DE19734405B4 - Three-phase machine and method for operating a three-phase machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer von einem Umrichter (5) mit einem Gleichspannungszwischenkreis (3) gespeisten Drehstrommaschine (61) mit einer an den Gleichspannungszwischenkreis (3) angeschlossenen elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse mit einer Erregerspule (62), welche bei Bestromung die Bremse lüftet und wobei beim Abbremsen der Drehstrommaschine (61) von dieser im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie der Erregerspule (62) zugeführt wird, wobei bei einem starken Abbremsen im generatorischen Betrieb der Erregerspule (62) ein Strom zugeführt wird, der wesentlich größer ist als der zum Lüften oder Halten der Bremse zugeführte Strom.method for operating one of a converter (5) with a DC intermediate circuit (3) powered three-phase machine (61) with a to the DC link (3) connected electromagnetically actuated, mechanical brake with an excitation coil (62) which releases the brake when energized and wherein when braking the three-phase machine (61) of this in the regenerative Operation generated electrical energy of the excitation coil (62) is supplied in case of a strong deceleration in regenerative operation of the Excitation coil (62), a current is supplied, which is much larger as the one to air or holding the brake supplied Electricity.
Description
Die Erfindung betrifft eine Drehstrommaschine, umfassend eine elektromagnetisch betätigte, mechanische Bremse mit einer Erregerspule und einem Umrichter zum Betreiben der Drehstrommaschine an Wechsel- bzw. Drehstromnetzen, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Drehstrommaschine mit einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse.The The invention relates to a three-phase machine comprising an electromagnetic actuated mechanical brake with an exciter coil and a converter for Operating the three-phase machine on AC or three-phase networks, and a method for operating a three-phase machine with a Electromagnetically actuated, 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 can be controlled very well in their speed. By the possibilities available today the electronics can such machines over Inverter to change or Three-phase networks are operated. In itself good controllability especially when braking to improve, as is the case for many Use cases of such Machinery is required, it is known the machine as a generator to operate and the energy generated during deceleration via a (load) resistance in heat to transform. Such an additional Load resistance requires a certain cost and design effort, being about it In addition, the heat generated via appropriate additional Facilities dissipated must become.
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.Farther It is in such, operated mainly as electric motors Machines are known to provide mechanical brakes that have an electromagnet arrangement solved or ventilated can be. The energizing coil of the electromagnetically actuated, mechanical brake together with the electric motor, so that the engine is held in the de-energized state.
Eine
derartige Anordnung ist aus der
Die
Auch
die
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehstrommaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Drehstrommaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Abbremsvorgang mit einfachen Mitteln verbessert werden kann.Of the Invention is based on the object, a three-phase machine and a method for operating a three-phase machine of the aforementioned Training further to the effect that the deceleration process with simple Means can be improved.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 bzw. eine Drehstrommaschine nach Patentanspruch 7 gelöst.These Task is achieved by a method according to claim 1 or a Three-phase machine according to claim 7 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.One essential point of the invention is that in the generator mode during the Braking process generated electrical energy in the excitation coil of the Electromagnetically releasable mechanical Brake in heat is implemented. This idea is particularly surprising insofar as while a mechanical braking, as is the case with such electric motors previously known, the excitation coil just no energy is supplied. By the idea according to the invention but manages to get along without a braking resistor and still to the memory function of the coil inductance, so their special dynamic Exploit effect, which opposite this coil an additional, usually having used ohmic resistance.
Dabei wird bei einem starken Abbremsen im generatorischen 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 erheblich größerer Strom zugeführt werden, als dieser zum Lüften oder gar zum Halten der Bremse im normalen Betrieb zugeführt wird.there is at a strong deceleration in regenerative operation of the Excitation coil fed a current, which is much bigger as the one to air or holding the brake supplied Electricity. This means that electrical Properties of the coil exploited which are not used during normal operation, when the brake is normally released. However, the exciter coil can be used for a significantly longer amount of power is supplied for a certain period of time, as this one for airing or even for holding the brake in normal operation is supplied.
Vorzugsweise stellt man die thermische Belastung der Erregerspule fest und begrenzt den ihr zugeführten Strom auf einen vorbestimmten Betrag, wenn die thermische Belastung einen vorbestimmten (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 der Drehstrommaschine fließt und auf den die Erregerspule "zugeschnitten" ist.Preferably, the thermal load of the excitation coil is determined and limits the current supplied to it to a predetermined amount when the thermal load exceeds a predetermined (temperature) value. This can ensure that no damage due to overheating occur. Preferably, at the risk of thermal overload, the current is limited to the holding current of the exciting coil, that is to say to the current which flows in continuous operation of the three-phase machine and to which the exciting coil is "cut to size". is.
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 thermischen 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 Bremsleistung beaufschlagt werden kann, bevor der Erregerstrom verringert werden muß. Dadurch kann ein optimales Bremsverhalten eingestellt werden.at a preferred embodiment The invention is to determine the thermal load the Temperature of the exciter coil measured. In this type of load measurement can be expected with particularly accurate results. At a alternative, but possibly also in addition applicable embodiment The invention monitors the current and / or voltage of the exciter coil and so with parameters for the excitation coil are specific, in particular with the thermal Time constant of the exciter coil for determining the thermal Load charged that not only the momentary thermal load can be determined but rather can be extrapolated at any time, such as long the exciter coil still with the currently applied braking power can be applied before the excitation current can be reduced got to. Thereby an 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 will be added for detecting the thermal load of the exciter coil also still the ambient temperature detected. The security against overload the exciter coil is thereby increased. The same applies to a statement the temperature at the electric motor by a corresponding, usually already existing temperature sensor. After the brake velvet its excitation coil is attached to the electric motor and a heat flow takes place, Also, the temperature at the electric motor gives a reading of which Heat the Exciting coil can still be fed is.
Nachfolgend werden zur Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele anhand von Abbildungen beschrieben.following will be explained the invention embodiments described by illustrations.
Hierbei zeigenin this connection demonstrate
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.In The following description will be for the same and equivalent Parts used the same reference numerals.
Bei
der in
Ausgangsklemmen
der Bremssteuereinheit
Der
Motor
Der
Elektromotor
Die
Bremssteuereinheit
In
Der
zum Lüften
der elektromagnetisch betätigten,
mechanischen Bremse erforderliche Gleichstrom hat den Wert I1. Wenn dieser Strom fließt, so fällt über die Erregerspule
Wenn
der Strom I1 eingeschaltet wird, so vergeht
eine Zeitdauer 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
Aus
der in
Betriebszustand
A: Dem Motor
Betriebszustand
B: Zu Beginn des Motobetriebs, also wenn der Umrichter
Betriebszustand
C: Während
des motorischen (ungebremsten) Betriebs des Motors
Betriebszustand
D: Wenn der (laufende) Motor
Betriebszustand
E: Übertrifft
die vom Umrichter
Betriebszustand
F: Übersteigt
die thermische Belastung durch den zugeführten Strom einen, für die Erregerspule
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Schaltung für
eine Bremssteuereinheit
Wie
in
Die
Ansteuerung durch die Übersteuereinheit
Übertrifft
beim Bremsen im Betriebszustand E die vom Umrichter
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
Übersteigt
während
des Betriebszustands E ein durch einen Temperaturfühler erzeugtes
Signal ϑB für die thermische Beanspruchung
der Erregerspule
Der
obige Sachverhalt ist in
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 outputs 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 Ausgangswert 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
In
Es
ist auch möglich,
die Anordnung über
eine Stromvorgabe bzw. Stromregelung zu betreiben, wie dies in
Bei
allen hier gezeigten Anordnungen ist es nun von großem Vorteil,
wenn der thermische Zustand bzw. die thermische Beanspruchung der
Erregerspule
Der
Momentanwert der Verlustleistung in der Erregerspule
Die
Anordnung nach
- 11
- Netznetwork
- 22
- Gleichrichterrectifier
- 33
- GleichspannungszwischenkreisDc link
- 44
- BremssteuereinheitBrake control unit
- 55
- Umrichterinverter
- 66
- Elektromotor mit elektromagnetisch betätigter, mechanischer Bremseelectric motor with electromagnetically actuated, mechanical brake
- 77
- FreilaufdiodeFreewheeling diode
- 88th
- gerätetechnische Einheitdevice-related unit
- 4141
- elektronisches ein- und ausschaltbares Einwegeventilelectronic On and off switchable one-way valve
- 4242
- Ansteuereinheitcontrol unit
- 421421
- Signalerzeugersignal generator
- 42114211
- Profilgeneratorprofile generator
- 42124212
- Regeleinheit für den Stromcontrol unit for the electricity
- 422422
- PulsweitenmodulatorPulse width modulator
- 423423
- ÜbersteuereinheitVia control panel
- 6161
- Elektromotorelectric motor
- 6262
- Erregerspule der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremseexcitation coil the electromagnetically actuated, mechanical brake
Claims (12)
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