DE3012364C2

DE3012364C2 - Verfahren zum Speisen eines Elektromotors

Info

Publication number: DE3012364C2
Application number: DE3012364A
Authority: DE
Inventors: Franz 8520 Erlangen Hafenscher; Thomas 8500 Nürnberg Hörauf; Rudolf 8570 Pegnitz Müller
Original assignee: Triumph Adler AG Fuer Buero und Informationstechnik 8500 Nuernberg; TA Triumph Adler AG
Current assignee: TA Triumph Adler AG
Priority date: 1980-03-29
Filing date: 1980-03-29
Publication date: 1985-06-05
Also published as: SE8005497L; IT8024408A0; SE455248B; DE3012364A1; CH653498A5; IT1132615B; JPS56145787A; JPS5743038B2

Description

a) Abfragen der Größe mittels einer programmierbaren Steuereinheit (8):

b) ermitteln einer von der abgefragten Größe abhängigen Pausenzeit (U. Λ, t,) bis zur nächsten Bestromungszeit (tu h, fj) des Elektromotors (10) durch die programmierbare Steuereinheit (8), wobei die Pausenzeit bei einer Größe, die einer hohen Temperatur entspricht, groß und bei einer Größe, die einer niedrigen Temperatur entspricht, klein ist,

c) ansteuern der Motoransteuereinheit (9) nach Verstreichen der ermittelten Pausenzeit (u, /,. /,) für die Zeitdauer der folgenden Bestromungszeit (tu t2. t}) durch die programmierbare Steuereinheit (8);

d) bestromen des Elektromotors (10) für die Zeitdauer der folgenden Bestromungszeit (t_u f2, fj) durch die Motoransteuereinheit (9).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanne zwischen der der niedrigsten auftretenden Temperatur entsprechenden Größe und der der maximal zulässigen Temperatur entsprechenden Größe in Temperaturstufen aufgeteilt ist, wobei jeder Temperaturstufe (Tschu Ts₁-/,2) eine entsprechende Pausenzeit (t_x, t_v, t,) zwischen den Bestromungszeiten (t\, /:. fj) zugeordnet ist, so daß der im Verfahrensschritt a) festgestellten Größe im Verfahrensschriti b). entsprechend der Temperaturstufe in der die der Größe entsprechende Temperatur liegt, eine entsprechende Pausenzeil (V₁, /,, 1,) zwischen den Bcstromungszeiten (tu I2, ti) zugeordnet wird.

3. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler, bestehend aus einem Festwiderstand (4) und einer Parallelschaltung aus einem temperaturabhängigen Widerstand (5) sowie einem Linearisierungswiderstand (6) enthalten ist, an dem von einem Spannungs-Frequenz-Wandler (7) eine Spannung abgegriffen, in eine entsprechende Frequenz umgewandelt und an eine programmierbare Steuereinheit (8) weitergegeben wird, welche eine Motoransteuerschaltung (9) steuert.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Speisen eines thermisch unterschiedlich belasteten Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie in einer Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Bei Elektromotoren ist es häufig der Fall, daß in einem Arbeitsablauf sehr unterschiedliche thermische Belastungen der Motorwicklung auftreten. iMeist wird nun hinsichtlich dieser unterschiedlichen thermischen Belastungen nur der Versuch unternommen, eine Obertemperatur der Wicklungen zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden verschiedene Wege beschritten. In einem Verfahren wird der Motor so ausgelegt, daß auch im ungünstigsten Betriebsfall die maximal zulässige Temperatur nicht überschritten wird. Zusätzlich kann

ein Überlastungsschutz z. B. in Form einer Sicherung vorgesehen sein. Ein anderes Verfahren findet dann Anwendung, wenn besonders extreme Belastungskombinationen nur selten auftreten. Hier sieht man eine Möglichkeit vor, den Motor automatisch abzuschalten, wenn diese extremen Umstände eintreten.

Die Nachteile, die sich aus diesen Lösungen ergeben, sind offensichtlich.

In beiden Fällen muß ein Motor ausgewählt werden, der hohen thermischen Belastungen gewachsen ist, obwohl diese im größten Teil der Betriebszeit nicht in Anspruch genommen werden. Dies bedingt natürlich hohe Kosten. Außerdem muß in dem einen Fall in Kauf genommen werden, daß der Motor bei extremen Belastunger, abgeschaltet und damit der Arbeitsablauf unterbrochen wird.

Weiterhin ist aus der DE-OS 20 31 355 bekannt, eine Temperatur-Regeleinrichtung für gesteuerte oder geregelte elektrische Maschinen vorzusehen, die die aus dem Meßwert der Motortemperatur durch Vergleich mit einem Temperatur-Sollwert ermittelte Regelabweichung in einem die thermische Belastung der Maschine begrenzenden Sinn der Steuer- oder Regeleinrichtung zuführt. Im beschriebenen Peispiel erfolgt die Temperaturregelung dadurch, daß dem Drehzahlregler und/oder dem Stromregler die im Istwert-Sollwert-Vergleich der Temperatur ermittelte Regelabweichung zugeführt wird.

Der Nachteil, der dieser Lösung anhaftet, ist insbesondere darin zu sehen, daß in Anwendungsfällen, bei denen Drehzahl bzw. Drehmoment nicht beeinflußt werden dürfen oder unter Einsatz vertretbarer Mittel nicht änderbar sind, eine Regelung der Motortemperatur nicht durchgeführt werden kann.

Darüber hinaus ist aus der DE-OS 21 24 836 eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines Ventilators bekannt. Die Drehzahl wird dabei in Abhängigkeit von der Temperatur eines temperaturabhängigen Widerstandes über einen Regelkreis beeinflußt.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorstehend aufgeführten Nachteile ein Verfahren zur Speisung eines Elektromotors mit Bestromungsfolgen, bestehend aus Stromimpulsen/Stromimpulszügen vorgegebener Länge und dazwischenliegenden Pausen anzugeben, das es gestattet, einen auf einen mittleren Betriebsfall ausgelegten Elektromotor bei hoher Belastung so zu steuern, daß bei gleichbleibender Drehzahl und gleichbleibendem Drehmoment die zulässige Motortemperatur nicht überschritten wird und das es gestattet, bei geringer Belastung unter Ausnutzung der thermischen Reserven des Motors eine aus Stromimpulsen/Stromimpulszügen vorgegebener Länge und dazwischenliegenden Pausen bestehende Bestromungsfolge schneller durchzuführen.

Die Aufgabe wird durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst Weitere Ausgestaltung der Erfindung und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteran.iprüchen gekennzeichnet

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht nun darin, daß bei Bestromungsfolgen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 unter Vermeidung einer thermischen Überlastung ein an sich unterdimensionier-

längsten Bestromungszeit beaufschlagt wird.

Eine andere Möglichkeit den Motor gegen eine zu hohe Temperatur zu schützen, ist darin zu sehen, daß die Pausen zwischen den Bestromungszeiien so erhöht werden, daß sich beim ungünstigsten Betriebsfall eine Beharrungstemperatur einstellt die kleiner ist als die maximal zulässige Temperatur.

Die Folge ist, daß im einen Fall die IvOtorkosten erheblich höher liegen, oder im anderen Fall die Schreibter Elektromotor so betrieben werden kana, daß durch 10 geschwindigkeit sinkt.

Einschalten von Pausenzeiten, die von der Motortempe- F i g. 2 zeigt das Bestromungsdiagramm / aus F i g. 1,

bei dem jedoch die Abkühlzeit zwischen den Bestromungszeiten des Motors in Abhängigkeit von zwei Schalttemperaturen T_Siai und Tschi gesteuert ist, wo- !5 durch eine Temperaturregelung des Motors erreicht wird.

Die Regelung erfolgt so, daß unterhalb der Schalttemperatur Tsch ι eine Pause r,. oberhalb der Schalttemperatur Tsch ι eine Pause Λ und oberhalb derSchalttemperatur 7**2 eine Pause /, zwischen die Bestromungszeiten geschaltet wird.

Fig.2 macht nun deutlich, daß das Temperaturniveau, durch Einschalten der kürzeren Pausen r_x zwischen die Bestromungszeiten, dort angehoben wird, wo nach F i g. 1 thermische Reserven vorhanden sind. Es wird also unter Ausnützung der thermischen Reserven eine höhere Schreibgeschwindigkeit erreicht. Ebenso ist zu sehen, daß die Motortemperaturen, die nach Fig. 1 höher liegen als die maximal zulässige Temperatur

sen. Zu diesem Beispiel wird angenommen, daß der zu 30 7"„_m ,„/.. durch Einschalten längerer Pausen t, zwischen druckende Text aus einem Speicher abgerufen wird. die Bestromungszeiten auf ein Niveau unterhalb der

Auf Typenrädern sind die Buchstaben sinnvollerweise
so angeordnet, daß sich in einem statistisch mittleren
Text häufig vorkommende Schriftzeichen in einem bestimmten Umfangsbereich des Typenrades befinden. 35 zeit kurze Positioniervorgänge des Typenrades durch-Das bedeutet für den Antriebsmotor, daß er während geführt werden müssen, die eine kurze Bestromungszeit des größten Teiles der Betriebszeit thermisch nur wenig
belastet ist. aber beim Positionieren von auf dem Umfang des Typenrades weit voneinander entfernt liegenden Buchslaben über längere Zeiträume thermisch sehr 40
stark belastbar sein muß.

ratur abhängig sind, bei wechselnden thermischen Belastungen ein unterbrechungsfreier Betrieb möglich ist, und daß der Arbeitsablauf beschleunigt wird, falls thermische Reserven vorhanden sind.

Die Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand eines Beispieles sowie der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 eine Darstellung eines ArbeitsabLufes mit unterschiedlicher thermischer Belastung;

Fig.2 eine Darstellung des in Abhängigkeit von der Motortemperatur gesteuerten Arbeitsablaufes aus Fig.l;

Fig. 3 eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur näheren Beschreibung der Erfindung wurde als Beispiel die Positionierung eines Typenrades bei Schreib- und ähnlichen Büromaschinen ausgewählt, da sich hier die Verhältnisse sehr gut veranschaulichen las7 "

maximal zulässigen Temperatur T_nm _zu/ gebracht werden.
Da, wie bereits erwähnt, im größten Teil der Betriebs-

des Antriebsmotors bedingen, ist die Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit wesentlich deutlicher als es in F i g. 2 zum Ausdruck kommt.

Zu den Darstellungen in F i g. 1 und F-" i g. 2 ist /u bemerken, daß die tatsächlichen Verhältnisse vergrößert dargestellt sind, da zur besseren Veranschaulichung eine wesentlich geringere thermische Zeitkonstante angenommen wurde, als sie in der beschriebenen Anordnung vorkommt. Das ändert jedoch nichts am Prinzip.

Weiterhin muß angeführt werden, daß diese temperaturabhängige Speisung des Motors durch Einführung zusätzlicher Schalttemperaturen bzw. Abkühlzeiten, zur Verfeinerung der Temperaturregelung sowie die zu-

der angeordnet. Die Pause f₄ zwischen den Bestro- 50 sätzliche Beeinflussung der Regelung durch Auswerten mungszeiten wurde so ausgewählt, daß sich bei den des nächstfolgenden Positioniervorganges noch erheblich verbessert werden kann.

Je nach Anwendungsfall ist es natürlich denkbar, daß nur eine oder eine Kombination der im Vorangegange-

Es ist nun in Fig. 1 deutlich zu erkennen, daß bis zum 55 nen beschriebenen Möglichkeiten zur Anwendung Erreichen des stationären Zustandes mit der Behar- kommt.

rungstemperatur 1 sowie im Bereich der sehr kurzen Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur Durchführung des

Bestromungszeiten ti, die zu einer Beharrungstempera- Verfahrens.

tür 2 führen, die thermischen Reserven des Motors nicht An einem Spannungsteiler, der ein Festwiderstand 4

ausgenutzt werden. Im Bereich extrem langer Bestro- 60 und eine Parallelschaltung aus einem temperaturabhänmungszeiten fj hingegen steigt die Temperatur über den gigen Widerstand 5 und einem Linearisierungswidermaximal zulässigen Wert auf eine Beharrungstempera- stand 6 beinhaltet, wird eine Spannung U₁ abgegriffen, tür 3 an, was zu einer Zerstörung der Wicklung führt. Diese Spannung wird in einem Spannungs-Frequenz-

Das bedeutet, daß ein Motor für einen unterbre- Wandler 7 in eine der Spannung U\ entsprechende Frechungsfreien Betrieb so ausgewählt werden müßte, daß 65 quenz umgewandelt und an eine programmierbare dessen maximal zulässige Temperatur etwas über der Steuereinheit 8 weitergegeben. Diese wirkt durch ihr Beharrungstemperatur 3 liegt, die sich dann einstellt, Programm auf eine Motoransteuereinheit 9 ein, die den wenn der Motor über einen längeren Zeitraum mit der Motor 10 so beaufschlagt, daß thermische Reserven

In F i g. 1 ist nun ein derartiger Arbei'sablauf in Form eines Bestromungsdiagrammes / dargestellt, in das zusätzlich eine Temperatur Tund eine maximal zulässige Temperatur T_{max iul} eingezeichnet ist.

Zur besseren Veranschaulichung wurden nur drei verschiedene Bestromungszeiten. eine sehr kurze ti, eine mittlere fi sowie eine extrem lange t, ausgewählt, jeweils zu einer Serie zusammengesetzt und nacheinan-

mittleren Bestromungszeiten r, im stationären Zustand eine Beharrungstemperatur 1 einstellt, die knapp unterhalb der maximal zulässigen Temperatur T_mat _Λ( liegt.

ausgenutzt werden, ohne eine zu hohe Temperatur der Wicklungen zuzulassen. Die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens kann selbstverständlich vom Beispiel in Fig.3 abweichend ausgeführt sein. Die programmierbare Steuereinheit 8 ist sinnvoller Weise mittels einer Mikroprozessor-Schaltung realisiert.

Mit dem im Vorangegangenen geschilderten Verfahren ist eine Möglichkeit geschaffen, einen Elektromotor, gleich welcher Art, der unterschiedlichen thermischen Belastungen der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art ausgesetzt ist und aus Kostengründen nur für einen mittleren Belastungsfall ausgelegt wurde, so zu betreiben, daß unter Ausnutzung der thermischen Reserven, und ohne eine maximal zulässige Temperatur zu überschreiten, ein aus einer Folge von Bestromungszeiten und Pausen zwischen den Bestromungszeiten bestehender Arbeitsablauf unterbrechungsfrei in einer möglichst kurzen Zeitspanne ausgeführt wird.

Selbstverständlich ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auch in anderen Anordnungen als der im Beispiel beschriebenen Positioniereinrichtung eines Typenrades anzuwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

25

30

40

45

50

55

faO

65

Claims

Palentansprüche:

1. Verfahren zum Speisen eines Elektromotors mit Bestromungsfolgen aus Stromimpulsen/Stromimpulszüges vorgegebener Länge und dazwischenliegenden Pausen, wobei durch einen am Elektromotor angebrachten Temperaturfühler eine der Temperatur des Motors entsprechende Größe über einen Analogdigitalwandler einer die Motorsteuerung beeinflussenden Einheit zur Verfugung gestellt wird, die die Speisung des Elektromotors in Abhängigkeit von der Größe so beeinflußt, daß unter Vermeidung einer zu hohen Motortemperatur eine Bestromungsfolge aus Stromimpulsen/Stromimpulszügen vorgegebener Länge und dazwischenliegenden Pausen in möglichst kurzer Zeit durchführbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: