DE4005679A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen eines einschaltzeitpunktes fuer die steuerung des einschaltvorganges eines drehstrommotors - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum bestimmen eines einschaltzeitpunktes fuer die steuerung des einschaltvorganges eines drehstrommotorsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich
tung zum Bestimmen eines Einschaltzeitpunktes für die Steue
rung des Einschaltvorganges eines von den Phasen eines Dreh
stromnetzes durch steuerbare Schaltelemente getrennten Dreh
strommotors.
Beim Einschalten eines Drehstrommotors können ungünstige Ein
schaltzeitpunkte zu hohen Anlaßspitzenströmen und somit zu
einer unerwünschten Belastung des Netzes und des Drehstrom
motors führen. Zur Vermeidung solcher Belastungen werden des
halb Schaltverfahren verwendet, mit denen der Einschaltzeit
punkt und der nachfolgende Einschaltvorgang in Abhängigkeit von
der Phasenlage der an den drei Phasen des Drehstromnetzes an
liegenden Netzspannungen gesteuert wird.
Aus der europäischen Offenlegungsschrift 01 44 454 ist bei
spielsweise ein Verfahren zur Steuerung des Schaltvorganges be
kannt, bei dem zunächst zwei Phasen in der Nähe des Nulldurch
ganges der an der dritten Phase anliegenden Spannung gemeinsam
geschaltet werden. Darauffolgend wird das Zuschalten der
dritten Phase erst dann vorgenommen, wenn sich die zwischen den
beiden gemeinsam geschalteten Phasen anliegende Spannung eben
falls in der Nähe des Nulldurchgangs befindet. Eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens enthält einen dreiphasigen
Trennschalter sowie zwei, beispielsweise in den Phasen A und B
zwischen dem Trennschalter und dem Motor angeordnete steuerbare
Schaltelemente. Als Schaltelemente sind paarweise geschaltete
Thyristoren, Triacs oder einphasige Halbleiter-Relais vorge
sehen. Die Phase C wird über den Trennschalter direkt mit dem
Motor verbunden. Mit Hilfe einer geeigneten Steuervorrichtung
werden die steuerbaren Schaltelemente phasenrichtig nachein
ander durchgeschaltet, wenn der Trennschalter geschlossen wird.
Bei der Verwendung einer Thyristorschaltung oder eines Triacs
als steuerbares Schaltelement ist nach erfolgtem erstmaligen
Zünden eine Dauerzündung vorgesehen. Diese Dauerzündung wird
durch eine stetige Folge von Zündimpulsen realisiert, die von
einem Treiberbaustein für einen als Zündverstärker vorgesehenen
Zündtransformator bereitgestellt werden. Der Motor wird somit
unmittelbar nach dem Schalten der Phase A mit der vollen Netz
spannung belastet.
Anstelle einer sofortigen Zuschaltung der gesamten Versorgungs
spannung kann auch ein beispielsweise in der internationalen
Anmeldung WO 84/04 005 offenbartes Verfahren vorgesehen sein,
bei dem die am Motor anliegende effektive Spannung langsam auf
den vollen Wert angehoben wird. Zwischen dem Motor und dem Netz
sind hierzu in jeder Phase steuerbare Halbleiter-Ventile vor
gesehen, die jeweils selektiv mit einem Zündwinkel angesteuert
werden, der in der Anlaufphase ausgehend von einem Anfangswert
stetig verringert wird. Dabei erfolgt das Einschalten des
Motors mit einer ersten Zündsequenz bei der gleichzeitig zwei
Phasen dann gezündet werden, wenn die Spannung zwischen diesen
beiden Phasen das Maximum oder Minimum überschritten hat und
gegen Null strebt. Nach einem Phasenwinkel von beispielsweise
55° wird die dritte Phase gezündet. Nach dieser ersten Zünd
sequenz werden dann die Halbleiter-Ventile sequentiell jeweils
mit einem Anfangszündwinkel von beispielsweise 60° gezündet,
der dann sukzessive reduziert wird.
Bei den bekannten Verfahren wird jedoch bei der Festlegung des
Einschaltzeitpunktes für den ersten Zündvorgang stets von einem
stehenden, entmagnetisierenden Motor ausgegangen. Diese be
kannten Schaltverfahren sind aber zum schnellen Wiedereinschal
ten eines kurz vorher vom Netz getrennten, noch drehenden und
magnetisierten Motors, beispielsweise bei einem schnellen
Reversieren, weniger geeignet, da sie bei der Festlegung des
Einschaltzeitpunktes die im Motor induzierten Spannungen unbe
rücksichtigt lassen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Bestimmen eines geeigneten Einschaltzeitpunktes für die Steue
rung des Einschaltvorganges anzugeben, bei dem auch das Wieder
einschalten eines noch drehenden magnetisierten Motors nur zu
einer geringen Belastung des Netzes und des Motors führt.
Außerdem soll eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens angegeben werden.
Die genannten Aufgaben werden erfindungsgemäß jeweils mit den
Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 5 gelöst. Die über den ge
öffneten steuerbaren Schaltelementen jeweils abfallende
Spannung wird bestimmt durch die vom weiterdrehenden und nicht
entmagnetisierten Motor in der Statorwicklung induzierte, am
motorseitigen Anschluß des steuerbaren Schaltelementes an
stehende Spannung und die Netzspannung am netzseitigen Anschluß
des steuerbaren Schaltelementes. Die Erfindung beruht nun auf
der Erkenntnis, daß ein zum Einschalten günstiger Zeitpunkt
dann erreicht ist, wenn die über den steuerbaren Schaltelemen
ten gemessenen Spannungsabfälle in ihrer Phasenlage mit der
Phasenlage der Netzspannungen wenigstens annähernd überein
stimmt. Wenn dies der Fall ist, sind die in den Statorwicklun
gen induzierten Spannungen annähernd synchron mit der Netz
spannung und ein für das Wiedereinschalten des Motors geeig
neter Betriebszustand ist erreicht. Diese geeigneten Betriebs
zustände sind nicht für alle Zeitpunkte nach Ausschalten des
Motors, sondern nur für Zeitfenster gegeben, die mit dem Dreh
zahlverlust des Motors zusammenhängen. Dies hängt damit zusam
men, daß die Rotationsgeschwindigkeit des abgeschalteten Motors
stetig absinkt und sich dabei die in den Statorwicklungen indu
zierte Spannung sich in ihrer Phasenlage gegen die Netzspannung
stetig verschiebt. Eine günstige Situation ist beispielsweise
dann erreicht, wenn der Motor der Netzspannung um eine oder
mehrere volle Umdrehungen hinterherläuft. Diese günstige Situa
tion dauert dabei nur wenige Umdrehungen an, bis die Netz- und
Motorspannungen wieder zunehmend asynchroner werden.
Die Bestimmung der Phasenlage der an den Schaltelementen ab
fallenden Spannungen erfolgt vorzugsweise durch Messung der
Winkeldifferenzen zwischen den zeitlich aufeinander in unter
schiedlichen Phasen erfolgenden Nulldurchgängen der an den
steuerbaren Schaltelementen abfallenden Spannungen. Dabei ist
unter Winkeldifferenz eine aus der zugehörigen Zeitdifferenz
und der konstanten Netzfrequenz f ermittelte Größe zu verste
hen. Die vorgegebene Phasenlage entspricht dann einer vorgege
benen Winkeldifferenz von etwa 60°. Diese Winkeldifferenz ist
durch die Netzspannung vorgegeben, deren Phasenspannungen in
ihren Nulldurchgängen untereinander ebenfalls eine Winkeldif
ferenz von 60° aufweisen. Die zulässigen Abweichungen zwischen
den gemessenen Winkeldifferenzen und den vorgegebenen Winkel
differenzen sind dabei vorzugsweise höchstens 25°, insbesondere
jedoch kleiner als 15°.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird als zu
sätzliches Kriterium für die Phasenlage die Winkeldifferenz
zwischen dem Nulldurchgang einer verketteten Netzspannung und
dem nächsten Nulldurchgang der an den steuerbaren Schaltelemen
ten jeweils abfallenden Spannungen gemessen und mit einem Soll
wert verglichen, der von der vorgegebenen Phasenlage bestimmt
ist und 30° beträgt. Durch diese Maßnahme wird nicht nur die
gegenseitige Phasenlage der an den Schaltelementen abfallenden
Spannungen untereinander gemessen, sondern auch ein fester
zeitlicher Bezug zur Netzspannung hergestellt und die relativ
zur Netzspannung vorliegende Phasenlage bestimmt. Dadurch ist
eine erhöhte Betriebssicherheit gewährleistet, weil die Wahr
scheinlichkeit für ein nur zufällig richtiges Phasenmuster ver
ringert ist.
In einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durchführung des Ver
fahrens ist den steuerbaren Schaltelementen jeweils ein Re
ferenz-Detektor zugeordnet, an dessem Ausgang ein binäres
Signal ansteht, dessen einer Pegel im wesentlichen mit dem
Zeitpunkt des Nulldurchgangs der Spannung zusammenfällt. Die am
Ausgang der Referenz-Detektoren anstehenden Signale werden
einer Vergleichseinrichtung zugeführt, in der die Winkeldiffe
renzen bestimmt und mit den vorgegebenen Differenzen verglichen
werden.
Außerdem kann zusätzlich ein weiterer Referenz-Detektor zur
Messung der Nulldurchgänge der zwischen zwei Phasen anliegen
den verketteten Netzspannung vorgesehen sein, der ebenfalls mit
der Vergleichseinrichtung verbunden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
den steuerbaren Schaltelementen eine mit der Vergleichseinrich
tung verbundene Steuereinrichtung zum Steuern des Einschaltvor
ganges zugeordnet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung
verwiesen, in deren
Fig. 1 in einem Blockschaltbild eine vorteilhafte Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
veranschaulicht ist, das anhand der in den
Fig. 2 bis 4 dargestellten zeitlichen Abfolge von Referenz
signalen, die jeweils aus den über den steuerbaren
Schaltelementen abfallenden Spannungen abgeleitet
sind, näher erläutert wird. In
Fig. 5 ist ein aus der Spannung zwischen zwei Phasen abgelei
tetes und zur Bestimmung der Phasenlage der über den
Schaltelementen abfallenden Spannungen relativ zur
Netzspannung geeignetes Referenzsignal ebenfalls gegen
die Zeit aufgetragen.
Entsprechend Fig. 1 ist ein Drehstrommotor 2 jeweils über ein
steuerbares Schaltelement 4 A, 4 B bzw. 4 C, beispielsweise ein
Triac oder eine Thyristorschaltung oder ein Halbleiter-Relais,
an die drei Phasen A, B und C eines Drehstromnetzes ange
schlossen. Den steuerbaren Schaltelementen 4 A, 4 B und 4 C ist in
der bevorzugten Ausführungsform gemäß der Figur jeweils ein Re
ferenz-Detektor 6 A, 6 B bzw. 6 C zugeordnet mit dem jeweils eine
Kenngröße des zeitlichen Verlaufes der über den steuerbaren
Schaltelementen 4 A, 4 B bzw. 4 C abfallenden Spannung erfaßt
wird. Diese Kenngröße dient zur Festlegung einer Zeitreferenz
für die Bestimmung der Phasenlage. Diese Zeitreferenz wird als
Referenzsignal XA, XB und XC jeweils an den Ausgängen 8 A, 8 B
bzw. 8 C der Referenz-Detektoren 6 A, 6 B bzw. 6 C bereitgestellt.
Als Kenngröße sind beispielsweise das Maximum oder Minimum im
zeitlichen Verlauf der Spannung, vorzugsweise der Spannungs
nulldurchgang geeignet. In einer vorbezugten Ausführungsform
enthalten die Referenz-Detektoren 6 A, 6 B und 6 C beispielsweise
jeweils einen Komparator, der den Absolutwert des Spannungs
abfalles mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. An den
Ausgängen 8 A, 8 B und 8 C steht somit jeweils ein Referenzsignal
XA, XB bzw. XC mit zwei Pegeln an. Bei entsprechend niedriger
Wahl des Schwellwertes, beispielsweise etwa 10 V, wird dann
durch die Flanken dieses binären Signals im wesentlichen der
Spannungsnulldurchgang erfaßt, der zu einem zwischen diesen
Flanken liegenden Zeitpunkt erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Messung der Null
durchgänge der verketteten Netzspannung zwischen zwei Phasen,
beispielsweise zwischen den Phasen A und B, ein weiterer Refe
renz-Detektor 6 AB vorgesehen. Am Ausgang 8 AB dieses Referenz-
Detektors 6 AB steht ebenfalls ein binäres Referenzsignal XAB
an, dessen Flanken mit den Nulldurchgängen der zwischen diesen
Phasen A und B abfallenden Spannung zusammenfallen.
Die Ausgänge 8 A, 8 B, 8 C und 8 AB der Referenz-Detektoren 6 A, 6 B,
6 C bzw. 6 AC sind mit einer Meß- und Vergleichseinrichtung 10
verbunden, in der eine Messung der Phasenlage anhand der Re
ferenzsignale XA, XB, XC und XAB durchgeführt wird. Dies kann
beispielsweise dadurch erfolgen, daß durch eine Flanke eines
eintreffenden Referenzsignales, beispielsweise XAB, ein Zähler
gestartet wird, dessen Inhalt jeweils bei einer Flanke der
nächsten Referenzsignale, die beispielsweise in der Reihenfolge
XA, XC und XB eintreffen, gelesen wird. Die gemessene Phasen
lage wird in der Meß- und Vergleichseinrichtung 10 mit einer
vorgegebenen Phasenlage verglichen. Stimmt die gemessene Pha
senlage mit der vorgegebenen Phasenlage innerhalb vorgegebener
Grenzen überein, wird in der Meß- und Vergleichseinrichtung 10
ein Steuersignal S erzeugt, mit dem der Einschaltvorgang frei
gegeben wird. Dieses Steuersignal S wird an den Steuereingang
141 einer Steuereinrichtung 14 weitergeleitet, welche die zum
Schalten der steuerbaren Schaltelemente 4 A, 4 B und 4 C erfor
derlichen Zündsignale zur Verfügung stellt.
In den Fig. 2 bis 4 sind die aus den Spannungsnulldurch
gängen ermittelten Referenzsignale XA, XB bzw. XC jeweils gegen
die Zeit aufgetragen. Die Messung der gegenseitigen Phasenlage
erfolgt dabei in einer Ausführungsform ohne Referenz-Detektor
6 AB (Fig. 1) vorzugsweise dadurch, daß ausgehend von einem
ersten Referenzsignal 22, das einen Spannungsnulldurchgang über
dem der Phase A zugeordneten steuerbaren Schaltelement ent
spricht eine Winkeldifferenz Φ 1 bis zum nächsten Spannungsnull
durchgang gemessen wird, der im Beispiel der Fig. 4 bei der
über den dem in der Phase C angeordneten steuerbaren Schaltele
ment erfolgt und durch ein mit dem Bezugszeichen 24 versehenes
Referenzsignal XC erfaßt wird. Der nächste Spannungsnull
durchgang erfolgt über dem in der Phase B steuerbaren Schalt
element und ist durch das mit dem Bezugszeichen 26 versehene
Referenzsignal XB erfaßt. Der Abstand zwischen den beiden Re
ferenzsignalen 24 und 26 entspricht einer Winkeldifferenz Φ 2.
Der nächste zeitlich darauffolgende Spannungsnulldurchgang
erfolgt nach einer Winkeldifferenz Φ 3 wieder über dem in der
Phase A angeordneten steuerbaren Schaltelement und wird durch
das mit dem Bezugszeichen 28 versehene Referenzsignal XA er
faßt.
Die Phasenlage der an den Schaltelementen abfallenden Spannun
gen wird dann jeweils durch ein Wertepaar Φ 1, Φ 2 oder Φ 2, Φ 3
dargestellt. Eine für das Einschalten günstige Betriebssitua
tion des Motors ist erreicht, wenn die Winkeldifferenzen Φ 1, Φ 2
Φ 2, Φ 3 zwischen jeweils drei aufeinanderfolgenden Spannungs
nulldurchgängen größer als 45° und kleiner als 75° sind.
In Fig. 5 ist zusätzlich das gemäß einer Ausführungsform mit
Referenz-Detektor 6 AB (Fig. 1) aus dem Nulldurchgang der
zwischen den Phasen A und B anliegenden verketteten Netzspan
nung ermittelte Referenzsignal XAB gegen die Zeit aufgetragen.
Dabei entspricht beispielsweise die Flanke 30 einem Nulldurch
gang von Minus nach Plus und die Flanke 32 einem Nulldurchgang
von Plus nach Minus. Der auf eine der Flanken 30 und 32 folgen
de Nulldurchgang einer an den Schaltelementen abfallenden Span
nung erfolgt dann jeweils in der Phase A bei einer Winkeldiffe
renz Φ 4 bzw. Φ 5, die in dem in der Figur dargestellten Ideal
fall jeweils etwa 30° betragen. Eine für das Einschalten gün
stige Betriebssituation ist in diesem Ausführungsbeispiel dann
erreicht, wenn zusätzlich zu der Bedingung 45° < Φ 1, Φ 2 < 75°
die Bedingung 15° < Φ 4 < 30° erfüllt ist.
Der Einschaltvorgang selbst kann dann beispielsweise gemäß
einem der in den Druckschriften EP-A-01 44 454 oder WO 84/04 005
offenbarten Verfahren erfolgen.
Claims (8)
1. Verfahren zum Bestimmen eines Einschaltzeitpunktes für die
Steuerung des Einschaltvorganges eines von den Phasen (A, B, C)
eines Drehstromnetzes jeweils durch steuerbare Schaltelemente
(4 A, 4 B, 4 C) getrennten Drehstrommotors (2) mit folgenden
Merkmalen:
- a) Messung der Phasenlage der an den steuerbaren Schaltelemen ten (4 A, 4 B, 4 C) jeweils abfallenden Spannungen,
- b) Vergleich dieser Phasenlage mit einer durch die Netzspan nungen vorgegebenen Phasenlage, und
- c) Ableiten eines Steuersignals (S) für die Freigabe des Ein schaltvorganges, wenn die gemessene Phasenlage mit der vor gegebenen Phasenlage innerhalb vorbestimmter Grenzen über einstimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Phasenlage durch Bestimmung der
Winkeldifferenzen (Φ 1, Φ 2) zwischen den zeitlich aufeinander
folgenden Nulldurchgängen der an den steuerbaren Schaltelemen
ten (4 A, 4 B und 4 C) jeweils abfallenden Spannungen gemessen
wird, wobei die vorgegebene Phasenlage jeweils einer Winkel
differenz von 60° entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Phasenlage zusätzlich durch Be
stimmung der Winkeldifferenz (Φ 4) zwischen dem Nulldurchgang
einer verketteten Netzspannung und dem nächsten Nulldurchgang
der an den steuerbaren Schaltelementen (4 A, 4 B, 4 C) jeweils ab
fallenden Spannungen gemessen wird, wobei die vorgegebene Pha
senlage einer Winkeldifferenz von 30° entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Steuersignal (S) dann abge
leitet wird, wenn die gemessenen Winkeldifferenzen (Φ 1, Φ 2, Φ 4)
von den vorgegebenen Winkeldifferenzen weniger als 15° abwei
chen.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1
mit Einrichtungen (6 A, 6 B, 6 C, 6 AB, 10) zur Messung der Phasen
lage zwischen den an den steuerbaren Schaltelementen (4 A, 4 B,
4 C) jeweils abfallenden Spannungen sowie zum Vergleich dieser
gemessenen Phasenlage mit einer durch die Netzspannungen vorge
gebenen Phasenlage, und zum Bereitstellen eines Steuersignals
(S) für die Freigabe des Einschaltvorganges in Abhängigkeit vom
Vergleichsergebnis.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß den steuerbaren Schaltelementen (4 A,
4 B, 4 C) jeweils ein Referenz-Detektor (6 A, 6 B bzw. 6 C) zuge
ordnet ist, an dessen Ausgang (8 A, 8 B bzw. 8 C) ein binäres
Referenzsignal (XA, XB bzw. XC) ansteht, dessen Flanken im
wesentlichen mit dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs der über den
steuerbaren Schaltelementen (4 A, 4 B, 4 C) jeweils abfallenden
Spannung zusammenfallen, und der mit einer Meß- und Vergleichs
einrichtung (10) zur Messung der Winkeldifferenzen (Φ 1, Φ 2)
zwischen den Referenzsignalen (XA, XB, XC) sowie zum Vergleich
dieser Winkeldifferenz mit einer Winkeldifferenz von 60° und
zum Bereitstellen eines Steuersignales (S) für die Freigabe des
Einschaltvorganges.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß zusätzlich ein Referenz-Detektor (6 AB)
für die Messung des Nulldurchgangs einer verketteten Netzspan
nung vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß den steuerbaren
Schaltelementen (4 A, 4 B, 4 C) zum Steuern des Einschaltvorganges
eine Steuereinrichtung (14) mit einem Steuereingang (141) für
das Steuersignal (S) zugeordnet ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP89104037 | 1989-03-07 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4005679A1 true DE4005679A1 (de) | 1990-09-13 |
DE4005679C2 DE4005679C2 (de) | 1998-09-24 |
Family
ID=8201061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4005679A Expired - Lifetime DE4005679C2 (de) | 1989-03-07 | 1990-02-22 | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Einschaltzeitpunktes für die Steuerung des Einschaltvorganges eines Drehstrommotors |
Country Status (1)
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Also Published As
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