DE19743234C2 - Verfahren zur Erkennung und Abschaltung eines blockierten oder überlasteten permanenterregten Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung und Ab­ schaltung eines blockierten oder überlasteten permanenterreg­ ten Gleichstrommotors gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei stark gebremsten oder blockierten Gleichstrommotoren steigt der Motorbetriebsstrom stark an. Falls der Motor im Extremfall gar nicht mehr ungehindert rotieren kann, steigt der Betriebsstrom bis zu einem motorabhängigen Maximalstrom, dem Blockierstrom, an. Problematisch in dieser Hinsicht ist, daß dieser Blockierstrom in der Regel die Dimensionierungs­ grenze für zugehörige Speisungskabel stark überschreitet. Da­ her ist bei größeren Motoren eine Kabelbrandgefahr gegeben.

Bei bisherigen Lösungen wird auf eine Sicherung mit geeigne­ ter Trägheit zurückgegriffen, welche den Betriebsstromkreis unterbricht. Nachteilig hierbei ist, daß die Sicherung nach Unterbrechung des Stromkreises ersetzt werden muß, was einen erhöhten Wartungsaufwand bedeutet. Um während der Anlaufphase des Motors ein Schmelzen der Sicherung aufgrund des erhöhten Motorstromes zu verhindern, ist bei der Sicherung eine gewis­ se Trägheit erforderlich. Bei Auftreten eines Betriebsstro­ mes, welcher über einen längeren Zeitraum die Werte einer vorgegebenen Sicherungskennlinie überschreitet, schmilzt die Sicherung, wodurch eine entsprechende Schutzfunktion ausge­ löst wird.

Aus der DE 36 12 140 C2 ist in Übereinstimmung mit dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 ein Verfahren zur Erkennung und Ab­ schaltung eines blockierten oder überlasteten Gleichstrom­ motors bekannt, bei dem die vom Motor induzierte drehzahl­ abhängige Generatorspannung während der Impulspausen eines den Motor treibenden Treiberimpulszugs gemessen wird. Die­ ses Verfahren ist ausschließlich bei mittels PWM-Signalen angesteuerten Motoren anwendbar.

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung und Abschaltung eines überlasteten oder blockier­ ten Gleichstrommotors zu entwickeln, welches unabhängig von der Art der Motorspeisung arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine kontinuierliche Erfassung der Generatorspannung, welche proportional zur Mo­ tordrehzahl ist, während des Motorlaufs, ohne daß dazu der Betriebsstromkreis des Motors unterbrochen werden muß oder geschmolzene Sicherungen ersetzt werden müssen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Potential am zweiten Punkt der Brücken­ schaltung gegenüber dem Potential am ersten Punkt der Brüc­ kenschaltung durch Einfügung eines Zusatzwiderstandes erhöht. Dieser Zusatzwiderstand wird zwischen dem zweiten Punkt der Brückenschaltung und dem zweiten Widerstand eingefügt. Hier­ aus resultiert eine Potentialerhöhung, welche gerade dem Be­ trag entspricht, den die Generatorspannung nach einer vorde­ finierten Anlaufzeit mindestens aufweisen soll. Bei positiver Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt der Brückenschaltung wird außerdem der dritte Widerstand kurzgeschlossen, so daß der Motor direkt an die Betriebsspan­ nungsquelle angeschlossen wird. Mittels dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Anlaufstromspitze beim Einschalten des Motors zu dämpfen. Somit wird die durch die Motorrotation er­ zeugte elektromotorische Kraft zur Selbststeuerung des Motors ausgenutzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 eine Brückenschaltung zur kontinuierlichen Messung der Generatorspannung, welche eine hardwaremäßige Realisie­ rung eines Verfahrens zur Erkennung und Abschaltung eines blockierten oder überlasteten Gleichstrommotors darstellt, und

Fig. 2 die Schaltung gemäß Fig. 1 mit Anlaufverzögerung.

Fig. 1 zeigt eine Brückenschaltung aus zwei parallelen Zwei­ gen, in welche drei Widerstände und ein Gleichstrommotor ein­ gefügt sind. Ein erster Zweig der Meßbrücke enthält einen er­ sten Widerstand R₁ und einem zweiten Widerstand R₂, welche in Serie geschaltet sind. Die beiden in Serie geschalteten Wi­ derstände R₁ und R₂ sind zwischen einer Betriebsspannungs­ quelle U_B und Masse angeschlossen. Der zweite Zweig der Brüc­ kenschaltung ist durch eine Serienschaltung mit einem dritten widerstand R₃ und einem Gleichstrommotor gebildet, welcher durch eine drehzahlproportionale Gleichspannungsquelle U_G und einen Motorwiderstand R_M beschrieben wird. Zwischen dem Wi­ derstand R₃ und dem Motor befindet sich ein erster Meßpunkt P₁, während sich zwischen dem Widerstand R₁ und dem Wider­ stand R₂ ein zweiter Meßpunkt P2 befindet. Falls die Bezie­ hung

gilt, so ist die Potentialdifferenz bei verschwindender Gene­ ratorspannung U_G zwischen den Punkten P₁ und P₂ gleich Null. Aufgrund der Linearität des durch die Widerstände R₁, R₂, R₃ und R_M gebildeten Widerstandsnetzwerks verschiebt sich die Potentialdifferenz zwischen den Punkten P₁ und P₂ bei rotie­ rendem Motor genau um den Betrag der Generatorspannung U_G, welche proportional zur Drehzahl des Gleichstrommotors ist. Somit realisiert die in Fig. 1 dargestellte Brückenschaltung ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Erfassung der Ge­ neratorspannung U_G kontinuierlich und ohne Unterbrechung der Betriebsspannung U_B erfolgt.

Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 1 veränderte Schaltung, in wel­ cher zusätzliche, die Dämpfung der Anlaufstromspitzen des Motors betreffende Komponenten eingefügt sind. Ein zusätzlicher Operations­ verstärker OP ist mit seinem invertierenden Eingang an den Punkt P₂ angeschlossen, während er mit seinem nichtinvertie­ renden Eingang an den Punkt P₁ zwischen dem Widerstand R₃ und dem Motor angeschlossen ist. Zusätzlich ist das Potential am Punkt P₂ durch einen seriell zum Widerstand R₂ eingefügten Zusatzwiderstand R_Z um einen Betrag erhöht, welcher dem Min­ destbetrag der gewünschten Generatorspannung U_G nach einer definierten Anlaufzeit entspricht. An den Ausgang des Opera­ tionsverstärkers OP ist über einen Widerstand R ein NPN- Transistor T mit seinem Basisanschluß angeschlossen. Der Emitter des Transistors T ist an Masse angeschlossen. Zwi­ schen dem Kollektoranschluß des Transistors T und der Be­ triebsspannungsquelle U_B ist ein Motorrelais MR angeordnet, durch welches der Widerstand R₃ kurzgeschlossen werden kann, so daß der Motor direkt an die Betriebsspannungsquelle U_B an­ geschlossen ist. Durch die Vorschaltung des Widerstandes R₃ wird somit die Anlaufstromspitze des Motors während einer An­ laufzeit gedämpft.

Claims (2)

1. Verfahren zur Erkennung und Abschaltung eines blockier­ ten oder überlasteten permanenterregten Gleichstrommotors, wobei eine drehzahlabhängige induzierte Generatorspannung mit einem Sollwert verglichen und bei dessen Unterschrei­ tung der Motor abgeschaltet wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte,

• a) Messung der Generatorspannung (U_G) mittels einer Brückenschaltung, welche einen ersten und einen zweiten parallelen Zweig aufweist, wobei der erste Zweig einen ersten und einen zweiten Widerstand (R₁, R₂) in Reihe enthält, während der zweite Zweig einen dritten Wider­ stand (R₃) und einen seriell geschalteten Gleichstrommo­ tor (R_M, U_G) aufweist, und wobei die Brückenschaltung hinsichtlich der drei Widerstände (R₁, R₂, R₃) und eines vierten, das elektrische Verhalten des Motors beschrei­ benden Widerstandes (R_M) abgeglichen ist, und wobei eine der Generatorspannung (U_G) entsprechende Brückenspannung als Potentialdifferenz zwischen einem ersten Punkt (P₁) zwischen dem dritten Widerstand (R₃) und dem Motor (R_M, U_G) und einem zweiten Punkt (P₂) zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand (R₁, R₂) abgegriffen wird, und
• b) Abschalten des Motors bei verschwindender oder den de­ finierten Sollwert unterschreitender Brückenspannung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Potenti­ al am zweiten Punkt (P₂) der Brückenschaltung gegenüber dem Potential am ersten Punkt (P₁) durch Einfügen eines Zusatzwi­ derstandes (R_Z) zwischen dem zweiten Punkt (P₂) und dem zwei­ ten Widerstand (R₂) um einen Betrag erhöht wird, welchen die Generatorspannung (U_G) nach einer definierten Anlaufzeit min­ destens aufweisen soll, und daß bei positiver Potentialdiffe­ renz zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt (P₁, P₂) der Brückenschaltung der dritte Widerstand (R₃) kurzgeschlossen wird.