DE4307467A1

DE4307467A1 - Elektronisch kommutierter Asynchronmotor

Info

Publication number: DE4307467A1
Application number: DE19934307467
Authority: DE
Inventors: Hans Hermann Rottmerhusen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-09-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Asynchronmotoren mit einem Käfigläufer (Kurzschlußläufer), bei denen das Drehfeld am Ständer durch elektronische Kommutierung der Wicklungsstränge erzielt wird.

Die Drehzahl bei Asynchronmotoren wird durch die an der Feldwicklung anliegende Frequenz bestimmt.

Soll eine andere Frequenz als die vorhandene Netzfrequenz zur Anwendung kommen, so werden derartige Frequenzen überwiegend mit Frequenzumformern oder Frequenzumrichtern erzielt.

Nachteilig bei einer solchen Maßnahme ist es, daß der Aufwand und somit der Kostenfaktor hierfür sehr hoch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, Asynchronmotoren mit einer besonders kostengünstigen Elektronik zu versehen, womit die anliegende Frequenz an der Feldwicklung der Asynchronmotoren stufenlos veränderbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche gelöst.

Die erfindungsgemäßen Lösungen haben die Vorteile, daß mit einer geringen Anzahl elektronischer Bauteile die Frequenz und somit die Drehzahl stufenlos regelbar, und ein Läuferschritt von 60° mit drei Leistungshalbleitern erzielbar ist. Vorteilhaft zur Frequenzsteuerung kommt auch ein Einplatinencomputer oder ein Mikrocontroller zur Anwendung.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung der Elektronik zur Kommutierung der Wicklungsstränge des Asynchronmotors,

Fig. 2 eine alternative Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Die Feldwicklung des Asynchronmotors kann in bekannter Weise nach einer der großen Typenvielfalt solcher Wicklungen ausgelegt sein.

Die Feldwicklung des Ständers ist bei den Ausführungsbeispielen dreisträngig ausgelegt und besteht aus den Wicklungssträngen a, b und c.

Jedem Wicklungsstrang ist ein Leistungshalbleiter zugeordnet. Die Leistungshalbleiter d, e und f werden von einem Zähler, IC 1, geschaltet. Dem Zähler ist ein Oszillator, IC 2, zugeordnet. Über den Oszillator wird die Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter bestimmt, indem die Frequenz des Oszillators gleitend über einen Potentiometer einstellbar ist.

Der Läuferschritt einer dreisträngigen und dreipulsigen Feldwicklung beträgt 120°. Die drreisträngige Feldwicklung mit den drei zugeordneten Leistungshalbleitern kann auch sechspulsig betrieben werden, indem dem Zähler (IC 1) ein programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM, ROM) oder programmierbare Logik (PAS, GAL) nachgeschaltet ist mit einer Programmierung, welches folgendes Programm beinhaltet: Wird ein Datum vom Zähler zum nachgeschalteten Speicher gegeben, so wird zum Beispiel der Leistungshalbleiter d durchgeschaltet, erfolgt ein weiteres Datum vom Zähler zum Speicher, so wird der Leistungshalbleiter e dazugeschaltet, und es erfolgt ein Läuferschritt von 60°, wird nun ein weiteres Datum zum Speicher gegeben, so wird der Leistuungshalbleiter d abgeschaltet, womit ein weiterer Läuferschritt von 60° erzielt wird, bei einem weiteren Datum zum Zähler sind die Leistungshalbleiter e und f durchgeschaltet, wobei wiederum ein Läuferschritt von 60° erfolgt. Durch die Fortsetzung der Schaltreihenfolge der Leistungshalbleiter und in der Wiederholung, wird ein Läuferschritt von 60° mit einer dreisträngigen Feldwicklung erzielt, der über drei Leistungshalbleiter geschaltet wird.

Asynchronmotoren können auch sehr effektiv über Computer gesteuert werden (Einplatinencomputer, Mikrocontroller). Fig. 2 zeigt eine derartige Schaltungsanordnung des Asynchronmotors mit der symbolischen Darstellung des Computers bzw. des Mikrocontrollers durch den Kasten 3. Der Computer bzw. der Mikrocontroller beinhaltet ein Programm für die Anlaufschaltfrequenz der Leistungshalbleiter d, e, f der Wicklungsstränge a, b, c des Asynchronmotors. Die Höhe der Anlaufschaltfrequenz wird selbsttätig vom Computer gesteuert, indem dem Computer ein Impulsgeber, welcher mit der Drehzahl des Läufers des Asynchronmotors in Abhängigkeit steht, zugeordnet ist. Die elektrischen Impulse des Impulsgebers führen zum Anschluß 2 des Computers. Erreicht der Läufer durch eine zu hohe anliegende Last nicht die vorgesehene Anlaufdrehzahl, so wird die Anlaufschaltfrequenz selbsttätig durch den Computer zurückgestzt, soweit, bis die Anlaufdrehzahl und die Anlaufschaltfrequenz bei Berücksichtigung des vorgesehenen Schlupfs übereinstimmt.

Wird dieses Ziel nicht erreicht, so werden keine Leistungshalbleiter angesteuert. Die Schaltfrequenz für den weiteren Hochlauf des Läufers wird durch den Impulsgeber unter Berücksichtigung des vorgesehenen Schlupfs und somit des Drehmoments bestimmt, und somit steht die Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter beim Hochlauf des Läufers in Abhängigkeit mit der Drehzahl des Läufers und mit dem Schlupf des Läufers, wodurch ein asynchroner Hochlauf erfolgt.

Bei der Erreichung einer vorbestimmten Drehzahl des Läufers werden die Impulse des Impulsgebers abgeschaltet, und die einprogrammierte konstante Betriebschaltfrequenz eingeschaltet. Ab nun besitzt der Motor das Betriebsverhalten eines Drehstrommotors. Wird der Asynchronmotor über die Betriebskennlinie hinaus belastet, so werden die Programme des Computers in der rückwärtigen Reihenfolge geschaltet bis hin zum Ankerstillstand und der Abschaltung der Leistungshalbleiter. Der Computer kann auch derart programmiert sein, daß bei Erreichung des Kippmoments des Läufers in dem Bereich der konstanten Betriebsschaltfrequenz keine Leistungshalbleiter angesteuert, und hierdurch alle Leistungshalbleiter geschlossen sind. Die Drehrichtung des Läufers kann in beide Drehrichtungen erfolgen, indem die eine oder die andere Drehrichtung beim Computer abgerufen wird, wobei die Drehrichtung auch im vollen Lauf und bei Nennlast gewechselt werden kann. Durch den Wechsel der Drehrichtung kann auch eine Sanftabbremsung des Läufers durchgeführt werden. Bei einer Schnellabbremsung des Läufers wird vom Computer ein dem Läufer nacheilendes Drehfeld unter Zuhilfenahme des Impulsgebers gesteuert. Die Schnellabbremsung kann bis zum Läuferstillstand mit nachfolgender Abschaltung der Leistungshalbleiter erfolgen, oder es wird eine niedrigere Betriebsschaltfrequenz angewählt, wobei die Drehzahl des Läufers durch eine Schnellabbremsung der niedrigeren Betriebsschaltfrequenz umgehend angeglichen wird. Durch ein weiteres Programm des Computers unter Zuhilfenahme des Impulsgebers, welcher in Abhängigkeit mit dem Läufer steht, kann eine variable oder eine konstante Drehzahl gesteuert werden.

Für leistungsstarke Asynchronmotoren mit sehr hohen Drehzahlen kann es vorteilhaft sein, den Anlaufstrom und den Höchstlaststrom zu begrenzen.

Zur Bewältigung dieser Aufgabe ist der Computer mit einem Programm einer Pulsweitenmodulation versehen. Das Pulsweitenmodulations-Programm findet auch gute Anwendung zur Stromeinsparung im Leerlaufbetrieb des Motors, und zur Stromlaststeuerung bei Lastbetrieb.

Die Erfassung der Daten zur Pulsweitenmodulationssteuerung erfolgt durch die Auswertung der Drehzahl des Läufers in bezug zum Schlupf des Läufers.

Claims

1. Asynchronmotoren mit einem Käfigläufer (Kurrzschlußläufer), bei denen das Drehfeld am Ständer durch elektronische Kommutierung der Wicklungsstränge erzielt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leistungshalbleiter (d, e, f) von einem Zähler (IC 1) geschaltet werden, indem dem Zähler ein Oszillator (IC 2) zugeordnet ist, und die Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter bestimmt wird durch den Oszillator, welcher gleitend zur Frequenzbestimmung über einen Potentiometer einstellbar ist,
daß die dreisträngige Feldwicklung über die drei zugeordneten Leistungshalbleiter (d, e, f) sechspulsig geschaltet werden kann, indem dem Zähler ein programmierbarer Nur-Lese-Speicher oder programmierbare Logik nachgeschaltet ist, und hierdurch ein Läuferschritt von 60° erzielt wird.

2. Asynchronmotor mit einem Käfigläufer (Kurzschlußläufer), bei denen das Drehfeld am Ständer durch elektronische Kommutierung der Wicklungsstränge erzielt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Asynchronmotor gesteuert wird von einem Computer (Einplatinencomputer, Mikrocontroller), derart, daß der Computer ein Programm für die Anlaufschaltfrequenz der Leistungshalbleiter (d, e, f) der Wicklungsstränge (a, b, c) des Asynchronmotors beinhaltet, wobei die Anlaufschaltfrequenz selbsttätig vom Computer gesteuert wird, indem dem Computer ein Impulsgeber, welcher mit der Drehzahl des Läufers in Abhängigkeit steht, zugeordnet ist,
daß bei einer am Läufer zu hoch anliegenden Last die Anlaufschaltfrequenz vom Computer zurückgesetzt wird, daß bei Nichtanlaufen des Läufers durch Überlastung die Leistungshalbleiter nicht angesteuert werden,
daß die Schaltfrequenz für den weiteren Hochlauf des Läufers bestimmt wird durch den Impulsgeber, und der Hochlauf des Läufers asynchron erfolgt,
daß nach beendetem Hochlauf des Läufers eine einprogrammierte konstante Betriebsschaltfrequenz zum Einsatz kommt, und der Motor ein Betriebsverhalten eines Drehstrommotors besitzt,
daß durch eine Belastung des Asynchronmotors über die Betriebskennlinie hinaus die Programme des Computers in der rückwärtigen Reihenfolge geschaltet werden bis hin zum Ankerstillstand und der Abschaltung der Leistungshalbleiter,
daß der Computer derart programmiert ist, daß bei Erreichung des Kippmoments des Läufers in dem Bereich der konstanten Betriebsschaltfrequenz keine Leistungshalbleiter angesteuert werden,
daß beide Drehrichtungen des Läufers beim Computer abgerufen werden können, und die Drehrichtung auch im vollen Lauf und bei Nennlast umkehrbar ist,
daß für eine Schnellabbremsung des Läufers vom Computer ein dem Läufer nacheilendes Drehfeld unter Zuhilfenahme des Impulsgebers bis zum Läuferstillstand mit nachfolgender Abschaltung der Leistungshalbleiter, gesteuert wird,
daß die Höhe der Betriebsschaltfrequenz wählbar ist, und bei einer höheren zu einer niedrigeren gewählten Betriebsschaltfrequenz der Läufer durch eine Schnellabbremsung der niedrigeren Betriebsschaltfrequenz umgehend angeglichen wird,
daß der Computer unter Zuhilfenahme des Impulsgebers ein Programm beinhaltet, womit eine variable oder eine konstante Drehzahl gesteuert werden kann,
daß der Computer mit einem Programm einer Pulsweitenmodulation versehen ist, welche zur Anlaufstrom- und Höchstlaststrombegrenzung dient, und daß die Pulsweitenmodulation auch zur Stromeinsparung im Leerlaufbetrieb des Motors und zur Stromlaststeuerung bei Lastbetrieb einsetzbar ist,
daß die Erfassung der Daten zur Pulsweitenmodulationssteuerung durch die Auswertung der Drehzahl des Läufers in bezug zum Schlupf des Läufers erfolgt.