Abbremsen zu verbessern, wie dies für viele Anwendungsfälle derartiger Maschinen gefordert wird, ist es bekannt, die Maschine als Generator zu betreiben und die beim Abbremsen erzeugte Energie über einen (Last-)Widerstand in Wärme zu verwandeln. Ein solcher zusätzlicher Lastwiderstand erfordert einen gewissen Kosten- und Konstruktionsaufwand, wobei darüber hinaus die erzeugte Wärme über entsprechende zusätzliche Einrichtungen abgeführt werden muß.Electrical machines are very good at their speed Taxes. Due to the possibilities of Electronics can operate such machines via converters AC or three-phase networks are operated. To the in itself already good controllability, especially when braking improve such as this for many use cases When machinery is required, it is known as the machine Operate generator and the energy generated when braking to convert into heat via a (load) resistor. A such additional load resistance requires some Cost and design effort, with the addition generated heat via appropriate additional facilities must be dissipated.
Weiterhin ist es bei derartigen, vorwiegend als Elektromotoren betriebenen Maschinen bekannt, mechanische Bremsen vorzusehen, die über eine Elektromagnet-Anordnung gelöst bzw. gelüftet werden können. Man bestromt also die Erregerspule der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse zusammen mit dem Elektromotor, so daß der Motor im unbestromten Zustand festgehalten wird. Furthermore, it is in such, predominantly as electric motors operated machines known to provide mechanical brakes, which are released or released via an electromagnet arrangement can be. So you energize the excitation coil of the electromagnetically operated, mechanical brake together with the electric motor, so that the motor is de-energized is held.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Ab bremsvorgang mit einfachen Mitteln verbessert werden kann.The invention has for its object an electric motor and a method for operating an electric motor type mentioned to the extent that the Ab braking process can be improved with simple means.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 bzw. einen Elektromotor nach Patentanspruch 8 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 or an electric motor according to claim 8 solved.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß die im generatorischen Betrieb während des Bremsvorgangs erzeugte elektrische Energie in der Erregerspule der elektromagnetisch lösbaren mechanischen Bremse in Wärme umgesetzt wird. Diese Idee ist insofern besonders überraschend, als während eines mechanischen Bremsens, wie es bei derartigen Elektromotoren bisher bekannt ist, der Erregerspule eben keine Energie zugeführt wird. Durch die erfindungsgemäße Idee gelingt es aber, ohne einen Bremswiderstand auszukommen und noch dazu die Speicherfunktion der Spuleninduktivität, also ihre besondere dynamische Wirkung auszunützen, welche diese Spule gegenüber einem zusätzlichen, üblicherweise verwendeten Ohmschen Widerstand aufweist.An essential point of the invention is that the generated regenerative operation during the braking process electrical energy in the excitation coil of the electromagnetic releasable mechanical brake is converted into heat. This Idea is particularly surprising in that during one mechanical braking, as is the case with such electric motors So far it is known that the excitation coil does not have any energy is fed. The idea according to the invention succeeds but without a braking resistor and even more so Storage function of the coil inductance, i.e. its special to exploit the dynamic effect which this coil has an additional, commonly used ohmic Exhibits resistance.
Vorzugsweise wird bei einem starken Abbremsen im generato rischen Betrieb der Erregerspule ein Strom zugeführt, der wesentlich größer ist als der zum Lüften oder Halten der Bremse zugeführte Strom. Dies bedeutet, daß elektrische Eigenschaften der Spule ausgenützt werden, die im normalen Betrieb, beim üblichen Lüften der Bremse nicht ausgenützt werden. Der Erregerspule kann jedoch für eine gewisse Zeitdauer ein erheb lich größerer Strom zugeführt werden, als dieser zum Lüften oder gar zum Halten der Bremse im normalen Betrieb zugeführt wird.It is preferable in the generato when braking hard During operation of the excitation coil, a current is supplied to the is significantly larger than that for releasing or holding the brake supplied electricity. This means that electrical properties the coil are used in normal operation, when usual brake release cannot be used. Of the Excitation coil can, however, increase for a certain period of time Lich larger current are supplied than this for ventilation or even fed to hold the brake in normal operation becomes.
Vorzugsweise stellt man die thermische Belastung der Erreger spule fest und begrenzt den ihr zugeführten Strom auf einen vorbestimmten Betrag, wenn die thermische Belastung einen vor bestimmten (Temperatur-)Wert überschreitet. Dadurch kann sichergestellt werden, daß keine Schäden durch Überhitzung auftreten. Vorzugsweise wird bei Gefahr einer thermischen Überlastung der Strom auf den Haltestrom der Erregerspule begrenzt, also auf den Strom, der im Dauerbetrieb des Elektromotors fließt und auf den die Erregerspule "zugeschnitten" ist.The thermal load on the pathogens is preferably set coil tight and limits the current supplied to it to one predetermined amount if the thermal load a before certain (temperature) value exceeds. This can ensure that no damage from overheating occur. If there is a risk of thermal Overloading the current on the holding current of the excitation coil limited, i.e. to the current that is in continuous operation of the Electric motor flows and on the excitation coil is "tailored".
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Feststellung der thermischen Belastung die Temperatur der Erregerspule gemessen. Bei dieser Art der Belastungsmessung kann mit besonders genauen Ergebnissen gerechnet werden. Bei einer alternativen, ggf. aber auch zusätzlich anzuwendenden Ausführungsform der Erfindung werden Strom- und/oder Spannung der Erregerspule überwacht und derart mit Parametern, die für die Erregerspule spezifisch sind, insbesondere mit der ther mischen Zeitkonstante der Erregerspule zur Feststellung der thermischen Belastung verrechnet, daß nicht nur die jeweils momentane thermische Belastung feststellbar ist, sondern vielmehr auch jederzeit "hochgerechnet" werden kann, wie lange die Erregerspule noch mit der momentan anliegenden Brems leistung beaufschlagt werden kann, bevor der Erregerstrom verringert werden muß. Dadurch kann ein optimales Brems verhalten eingestellt werden.In a preferred embodiment of the invention Determining the thermal load the temperature of the Excitation coil measured. With this type of load measurement particularly precise results can be expected. At an alternative, but possibly also an additional one Embodiments of the invention are current and / or voltage the excitation coil is monitored and so with parameters that for the excitation coil are specific, especially with the ther mix time constant of the excitation coil to determine the thermal load offset that not only each momentary thermal load can be determined, but rather, it can also be "extrapolated" at any time, how long the excitation coil with the brake currently applied power can be applied before the excitation current must be reduced. This allows optimal braking behavior can be set.
Vorzugsweise wird zusätzlich zur Feststellung der thermischen Belastung der Erregerspule auch noch die Umgebungstemperatur festgestellt. Die Sicherheit vor Überlastung der Erregerspule wird dadurch erhöht. Gleiches gilt für eine Feststellung der Temperatur am Elektromotor durch einen entsprechenden, meist ohnehin schon vorhandenen Temperaturfühler. Nachdem die Bremse samt ihrer Erregerspule am Elektromotor befestigt ist und ein Wärmefluß stattfindet, gibt auch die Temperatur am Elektromotor einen Meßwert dafür, welche Wärme der Erregerspule noch zuführbar ist. Preferably, in addition to determining the thermal Load of the excitation coil also the ambient temperature detected. Protection against overload of the excitation coil is increased. The same applies to a determination of Temperature at the electric motor through an appropriate, mostly already existing temperature sensors. After the brake together with its excitation coil is attached to the electric motor and a Heat flow takes place, also gives the temperature at the electric motor a measurement of the heat of the excitation coil is feedable.
Nachfolgend werden zur Erläuterung der Erfindung Ausführungs beispiele anhand von Abbildungen beschrieben.In the following, explanations for the invention will be given examples described with the help of illustrations.
Hierbei zeigenShow here
Fig. 1 eine Grundschaltung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a basic circuit for performing the method according to the invention,
Fig. 2 eine Prinzipschaltung der in Fig. 1 angedeuteten Leistungselektronik, Fig. 2 is a schematic circuit the direction indicated in Fig. 1 Power Electronics,
Fig. 3 die Schaltung einer Ansteuereinheit, Fig. 3 shows the circuit of a drive unit,
Fig. 4 die Schaltungseinzelheiten der Schaltung gemäß Fig. 3, Fig. 4 shows the circuit details of the circuit of Fig. 3,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer An steuereinheit, Fig. 5 shows another embodiment of a control unit to,
Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer Ansteuer einheit, und Fig. 6 shows a third embodiment of a control unit, and
Fig. 7 und Fig. 8 zwei prinzipielle Darstellungen zur Erläuterung der Berechnung und/oder Messung der thermischen Belastung von Erregerspulen. Fig. 7 and Fig. 8, two conceptual diagrams for explaining the calculation and / or measurement of the thermal load of the exciting coils.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.In the following description, the same and equivalent parts used the same reference numerals.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Prinzipschaltung ist mit der Bezugsziffer 1 das Wechsel- oder Drehstromnetz bezeichnet, das auf einen Gleichrichter 2 geführt ist, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung auf einen Gleichspannungszwischenkreis 3 geführt ist. Am Ausgang des Gleichspannungszwischenkreises 3 sind Eingangsklemmen einer Bremssteuereinheit 4 parallel zu Eingangsklemmen eines Umrichters 5 angekoppelt. In the basic circuit shown in FIG. 1, the reference number 1 denotes the AC or three-phase network, which is led to a rectifier 2 , the rectified output voltage of which is led to a DC link 3 . At the output of the DC voltage intermediate circuit 3 , input terminals of a brake control unit 4 are coupled in parallel to input terminals of a converter 5 .
Ausgangsklemmen der Bremssteuereinheit 4 sind mit einer Erre gerspule 62 einer elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse verbunden, die im bestromten Zustand einen Motor 61 frei laufen läßt und diesen im stromlosen Zustand abbremst.Output terminals of the brake control unit 4 are connected to an excitation coil 62 of an electromagnetically actuated, mechanical brake which, when energized, allows a motor 61 to run freely and brakes it in the de-energized state.
Der Motor 61 wird in an sich bekannter Weise vom Umrichter 5 angesteuert.The motor 61 is controlled by the converter 5 in a manner known per se.
Der Elektromotor 6 bildet zusammen mit dem Gleichrichter 2, der Bremssteuereinheit 4, der Erregerspule 62 und dem Umrichter 5 vorzugsweise eine gerätetechnische Einheit 8, insbesondere mit einem gemeinsamen Gehäuse.The electric motor 6 , together with the rectifier 2 , the brake control unit 4 , the excitation coil 62 and the converter 5, preferably forms a technical unit 8 , in particular with a common housing.
Die Bremssteuereinheit 4 umfaßt, wie in Fig. 2 gezeigt, bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein elektronisches Einwegeventil 41, das über eine Ansteuereinheit 42 ein- und ausschaltbar ist. Dieses Einwegeventil 41 bildet mit der Erregerspule 42 eine Reihenschaltung, welche an den Ausgangs klemmen des Gleichspannungszwischenkreises 3 liegt. Die Klemmen der Erregerspule 62 sind über eine umgekehrt zum Einwegeventil gepolte Freilaufdiode 7 verbunden.In a first embodiment of the invention, the brake control unit 4 comprises, as shown in FIG. 2, an electronic one-way valve 41 which can be switched on and off via a control unit 42 . This one-way valve 41 forms with the excitation coil 42 a series connection which is connected to the output terminals of the DC link 3 . The terminals of the excitation coil 62 are connected via a freewheeling diode 7 which is polarized in reverse to the one-way valve.
In Fig. 2 sind der durch die Erregerspule 62 fließende Strom mit IB und die über den Klemmen der Erregerspule 62 liegende Spannung mit UB bezeichnet. Die Betriebsweise der Anordnung wird nachfolgend erläutert.In FIG. 2, the current flowing through the excitation coil 62 with current I B and overlying the terminals of the excitation coil 62 with voltage U B are designated. The operation of the arrangement is explained below.
Der zum Lüften der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderliche Gleichstrom hat den Wert I1. Wenn dieser Strom fließt, so fällt über die Erregerspule 62 eine Spannung U1 ab.The direct current required to release the electromagnetically operated mechanical brake has the value I 1 . When this current flows, a voltage U 1 drops across the excitation coil 62 .
Wenn der Strom I1 eingeschaltet wird, so vergeht eine Zeit dauer t1 bis zum vollständigen Lüften der Bremse. Zum Halten der Bremse im gelüfteten Zustand ist nur ein Gleichstrom I2 notwendig, der im allgemeinen kleiner oder aber gleich I1 ist. Die hierbei längs der Erregerspule 62 abfallende Spannung hat den Wert U2. If the current I 1 is switched on, it takes a time t 1 until the brake is completely released. To hold the brake in the released state, only a direct current I 2 is required, which is generally less than or equal to I 1 . The voltage dropping along the excitation coil 62 has the value U 2 .
Aus der in Fig. 2 gezeigten Schaltung ist nun ersichtlich, daß
das elektronisch ein- und ausschaltbare Einwegeventil 41 über
die Ansteuereinheit 42 derart geschaltet werden kann, daß die
gesamte Ausgangsspannung UZ des Gleichspannungszwischenkreises
3 an die Erregerspule 62 angelegt werden kann. Die dadurch
mögliche Betriebsweise wird nachfolgend erläutert.
Betriebszustand A: Dem Motor 61 wird vom Umrichter 5 kein Strom
zugeführt. Die Erregerspule 62 ist ebenfalls stromlos. In
diesem Betriebszustand steht der Motor festgebremst.
Betriebszustand B: Zu Beginn des Motobetriebs, also wenn der
Umrichter 5 beginnt, dem Motor 61 Strom zuzuführen, führt die
Bremssteuereinheit 4 der Erregerspule 62 für die Zeitdauer t1
einen Gleichstrom IB = I1 zu, um die Bremse zu lüften.
Betriebszustand C: Während des motorischen (ungebremsten)
Betriebs des Motors 61 führt die Bremssteuereinheit 4 den zum
Halten der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse
erforderlichen Gleichstrom IB = I2 durch die Erregerspule 62,
wobei dieser Gleichstrom I2 kleiner sein kann als der
Gleichstrom I1. Wenn der Haltestrom I2 gleich dem zum Lüften
notwendigen Strom I1 ist, entfällt natürlich der zuvor
beschriebene Betriebszustand B.
Betriebszustand D: Wenn der (laufende) Motor 61 gebremst werden
soll, also in den generatorischen Betrieb überführt wird, so
leitet die Bremssteuereinheit 4 den zum Halten der elektro
magnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderlichen
Gleichstrom IB = I2 durch die Erregerspule 62, sofern die vom
Umrichter 5 in den Gleichspannungszwischenkreis 3 zurück
gespeiste Leistung nicht größer ist als die zum Halten der
elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderliche
Leistung.
Betriebszustand E: Übertrifft die vom Umrichter 5 in den
Gleichspannungszwischenkreis 3 zurückgespeiste Leistung
aufgrund einer erhöhten Bremsleistung bzw. generatorischen
Leistung die zum Halten der elektromagnetisch betätigten,
mechanischen Bremse erforderliche Leistung, so leitet die
Bremssteuereinheit 4 die gesamte zurückgespeiste Leistung des
Elektromotors 61 in die Erregerspule 62. Dieser Strom ist
natürlich erheblich größer als die vorgenannten Werte I1 und
I2.
Betriebszustand F: Übersteigt die thermische Belastung durch
den zugeführten Strom einen, für die Erregerspule 62 maximal
zulässigen Wert, so reduziert die Bremssteuereinheit 4 den der
Erregerspule 62 zugeführten Strom IB auf den zum Halten der
elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse
erforderlichen Gleichstrom IB = I2.From the circuit shown in Fig. 2 it can now be seen that the one-way valve 41 , which can be switched on and off electronically, can be switched via the control unit 42 such that the entire output voltage U Z of the DC link 3 can be applied to the excitation coil 62 . The possible mode of operation is explained below.
Operating state A: No current is supplied to the motor 61 by the converter 5 . The excitation coil 62 is also de-energized. The motor is braked in this operating state.
Operating state B: At the beginning of motor operation, that is to say when the converter 5 begins to supply current to the motor 61 , the brake control unit 4 supplies the excitation coil 62 with a direct current I B = I 1 for the period of time t 1 in order to release the brake.
Operating state C: During the motorized (unbraked) operation of the motor 61 , the brake control unit 4 leads the direct current I B = I 2 required to hold the electromagnetically actuated mechanical brake through the excitation coil 62 , which direct current I 2 can be smaller than the direct current I 1st If the holding current I 2 is equal to the current I 1 required for ventilation, the previously described operating state B is naturally not applicable.
Operating state D: If the (running) motor 61 is to be braked, i.e. converted to generator operation, the brake control unit 4 conducts the direct current I B = I 2 required to hold the electromagnetically actuated, mechanical brake through the excitation coil 62 , provided that the power fed back by the converter 5 into the DC voltage intermediate circuit 3 is not greater than the power required to hold the electromagnetically actuated mechanical brake.
Operating state E: If the power fed back by the converter 5 into the DC voltage intermediate circuit 3 exceeds the power required to hold the electromagnetically actuated mechanical brake due to an increased braking power or regenerative power, the brake control unit 4 conducts the entire power fed back by the electric motor 61 into the excitation coil 62 . This current is of course considerably larger than the aforementioned values I 1 and I 2 .
Operating state F: If the thermal load from the supplied current exceeds a maximum permissible value for the excitation coil 62 , the brake control unit 4 reduces the current I B supplied to the excitation coil 62 to the direct current I B = I required to hold the electromagnetically actuated, mechanical brake 2nd
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung für eine Bremssteuereinheit 4 anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben.Hereinafter, a preferred embodiment of the circuit for a brake control unit 4 with reference to FIGS. 3 and 4 described.
Wie in Fig. 3 angedeutet, umfaßt die Ansteuereinheit 42 einen Signalerzeuger 421, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Pulsweitenmodulators (PWM) 422 verbunden ist. Der Ausgang des PWM 422 ist auf den Eingang einer Übersteuereinheit 423 ge führt, deren Ausgang auf den Steuereingang des elektronisch ein- und ausschaltbaren Einwegeventils 41 geführt ist. Die gesamte Anordnung wird von den Ausgangsklemmen des Gleich spannungszwischenkreises 3 gespeist.As indicated in FIG. 3, the control unit 42 comprises a signal generator 421 , the output of which is connected to an input of a pulse width modulator (PWM) 422 . The output of the PWM 422 leads to the input of an override unit 423 , the output of which is led to the control input of the one-way valve 41 which can be switched on and off electronically. The entire arrangement is fed by the output terminals of the DC voltage intermediate circuit 3 .
Die Ansteuerung durch die Übersteuereinheit 423 erfolgt nun derart, daß - bis auf den Betriebszustand E - die Übersteuereinheit 423 das Ausgangssignal des PWM 422 an das elektronische ein- und ausschaltbare Einwegeventil 41 leitet. Das relative Einschaltverhältnis bzw. Tastverhältnis λ des PWM 422 bestimmt in diesem Fall direkt den Gleichspannungs mittelwert UB an der Erregerspule 62. Es gilt: UB = λ.UZ, wobei UZ die Ausgangsklemmenspannung des Gleich spannungszwischenkreises 3 ist. Der Signalerzeuger 421 erzeugt den Vorgabewert für die Spannung UB.The control by the override unit 423 is now such that - except for the operating state E - the override unit 423 passes the output signal of the PWM 422 to the electronic one-way valve 41 which can be switched on and off. In this case, the relative duty cycle or duty cycle λ of the PWM 422 directly determines the average DC voltage U B at the excitation coil 62 . The following applies: U B = λ.U Z , where U Z is the output terminal voltage of the DC intermediate circuit 3 . The signal generator 421 generates the default value for the voltage U B.
Übertrifft beim Bremsen im Betriebszustand E die vom Umrichter 5 in den Gleichspannungszwischenkreis 3 zurückgespeiste Leistung die zum Halten der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderliche Leistung, so beginnt die Zwischenkreisspannung UZ über den Wert der gleichgerichteten Netzspannung hinauszusteigen. Überschreitet UZ dabei einen Grenzwert U3, so wird das ein- und ausschaltbare Einwegeventil 41 von der Übersteuereinheit 423 in den leitenden Zustand versetzt, und zwar unabhängig von der Vorgabe des Pulsweitenmodulators 422.If, during braking in operating state E, the power fed back by the converter 5 into the DC voltage intermediate circuit 3 exceeds the power required to hold the electromagnetically actuated, mechanical brake, the intermediate circuit voltage U Z begins to rise above the value of the rectified mains voltage. If U Z exceeds a limit value U 3 , then the one-way valve 41 which can be switched on and off is put into the conductive state by the override unit 423 , regardless of the specification of the pulse width modulator 422 .
Der Grenzwert U3 ist nun so bemessen, daß er einerseits (nennenswert) oberhalb der gleichgerichteten Netzspannung und andererseits (nennenswert) unterhalb der maximal zulässigen Spannungsbelastbarkeit des Gleichrichters 2, des Gleich spannungszwischenkreises 3, der Bremssteuereinheit 4, des Umrichters 5, des Motors 61 sowie der Erregerspule 62 liegt.The limit value U 3 is now such that it is on the one hand (noteworthy) above the rectified mains voltage and on the other hand (noteworthy) below the maximum permissible voltage rating of the rectifier 2 , the DC voltage intermediate circuit 3 , the brake control unit 4 , the converter 5 , the motor 61 and excitation coil 62 is located.
Übersteigt während des Betriebszustands E ein durch einen Temperaturfühler erzeugtes Signal ϑB für die thermische Beanspruchung der Erregerspule 62 - wie dies weiter unten näher erläutert wird - den für diese maximal zulässigen Wert ϑBmax, so wird der Betriebszustand F eingeleitet. In diesem Fall leitet die Übersteuereinheit 423 das Ausgangssignal des PWM 422 wieder an das elektronische, ein- und ausschaltbare Einwegeventil 41 derart, daß der der Erregerspule 62 zugeführte Strom IB = I2 wird, der Strom also auf den Wert gesenkt wird, den die Erregerspule 62 im Dauerbetrieb des Elektromotors 61 "aushält".If, during the operating state E, a signal ϑ B generated by a temperature sensor for the thermal stress on the excitation coil 62 - as will be explained in more detail below - exceeds the maximum permissible value ϑ B max, the operating state F is initiated. In this case, the override unit 423 passes the output signal of the PWM 422 back to the electronic one-way valve 41 which can be switched on and off in such a way that the current supplied to the excitation coil 62 becomes I B = I 2 , that is to say the current is reduced to the value which Excitation coil 62 "withstands" the continuous operation of the electric motor 61 .
Der obige Sachverhalt ist in Fig. 4 in Form eines Regelkreises dargestellt. Hierbei umfaßt die Übersteuereinheit 423 eine erste Vergleichseinrichtung, welche dann ein positives (digitales) Ausgangssignal abgibt, wenn die Spannung UZ an den Ausgangsklemmen des Gleichspannungszwischenkreises 3 eine vorbestimmte Spannung U3 übersteigt. Dieser Grenzwert U3 wurde oben bereits definiert.The above situation is shown in FIG. 4 in the form of a control loop. Here, the transfer control unit 423 comprises a first comparator, which emits a positive (digital) output signal when the voltage U Z at the output terminals of the DC voltage intermediate circuit 3 exceeds a predetermined voltage U. 3 This limit value U 3 has already been defined above.
Eine zweite Vergleichereinrichtung ist vorgesehen, welche einen aktuellen Temperaturwert ϑB mit einem maximal zulässigen Temperaturwert ϑBmax vergleicht und dann ein positives (digitales) Ausgangssignal abgibt, wenn der aktuelle Wert den Maximalwert überschreitet.A second comparator device is provided which compares a current temperature value ϑ B with a maximum permissible temperature value ϑ B max and then emits a positive (digital) output signal when the current value exceeds the maximum value.
Der Ausgangswert der ersten Vergleicherschaltung wird einem nicht-invertierenden Eingang eines UND-Gatters, der Aus gangswert der zweiten Vergleicherschaltung einem invertierenden Eingang des selben UND-Gatters zugeführt. Der Ausgang des UND- Gatters ist auf einen Eingang eines ODER-Gatters geführt, dessen anderer Eingang auf dem Ausgang des PWM 422 liegt. Der Ausgang des ODER-Gatters ist auf den Steuereingang des elektronischen ein- und ausschaltbaren Einwegeventils 41 geführt. Wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, führt diese Schaltungsanordnung das soeben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene Verfahren aus.The output value of the first comparator circuit is fed to a non-inverting input of an AND gate, the output value of the second comparator circuit is fed to an inverting input of the same AND gate. The output of the AND gate is connected to an input of an OR gate, the other input of which is on the output of the PWM 422 . The output of the OR gate is routed to the control input of the electronic one-way valve 41 which can be switched on and off. As is readily apparent to the person skilled in the art, this circuit arrangement carries out the method just described in connection with FIG. 3.
In Fig. 5 ist nun nochmals angedeutet, daß die zum Strom IB durch die Erregerspule 62 gehörige Spannung aus dem Signal erzeuger 421 dem PWM 422 zugeführt werden kann, wobei dieser Spannungswert UB, der zum Strom IB gehört, den Wert Null während des Betriebszustandes A, den Wert U1 (gehörend zum Strom I1) während des Betriebszustandes B und den Wert U2 (gehörend zum Strom I2) während der Betriebszustände C, D, E und F hat.In Fig. 5 is now again indicated that the voltage associated with the current I B through the excitation coil 62 from the signal generator 421 can be supplied to the PWM 422 , this voltage value U B , which belongs to the current I B , the value zero during of the operating state A, the value U 1 (belonging to the current I 1 ) during the operating state B and the value U 2 (belonging to the current I 2 ) during the operating states C, D, E and F.
Es ist auch möglich, die Anordnung über eine Stromvorgabe bzw. Stromregelung zu betreiben, wie dies in Fig. 6 angedeutet ist. Hierbei umfaßt der Signalerzeuger 421 einen Profilgenerator 4211, dessen Ausgangssignal einem Vergleicher zugeführt wird, dessen Ausgang auf den Eingang einer Regeleinheit 4212 im Signalerzeuger 421 geführt ist. Dem Vergleicher wird ein zum Strom IB durch die Erregerspule 62 proportionales Signal zuge führt, so daß das Ausgangssignal des Vergleichers dem Diffe renzwert (Regelabweichung) zwischen dem Ausgangswert (Sollwert) aus dem Profilgenerator 4211 und dem Strom-proportionalen Wert (Istwert) aus dem in Fig. 6 angedeuteten Stromfühler ent spricht.It is also possible to operate the arrangement via a current specification or current control, as is indicated in FIG. 6. Here, the signal generator 421 comprises a profile generator 4211 , the output signal of which is fed to a comparator, the output of which is led to the input of a control unit 4212 in the signal generator 421 . The comparator is fed to the current I B through the excitation coil 62 proportional signal, so that the output signal of the comparator the difference value (control deviation) between the output value (setpoint) from the profile generator 4211 and the current-proportional value (actual value) from the in Fig. 6 indicated current sensor speaks ent.
Bei allen hier gezeigten Anordnungen ist es nun von großem Vorteil, wenn der thermische Zustand bzw. die thermische Beanspruchung der Erregerspule 62 überwacht werden. Hierzu kann nun - wie in Fig. 7 angedeutet - aus einem Momentanwert pB der Verlustleistung in der Erregerspule 62 unter dessen Verrechnung mit einer thermischen Zeitkonstante τB der Erregerspule 62 das Signal ϑB durch Verrechnung (Addition) mit einer Größe ϑUBmax (entsprechend der maximalen Umgebungstemperatur der Erreger spule 62) gewonnen werden. Diese Größe ϑB wird dann, wie in Fig. 4 gezeigt, weiter verrechnet, um die Erregerspule 62 vor Überhitzung zu schützen.In all of the arrangements shown here, it is now of great advantage if the thermal state or the thermal stress on the excitation coil 62 is monitored. For this purpose, can now - as shown in Figure 7 indicated -. From an instantaneous value of p B of the power loss in the excitation coil 62 under its allocation with a thermal time constant τ B of the exciting coil 62, the signal θ B by offsetting (adding) having a size θ UB max ( according to the maximum ambient temperature of the excitation coil 62 ). This variable ϑ B is then added, as shown in FIG. 4, in order to protect the excitation coil 62 from overheating.
Der Momentanwert der Verlustleistung in der Erregerspule 62, die Größe pB wird rechnerisch ermittelt, und zwar aus dem (gemessenen) Strom bzw. der (gemessenen) Spannung durch die bzw. an der Erregerspule 62 und deren Ohmschen Widerstand, oder aus dem Steuersignal eines elektronischen ein- und ausschalt baren Einwegeventils 41, dem (Meß-)Wert der Spannung an den Ausgangsklemmen des Gleichspannungszwischenkreises 3 und dem Meßwert für den Strom durch die Erregerspule 62 bzw. deren Ohmschen Widerstand oder aber aus dem Meßwert für die Spannung der Erregerspule 62 und dem Meßwert für den Strom durch die Erregerspule 62 Der sich ergebende Wert ϑB gemäß Fig. 7 wird dann in der Schaltung gemäß Fig. 4 weiterverwendet.The instantaneous value of the power loss in the excitation coil 62 , the quantity p B is determined by calculation, specifically from the (measured) current or the (measured) voltage through or on the excitation coil 62 and its ohmic resistance, or from the control signal Electronic one-way valve 41 on and off, the (measured) value of the voltage at the output terminals of the DC link 3 and the measured value for the current through the excitation coil 62 or its ohmic resistance, or from the measured value for the voltage of the excitation coil 62 and the measured value for the current through the excitation coil 62. The resulting value ϑ B according to FIG. 7 is then used in the circuit according to FIG. 4.
Die Anordnung nach Fig. 8 unterscheidet sich von der nach Fig. 7 dadurch, daß nicht die fest vorgegebene maximale Umgebungstemperatur ϑUBmax der Erregerspule 62, sondern vielmehr eine Temperatur ϑM mit in die Berechnung einfließt, welche einer am Motor 6 gemessenen Temperatur entspricht. Diese wiederum gibt ein Bild dafür ab, welche Temperatur die elektromagnetisch betätigte, mechanische Bremse bzw. die Erregerspule 62 aufweist, da die Bremse am Motor 61 in wärmeleitender Verbindung befestigt ist. Diese Motortemperatur ϑM erlaubt noch eine bessere Ausnutzung der Erregerspule 62, da in der Regel die Umgebungstemperatur ϑUB der Erregerspule 62 betriebsmäßig unterhalb des oben angenommenen Maximalwertes ϑUBmax liegt. Der Faktor Kϑ, mit welchem die Motortemperatur ϑM gemäß Fig. 8 versehen wird, ist so bemessen, daß die Größe Kϑ.ϑM ungefähr der tatsächlichen Umgebungstemperatur ϑUB der Erregerspule 62 entspricht.The arrangement according to FIG. 8 differs from that according to FIG. 7 in that the calculation does not include the predetermined maximum ambient temperature ϑ UB max of the excitation coil 62 , but rather a temperature ϑ M which corresponds to a temperature measured on the motor 6 . This in turn provides an image of the temperature of the electromagnetically actuated mechanical brake or the excitation coil 62 , since the brake is attached to the motor 61 in a heat-conducting connection. This motor temperature ϑ M permits even better utilization of the excitation coil 62 , since the ambient temperature ϑ UB of the excitation coil 62 is usually below the maximum value ϑ UB max assumed above. The factor Kϑ with which the motor temperature ϑ M is provided according to FIG. 8 is dimensioned such that the size Kϑ. ungefähr M corresponds approximately to the actual ambient temperature ϑ UB of the excitation coil 62 .
11
Netz
network
22nd
Gleichrichter
Rectifier
33rd
Gleichspannungszwischenkreis
DC link
44th
Bremssteuereinheit
Brake control unit
55
Umrichter
Converter
66
Elektromotor mit elektromagnetisch betätigter, mechanischer Bremse
Electric motor with electromagnetically operated, mechanical brake
77
Freilaufdiode
Free-wheeling diode
88th
gerätetechnische Einheit
technical unit
4141
elektronisches ein- und ausschaltbares Einwegeventil
Electronic one-way valve that can be switched on and off
4242
Ansteuereinheit
Control unit
421421
Signalerzeuger
Signal generator
42114211
Profilgenerator
Profile generator
42124212
Regeleinheit für den Strom
Control unit for the current
422422
Pulsweitenmodulator
Pulse width modulator
423423
Übersteuereinheit
Override unit
6161
Elektromotor
Electric motor
6262
Erregerspule der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse
Excitation coil of the electromagnetically actuated, mechanical brake
Claims (14)
- - eine elektromagnetisch betätigte, mechanische Bremse mit einer Erregerspule (62),
- - einen Umrichter (5) mit einer Bremssteuereinheit (4), die derart steuerbar ausgebildet und mit den Klemmen des Elektromotors (61) sowie der Erregerspule (62) verbunden sind, daß beim Abbremsen des Elektromotors (61) von diesem im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie der Erregerspule (62) zur Zwischen speicherung und/oder Umsetzung in Wärme zugeführt wird.
- - an electromagnetically actuated mechanical brake with an excitation coil ( 62 ),
- - A converter ( 5 ) with a brake control unit ( 4 ), which is designed to be controllable and connected to the terminals of the electric motor ( 61 ) and the excitation coil ( 62 ), that when the electric motor ( 61 ) is braked, the electric motor generates this in regenerative operation Energy of the excitation coil ( 62 ) for temporary storage and / or conversion into heat is supplied.
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