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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines sensorlosen
und bürstenlosen
Gleichstrommotors.
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Unter
bürstenlosen
Gleichstrommotoren im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Permanentmagnetmotoren
zu verstehen, deren Wicklung mit im Wesentlichen trapezförmigen Spannungssignalen beaufschlagt
werden. Ein solcher Motor besteht üblicherweise aus einem Stator
mit mehreren, einzelnen oder in Kombination anzusteuernden Wicklungen
sowie einem darin umlaufenden Rotor, in dem in der Regel mehrere
Permanentmagnete angeordnet sind. Die Ansteuerung des Motors erfolgt üblicherweise über einen
Wechselrichter, beispielsweise in Form eines Frequenzumrichters.
Die Erfassung des Motorzustandes (Rotorstellung, Rotorgeschwindigkeit
etc.) erfolgt durch Erfassung der beim Drehen des Rotors in den
Motorwicklungen induzierten Spannung, also durch Auswertung des
BEMF-Signals, also nicht über
gesonderte Läuferpositionssensoren.
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Derartige
Motoren haben einen hohen Wirkungsgrad, sind einfach im Aufbau und
für viele
Anwendungen einsetzbar, beispielsweise zum Antrieb von Kreiselpumpen,
Ventilatoren, Kompressoren und dergleichen.
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Sie
erfordern insbesondere dann, wenn eine sensorlose Erfassung der
Rotorstellung erfolgt, ein spezielles Anlassverfahren, um sicherzustellen,
dass der Motor anläuft
und dass er in die gewünschte Richtung
läuft.
Ein solches Verfahren ist aus
DE 40 09 258 A1 bekannt. Dabei wird ein bestimmter
Wicklungssatz der Ständerwicklung
zunächst
mit einem bis zu einem vorbestimmten Grenzwert Strom gespeist, um
den Rotor in eine bestimmte Stellung zu bringen, wonach ein anderer
Wicklungssatz mit einem vorbestimmten Strom beaufschlagt wird, um
die Drehung des Rotors in die gewünschte Richtung zu erreiche,
wobei die Drehung des Rotors durch das in den Motorwicklungen induzierte
Signal erfasst wird um bei Erreichen einer vorbestimmten Motordrehzahl die Überleitung
in den selbstgeregelten Betrieb erfolgt.
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Dieses
bekannte Verfahren ist vergleichsweise aufwendig, da die Steuerung
des Stromes technisch aufwendig ist. Die für ein solches Verfahren vorzusehende
Steuerungselektronik ist nicht nur aufwendig, sie setzt darüber hinaus
eine spezielle Abstimmung auf den jeweiligen Motor und die davon
anzutreibende Motorlast voraus. Es ist also für jeden speziellen Anwendungsfall
eine gesonderte Steuerung zu konzipieren. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, dass auch unter Einsatz dieses bekannten Verfahrens
nicht zuverlässig
gewährleistet
werden kann, dass der Motor in der gewünschten Weise anläuft, da in
bestimmten Totpunktstellungen des Rotors die anfängliche Stromeinspeisung keinerlei
rotatorische Wirkung zeigt. Wird dann der zweite Verfahrensschritt
eingeleitet, kann der Rotor in der falschen Drehrichtung anlaufen.
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Aus
DE 24 28 718 B2 ist
ein bürstenloser Gleichstrommotor
bekannt, welcher eine Kommutierungseinrichtung aufweist, die zwei
Phasen des Motors mit einer vorbestimmten Spannung beaufschlagt,
um den Rotor in eine definierte Ruhestellung zu bewegen. Es wird
sodann nach einer gewissen Zeit der Strom durch eine Phase unterbrochen,
wodurch der Rotor mit einem Drehimpuls beaufschlagt wird um ihn
aus seiner Ruhestellung zum Anlaufen zu bringen.
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Auch
die aus
DE 24 28 718
B2 bekannte Steuerung ist technisch recht aufwendig, sie
bedarf einer vergleichsweise genauen Anpassung an den davon angesteuerten
Motor in Hinblick auf die elektrischen Größen. Ein weiterer wesentlicher
Nachteil ist jedoch, dass mit dieser Steuerung nicht sichergestellt werden
kann, dass der Motor in eine definierte Ruhestellung gelangt, um
dann in, der gewünschten
Richtung anzulaufen. In bestimmten Totpunktstellungen des Rotors
zeigt nämlich
die anfängliche
Stromeinspeisung keine Wirkung, so dass die dort als Ruhestellung
bezeichnete vorbestimmte Stellung nicht erreicht wird. Folglich
ist auch nicht gewährleistet,
dass der Motor bei der nachfolgenden Strombeaufschlagung in die
gewünschte
Richtung anläuft.
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Vor
diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren
so weiterzubilden, dass der Motor aus allen denkbaren Stellungen
heraus zuverlässig
und in der gewünschten
Richtung anfährt. Das
Verfahren soll insbesondere steuerungstechnisch mit einfachen Mitteln
verwirklicht werden können,
so dass eine nach diesem Verfahren arbeitende Steuerung für Motoren
unterschiedlicher Größe und Einsatzzwecke
verwendet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
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Grundgedanke
der vorliegenden Erfindung ist es, einen sensor- und bürstenlosen
Gleichstrommotor nicht, wie aus dem Stand der Technik nach
DE 40 09 258 A1 bekannt,
mit einem vorbestimmten Strom zu beaufschlagen, sondern stattdessen
eine Motorwicklung oder eine Motorwicklungskombination mit einer
vorbestimmten Spannung zu beauf schlagen, und zwar nicht wie aus
dem Stand der Technik nach
DE
24 28 718 B2 bekannt, sondern in zwei Schritten um zuverlässig sicherzustellen,
dass der Rotor in eine definierte Stellung vorbestimmte erste Stellung)
bewegt wird, um dann in vorbestimmter Weise in gewünschter
Drehrichtung anzufahren, um dann in den selbstgeführten Betrieb übergeleitet
zu werden. Gemäß der Erfindung
sind hierzu zwei Schritte A1 und A2 vorgesehen. Dabei wird zunächst eine
Motorwicklung oder Motorwicklungskombination mit einer vorbestimmten
Spannung beaufschlagt, um den Motor gegebenenfalls in eine Zwischenstellung zu
bewegen (A1) und dann eine weitere (andere) Motorwicklung oder Motorwicklungskombination
mit einer vorbestimmten Spannung beaufschlagt um den Rotor in die
vorbestimmte erste Stellung zu bewegen (A2). Auf diese Weise wird
selbst dann, wenn sich der Rotor bei der Ansteuerung gemäß Teilschritt
A1 in einer Totpunktstellung befindet diese bei der Ansteuerung
gemäß Teilschritt
A2 in die vorbestimmte erste Stellung (Ruhestellung) bewegt. Ist
hingegen diese Stellung keine Totpunktstellung, so wird sich der
Rotor in zwei Teilschritten, nämlich
A1 und A2 in diese vorbestimmte erste Stellung bewegen.
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Die
Ansteuerung des Motors mit einer vorbestimmten Spannung zum Erreichen
einer vorbestimmten ersten Stellung (Ausgangsstellung) des Rotors
sowie nachfolgend zum Drehen des Rotors in eine bestimmte Richtung
ist steuerungstechnisch recht einfach zu verwirklichen. Eine entsprechend ausgebildete
Steuerung kann für
Motoren unterschiedlicher Leistungsgröße, jedoch gleicher Bauart eingesetzt
werden. Auch muss die Steuerung nicht gesondert an den jeweiligen
Anwendungsfall angepasst werden da der Strom sich der Motorgröße anpasst
und somit ein leistungsgerechtes Anfahren erlaubt.
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Vorteilhaft
wird vor Beginn des erfindgemäßen Verfahrens
zunächst
mittels der Steuerung, die regelmäßige einen Frequenzumrichter,
zumindest jedoch einen Wechselrichter beinhalten wird, ermittelt, ob
der Rotor stillsteht oder rotiert. Dies kann sensorfrei durch Auswertung
der durch Eigeninduktion beim Rotieren in der Motorwicklung induzierten
Spannung (BEMF-Signal) erfolgen. Sobald nach Auswertung dieses Signal
bzw. bei Nichtvorliegen des Signals feststeht, dass der Rotor stillsteht,
oder nahezu stillsteht, kann der Motor in der erfindungsgemäßen Weise
angefahren werden.
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Wird
jedoch anhand dieses Signals eine Rotordrehung ermittelt, so ist
in einem weiteren Schritt die Rotordrehzahl zu bestimmen und festzustellen, ob
diese über
einer vorbestimmten Bremsdrehzahl liegt oder nicht. Sollte die Rotordrehzahl über der
vorbestimmten Bremsdrehzahl liegen, so erfolgt eine Ansteuerung
des Motors über
die Motorsteuerung, beispielsweise den Frequenzumrichter, dergestalt, dass
eine drehzahlsenkende Ansteuerung erfolgt, so wie auch beim Absenken
der Drehzahl im Betrieb erfolgt. Liegt die aktuelle Rotordrehzahl
jedoch im Bereich der Bremsdrehzahl oder darunter, dann erfolgt ein
Abbremsen des Rotors, indem eine oder mehrere Motorwicklungen kurzgeschlossen
werden, solange, bis der Rotor im Wesentlichen stillsteht.
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Beim
Antrieb von Maschinen, beispielsweise Kompressoren, die stets in
einer vorbestimmten Stellung anhalten, wird es bei geeigneter Wahl
einer Motorwicklung oder Motorwicklungskombination ausreichen, eine
vorbestimmte Spannung anzulegen, um eine Ausgangsstellung des Rotors
anzusteuern. Wenn jedoch Maschinen wie beispielsweise Lüfter, Kreiselpumpen
oder dergleichen angetrieben werden, kann der Rotor nach Abschalten
des Motors in praktisch jeder beliebigen Stellung stehen bleiben. Es
kann dann nicht ausgeschlossen werden, dass der Rotor auch in einer
Stellung stehen bleibt, in welcher der erste Verfahrensschritt A1
zum Erreichen der Ausgangsstellung des Rotors keine Wirkung zeigt,
wenn sich der Rotor in einer Totpunktlage befindet. Aus diesem Grund
sieht die Erfindung vor, zunächst
eine Motorwicklung oder Motorwicklungskombination mit einer vorbestimmten
Spannung zu beaufschlagen, um den Rotor in eine Zwischenstellung zu
bewegen und dann eine andere Motorwicklung oder Motorwicklungskombination
mit einer vorbestimmten Spannung zu beaufschlagen, um den Rotor in
die vorbestimmte erste Stellung zu bewegen. Sollte sich der Rotor
beim erstmaligen Ansteuern A1 im Totpunkt befinden, wird der zweite
Schritt A2 eine Bewegung in die vorbestimmte erste Stellung bewirken. Anderenfalls
erfolgen zwei Bewegungen hintereinander, wobei die Steuerung zeitmäßig so erfolgt,
dass der Rotor in der vorbestimmten ersten Stellung zumindest einen
Augenblick verharrt, bevor er dann im Schritt B in der gewünschten
Richtung zu Bewegung versetzt wird.
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Sofern
Motor und Motorlastzustand bekannt sind, kann die Koordination der
Schritte B und C in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt werden. Ist
hingegen die Motorlast unbekannt oder nicht exakt genug ab schätzbar, so
ist es zweckmäßig, den
Verfahrensschritt B in Teilschritte B1 und B2 zu splitten, wobei
in dem Teilschritt B1 zunächst
eine erste weitere Motorwicklung oder Motorwicklungskombination mit
einer vorbestimmten Spannung für
eine Zeit TB1 beaufschlagt wird und dann danach im Teilschritt B2 eine
zweite weitere Motorwicklung oder Motorwicklungskombination mit
einer vorbestimmten Spannung für
die Zeit TB2 beaufschlagt wird, wobei der Verfahrensschritt C zweckmäßigerweise
kurz vor Ablauf der Zeit TB2 eingeleitet wird. Hiermit kann unabhängig vom
Lastzustand sichergestellt werden, dass der Rotor schon in die richtige
Richtung zu laufen begonnen hat und dass die sensorlose induktive
Erfassung einer vorbestimmten zweiten Stellung des Rotors erst erfolgt,
wenn das im Motor induzierte Signal aufgrund der eingesetzten Rotorbewegung
stark genug ist.
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Dabei
wird die Ansteuerung zum Teilschritt B1 bzw. zum Teilschritt B2
hinsichtlich der zu beaufschlagenden Motorwicklungskombination zweckmäßigerweise
so gewählt,
dass ausgehend von der vorbestimmten ersten Stellung nach dem Teilschritt
A2 zunächst
eine Ansteuerung zu B1 erfolgt, die dreißig elektrische Grad entspricht,
und dann eine Ansteue rung zu B2 erfolgt, die wiederum 30 elektrische
Grad entspricht, so dass insgesamt im Schritt B der Rotor eine Drehung über sechzig
elektrische Grad, also beispielsweise bei einem zweipoligem Motor
von insgesamt sechzig Grad oder bei einem vierpoligen Motor von
insgesamt dreißig
Grad, vollzieht. Dabei werden die Zeiten, während derer eine vorbestimmte Spannung
an einer Wicklungskombination zum Erreichen der dieser Wicklungskombination
entsprechenden Rotorstellung zweckmäßigerweise so gewählt, dass
der Rotor ohne Last in jedem Falle im ersten Teilschritt B1 dreißig elektrische
Grad dreht. Bezüglich
der Zeit TB2 erfolgt die Wahl selbsttätig durch die nächste Kommutierung
nach induktiver Erfassung der entsprechenden Rotorstellung.
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Um
auch unter ungünstigen
Umständen
eine sichere Überlegung
in den selbstgeführten
Betrieb des Motors gemäß Schritt
D zu gewährleisten
ist es zweckmäßig, die
Rotordrehung noch zumindest eine kurze Zeit zu überwachen, vorzugsweise eine
vorbestimmte Anzahl von Rotorstellungen zu detektieren und erst
dann die Überleitung
in den selbstgeführten Betrieb
durchzuführen.
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In
einfachster Form erfolgt das Anlegen einer vorbestimmten Spannung
durch Anlegen einer konstanten Spannung da sich dann eine im Wesentlichen
konstante Winkelbeschleunigung des Rotors ergibt. Insbesondere jedoch
für den
Verfahrensstand B bzw. die des jeweiligen Verfahrensschrittes geändert, nämlich vorzugsweise
steigend gewählt
wird. Nach der Rotorstellungserkennung im Verfahrensschritt C am
Ende des Verfahrensschrittes B bzw. B2 wird zweckmäßigerweise
die Spannung wieder konstant gehalten, da eine größere Beschleunigung dann
nicht mehr erforderlich ist.
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Wenn
eine Motorsteuerung zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgelegt werden soll, so ist es zweckmäßig, die Zeit TB1 und eine sich
daran anschließende
Zeit T0, nach deren Ablauf die Stellungserkennung erfolgt und in
der eine vorbestimmte Wicklungskombination mit einer vorbestimmten
Spannung beaufschlagt wird, so zu wählen, dass nicht nur ein bestimmter
Motor mit unterschiedlichen Lastzuständen berücksichtigt wird, sondern so,
dass beispielsweise eine ganze Motorbaureihe mit praktisch unveränderter
Steuerung in dieser Weise angesteuert werden kann. In diesem Fall
ist die Zeit TB1 + T0 so zu wählen,
dass der Rotor unter Last bzw. der Rotor des schwächsten Motors
unter Lasts eine Geschwindigkeit erreicht, die das Detektieren der
Rotorstellung mittels induzierter Spannung erlaubt, und dabei die
Zeit T0 so zu wählen,
dass der Rotor ohne Last bzw. der Rotor des stärksten Motor ohne Last noch
nicht seien Endstellung von sechzig elektrischen Grad erreicht hat.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann mit einer Steuerung realisiert werden, die bei entsprechender
Leistungsauslegung der Bauteile unverändert für eine ganze Motorbaureihe
Verwendung finden kann. Bei Motorbaureihen, die durch Variation der
Statorlänge
sowie entsprechend angepasste Wicklungszahl und -querschnitt gebildet
sind, kann mit derselben Steuerung die gesamte Baureihe angesteuert
werden, wobei sich ungeachtet der Baugröße eine gleiche Anfahrcharakteristik,
insbesondere Winkelbeschleunigung des Rotors ergibt. Dies erklärt sich
daraus, dass in der vorbeschriebenen Motorbaureihe die Motorkonstanten
unabhängig von
der jeweiligen Baugröße gleich
sind und dadurch eine proportionale Abhängigkeit zwischen der jeweils anliegenden
Spannung und der Winkelbeschleunigung gegeben ist.
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Es
gibt allerdings auch Motorbaureihen, bei denen die Statorlänge gleich
bleibend gewählt,
jedoch durch Variation der Windungszahl die Geschwindigkeits-Drehmomentcharakteristik
variiert ist. Bei derartigen Motoren hängt die Rotorbeschleunigung
nicht nur proportional von der an die Wicklung angelegten Spannung,
sondern auch vom Statorwiderstand – dieser geht mit seiner reziproken
Wurzel neben den gleich bleibenden Motorkonstanten mit ein – ab. Um
hier mit einer Steuerung unterschiedliche Motoren entsprechend anfahren
zu können,
ist es erforderlich, vor Beginn den Statorwiderstand des angeschlossenen
Motors oder eine vergleichbare Größe zu ermitteln um unabhängig von
der Baugröße den Motor
mit gleich bleibender Rotorbeschleunigung anzufahren.
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Hierzu
kann in der Steuerung eine entsprechende Messschaltung vorgesehen
sein, mit der dieser motorgrößenabhängige Wert
zuvor ermittelt wird und somit der aus den Motorkonstanten und diesem Wert
gebildete Faktor festgelegt wird.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert. Es
zeigen
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1 eine Rotorstellung vor
und nach Ausführung
des Verfahrensschrittes A,
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2 eine Rotorstellung, bei
der eine Ausführung
des Verfahrensschrittes A nicht möglich ist,
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3 eine Rotorstellung vor
und nach Ausführung
des Verfahrensschrittes A1,
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4 eine Rotorstellung vor
und nach Ausführung
des Verfahrensschrittes A2,
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5 eine Rotorstellung vor
und nach Ausführung
des Verfahrensschrittes A1,
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6 eine Rotorstellung vor
und nach Ausführung
des Verfahrensschrittes A2,
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7 eine Rotorstellung vor
und nach Ausführung
des Verfahrensschrittes B1,
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8 eine Rotorstellung vor
und nach Ausführung
des Verfahrensschrittes B2 und
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9 den zeitlichen Zusammenhang
der Verfahrensschritte B1 und B2 unter Zugrundelegung unterschiedlicher
Motoren in Verbindung mit der Einleitung des Verfahrensschrittes
C.
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Die
Ansteuerung eines sensor- und bürstenlosen
Gleichstrommotors erfolgt beispielhaft mittels eines Frequenzumrichters,
dessen Einsatz in diesem Zusammenhang hinlänglich bekannt ist. Die elektronische
Motorsteuerung, welche den Frequenzumrichter mit den Motorwicklungen
verknüpft,
ermittelt den Rotorzustand (Stellung, Geschwindigkeit, Beschleunigung) über das
vom Motor induzierte Signal (BEMF-Signal), d. h., beispielsweise
durch Erfassen der in den Motorwicklungen nach Trennen des Motors
vom Versorgungsnetz induzierten Spannungen. Da diese Induktion eine
Bewegung des Rotors innerhalb des Stators voraussetzt, kann die
sensorlose Detektion nur erfolgen, wenn der Rotor schon in einer gewissen,
wenn auch geringen, Bewegung ist.
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Vor
dem Anfahren des Motors muss zunächst
sichergestellt sein, dass der Rotor steht oder eine geringe Geschwindigkeit
hat. Dies wird zunächst
anhand der Eigeninduktion des Motors ermittelt. Wenn der Rotor steht,
kann kein BEMF-Signal detektiert werden. Wird hingegen ein solches
Signal detektiert, dann muss die Rotorgeschwindigkeit bzw. die Rotordrehzahl
ermittelt werden. Je nach Auslegung des den Motor steuernden Wechselrichters
ergibt sich eine Bremsdrehzahl, d.h., eine maximal zulässige Drehzahl,
bei welcher der Rotor durch einfaches Kurzschließen seiner Wicklungen entsprechend abgebremst
wird.
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Ist
die aktuelle Rotordrehzahl jedoch höher als diese vorbestimmte
Bremsdrehzahl, so würde
ein Kurzschließen
der Wicklungen zu möglichen
Schäden
im Frequenzumrichter, insbesondere im Wechselrichter oder auch im
Motor führen
können.
In diesem Fall wird der Motor über
die Motorsteuerung so angesteuert, wie dies bei einem noch laufenden
Motor üblich
ist, um ihn dann mit Hilfe der Motorsteuerung gezielt herunterzufahren,
zumindest bis unter die Bremsdrehzahl, um gegebenenfalls dann die
Motorwicklungen bis zum annähernden
Stillstand des Rotors kurzzuschließen.
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Sobald
der Rotor annähernd
stillsteht, kann das Verfahren zum Anfahren eingeleitet werden.
Da der Rotor in einer beliebigen Drehstellung stehen bleiben kann,
ist in einem ersten Verfahrensschritt A eine definierte Ausgangsstellung
zu erhalten. Dabei wird an die in den Ausführungsbeispielen drei Wicklungsphasen
in einer vorbestimmten Motorwicklungskombination eine vorbestimmte
Spannung angelegt, so dass sich der Rotor aus der in 1 beispielhaft mit unterbrochenen
Linien dargestellten Stellung 1 in die in durchgezogenen
Linien dargestellte Ausgangsstellung 2 bewegt. Der Rotor
ist beispielhaft und zur Vereinfachung zweipolig (N = Nord, S =
Süd) dargestellt.
Der Motor ist als dreiphasiger Motor mit den Wicklungen U, V und
W in Sternschaltung dargestellt.
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2 zeigt eine Rotorstellung 3,
bei der vorbeschriebener Verfahrensschritt A nicht zu einer Drehung
des Rotors in die gewünschte
Ausgangsstellung 2 führt,
da der Rotor bereits sich in einer um 180° dazu gedrehten Stellung befindet,
in der beim Anlegen der vorbestimmten Spannung in der vorbestimmten
Wicklungskombination ein Kräftegleichgewicht
herrscht und keine Drehung erfolgt. Um diese Situation auszuschließen wird
der Verfahrensschritt A in die Teilschritte A1 und A2 aufgespalten,
wie dies anhand der 3 und 4 dargestellt ist.
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Es
wird also zunächst
eine vorbestimmte Spannung an eine erste Motorwicklungskombination angelegt,
die so gewählt
ist, dass sich eine von der späteren
gewünschten
Ausgangsstellung 2 des Rotors (4) abweichende Stellung ergibt. Der Rotor ist
also gemäß 3 durch den Schritt A1 von
einer Stellung 3 in eine Zwischenstellung 4 gebracht
worden, wonach er durch Beaufschlagung einer vorbestimmten Spannung
mit einer anderen Motorwicklungskombination in die Stellung 2 gebracht
wird, die der gewünschten
Ausgangsstellung 2 (siehe 1) entspricht.
Bei Durchführung
dieser Teilschritte A1 und A2 ist unabhängig von der Rotorstellung,
in der dieser steht, stets gewährleistet,
dass die gewünschte
Ausgangsstellung, nämlich
die Rotorstellung 2, erreicht wird. Befindet sich nämlich der
Rotor in einer kraftausgeglichenen Stellung, wie anhand von 2 beschrieben, so führt der
Teilschritt A1 den Rotor aus dieser Stellung heraus, so dass er
im Teilschritt A2 in die gewünschte
Ausgangsstellung 2 drehen kann. Es versteht sich, dass
die Spannungsbeaufschlagungen der vorbeschriebenen Motorwicklungskombinationen in
den Schritten A bzw. A1 und A2 zeitlich jeweils solange erfolgen,
dass ungeachtet des Lastzustandes des Motors in jedem Fall sichergestellt
ist, dass die Ausgangsstellung 2 bzw. zuvor die Zwischenstellung 4 erreicht
wird.
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Die
Teilschritte A1 und A2 sind beispielhaft ausgehend von einer Rotorstellung 6 in 5 anhand der 5 und 6 dargestellt. Ausgehend von dieser Ausgangsstellung 2 wird
dann eine Drehung des Rotors, also eine Beschleunigung des Rotors
in der gewünschten
Richtung dadurch eingeleitet, dass eine vorbestimmte Spannung an
eine vorbestimmte Motorwicklungskombination angelegt wird. Die Motorwicklungskombination
wird dabei so gewählt,
dass zwischen der Ausgangsstellung 2 und der Zwischenstellung 7 nach
dem Schritt B1 dreißig
elektrische Grad liegen. Der Teilschritt B2 führt von der Rotorstellung 7 hin
zu einer Rotorstellung 8, wobei zwischen den Stellung 7 und 8 wiederum
dreißig
elekt rische Grad liegen. Je nach Wahl der Zeit TB1 und der selbsteinstellenden
Zeit TB2, in denen eine vorgegebene Spannung an die vorbestimmten
Wicklungskombinationen angelegt wird, und in Abhängigkeit von Größe und Last
des Motors ergibt sich dabei der Bewegungsablauf des Rotors. Zwar ändert sich
die Drehrichtung ausgehend von der Rotorstellung 2 bis zur
Rotorstellung 8 nicht, doch wird ein starker Motor mit
geringer Last die Rotorstellung 7 eher erreicht haben als
ein schwächerer
Motor mit größerer Last.
Die zeitlichen Zusammenhänge
sind weiter unten anhand der 9 dargestellt.
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Durch
Bewegung des Rotors von der Stellung 2 zur Stellung 7 bzw.
zur Stellung 8 wird dieser soweit in Drehung versetzt,
dass zumindest kurz vor Erreichen der Stellung 8 die Rotorstellung
durch Detektion des in der Motorwicklung induzierten Signals ermittelbar
ist. Bei dem dargestellten zweipoligen Motor kann die Rotorstellung
anhand des in den drei Motorwicklungen induzierten Signals eindeutig
bestimmt werden.
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Grundsätzlich genügt die Detektion
kurz vor der Stellung 8, um festzustellen, dass der Motor
in der gewünschten
Richtung angefahren ist, und diesen dann in den selbstgeführten Betrieb überzuführen. Aus
Gründen
der Betriebssicherheit empfiehlt es sich jedoch, beispielsweise
fünf weitere
elektrische Rotorstellungen zu erfassen, bevor die Überleitung
in den selbstgeführten
Betrieb erfolgt.
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In 9 ist die Drehung des Motors
in elektrischen Graden über
der Zeit aufgetragen, wobei mit Iein starker Motor (st) ohne Last
und mit II ein schwacher Motor (sw) mit Last dargestellt sind. Beide
Motoren werden mit der gleichen Steuerung, der gleichen Motorwicklungskombination
und der gleichen vorbestimmten Spannung in den Schritten B1 und
B2 angesteuert. Dabei erreicht der starke Motor I bereits nach einer
Zeit TI die 30°-Stellung.
Wird dieser über die
Zeitdauer TB1 weiter mit derselben Motorwicklungskombination angesteuert,
so verharrt er in dieser 30°- Stellung, bis er
nach Ablauf dieses Zeitintervalls TB1 mit einer neuen Wicklungskombination
angesteuert wird. Der schwache Motor II hingegen erreicht in diesem
Zeitintervall TB1 noch nicht einmal die 30°-Stellung. Die Zeit TB1 ist also so zu
wählen, dass
der stärkste
mit dieser Steuerung anzusteuernde Motor ohne Last mit Sicherheit
die 30°-Stellung erreichen
wird, wenn er mit der für
den Schritt B1 vorgegebenen Wicklungskombination angesteuert wird. Da
bereits nach Abschluss des Verfahrensschrittes B, hier also insbesondere
nach Abschluss des Verfahrensschrittes B2, der selbstführende Betrieb
eingeleitet werden soll, muss vor Abschluss dieses Zeitintervalls
TB2 erfasst werden, ob die entsprechende Rotorstellung auch erreicht
worden ist oder nicht. Da dies durch induktive Messung anhand des
BEMF-Signals erfolgen soll, ergibt sich als weitere Bedingung, dass
selbst der schwächste
Motor unter Last nach Ablauf einer Zeit TB1 + T0, nach der die induktive Stellungserfassung
erfolgen soll, eine Rotorgeschwindigkeit erreicht hat, die so groß ist, dass
die vom Motor induzierte Spannung eine genügend zuverlässige Stellungserkennung erlaubt.
Andererseits muss das Zeitintervall T0 so klein gewählt werden, dass
zuverlässig
sichergestellt ist, dass der stärkste Motor
ohne Last seine 60°-Stellung
bei Beaufschlagung der Wicklungskombination gemäß B2 mit einer vorbestimmten
Spannung noch nicht erreicht hat, damit sichergestellt ist, dass
auch dieser Motor zum Zeitpunkt der induktiven Stellungserfassung
in jedem Falle noch in Bewegung ist. Zum Vergleich sei darauf hingewiesen,
dass beispielsweise am Ende des Zeitintervalls TB1 eine solche Stellungserfassung
für den
Motor I nicht mehr möglich
wäre, da
dieser die 30°-Stellung
schon lange erreicht hat. Die Wahl der Zeitintervalle TB1 und T0
sind somit nur in den vorerwähnten
Grenzen möglich.
Das Zeitintervall TB2, in dem der Motor mit einer Motorwicklungskombination und
einer vorbestimmten Spannung angesteuert wird, um die 60°-Stellung
zu erreichen, ergibt sich motor- und lastabhängig von selbst, wobei in 9 diese Zeiten anhand der
Kurven I und II konkret angegeben sind, und jeweils symbolisch für einen schwachen
(sw) Motor und einen starken (st) Motor ste hen. Mit TC ist dabei
das Zeitintervall angegeben, in dem eine induktive Erfassung der
Rotorstellung, also die Einleitung des Verfahrensschritts C erfolgt. Mit
TB ist in 9 die Gesamtzeit
angegeben, welche für
den Schritt B erforderlich ist, und zwar einmal für einen
starken und einmal für
einen schwachen Motor. Die Gesamtzeit TB ergibt sich aus der Addition der
Teilschrittzeiten TB1 und TB2, wie dies auch aus 9 ersichtlich ist.
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Wie
aus 9 ebenfalls deutlich
wird, geht der Motor unabhängig
von Lastzustand und Größe nach
Ablauf des Zeitintervalls TB2 in den selbstgeführten Betrieb über, sofern
nicht vorher die Steuerung aufgrund einer nicht erfolgten Stellungserkennung
das Verfahren vorzeitig beendet.
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Die
vorbeschriebenen und in 9 dargestellten
Zeiten stehen in folgenden Beziehungen: TB1 > TI T0 < TB2st TB2st < TB2sw TB1 + TB2 = TB T0 + TC
= TB2.