DE3608555A1 - Verfahren zur strombegrenzung eines elektromotors - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Strombe
grenzung eines Elektromotors nach der Gattung des Haupt
anspruches. Aus der Firmenschrift "Schaltbeispiele", Aus
gabe 1982/83, Siemens AG, S. 46-48 ist ein Gleichstrommotor-
Drehzahlregler bekannt, welcher über eine Strombegrenzungs
schaltung verfügt. In Reihe mit dem Elektromotor ist ein
niederohmiger Widerstand geschaltet, an welchem ein dem
fließenden Strom proportionaler Spannungsabfall auftritt.
Die gefilterte und verstärkte Spannung greift in geeigne
ter Weise in ein den Strom bestimmendes Stellglied ein,
um eine Strombegrenzung zu bewirken. In der angegebenen
Schaltung wird die Stellgröße am Ausgang des Reglers
verandert, welche das den mittleren Motorstrom bestim
mende Tastverhältnis der getakteten Motoransteuerung
festlegt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist der er
forderliche Aufwand für den Strommeßwiderstand und für
die Stromsignal-Filterung und -Verstärkung.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß Bau
elemente zur Strombegrenzung des Elektromotors entfallen.
Neben der Einsparung von Bauteilekosten ist der Wegfall der
im-Strommeßwiderstand auftretenden Verlustleistung vor
teilhaft. In einer signalverarbeitenden Anordnung wird die
Regelabweichung am Ausgang des Soll-Istwert-Vergleichers
oder die Stellgröße am Reglerausgang mit einem Schwell
wert verglichen und bei einer einen Überstrom anzeigenden
Überschreitung des Schwellwerts eine Strombegrenzung
durch Veränderung des Sollwertes bewirkt.
Zweckmäßigerweise ist der Schwellwert von Parametern
wie beispielsweise der Motor-Betriebsspannung und der
Motor-Betriebstemperatur abhängig. Ohne den Elektromotor
zu gefährden, kann bei niedrigen Temperaturen ein höherer
Strom fließen, da die Kupferwicklung einen negativen
Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leitfähigkeit
aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Strombegrenzung erst nach
Ablauf einer vorgebbaren Verzögerungszeit wirksam wird.
Kurzzeitige Soll-Istwert-Abweichungen können somit in
Regelvorgängen mit maximal möglichem Motordrehmoment
ausgeregelt werden.
Besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergeben sich bei der Strombegrenzung eines Elektro
motors, der als Antrieb einer mechanischen Stellvor
richtung mit zwei Endanschlägen vorgesehen ist. Drückt
der mechanische Steller, verursacht durch Dejustierung,
beispielsweise des Gestänges oder des Istwertgebers,
mit maximalem Drehmoment gegen einen Endanschlag, dann
wird das wirksame Drehmoment durch Sollwertänderung auf
einen ungefährlichen Wert reduziert. Führt die erforderliche
Sollwertänderung auf einen neuen Sollwert, dem eine Position
außerhalb des vor dem Endanschlag liegenden Grenzbereichs
entspricht, dann wird eine Fehlermeldung ausgegeben, da
in diesem Fall eine grobe Dejustierung angenommen werden
muß.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus weiteren
Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschrei
bung, in welcher der Elektromotor innerhalb einer Regel
strecke als Antrieb einer Drosselklappenverstellung einer
im Saugrohr einer Brennkraftmaschine angeordneten Dros
selklappe als Teil einer Motorleistungs-Regelungsanlage
vorgesehen ist. Bei der Serienproduktion dieser Anlagen
machen sich Kosteneinsparungen durch Wegfall von Bau
elementen zur Strombegrenzung und vereinfachte Montage
durch Toleranzaufweitung besonders vorteilhaft bemerkbar.
Die Figur zeigt eine Anordnung mit einem Elektromotor,
dessen Betriebsstrom mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
begrenzt wird.
In der Figur ist ein Gleichstrom-Elektromotor 10 über ein
Verbindungselement 11 mit einer in einem Ansaugrohr 9
einer Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe 12
verbunden. Die Drosselklappe 12 ist zwischen einem ersten
Endanschlag 13, welcher dem Leerlaufanschlag entspricht
und einem zweiten Endanschlag 14 bewegbar, welcher dem
Vollastanschlag entspricht. Der Motor 10 ist weiterhin
mechanisch verbunden mit einem Winkelgeber 15, der den
Istwert der Drosselklappenstellung an einen Vergleicher
16 abgibt. Der vorgebbare Sollwert wird dem Verglei
cher 16 von einem Sollwertgeber 17 zugeführt. Ein weiterer
Sollwert wird von einer signalverarbeitenden Anordnung 18
an den Vergleicher 16 abgegeben. Als Eingangssignale der
signalverarbeitenden Anordnung 18 sind vorgesehen: der
vom Sollwertgeber 17 abgegebene Sollwert, die an einem
Ausgang 20 eines Reglers 21 auftretende Stellgröße, das
Ausgangssignal eines mit dem Elektromotor 10 in thermischem
Kontakt stehenden Temperatursensors 22 sowie die Betriebs
spannung Ub des Elektromotors 10. Ein elektronischer
Steller 23 verbindet die Betriebsspannungsquelle 24
in Abhängigkeit von der Stellgröße am Ausgang 20 des
Reglers 21 mit dem Elektromotor 10. Der elektronische
Steller 23 legt den mittleren Strom des Elektromotors 10
sowie dessen Drehrichtung in Abhängigkeit von der Stell
größe fest.
Das Verfahren zur Strombegrenzung des Elektromotors 10
wird anhand der Wirkungsweise der Anordnung nach der
Figur näher erläutert: Der Elektromotor 10 ändert über
das Verbindungselement 11 die Stellung der im Ansaugrohr
9 angeordneten Drosselklappe 12. Den Istwinkel des Motors
10 bzw. der Drosselklappe 12 erfaßt der Winkelgeber 15,
der sein Signal als Istwert in den Vergleicher 16 ab
gibt, in welchem er mit dem Sollwert des Sollwertgebers
17 verglichen wird. Der Sollwertgeber 17 bildet seinen
Sollwert in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung, dem
Ausgangssignal eines Fahrgeschwindigkeitsregelgerätes
oder dem Signal eines Antischlupfregelgerätes. Die Regel
abweichung am Ausgang 19 des Vergleichers 16 gelangt in
den Regler 21, der als Proportional-, Integral-Propor
tional oder als Proportional-Integral-Differential-
Regler ausgebildet sein kann. Die Stellgröße am Ausgang
20 des Reglers 21 ist das Eingangssignal des elektroni
schen Stellers 23. Bei dem Steller 23 handelt es sich
vorzugsweise um einen Impulsdauermodulator mit einer
Vollbrücken-Ausgangsschaltung. Das Eingangssignal be
stimmt das Tastverhältnis der Impulse und legt fest,
welcher Brückenzweig der Vollbrückenschaltung aktiviert
werden soll. Die beiden Brückenzweige sind jeweils für
eine bestimmte Drehrichtung zuständig. Eine Änderung des
Tastverhältnisses hat zur Folge, daß sich die Gleich
komponente des zeitlich aufintegrierten Impulszuges
ändert und damit auch der mittlere durch den Elektro
motor 10 fließende Strom.
Die Regelgröße am Ausgang 20 des Reglers 21 stellt somit
unmittelbar ein Maß für den im Elektromotor 10 fließen
den mittleren Strom dar und kann durch Modifizierung
des vom Sollwertgeber 17 abgegebenen Sollwertes zur Strom
begrenzung verwendet werden. Überschreitet die Stellgröße
einen Schwellwert, so wird in der signalverarbeitenden
Anordnung 18 der vom Sollwertgeber 17 abgegebene Soll
wert im Vergleicher 16 derart verändert, daß die Stell
größe auf einen Wert unterhalb des Schwellwertes absinkt.
Im störungsfreien Normalbetrieb findet kein Eingriff
statt, da vorzugsweise eine bestimmte Zeiverzögerung
vorgesehen ist, nach deren Ablauf die Strombegrenzung
aktiviert wird, nachdem der Schwellwert überschritten
wurde. Tritt eine Soll-Istwert-Abweichung auf, so wird
zur Istwertnachführung der Elektromotor 10 mit maximal
möglichem Strom beaufschlagt, um eine möglichst kurze
Stellzeit zu gewährleisten.
Der Schwellwert ist veränderbar durch die Betriebs
temperatur des Elektromotors 10 und der zur Verfügung
stehenden Betriebsspannung an der Betriebsspannungsquelle
24. Der negative Temperaturkoeffizient der elektrischen
Leitfähigkeit des Kupfers ermöglicht die Anhebung des
Strombegrenzungseinsatzes bei sinkender Betriebstemperatur,
die der in engem thermischen Kontakt mit dem Elektromotor
10 stehende Temperatursensor 22 erfaßt und in die signal
verarbeitende Anordnung 18 einspeist. Sinkt die Spannung
an der Betriebsspannungsquelle 24 ab, dann ist eine Er
höhung des Motorstromes erforderlich, um ein gleichblei
bendes Drehmoment am Motor 10 sicherzustellen. Die Er
höhung des Motorstromes bei gleichzeitig sinkender Be
triebsspannung ist nur bis zu einem gewissen Maße gestat
tet und wird durch Verschieben der Schwelle innerhalb
der signalverarbeitenden Anordnung 18 berücksichtigt.
Eine Strombegrenzung durch Änderung der Sollwerte ist
insbesondere dann zu erwarten, wenn die Drosselklappe
12 an einem der beiden Endanschläge 13, 14 anliegt und
der Schwellwert des Reglers 21 für längere Zeit über
schritten ist. Dieser Fall tritt ein, wenn das Verbindungs
element 11 oder der Winkelgeber 15 dejustiert ist. Der
Sollwert wird dann soweit reduziert, bis die Stell
größe die Schwelle unterschreitet. Die Schwelle ist
zweckmäßigerweise derart festgelegt, daß ihr Wert einem
bestimmten Drehmoment, mit welchem der Elektromotor 10
gegen den einen oder anderen mechanischen Endanschlag
13, 14 drückt, gerade erreicht wird.
Läßt sich eine ausreichende Strombegrenzung nur errei
chen, wenn der Sollwert auf einen Wert reduziert werden
muß, welchem eine Position außerhalb des vor dem einen
oder anderen Endanschlag 13, 14 liegenden Grenzbereichs
entspricht, so muß von einer schwerwiegenderen Dejustie
rung des Verbindungselementes 11 oder des Winkelgebers 15
ausgegangen werden und es erfolgt eine Fehlermeldung.
Claims (8)
1. Verfahren zur Strombegrenzung eines Elektromotors,
der innerhalb einer Regelstrecke eines wenigstens einen
Soll-Istwert-Vergleicher, Regler und Istwertgeber um
fassenden Regelkreises vorsehbar ist, dessen mittlerer
Strom von einem Stellglied in Abhängigkeit von der Stell
größe am Ausgang des Reglers einstellbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß in einer signalverarbeitenden Anord
nung (18) die Stellgröße am Ausgang (20) des Reglers (21)
mit einem Schwellwert verglichen wird, und daß bei Über
schreitung des Schwellwertes die Strombegrenzung aktiviert
wird durch Veränderung des Sollwertes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwellwert von Parametern abhängig gemacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Parameter die Motorbetriebsspannung der Be
triebsspannungsquelle (24) und die Betriebstemperatur
(22) des Elektromotors (10) vorsehbar sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sollwert nach Uberschreitung
des Schwellwertes erst nach Ablauf einer bestimmten
Verzögerungszeit verändert wird.
5. Verfahren zur Strombegrenzung eines Elektromotors nach
einem der Ansprüche 1 bis 4 wobei der Elektromotor zum
Antrieb einer mechanischen Verstelleinrichtung vorsehbar
ist, welche wenigstens einen mechanischen Endanschlag
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert nach
Überschreitung des Schwellwerts durch die signalverarbei
tende Anordnung (18) verändert wird, wenn der vom Soll
wertgeber (17) abgegebene Sollwert einer Position der
mechanischen Verstelleinrichtung innerhalb eines Grenz
bereichs entspricht, der vor wenigstens einem der End
anschläge (13, 14) liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn der von
dem Sollwertgeber (17) vorgegebene Sollwert einer
Position der mechanischen Verstelleinrichtung (12) in
einem Grenzbereich entspricht, der vor wenigstens einem der
Endanschläge (13, 14) liegt und wenn der durch die
signalverarbeitende Anordnung (18) korrigierte Soll
wert, welcher zur Vermeidung einer Strombegrenzung
erforderlich ist, einer Position der mechanischen
Verstelleinrichtung (12) außerhalb des vor wenigstens
einem der Endanschläge (13, 14) liegenden Grenzbereich
entspricht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwellwert für die Stell
größe am Ausgang (20) des Reglers (21) einen vorgebbaren
Drehmoment des Elektromotors (10) zugeordnet
ist.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektromotor (10) über ein Verbindungselement
(11) eine in einem Saugrohr (9) einer Brennkraftma
schine angeordnete Drosselklappe (12) betätigt, deren
Winkelstellung mit einem Winkelgeber (15) als Ist
wertgeber verbunden ist.
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---|---|---|---|
DE19863608555 DE3608555A1 (de) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Verfahren zur strombegrenzung eines elektromotors |
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DE19863608555 DE3608555A1 (de) | 1986-03-14 | 1986-03-14 | Verfahren zur strombegrenzung eines elektromotors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3608555A1 true DE3608555A1 (de) | 1987-09-17 |
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ID=6296367
Family Applications (1)
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