DE69223677T2

DE69223677T2 - Verfahren und Gerät zur Steuerung eines elektrischen Motors

Info

Publication number: DE69223677T2
Application number: DE69223677T
Authority: DE
Inventors: Robert J Delange
Original assignee: Allen Bradley Co LLC
Current assignee: Allen Bradley Co LLC
Priority date: 1991-05-06
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2012-04-29
Also published as: MX9202044A; US5187419A; EP0512372A3; BR9201450A; CA2061960A1; EP0512372A2; KR920022637A; JPH05184175A; EP0512372B1; CA2061960C; DE69223677D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Erfassen der Drehzahl eines Elektromotors und insbesondere Verfahren, die die Gegen-EMK des Motors ausnutzen, um die Drehzahl festzustellen.
Festkörpersteuerungen, wie sie in den US Patenten 4,996,470 und 4,978,887 beschrieben sind, wurden entwickelt, um die Drehzahl eines Wechselstrom-Induktionsmotors zu regeln. Diese Vorrichtungen sehen Bremsmechanismen vor, die zum Verzögern des Motors dienen, um ihn in einer kontrollierten Weise zum Stehen zu bringen. Die Bremssysteme, die in den beiden vorerwähnten Patenten benutzt werden, haben unterschiedliche Betriebsarten, wobei eine Betriebsart zu einer anderen wechselt, wenn sich die Motordrehzahl unter einen vordefinierten Wert vermindert hat. Diese Steuerungen benötigen deshalb einen Mechanismus zum Messen der Motordrehzahl.
Die in dem US Patent 4,996,470 beschriebene Steuerung benutzt anfangs einen dynamischen Bremsvorgang, bei dem eine Periodenausblendung oder ein periodisches Überspringen angewendet werden kann, um den Motor und die von ihm angetriebene Vorrichtung zu einem genauen Anhalten zu bringen. Der dynamische Bremsbetrieb umfaßt das Abfühlen der Polarität der Versorgungsleitungsspannung sowie die Polarität der durch die elektromotorische Gegenkraft (Gegen-EMK) im Motor induzierten Spannung. Sind diese Polaritäten zueinander entgegengesetzt, wird dem Motor der Versorgungsleitungsstrom so lange zugeführt, bis der nächste Stromnulldurchgang auftritt. Dieser Vorgang bewirkt, daß wiederholt Stromimpulse durch den Motor geleitet werden, die ein negatives Drehmoment erzeugen, welches den Motor abbremst.
Das dynamische Bremsen wurde verwendet, um die Drehzahl eines Motors bis zu einem Punkt zu vermindern, bei dem eine Periodenausblendung angewendet werden kann, um den Motor mit einer geringeren Drehzahl zu betreiben. Die Periodenausblendung ist eine Leistungsschalttechnik, die zum Erzeugen eines spezifischen Musters aus positiven und negativen Impulsen dient, wobei an den Motor Strom mit einer effektiven subharmonischen Frequenz der Versorgungsleitungsfrequenz gelegt wird. Das Anlegen eines derartigen Strommusters verursacht, daß der Motor mit einer verminderten Drehzahl betrieben wird. Ist allerdings mit Anbeginn der Periodenausblendung die Motordrehzahl nicht hinreichend vermindert worden, bleibt der Motor mit der im Impulsmuster vorhandenen Versorgungsleitungsfrequenzkomponente synchronisiert und kehrt zu seiner vorhergehenden höheren Drehzahl zurück. Folglich benötigt man für diese Bremstechnik eine hinreichend genaue Feststellung der Motordrehzahl, damit man bestimmen kann, ab wann der Übergang zur Periodenausblendung erfolgen kann.
Bisher wurde die Periode zwischen dynamischen Bremsstromimpulsen als Indikator für die Motordrehzahl genutzt. Je kürzer die Periode zwischen diesen Impulsen war, umso niedriger war die Motordrehzahl. Obgleich man dieses Drehzahlermittlungsverfahren bei vielen Anwendungen hinreichend gut verwenden kann, sind in gewissen Situationen die Eigenschaften des Motors und der angetriebenen Last von einer solchen Art, daß die Verwendung der Impulsperiode einen Übergang zur Periodenausblendung zu früh auslöst und der Motor zur hohen Drehzahl zurückkehrt Deshalb muß man bei solchen Anwendungen einen zusätzlichen Mechanismus vorsehen, der ermittelt, ob die Motordrehzahl bis zu einem Punkt abgenommen hat, bei dem die Periodenausblendtechnik effektiv eingesetzt werden kann.
Andere Motorsteuerverfahren benötigen ebenfalls eine Drehzahlerfassung und machen oft von Tachometern oder anderen elektromechanischen Geräten Gebrauch, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die Motordrehzahl angibt. Viele derzeitige Motorsteuerungen haben einen Mikroprozessor, der es wünschenswert macht, die Rechenfähigkeit dieser Baueinheit auszunutzen, um die Motordrehzahl zu ermitteln, anstatt ein elektromechanisches Drehzahlerfassungsgerät hinzuzufügen.
Die EP-A-0 332 127 sieht ein Verfahren zum Erfassen des Anhaltens des Motors vor, so daß man mit dem Zünden der Thyristoren aufhören kann (oder in der gleichen Weise wie zuvor für ein zusätzliches kurzes Zeitintervall fortfahren kann, bevor damit aufgehört wird). Mit anderen Worten, ein einziger Bremsbetrieb wird unterbunden, wenn ein Anhalten des Motors festgestellt worden ist. Während dieses einzigen Bremsbetriebs kommt es nie zu einer Änderung der Zündung der Thyristoren in Abhängigkeit von einem erfaßten Muster von EMK-Proben.
Sobald die Thyristoren während jeder Periode der Wechselversorgungsspannung gezündet werden, hat sich die Drehzahl des Motors, gemäß der EP-A-0 332 127, etwa auf 30% der Nenndrehzahl vermindert, mit der der Motor vor dem Bremsvorgang lief. Das System tastet dann die Gegen-EMK-Spannung an jeder der Statorwicklungen bei jeder Periode unmittelbar vor dem Zünden ab, überprüft oder verifiziert jedoch diese Drehzahl von 30% nicht mit Hilfe der in dieser Weise abgetasteten Proben. Das System lehrt vielmehr statt dessen ein Verfahren zum Erfassen des Anhaltens des Motors (nicht eines vorbestimmten Motordrehzahlbereiches) mittels des Musters der EMK-Proben und verläßt sich prinzipiell darauf, daß dieses Muster der EMK-Proben bis nahezu kurz vor dem Anhalten des Motors unverändert bleibt. Dementsprechend erfaßt das System eine Änderung im Muster, sobald eine vorbestimmte Anzahl (=5) aufeinanderfolgender gleicher Gegen-EMK-Spannungsmuster aufgetreten sind. Beim Erfassen einer derartigen Änderung kann man mit der Zündung der Thyristoren aufhören, und es dem Motor gestatten, zum Stillstand auszulaufen.
Die EP-A-0 408 045, die der bereits oben erwähnten US 4,996,470 entspricht, beschreibt die Änderung einer dynamischen Bremsbetriebsart zu einer Periodenausblendbetriebsart und vertraut ausschließlich auf die Periode zwischen den dynamischen Bremsstromimpulsen.
Das Ziel der Erfindung ist es, eine Technik zum Abbremsen der Drehzahl des Motors in einer optimal gesteuerten Weise und zum Verändern unterschiedlicher Bremsbetriebsarten in Abhängigkeit von der abgetasteten Drehzahl vorzusehen.
Dieses Ziel wird erreicht durch die Maßnahmen der Vorrichtungs- und Verfahrensansprüche 1 und 5 bzw. 3 und 6.
Demzufolge wird ein Wechsel zu verschiedenen Bremsbetriebsarten für zwei verschiedene Systeme bzw. Prinzipien implementiert, nämlich ein erstes System gemäß den Vorrichtungs- und Verfahrensansprüchen 1 und 5, wonach eine volle dynamische Bremsung mit einer ersten Folge Stromimpulse vorgenommen wird, die auf der Grundlage entgegengesetzter Polarität der Versorgungsspannung und der Gegen-EMK-Spannung erzeugt werden, bis sich der Motor auf einen gegebenen Bereich zwischen beispielsweise 50,0 und 37,5 % der Synchrondrehzahl verlangsamt hat. Danach wird eine kontinuierliche Thyristorzündungsroutine benutzt, gemäß der mit der Zündung der Thyristoren während derselben Hälfte jeder Stromperiode unabhängig von der Spannungspolaritätsbeziehung fortgefahren wird, bis der Motor anhält. Die Zeitspanne der kontinuierlichen Thyristorzündungsroutine wird für den speziellen zu steuernden Motor empirisch ermittelt.
Das zweite System oder Prinzip gemäß den Vorrichtungs- und Verfahrensansprüchen 3 und 6 verwendet eine andere Drehzahlerfassungssubroutine, gemäß der der Wechsel zu einer Periodenausblendbetriebsart eingeleitet wird, wenn zwei aufeinanderfolgende Polaritätsproben der induzierten Gegen-EMK-Spannung bei wenigstens zwei Statorwicklungen einander gleich sind. Dieses unterschiedliche Kriterium dient dazu, die optimale Zeit zum Einleiten der Periodenausblendung bei einer Motordrehzahl eines gegebenen Bereiches zwischen beispielsweise 84 und 65 % der vollen Synchrondrehzahl zu bestimmen.
Beide nach der Erfindung angegebenen Lösungen zum Bestimmen der optimalen Zeit für einen Wechsel der Bremsbetriebsart beruhen auf der Erfassung vordefinierter Beziehungen zwischen einer Vielzahl Polaritätsproben wenigstens einer Wicklung, die auftritt, wenn die Drehzahl des Motors innerhalb dieses definierten oder gegebenen Bereiches ist.
Weitere vorteilhafte Entwicklungen sind in Unteransprüchen definiert. Der Anspruch 7 führt beispielsweise zu dem Vorteil, daß eine dynamische Bremsung im Anschluß an die Periodenausblendung mit verbesserter Einleitung gemäß der Erfindung den Motor innerhalb einer kurzen Zeitspanne zuverlässig zum Halten bringen kann.
Bei einer Anwendung dieser Drehzahlerfassung steuert das Auftreten der vordefinierten Beziehung das Anlegen von Elektrizität zum Abbremsen des Motors. Ein Bremsmechanismus spricht auf das Steuersignal dadurch an, daß drei bidirektionale Thyristorschalter gesteuert werden, um eine erste Folge Stromimpulse an den Motor zu legen, wenn die Drehzahl größer als der definierte Bereich ist, und eine zweite Folge Stromimpulse anzulegen, wenn die Drehzahl in den definierten Bereich eingetreten ist. Die Anwendung von Impulsen vermindert ausgehend von der vollen Synchrondrehzahl die Drehzahl des Motors.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, ein System zum Erfassen der Drehzahl des Elektromotors vorzusehen, ohne daß elektromechanische Sensoren benutzt werden müssen.
Ein weiteres Merkmal ist die Verwendung der in den Motorwicklungen induzierten Gegen-EMK als Anzeiger für die Motordrehzahl, wenn sich die Schaltvorrichtung im nicht leitenden Zustand befindet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild, das einen Elektromotor und eine Motorsteuerung zum Ausüben der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit fur eine von der Motorsteuerung benutzte dynamische Bremstechnik;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit für eine von der Motorsteuerung benutzte Periodenausblendanhaltetechnik;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm einer Softwareroutine einer Betriebsart eines dynamischen Motorbremsvorganges;
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm einer ersten Drehzahlerfassungssoftwareroutine zum Implementieren der Erfindung;
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung einer Routine für eine andere Betriebsart einer dynamischen Motorbremsung;
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm einer zweiten Drehzahlerfassungssoftwareroutine zum Implementieren der Erfindung;
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm eines Periodenausblend- Motordrehzahl-Steuerprogramms; und
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung von Stromschwingungsformen bei jedem der Motoranschlüsse während eines Periodenausblendbetriebs der Motorsteuerung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Es wird anfänglich auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Drei- Phasen-Elektromotor 10 hat drei Statorwicklungen 11, 12 und 13. Das Anlegen von Elektrizität an den Asynchron- oder Induktionsmotor 10 wird von einer Motorsteuerung 20 und ihrem Thyristorschaltmodul 14 geregelt. Das Schaltmodul 14 enthält drei Paare Thyristoren 16, 17 und 18, wobei die Thyristoren jedes Paares antiparallel zueinander geschaltet sind. Jedes Thyristorpaar verbindet eine der Statorwicklungen 11, 12 und 13 mit einer Versorgungsleitung A, B oder C einer dreiphasigen Wechselelektrizitätsquelle. Die Spannung an jeder Paarkombination der Versorgungsleitungen hat eine Frequenz von 50 oder 60 Hertz.
Die Thyristorpaare 16 bis 18 werden von einer Steuerschaltung getriggert oder gezündet, die einen Mikrocomputer 30, drei Leitungsspannungsdetektoren 21, 22 und 23 sowie drei Spannungsvergleicher 24, 25 und 26 enthält. Beim Mikrocomputer 30 kann es sich um ein von Hitachi America, Ltd. vertriebenes Modell 6801 handeln. Er enthält einen Mikroprozessor, Zeitgeberschaltungen, einen Festwertspeicher und einen Direktzugriffsspeicher im selben integrierten Schaltungspaket. Ein Computerprogramm, das den Betrieb der Motorsteuerung 20 definiert, ist im Festwertspeicher des Mikrocomputers abgelegt. Dieses Programm ist solchen Programmen ähnlich, wie sie bei herkömmlichen programmierbaren Motorsteuerungen verwendet werden, und zwar insoweit, als Funktionen des Startens und Betreibens des Motors 10 mit normaler Laufdrehzahl betroffen sind. Wie es noch im einzelnen erläutert wird, enthält das Programm eine neuartige Routine zum Anhalten des Motors 10 und zum Erfassen der Motordrehzahl.
Der Mikrocomputer 30 erzeugt in geeigneter Weise zeitgesteuerte Thyristortriggersignale an drei Leitungen 27, 28 und 29 eines parallelen Ausgangsanschlusses. Die erste Ausgangsleitung 27 ist über einen ersten Trenntransformator 31 mit den Steueranschlüssen des ersten Thyristorpaares 16 betreffend die Elektrizitätsversorgungsleitung A verbunden. Die anderen Triggersignalausgangsleitungen 27 und 28 sind über ähnliche Trenntransformatoren 32 und 33 mit den Steueranschlüssen des zweiten und dritten Thyristorpaares 17 bzw. 18 bezüglich der Elektrizitätsversorgungsleitungen B und C verbunden.
Drei Anschlüsse 41, 42 und 43 verbinden die Statorwicklungen 11, 12 und 13 mit der Motorsteuerung 20. Drei Widerstände 34 bis 36 mit gleichem Widerstandswert sind mit den Anschlüsen 41 bis 43 in einer Y-Schaltung verbunden, wobei der gemeinsame Knoten 37 des Y mit der Masse der Steuerschaltung verbunden ist. Die Spannung an jedem Widerstand 34, 35 und 36 ist gleich der Spannung Va, Vb und Vc an den drei Statorwicklungen 11, 12 bzw. 13. Das Potential am gemeinsamen Knoten 37 der Y-Widerstandsverbindung ist das gleiche wie beim Null- oder Sternpunkt 15 der Motorwicklungen, was typischerweise gleich dem Nullpunktpotential der Elektrizitätsquelle ist.
Ein erster Spannungsvergleicher 24 fühlt die Spannung Va an der ersten Statorwicklung 11 ab. Im speziellen Fall ist der nicht invertierende Eingang dieses Spannungsvergleichers 24 über einen Spannungsteiler 38, der die Statorwicklungsspannung auf einen mit dem Spannungsvergleicher kompatiblen Wert vermindert, mit dem ersten Statorwicklungsanschluß 41 verbunden. Der invertierende Eingang des Spannungsvergleichers 24 ist direkt an die Schaltungsmasse angeschlossen, und sein Ausgang ist mit einer parallelen Eingangsanschlußleitung des Mikrocomputers 30 verbunden. Der erste Spannungsvergleicher 24 wird zum Erzeugen einer Ausgangsgröße verwendet, die die Polarität der Spannung (Va) anzeigt, die an der ersten Motorwicklung 11 durch die elektromotorische Gegenkraft (Gegen-EMK) erzeugt wird. Die Gegen-EMK rührt von dem magnetischen Drehfeld her, das innerhalb des Motors vom Magnetismus des Rotors erzeugt wird. Wie es noch beschrieben wird, wird die Polarität der induzierten Gegen-EMK-Spannung vom Mikrocomputer 30 abgetastet, wenn über die Versorgungsleitungen keine Elektrizität am Motor anliegt. Die Polarität dieser Spannung wird bezüglich des Null- oder Sternpunktes abgetastet.
Der zweite Spannungsvergleicher 25 ist über einen anderen Spannungsteiler 39 mit dem zweiten Motoranschluß 42 verbunden, um in ähnlicher Weise die Polarität der Spannung Vb über der zweiten Statorwicklung 12 abzutasten. Der dritte Spannungsvergleicher 25 ist über einen noch weiteren Spannungsteiler 40 mit dem dritten Motoranschluß 43 verbunden, um die Polarität der Spannung Vc an der dritten Statorwicklung 13 abzutasten. Die Ausgänge der zweiten und dritten Spannungsvergleicher 25 und 26 sind an andere Leitungen des parallelen Mikrocomputereingangsanschlusses angeschlossen, um auf diese Weise Anzeigen über die Gegen- EMK-Spannungspolaritäten an der zweiten und dritten Statorwicklung vorzusehen.
Die Versorgungsleitungen A, B und C sind über separate Widerstände 45, 46 und 47 mit den Eingängen von drei Leitungsspannungsdetektoren 21, 22 und 23 verbunden. Drei zusätzliche Widerstände 48, 49 und 50 verbinden die Eingänge der Leitungsspannungsdetektoren mit der Masse der Steuerschaltung und bilden auf diese Weise Spannungsteiler mit Widerständen 45-47. Der erste Leitungsspannungsdetektor 21 ist mit den Widerständen 45 und 46 verbunden und dient zum Feststellen eines Nulldurchganges der Spannung Vab zwischen den Versorgungsleitungen A und B und zum Abfühlen der Polarität der Spannung Vab bezüglich des Null- oder Sternpunktpotentials. Anzeigen dieser beiden ermittelten Parameter werden Eingängen des Mikrocomputers 30 zugeführt. Ein zweiter Leitungsspannungsdetektor 22 ist an die Widerstände 46 und 47 angeschlossen und dient zum Abfühlen des Nulldurchgangs und der Polarität der Spannung Vbc zwischen den Versorgungsleitungen B und C. Der dritte Detektor 23 fühlt diese Parameter bezüglich der Spannung Vac zwischen den Versorgungsleitungen A und C ab. Jeder der Leitungsspannungsdetektoren 21-23 liefert eine Anzeige darüber, ob ein erfaßter Nullspannungsdurchgang ein vom Negativen zum Positiven führender (ansteigender) Übergang oder ein vom Positiven zum Negativen führender (abfallender) Übergang ist.
Alternativ kann man die Anzahl der Leitungsspannungsdetektoren 21-23 vermindern und die Rechenfähigkeit des Mikrocomputers 30 ausnutzen, um die Nulldurchgangszeitpunkte und Versorgungsspannungspolaritäten zu bestimmen. So kommt man beispielsweise mit lediglich zwei Leitungsspannungsdetektoren aus. Beim Einschalten erfaßt der Mikrocomputer das Auftreten von Nulldurchgängen und die Spannungspolarität in den beiden Phasen, die den Leitungsspannungsdetektoren zugeordnet sind. Aus der Reihenfolge der Übergänge, dem Abstand zwischen ihnen und den Polaritäten der beiden Spannungsschwingungsformen stellt der Mikrocomputer 30 die Phasenbeziehungen und Frequenz der Versorgungsspannungen fest. Diese Information wird verwendet, um eine Gruppe Merker im Mikrocomputerspeicher zu initialisieren, die anschließend von internen Zeitgebern umgeschaltet werden, um die Polarität und den Nulldurchgang der drei Versorgungsleitungsspannungen darzustellen. Das Nulldurchgangssignal eines der Leitungsspannungsdetektoren wird periodisch abgetastet, um sicherzustellen, daß die Merker mit den Versorgungsleitungswechselspannungen synchronisiert bleiben. Die Komplexität der Leitungsspannungsdetektoren 21-23 kann man dadurch vermindern, daß die Phasenspannungen (die Spannung zwischen einer Versorgungsleitung und dem Nullpunkt) anstatt der Spannung zwischen Versorgungsleitungspaaren abgetastet werden. Der Mikrocomputer 30 kann dann die Spannungen zwischen den Versorgungsleitungen aus den Phasenspannungen ableiten. Diese Alternativen können anstelle der dargestellten Schaltung bevorzugt werden, da sie die erforderliche Hardware und Schaltungskomplexität vermindern.
Weitere Eingangsanschlußleitungen des Mikrocomputers 30 sind mit einem Paar manueller Drucktastenschalter 51 und 52 verbunden. Diese Eingangsanschlußleitungen sind auch über ein Paar Hochziehwiderstände 55 mit der positiven Spannungsversorgung der Motorsteuerung 20 verbunden. Das Aktivieren eines dieser Schalter 51-52 zieht die zugeordnete Mikrocomputereingangsleitung auf Masse. Der erste Drucktastenschalter 51 wird vom Benutzer aktiviert, um den Motor 10 zu starten, und er signalisiert dem Mikrocomputer 30 mit der Ausführung einer herkömmlichen Softwareroutine zum Starten und Steuern des normalen Laufes des Motors 10 zu beginnen. Der zweite Drucktastenschalter 52 wird vom Benutzer aktiviert, um den Motor 10 anzuhalten, und er verursacht, daß der Mikrocomputer 30 eine Softwareroutine ausführt, die den Motor 10 abbremst, wie es noch zu beschreiben ist. Alternativ können die Start- und Bremseingabesignale von einer programmierbaren Logiksteuerung oder anderen Steuerschaltung anstelle der Drucktastenschalter 51 und 52 herrühren.
Soll der Motor 10 gebremst werden, beendet die Steuerung 20 die herkömmliche Triggerung der Thyristorpaare 16-18 und beginnt mit einer dynamischen Motorbremsung. Die Polarität der in wenigstens einer der Statorwicklungen 11-13 induzierten Gegen- EMK-Spannung wird zusammen mit der Polarität der Spannung über wenigstens einem Paar der Versorgungsleitungen A, B oder C gemessen. Sind diese Spannungspolaritäten zueinander entgegengesetzt, d.h., eine ist positiv und die andere negativ, dann werden zwei Thyristorpaare während einer Halbperiode des Versorgungsleitungswechselstroms in einen leitenden Zustand getriggert. Dadurch wird ein Stromimpuls durch die zugeordneten Statorwicklungen geschickt, der ein Magnetfeld erzeugt, das im Motor ein negatives Drehmoment hervorruft. Die Drehzahl des Motors nimmt aufgrund des negativen Drehmoments schneller als für den Fall ab, bei dem es dem Motor gestattet wird, bis zum Stillstand lediglich auszulaufen, wie es graphisch in Fig. 2 dargestellt ist. Nachdem sich die Drehzahl um wenigstens 50% vermindert hat, was zu einer Zeit T&sub2; der Fall ist, wird mit der Triggerung der Thyristoren während derselben Hälfte jeder Stromperiode unabhängig von der Spannungspolaritätsbeziehung fortgefahren, bis der Motor anhält. Diese Anhaltetechnik wird "volle dynamische Bremsung" genannt und ist im US Patent Nr. 4,833,386 offenbart.
In Fällen, bei denen das Anhalten des Motors gesteuert werden muß, um einen vom Motor angetriebenen Gegenstand genau zu positionieren, wird anfangs die dynamische Bremsung eingesetzt, um die Drehzahl auf 84% der vollen Synchrondrehzahl bei der Versorgungsleitungsfrequenz (50 oder 60 Hz) zu vermindern. Danach wird das Periodenausblendverfahren angewandt, um den Motor mit einer relativ niedrigen Drehzahl zu betreiben, bis der Gegenstand nahe bei seiner gewünschten Position ist, zu welcher Zeit (T4) die Thyristoren während jeder anderen Halbperiode des Versorgungsleitungsstromes getriggert werden, um den Motor schnell abzubremsen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Während der Periodenausblendphase werden die Thyristorpaare mit einem Muster und zu Zeiten getriggert, um dem Motor Strom mit einer niedrigeren effektiven Frequenz als der Leitungsstromfrequenz zuzuführen, wie es im US Patent Nr. 4,996,470 beschrieben ist. Die im Mikrocomputer 30 gespeicherte Software legt fest, welche Technik eine besondere Motorsteuerung in der zweiten Phase des Anhaltens anwendet.
Diese Art und Weise der Drehzahlverminderung und des Anhaltens des Elektromotors werden von der Motorsteuerung 20 vorgenommen, die eine Softwarebremsroutine ausführt, welche in den Flußdiagrammen nach Fig. 4-8 dargestellt ist. Zur Zeit T&sub0; schließt ein Benutzer die Drucktaste 52 und erzeugt dabei ein Signal, auf das der Mikrocomputer 30 dadurch anspricht, daß er die Motordrehzahlverminderungsroutine aufruft. Die Ausführung dieser Routine beginnt bei einem Schritt 70 nach Fig. 4, wobei der Mikrocomputer 30 die Variablen und Zähler initialisiert, die bei der Ausführung der Routine verwendet werden. Als nächstes wird bei einem Schritt 72 der Ausgang des AB-Leitungsspannungsdetektors 21 überprüft, um festzustellen, ob die Spannung Vab zwischen den Versorgungsleitungen A und B einen Nulldurchgang gemacht hat. Ist ein solcher Nulldurchgang nicht aufgetreten, wartet die Programmausführung darauf bei einem Schritt 72. Wird schließlich ein Nullspannungsdurchgang erfaßt, kommt es zum Setzen eines Merkers im Mikrocomputerspeicher, wobei angezeigt wird, ob der Nulldurchgang ansteigend oder abfallend war, d.h., ob die Spannung Vab jetzt negativ oder positiv ist.
Die Programmausführung schreitet dann zu einem Schritt 74 voran, bei dem der Mikrocomputer 30 eine gewisse Zeit lang wartet, um eine herkömmliche Phasenwinkelverzögerung vorzusehen, bevor im Schaltmodul 14 die passenden Thyristoren getriggert werden. Beim Festlegen der Triggerzeit wird ein Verzögerungsintervall dem gegenwärtigen Wert des Mikrocomputerzeitgebers hinzugefügt. Die Programmausführung schreitet zum Schritt 74 so lange nicht voran, bis die Zeit zum Zünden der Thyristoren gekommen ist, wenn also der Wert des Mikrocomputerzeitgebers gleich dem Ergebnis der durch das Hinzufügen vorgenommenen Addition ist.
Der Mikrocomputer 30 tastet jetzt die Polarität der Gegen-EMK-Spannung Vc an der dritten Wicklung 13 des Motors 10 ab. Diese Abtastung wird dadurch ausgeführt, daß der Ausgang des dritten Spannungsvergleichers 26 abgefühlt und in einem Speicherplatz im Computer 30 gespeichert wird, und zwar bei einem Schritt 76. Anschließend wird die Polarität der abgetasteten Gegen-EMK- Spannung mit der Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab bei einem Schritt 78 verglichen. Sind die beiden Spannungspolaritäten einander gleich, d.h., daß beide entweder positiv oder negativ in bezug auf das Nullpunktpotential sind, zweigt die Programmausführung bei einem Schritt 79 ab, bei dem der Mikrocomputer den Inhalt einer Zähleradresse in seinem Speicher inkrementiert. Dieser Adressenplatz speichert einen Zählwert der Halbzyklen der Versorgungsleitungsspannung, die zwischen dem Zünden der Thyristoren während der dynamischen Bremsbetriebsart auftreten. Die Programmausführung kehrt dann zum Schritt 72 zurück, um auf einen weiteren Nulldurchgang der Spannung Vab zu warten.
Sind die Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab und die Polarität der Gegen-EMK-Spannung an der dritten Wicklung 13 zueinander entgegengesetzt, werden die Thyristorpaare 16 und 17 getriggert, um einen Strom Iab durch die Motorwicklungen 11 und 12 zu schicken, wodurch ein negatives Drehmoment erzeugt wird. Wenn dies auftritt, wird bei einem Schritt 80 der Inhalt des Speicherplatzes des Halbperiodenzählers überprüft, um festzustellen, ob dieser Zählwert kleiner als eine vorgegebene Zahl N ist, wobei der Wert dieser Zahl von der Art der eingesetzten Bremstechnik abhängt, was noch beschrieben wird. Während der Anfangsphase der Motordrehzahlverminderung (zwischen den Zeiten T&sub0; und T&sub1; in Fig. 2 und 3) wird der Halbperiodenzählwert stets größer als die Zahl N sein, und die Programmausführung wird direkt zum Schritt 86 voranschreiten.
Der Mikrocomputer 30 erzeugt jetzt Ausgangssignale an den Leitungen 27 und 28 um die Thyristorpaare 16 und 17 für die Versorgungsleitungen A und B zu zünden. Diese Zündung oder Triggerung der Thyristoren veranlaßt, daß ein Strom Iab durch die Statorwicklungen 11 und 12 fließt, der ein Magentfeld erzeugt, das zum Magnetfeld des Rotors des Motors 10 entgegengesetzt ist. Die einander entgegenwirkenden Magnetfelder rufen eine Verminderung der Drehzahl des Motors hervor. Bei einem Schritt 87 setzt dann der Mikrocomputer den Halbperiodenzähler auf null zurück, bevor die Programmausführung zum Schritt 72 zurückkehrt, um auf einen weiteren Nulldurchgang der Leitungsspannung zu warten.
Während dieser Anfangsphase der Motordrehzahlverminderung erzeugt die Triggerung der Thyristorpaare 16 und 17 Stromimpulse, in Abständen, die länger als fünf Perioden der Versorgungsleitungsspannung Vab sind. Im Ergebnis hat daher der Halbperiodenzähler unmittelbar vor der Thyristortriggerung einen Wert, der beispielsweise elf oder mehr betragen kann. Mit der Verminderung der Motordrehzahl nimmt der Abstand dazwischen, wenn die Versorgungsleitungsspannung und die Gegen-EMK-Spannung entgegengesetzt zueinander sind, immer mehr ab, und die Thyristoren werden immer häufiger getriggert.
Zunächst wird eine Motorsteuerung 20 in Betracht gezogen, die eine volle dynamische Bremsung vornimmt, um den Motor zu verlangsamen. In diesem Falle wird der Wert von N für den Schritt 80 auf zwei gesetzt. Schließlich werden die Thyristoren während jeder anderen bzw. zweiten Halbperiode der Versorgungsleitungsspannung Vab getriggert, und der Halbperiodenzähler wird bei der Überprüfung gemäß dem Schritt 80 einen Wert von eins haben. Dies ist typischerweise der Fall, wenn sich die Motordrehzahl auf etwa 50% reduziert hat, jedoch kann bei einigen Motoren dieser Zustand auch bei höheren Drehzahlen auftreten. Für diese zuletzt genannten Motoren kann man sich nicht allein auf das beim dynamischen Bremsen auftretende Thyristorzündmuster als Indikator für die Motordrehzahl verlassen. Wenn deshalb beim Schritt 80 der Halbperiodenzählwert überprüft wird und die Thyristoren in jeder Periode gezündet werden, ruft der Mikrocomputer 30 bei einem Schritt 82 eine Drehzahlerfassungssubroutine auf.
Die Drehzahlerfassungssubroutine für die volle dynamische Bremsung ist in einem Flußdiagramm in Fig. 5 dargestellt und beginnt mit einem Schritt 88, bei dem der Mikrocomputer 30 einen Probenzählwert in seinem Speicher inkrementiert. Der Wert des Probenzählwertes ist mit X bezeichnet und wird zum Identifizieren jedes Satzes von drei Sätzen Spannungspolaritätsproben (AX, BX und CX) benutzt. Bei der erstmaligen Ausführung dieser Subroutine wird der Probenzählwert um eins inkrementiert. Anschließend liest bei einem Schritt 89 der Mikrocomputer die Ausgänge der drei Spannungsvergleicher 24 bis 26 um eine erste Gruppe Polaritätsproben der Gegen-EMK-Spannung zu gewinnen, die in jeder Statorwicklung 11-13 erzeugt wird, wobei die erste Dreiergruppe der Proben mit A1, B1 und C1 bezeichnet wird. Bei einem Schritt 90 wird dann der Probenzählwert überprüft, um festzustellen, ob drei Gruppen Gegen-EMK-Spannungspolaritätsproben genommen worden sind. Ist dies nicht der Fall, zweigt die Programmausführung zu Schritten 91 und 92 ab, um auf den nächsten Nulldurchgang der Spannung Vab zu warten und dann die Phasenwinkelverzögerung vorzunehmen. Sobald diese Vorgänge aufgetreten sind, wird von den drei Statorwicklungen 11-13 eine weitere Gruppe Gegen-EMK-Spannungsproben genommen.
Im Anschluß an das Auftreten von drei aufeinanderfolgenden Nullspannungsdurchgängen in dieser Betriebsart hat der Mikrocomputer 30 drei Gruppen Gegen-EMK-Spannungspolaritätsproben gespeichert, und die Programmausführung schreitet zu einem in Fig. 5 dargestellten Schritt 93 voran, bei dem der Probenzählwert auf null zurückgesetzt wird. Der übrige Abschnitt der Subroutine überprüft die Sätze von Proben, um festzustellen, ob alle drei Proben von irgendeiner der Versorgungsleitungen die gleiche Polarität haben, d.h., ob alle positiv oder alle negativ sind. Dies ist der Fall, wenn sich der Motor auf eine Drehzahl zwischen 50 und 37,5% der bei der Versorgungsleitungsfrequenz (50 oder 50 Hz) auftretenden Synchrondrehzahl verlangsamt hat.
Deshalb werden bei einem Schritt 94 die ersten beiden Proben A1 und A2 der Gegen-EMK-Spannungspolarität der ersten Statorwicklung 11 miteinander verglichen. Haben die ersten beiden Proben die gleiche Polarität, werden bei einem Schritt 95 die erste und die dritte Probe A1 und A3 der ersten Statorwicklung 11 miteinander verglichen. Haben alle drei Proben die gleiche Polarität, springt die Subroutinenausführung zu einer kontinuierlichen Thyristorzündroutine, die in Fig. 6 dargestellt und noch zu beschreiben ist. Stimmen allerdings die Polaritäten der Proben A1, A2 und A3 nicht miteinander überein, zweigt die Programmausführung zu Schritten 96 und 97 ab, bei denen die Gruppe der drei Gegen-EMK-Spannungspolaritätsproben B1, B2 und B3 der zweiten Statorwicklung 12 miteinander verglichen werden. Sind die Polarrtäten dieser Proben einander gleich, schreitet die Ausführung zur kontinuierlichen Thyristorzündroutine voran. Andernfalls wird die Gruppe der drei Gegen-EMK-Spannungspolaritätsproben C1, C2 und C3 der dritten Statorwicklung 13 bei Schritten 98 und 99 miteinander verglichen. Stimmen diese drei Polaritätsproben miteinander überein, wird die Softwareroutine betreffend die kontinuierliche Thyristorzündbetriebsart ausgeführt. Für den Fall, daß keine Gruppe der drei Proben fur jeweils dieselbe Statorwicklung die Bedingung identischer Polarität erfüllt, befindet sich die Motordrehzahl nicht im Bereich von 50 bis 37,5% der vollen Drehzahl, und die Programmausführung kehrt zu dem in Fig. 4 dargestellten Schritt 86 zurück, um zum weiteren Abbremsen des Motors die Thyristoren zu zünden.
Hat sich die Motordrehzahl auf den Bereich zwischen 50 und 37,5% der vollen Drehzahl vermindert, schreitet die Programmausführung zu der in Fig. 6 dargestellten kontinuierlichen Thyristorzündroutine voran. Bei einem Schritt 100 wird ein Zeitgeber initialisiert, um zu steuern, wie lange diese Betriebsart der dynamischen Bremsung anzudauern hat, bis der Motor zum Stillstand gekommen ist. Die Länge des Zeitgeberintervalls wird für den zu steuernden spezifischen Motor empirisch festgesetzt. Bei einem Schritt 102 liest dann der Mikrocomputer 30 kontinuierlich den Ausgang des AB-Leitungsspannungsdetektors 21, um festzustellen, ob die Leitungsspannung Vab einen Nulldurchgang hat. Sobald dieser Durchgang auftritt, schreitet die Programmausführung zu einem Schritt 104 voran, bei dem die Mikrocomputerausführung in eine zeitgesteuerte Schleife eintritt, die eine Phasenwinkelverzögerung vom Nullspannungsdurchgang bis zum Triggern der Thyristorpaare vorsieht. Bei dem gewünschten Phasenwinkel werden das erste und zweite Thyristorpaar 16 und 17 für die Versorgungsleitungen A und B bei einem Schritt 106 getriggert.
Der Mikrocomputer 30 wartet dann auf einen anderen Nulldurchgang der Versorgungsleitungsspannung Vab bei einem Schritt 108, so daß die Thyristoren während der nächsten Halbperiode nicht, sondern lediglich einmal während jeder Versorgungsleitungsperiode gezündet werden. Tritt dieser Durchgang auf, wird bei einem Schritt 109 der Zeitgeber überprüft, um festzustellen, ob das Bremsprogramm beendet werden sollte. Soll mit dem Bremsen fortgefahren werden, kehrt die Programmausführung zum Schritt 102 zurück, um auf einen anderen Nulldurchgang der Spannung Vab zu warten. Anstelle der Verwendung eines Zeitgebers zum feststellen, ob der Bremsvorgang beendet werden soll, kann die Motorsteuerung 20 eine Motorstillstandserfassungstechnik einsetzen, wie sie beispielsweise in dem US Patent Nr. 4,916,370 beschrieben ist.
Es wird jetzt eine Motorbremstechnik betrachtet, welche die Periodenausblendung anwendet, um einen vom Motor angetriebenen Gegenstand genau zu positionieren. Anfangs wird eine herkömmliche dynamische Bremsung vorgenommen, um die Motordrehzahl in den Bereich von 84 bis 64% der vollen Synchrondrehzahl bei der Frequenz des Versorgungsleitungsstromes (50 oder 60 Hz) zu verlangsamen. Sobald die Drehzahl auf dieses Ausmaß vermindert worden ist, kann die Periodenausblendung angewendet werden, um dem Motor Strom mit einer niedrigeren effektiven Frequenz zuzuführen, allerdings ohne die Möglichkeit, daß der Motor 10 mit der Frequenz des Versorgungsleitungsstromes synchronisiert bleibt.
Wenn, jetzt wieder unter Bezugnahme auf Fig. 4, diese andere Bremstechnik durch die Mikrocomputersoftware implementiert wird, ruft die Programmausführung ausgehend vom Schritt 80 nach einer Drehzahlerfassungsroutine, wenn sich der Motor unter 84% der vollen Drehzahl verlangsamt hat. Ein Vorläufer dieses Drehzahlbereiches ist durch den dynamischen Bremsprozeß gegeben, bei dem die Thyristoren einmal alle fünf Perioden der Versorgungsleitungsspannung gezündet werden, wie es zur Zeit T&sub1; auf der Graphik nach Fig. 3 dargestellt ist. Zu dieser Zeit hat der Halbperiodenzähler einen Wert, der kleiner als 11 ist, wenn er beim Schritt 80 überprüft wird (N = 11), und die Programmausführung zweigt zu einem Schritt 82 ab, der eine andere Drehzahlerfassungssubroutine als diejenige aufruft, die zum vollen dynamischen Bremsen verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 überprüft eine Drehzahlerfassungssubroutine für einen Periodenausblendbetrieb Gruppen von Polaritätsproben der induzierten Gegen-EMK-Spannung, um unter diesen Gruppen ein Muster zu erfassen, welches anzeigt, daß die Motordrehzahl tatsächlich in den Bereich eingetreten ist, bei dem mit Sicherheit mit einer Periodenausblendung begonnen werden kann. Bei einem anfänglichen Schritt 110 inkrementiert der Mikrocomputer 30 einen Probenzählwert X in seinem Speicher. Anschließend werden dann bei einem Schritt 112 die Ausgänge der drei Spannungsvergleicher 24-26 gelesen, um eine Gruppe von Polaritätsproben der in jeder Statorwicklung 11-13 induzierten Gegen- EMK-Spannung zu erhalten, wobei die erste Dreiergruppe von Proben mit A1, B1 und C1 bezeichnet wird. Der Probenzählwert wird überprüft, um festzustellen, ob drei dieser Gruppen von Gegen-EMK- Spannungspolaritätsproben beim Schritt 113 genommen worden sind. Falls nicht, zweigt die Programmausführung zu einem Schritt 115 ab und wartet auf einen anderen Nulldurchgang der Spannung Vab zwischen den Versorgungsleitungen A und B. Tritt dieser Spannungsdurchgang auf, wartet das Programm bei einem Schritt 117 auf die Phasenwinkelverzögerung, bevor zum Schritt 110 zurückgekehrt wird, um eine andere Gruppe von Gegen-EMK-Spannungspolaritätsproben zu erfassen.
Im Anschluß an das Auftreten von drei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der Spannung Vab hat der Mikrocomputer 30 drei Gruppen Gegen-EMK-Spannungspolaritätsproben gespeichert. Die Programmausführung schreitet jetzt zu einem Abschnitt der Drehzahlerfassungssubroutine voran, bei dem die Gruppen Gegen-EMK- Spannungspolaritätsproben überprüft werden, um festzustellenl, ob für zwei aufeinanderfolgende Proben von wenigstens zwei der Statorwicklungen die Polarität die gleiche geblieben ist. Dieser Zustand ist vorhanden, wenn sich der Motor 10 auf einen Bereich zwischen 84 und 64% der vollen Synchrondrehzahl bei der Versorgungsleitungsfrequenz (50 oder 60 Hz) verlangsamt hat.
Bei diesem nachfolgenden Abschnitt der zweiten Drehzahlerfassungsubroutine wird der Probenzähler auf null zurückgesetzt, und ein Merker wird auf zwei gesetzt, und zwar bei einem Schritt 114. Als nächstes vergleicht der Mikrocomputer 30 das erste Paar aufeinanderfolgender Proben A1 und A2 für die Statorwicklung 11. Hat dieses Paar von Proben dieselbe Polarität (beide positiv oder beide negativ) dekrementiert die Programmausführung den Merker bei einem Schritt 119, bevor zu einem Schritt 120 vorangeschritten wird, um die Proben der zweiten Statorwicklung 12 zu überprüfen. Wird jedoch eine Polaritätsübereinstimmung zwischen den Proben A1 und A2 nicht gefunden, zweigt das Programm zu einem Schritt 118 ab, bei dem aufeinanderfolgende Proben A2 und A3 vom Mikrocomputer 30 miteinander verglichen werden. Haben diese Proben die gleiche Polarität, wird beim Schritt 119 der Merker dekrementiert, wohingegen andernfalls das Programm direkt zum Schritt 120 voranschreitet.
Bei den Schritten 120 und 122 überprüft der Mikrocomputer 30 die Dreiergruppe Gegen-EMK-Spannungsproben der zweiten Statorwicklung 12, um festzustellen, ob irgendwelche zwei aufeinanderfolgende Proben in dieser Gruppe die gleiche Polarität haben. Trifft dies zu, wird bei einem Schritt 124 der Merker dekrementiert, bevor zu einem Schritt 126 vorangeschritten wird. In ähnlicher Weise werden bei den Schritten 126 und 127 die drei Gegen-EMK-Spannungsproben der dritten Statorwicklung 13 überprüft, um festzustellen, ob irgendwelche zwei aufeinanderfolgende Proben die gleiche Polarität haben. Trifft dies zu, wird beim Schritt 128 der Merker dekrementiert, bevor vorangeschritten wird.
Der Merker wird dann bei einem Schritt 129 überprüft, um festzustellen, ob er einen nichtpositiven Wert hat, der existiert, wenn zwei aufeinanderfolgende Polaritätsproben der induzierten Gegen-EMK-Spannung von wenigstens zwei der Statorwicklungen 11-13 als gleich aufgefunden wurden. Wie oben bemerkt, tritt dies ein, wenn die Motordrehzahl auf den Bereich zwischen 84 und 64% ihrer vollen Synchrondrehzahl abfällt. Zeigen die Proben das Auftreten dieses Zustandes nicht an, kehrt die Subroutine B zum Schritt 86 des Hauptbremsprogramms nach Fig. 4 zurück, um den Periodenzähler zurückzusetzen und den Motor durch Triggern der Thyristorpaare 16 und 17 weiter abzubremsen. Wird das Polaritätsmuster aufgefunden, schreitet die Programmausführung zu einer Periodenausblendungbetriebsart voran.
Die Softwaresubroutine für den Periodenausblendbetrieb beginnt zur Zeit T&sub1; in Fig. 3, zu welchem Zeitpunkt das dynamische Bremsen endet. Danach wird jedes Thyristorpaar 16-18 selektiv in einem Muster getriggert, gemäß dem dem Motor in einer effektiven Weise Strom mit einer Fundamentalkomponentenfrequenz zugeführt wird, die gleich ein Siebtel der Frequenz des Versorgungsleitungsstromes ist. Beispielhafte Muster für diese Art der Triggerung sind als Schwingungsformen in Fig. 9 dargestellt. Unter Bezugnahme auf die Schwingungsform A wird das erste Thyristorpaar 16 anfangs getriggert, um zwei positive Stromimpulse 61 und 62 am Motoranschluß 41 zu erzeugen. Im Anschluß an den Impuls 62 wird das erste Thyristorpaar 16 überhaupt nicht während der nächsten vollen Periode der Elektrizität an der A-Versorgungsleitung getriggert. Im Anschluß an diese Lücke beim Triggern der Thyristoren für die Versorgungsleitung A werden die Thyristoren getriggert, um zwei negative Stromimpulse 63 und 64 am Motoranschluß 41 zu erzeugen. Im Anschluß an den Impuls 64 tritt eine weitere Periodenlücke beim Triggern des ersten Thyristorpaares 16 auf. Danach wird dieses Muster so lange wiederholt, wie sich die Motorsteuerung 20 im Periodenausblendmodus befindet. Die anderen beiden Thyristorpaare 17 und 18 für die Versorgungsleitungen B und C werden mit identischen Mustern getriggert, jedoch jeweils um 120 elektrische Grad in der Phase versetzt.
Wie es durch Vergleichen der in Fig. 9 dargestellten drei Schwingungsformen hervorgeht, fließt durch den Motoranschluß 42 für die Leitung B ein negativer Strom 65, wenn der Stromimpuls 61 durch den Motoranschluß 41 für die Leitung A fließt, wie es unter den Schwingungsformen durch die Bezeichnung A angedeutet ist. Wenn dann der Stromimpuls 62 durch den Motoranschluß 41 fließt, fließt ein negativer Strom 65 durch den Motoranschluß 43, wie es unter den Schwingungsformen durch die Bezeichnung A angedeutet ist. Die Stromimpulsmuster in den drei Motorwicklungen umfassen sechs Intervalle, in welchen unterschiedliche Kombinationen der beiden Thyristorpaare getriggert werden, um Strom durch den Motor zu schicken. Jedes dieser sechs Intervalle hat eine Dauer von 420 Grad elektrisch.
Diese Triggermuster erzeugen drei effektive Stromschwingungsformen 68a, 68b und 68c in den Statorwicklungen 11, 12 bzw. 13. Die effektive Frequenz des resultierenden Stromes beträgt ein Siebtel der Frequenz des Versorgungsleitungswechselstroms Das Anlegen dieser Frequenzkomponente des Versorgungsleitungsstromes erzeugt eine Verminderung in der Drehzahl des Motors bis zu einer in Fig. 3 dargestellten Zeit T&sub3;, bei der sich der Motor 10 mit dieser Frequenzkomponente synchronisiert und seine Drehzahl konstant wird.
Obgleich die Erfindung anhand einer Technik erläutert wird, die ein Siebtel der Grundfrequenzkomponente benutzt, ist die Verwendung auch anderer Grundfrequenzkomponenten denkbar. Solche Frequenzen werden durch den Ausdruck f/(6n+1) festgelegt, worin f die Frequenz des Versorgungsleitungsstromes und n eine positive ganze Zahl ist. Bei einer Technik, die darauf abzielt, den Motor zu einem gesteuerten Anhalten zu bringen, werden die Grundfrequenzkomponenten 1/7 und 1/13 bevorzugt, da niedrigere Frequenzen den Motor mit Drehzahlen betreiben, die für die meisten praktischen Anwendungen zu niedrig sind. Zum Erzeugen der 1/13-Bruchteilfrequenz werden die Thyristoren für jede Versorgungsleitung während vier aufeinanderfolgender positiver Halbperioden des Versorgungsstromes getriggert, dann für zwei Perioden nicht getriggert, anschließend für vier aufeinanderfolgende negative Halbperioden getriggert und dann noch fur zwei weitere Perioden nicht getriggert. Dieses Muster wiederholt sich dann, bis der Motor das angetriebene Gerät zum Zeitpunkt T&sub4; zu der gewünschten Position gedreht hat.
Die Periodenausblendsoftwaresubroutine für den Mikrocomputer 30 ist in Fig. 8 veranschaulicht und beginnt mit einem Schritt 130, bei dem ein Merker überprüft wird, der anzeigt, ob sich der Motor mit der Grundfrequenzkomponente synchronisiert hat. Wenn dieser Abschnitt des Programms zum ersten Mal zur Zeit T&sub1; ausgeführt wird, liegt eine Synchronisation des Motors noch nicht vor, und das Programm schreitet zu einem Schritt 131 voran, um auf einen Nulldurchgang der Spannung Vab zwischen den Versorgungsleitungen A und B zu warten. Liegt dieser Spannungsdurchgang vor, tritt der Mikrocomputer 30 in eine zeitgesteuerte Schleife beim Schritt 132 ein, die eine Phasenwinkelverzögerung zwischen dem Nulldurchgang der Versorgungsleitungsspannung Vab und dem Triggern der Thyristoren vorsieht. Nachdem dieses Verzögerungsintervall abgelaufen ist, wird bei einem Schritt 133 ein erster Zähler inkrementiert, und der resultierende Wert wird bei einem Schritt 134 überprüft, um festzustellen, ob er größer als zwei ist. Der erste Zähler sieht einen Sperrmechanismus für den Abschnitt des Programms vor, das überprüft, ob sich der Motor mit der Grundfrequenzkomponente (wie es zur Zeit T&sub3; der Fall ist) synchronisiert hat. Die Überprüfung wird für eine Periode der Grundfrequenzkomponente gesperrt, wenn die Periodenausblendung zur Zeit T&sub1; beginnt, so daß transiente Spannungsvorgänge in der Gegen-EMK keine fehlerhaften Feststellungen hervorrufen können, nämlich daß sich der Motor mit der niedrigeren Frequenz synchronisiert hat. Daher wird für zwei Spannungsdurchgänge der Grundfrequenzkomponente, die der Wicklung des Motor zugeführt wird (zwei Umläufe durch die Programmschleife in Fig. 8), diese Motorsynchronisationserfassung gesperrt, und die Programmausführung schreitet direkt zu einem Schritt 140 voran.
Es werden dann die Thyristorpaare 16 und 17 für die Versorgungsleitungen A und B vom Mikrocomputer getriggert, der über die Ausgangsleitungen 27 und 28 entsprechende Ausgangsimpulse abgibt. Diese rufen dann die in Fig. 9 dargestellten Stromimpulse 61 und 65 hervor, welche zu einem positiven Stromfluß durch die erste Wicklung 11 des Motors und zu einem negativen Stromfluß durch die zweite Wicklung 12 führen, wie es durch den Strom Iab in Fig. 1 dargestellt ist.
Nachdem die Thyristoren für die Versorgungsleitungen A und B getriggert worden sind, wartet der Mikrocomputer 30 für zwei Nulldurchgänge der Versorgungsleitungsspannung Vab bei einem Schritt 141, um eine Verzögerung von 360 Grad dieser Spannung vorzusehen. Diese Verzögerungsperiode wird vom Mikrocomputer 30 vorgesehen, der die vom AB-Leitungsspannungsdetektor 21 kommende Zugangsleitung überwacht. Im Anschluß an den zweiten Nullspannungsdurchgang wartet die Programmausführung auf ein Nulldurchgangssignal des AC-Leitungsspannungsdetektors 23 für die Zufuhrleitungsspannung Vac, und zwar gemäß einem Schritt 142. Dieser Nulldurchgang tritt 420 Grad elektrisch nach dem Nulldurchgang auf, der die vorangegangene Triggerung der Thyristorpaare 16 und 17 auslöste. Beim Erfassen dieses Nulldurchganges in der Spannung Vac läßt der Mikrocomputer 30 bei einem Schritt 143 die Phasenverzögerung ablaufen, bevor die Thyristorpaare 16 und 18 für die Versorgungsleitungen A und C bei einem Schritt 144 getriggert werden. Diese Triggerung des ersten und dritten Thyristorpaares 16 und 18 liefert die in Fig. 9 dargestellten Stromimpulse 62 und 69, die einen positiven Stromfluß durch die erste Wicklung 11 des Motors und einen negativen Stromfluß durch seine dritte Wicklung 13 verursachen, wie es durch die Bezeichnung A angegeben ist.
Die Programmausführung wartet dann für zwei weitere Nulldurchgänge der Spannung Vac über den Versorgungsleitungen A und C, um eine weitere Verzögerung von 360 Grad vorzusehen. Im Anschluß an diese Verzögerung beim Schritt 145 schreitet das Programm zu einem Schritt 146 voran, bei dem der Mikrocomputer 30 mit dem Abtasten des Ausgangs des BC-Leitungsspannungsdetektors 22 beginnt, um zu ermitteln, wann der nächste Nulldurchgang in der Versorgungsspannung Vbc auftritt. Beim Auftreten dieses Nulldurchganges und im Anschluß an eine Phasenverzögerung beim Schritt 147 werden bei einem Schritt 148 die Thyristorpaare 17 und 18 für die Versorgungsleitungen B und C getriggert. Danach wartet die Programmausführung für zwei aufeinanderfolgende Nulldurchgänge der Spannung Vbc bei einem Schritt 149, bevor zum Schritt 130 zurückgekehrt und der Prozeß wiederholt wird.
Jeder Lauf durch die in Fig. 8 dargestellte Motorsteuerungsprogrammschleife triggert die Thyristorpaare 16-18, um eine Halbperiode der Fundamental- oder Grundfrequenzkomponente 68a, 68b und 68c beim Motoranschluß 41, 42 und 43 zu erzeugen. Beim nachfolgenden Durchlauf durch die Programmschleife wird die Halbperiode entgegengesetzter Polarität einer Komponente der Grundfrequenz erzeugt.
Wie oben angemerkt, schreitet die Programmausführung während der ersten beiden Durchläufe durch die Schleife des Motorsteuerprogramms, das im Flußdiagramm nach Fig. 8 dargestellt ist, direkt vom Schritt 134 zum Schritt 140 voran, so daß der Abschnitt kurzgeschlossen wird, der feststellt, ob zur Zeit T&sub3; der Motor mit der erzeugten Frequenzkomponente der Versorgungsleitungsfrequenz synchron geworden ist. Nachdem die erste Periode dieser Frequenzkomponente erzeugt worden ist, hat der Zähler einen Wert, der größer als zwei ist. Danach wird unmittelbar vor dem Triggern der Thyristoren im Modul 14 zum Erzeugen des ersten Paares positiver oder negativer Stromimpulse in der A-Versorgungsleitung (beispielsweise die Impulse 61' und 65') ein Test durchgeführt, um festzustellen, ob sich der Motor 10 mit dieser niedrigeren Frequenz synchronisiert hat. Dieser Test wird dadurch vorgenommen, daß die Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab mit der Polarität der in der ersten Wicklung 11 des Motors 10 durch die Gegen-EMK induzierten Spannung verglichen wird, wenn durch diese Wicklung kein Versorgungsstrom fließt.
Wenn somit der erste Zähler einen Wert hat, der größer als zwei ist, zweigt das Programm vom Schritt 134 zum Schritt 135 ab, um vom ersten Spannungsvergleicher 24 die Eingabe abzulesen, die die Polarität der in der ersten Motorwicklung 11 induzierten Gegen-EMK-Spannung angibt. Gleichzeitig wird der Ausgang des AB- Leitungsspannungsdetektors 21 überprüft, um festzustellen, ob die Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab positiv oder negativ ist. Wenn sich die Drehzahl des Motors 10 ausgehend von der Zeit T&sub1; verlangsamt, befindet er sich in einer regenerativen Betriebsart, wobei die Drehzahl höher als die Synchrondrehzahl des Motors für die an den Motor angelegte Frequenzkomponente oder Teilfrequenz ist. In dieser Betriebsart hat die Gegen-EMK-Spannung gegenüber dem angelegten Strom eine Voreilung von mehr als 90 Grad, jedoch weniger als 180 Grad. Deshalb hat die Gegen-EMK- Spannung eine Polarität, die entgegengesetzt zu der Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab ist, und zwar in bezug auf den Nullpunkt 15 des Motors 10. Vor der Zeit T sind diese Polaritäten nicht miteinander gleich, und ein zweiter Zähler wird bei einem Schritt 136 auf null zurückgesetzt, bevor die Programmausführung zum Schritt 140 voranschreitet, um mit dem Thyristortriggermuster fortzufahren.
Zu der in Fig. 3 dargestellten Zeit T&sub3; gelangt der Motor 10 in Synchronisation mit der Teilfrequenz des Versorgungsleitungsstromes und die Gegen-EMK-Spannung eilt dem Strom um weniger als 90 Grad voraus, so daß sie beim Schritt 135 dieselbe Polarität wie die Versorgungsleitungsspannung Vab hat. An dieser Stelle zweigt die Programmausführung zum Schritt 150 ab, bei dem der zweite Zähler inkrementiert wird und dann bei einem Schritt 152 überprüft wird, ob sein Zählwert größer als zwei ist. Der zweite Zähler liefert eine weitere Verzögerung um eine Periode der Teilfrequenz, bevor eine Feststellung hinsichtlich der Synchronisation des Motors mit dieser niedrigeren Frequenz getroffen wird. Diese Verzögerung verhindert, daß transiente Spannungswerte eine falsche Feststellung hinsichtlich der Synchronisation des Motors treffen.
Bleiben die Gegen-EMK- und Versorgungsleitungsspannungspolarität für eine Periode der Teilfrequenz gleich, zweigt das Programm zu einem Schritt 154 ab, bei dem der Sync-Merker gesetzt wird, um die Synchronisation der Motordrehzahl anzuzeigen. Die Phasenwinkelverzögerung zum Triggern der Thyristoren kann bei diesem Schritt ebenfalls geändert werden. Wird beispielsweise ein geringeres Drehmoment zum Antrieb des Motors bei einer konstanten Drehzahl nach der Zeit T als zuvor zum Erzeugen der Drehzahlverminderung zwischen den Zeiten T&sub1; und T&sub3; benötigt, wird die Phasenwinkelverzögerung vergrößert, um im Motor ein niedrigeres positives Drehmoment zu erzeugen. Anstelle einer Änderung des Triggerphasenwinkels kann die Steuerung alternativ auch die Periodenausblendung verschieben, um unter Erzeugung einer niedrigeren Teilfrequenz eine noch kleinere Drehzahl hervorzurufen.
Nachdem sich der Motor 10 mit der Teilfrequenz der Versorgungsleitungsfrequenz synchronisiert hat, fährt das Programm mit dem Schleifendurchlauf durch den in Fig. 8 dargestellten Abschnitt so lange fort, bis zur Zeit T&sub4; die Drucktaste 52 geöffnet wird. Das Öffnen der Drucktaste 52 wird bei einem Schritt 130 erfaßt. Wenn zu dieser Zeit auch der Sync-Modus-Merker gesetzt ist, zweigt die vom Mikroprozessor 30 vorgenommene Ausführung des Programms zu der kontinuierlichen Betriebsart der dynamischen Bremsung ab, wie es in dem Flußdiagramm nach Fig. 6 dargestellt ist. Öffnet sich die Drucktaste 52 bevor die Motordrehzahl mit der niedrigeren Frequenz synchron geworden ist (bevor der Sync-Merker gesetzt ist), zweigt das Programm aus dem Periodenausblendmodus nicht ab. Bleibt allerdings die Drucktaste 52 geöffnet, zweigt das Programm aus dem Periodenausblendmodus zum kontinuierlichen dynamischen Bremsmodus ab, wenn der nächste Zeitschritt 130 ausgeführt wird, nachdem beim Schritt 154 der Sync-Merker gesetzt worden ist.
Die kontinuierliche Betriebsart des dynamischen Bremsens ist bereits beschrieben worden, wobei durch die erste und zweite Wicklung 11 und 12 des Motors während jeder positiven oder jeder negativen Halbperiode der Wechselspannung Vab zwischen den Versorgungsleitungen A und B ein Strom geschickt wird. Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Motor beträchtlich verlangsamt, so daß dieses Anlegen von Elektrizität die Drehzahl des Motors rapide bis zum Anhalten vermindert. Wird ein dynamischer Bremsvorgang im Anschluß an die Periodenausblendung verwendet, dauert die kontinuierliche Betriebsart für ein kurzes Zeitintervall an, wie es vom Zeitgeber beim Schritt 100 eingestellt wird.

Claims

1. Gerät zum Beeinflussen eines Induktionsmotors, der von einer Quelle dreiphasiger Elektrizität versorgt wird, deren Spannung bei einer gegebenen Frequenz in der Polarität wechselt, welches Gerät enthält:

drei bidirektionale Schaltvorrichtungen (16, 17, 18) von denen jede jeweils eine der Phasen (A, B, C) der Quelle mit einer von drei Wicklungen (11, 12, 13) des Motors (10) verbindet;

eine Einrichtung (24, 25, 26) zum Abfühlen der Polarität der in jeder Wicklung des Motors induzierten Gegen-EMK-Spannung und zum Erzeugen einer Vielzahl Polaritätsproben für jede Wicklung;

eine Einrichtung (30) zum Erfassen einer vordefinierten Beziehung zwischen der Vielzahl Polaritätsproben von wenigstens einer Wicklung, welche vordefinierte Beziehung auftritt, wenn der Motor eine Drehzahl innerhalb eines gegebenen Bereiches hat, und zum Erzeugen eines Steuersignals, das die Erfassung der vordefinierten Beziehung anzeigt;

eine auf das Steuersignal ansprechende Einrichtung (30) zum Steuern der bidirektionalen Schaltvorrichtungen in Abhängigkeit vom Steuersignal der Einrichtung zum Erfassen;

und eine Einrichtung (21, 22, 23) zum Abfühlen der Polarität der Quellenspannung,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Einrichtung (24, 25, 26) zum Abfühlen der Polarität der Gegen-EMK-Spannung eine Polaritätsprobe von jeder Wicklung während jeder von drei aufeinanderfolgenden Halbperioden der von der Quelle stammenden Elektrizität erzeugt, wobei die vordefinierte Beziehung auftritt, wenn die drei Polaritätsproben von einer Wicklung die gleiche Polarität haben:

die Einrichtung (30) zum Steuern eine erste Folge Stromimpulse an den Motor legt, wenn die Drehzahl größer als der gegebene Bereich ist, und eine zweite Folge Stromimpulse an den Motor legt, wenn die Drehzahl in den gegebenen Bereich eingetreten ist;

die erste Folge Stromimpulse dadurch erzeugt wird, daß Strom von der Quelle in Abhängigkeit davon an den Motor gelegt wird, daß die Polarität der Quellenspannung entgegengesetzt zu der Polarität der Gegen-EMK-Spannung ist; und

die zweite Folge Stromimpulse dadurch erzeugt wird, daß Elektrizität der Quelle an den Motor während jeder zweiten Halbperiode des von der Quelle stammenden Stroms gelegt wird, und zwar unabhängig von der Spannungspolaritätsbeziehung, bis der Motor anhält.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die bidirektionalen Schaltvorrichtungen (16, 17, 18) bidirektionale Thyristorschalter sind; und daß

die Einrichtung (30) zum Steuern die bidirektionalen Thyristorschalter in einem ersten Modus betreibt, in welchem während jeder Halbperiode des Stroms von jeder Phase der Quelle Strom durch den Motor geschickt wird, in einem zweiten Modus betreibt, der in Abhängigkeit von einem zusatzlichen Steuersignal beginnt und in welchem Strom als die erste Folge Stromimpulse weniger häufig als in jeder Halbperiode des Stroms von einer Phase der Quelle durch den Motor geschickt wird, und in einem dritten Modus betreibt, der in Abhängigkeit von dem Steuersignal beginnt, das die Beziehung anzeigt, und in welchem die Thyristorschalter derart gesteuert werden, daß die zweite Folge Impulse durch eine Wicklung des Motors während jeder zweiten Halbperiode des Stroms in einer Phase der Quelle geschickt wird.

3. Gerät zum Beeinflussen eines Induktionsmotors, der von einer Quelle dreiphasiger Elektrizität versorgt wird, deren Spannung bei einer gegebenen Frequenz in der Polarität wechselt, welches Gerät enthält:

drei bidirektionale Schaltvorrichtungen (16, 17, 18), von denen jede jeweils eine der Phasen (A, B, C) der Quelle mit einer von drei Wicklungen (11, 12, 13) des Motors (10) verbindet;

eine Einrichtung (30) zum Erfassen einer vordefinierten Beziehung zwischen der Vielzahl Polaritätsproben von wenigstens einer Wicklung, wobei die vordefinierte Beziehung auftritt, wenn der Motor eine Drehzahl innerhalb eines gegebenen Bereiches hat, und zum Erzeugen eines Steuersignals, das die Erfassung der vordefinierten Beziehung anzeigt;

eine auf das Steuersignal ansprechende Einrichtung (30) zum Steuern der bidirektionalen Schaltvorrichtungen in Abhängigkeit von dem Steuersignal der Einrichtung zum Erfassen; und

eine Einrichtung (21, 22, 23) zum Abfühlen der Polarität der Quellenspannung,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Einrichtung (24, 25, 26) zum Abfühlen der Polarität der Gegen-EMK-Spannung eine Polaritätsprobe von jeder Wicklung während jeder von drei aufeinanderfolgenden Halbperioden der von der Quelle stammenden Elektrizität erzeugt, wobei die vordefinierte Beziehung auftritt, wenn zwei aufeinanderfolgende Proben in einem Satz die gleiche Polarität haben, und zwei aufeinanderfolgende Proben in einem anderen Satz, die gleiche Polarität haben;

die Einrichtung (30) zum Steuern eine erste Folge Stromimpulse an den Motor schickt, wenn die Drehzahl größer als der gegebene Bereich ist, und eine zweite Folge Stromimpulse an den Motor legt, wenn die Drehzahl in den gegebenen Bereich eingetreten ist, wobei die erste Folge Strompimpulse dadurch erzeugt wird, daß Strom von der Quelle an den Motor in Abhängigkeit davon gelegt wird, daß die Polarität der Quellenspannung entgegengesetzt zu der Polarität der Gegen-EMK-Spannung ist; und daß

die zweite Folge Stromimpulse dadurch erzeugt wird, daß Strom durch den Motor bei einer effektiven Frequenz geschickt wird, die ein Bruchteil der gegebenen Frequenz ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bidirektionalen Schaltvorrichtungen (16, 17, 18) bidirektionale Thyristorschalter sind; und daß die Einrichtung (30) zum Steuern die bidirektionalen Thyristorschalter in einem ersten Modus betreibt, in welchem Strom durch den Motor während jeder Halbperiode des Stroms von jeder Phase der Quelle geschickt wird, in einem zweiten Modus betreibt, der in Abhängigkeit von einem zusatzlichen Steuersignal beginnt, und in welchem Strom als die erste Folge Stromimpulse weniger häufig als in jeder Halbperiode des Stroms von einer Phase der Quelle durch den Motor geschickt wird, und in einem dritten Modus betreibt, der in Abhängigkeit von dem Steuersignal beginnt, das die Beziehung anzeigt, und in welchem die Thyristorschalter derart gesteuert werden, daß Strom als die zweite Folge Stromimpulse durch den Motor bei einer effektiven zweiten Frequenz geschickt wird, die kleiner als die erste Frequenz ist.

5. Verfahren zum Erfassen der Drehzahl eines Induktionsmotors, der über ein Schaltmittel mit einer Quelle dreiphasiger Elektrizität verbunden ist, deren Spannung bei einer gegebenen Frequenz in der Polarität wechselt, welches Verfahren die Schritte enthält:

Abfühlen der Polarität der im Motor induzierten Gegen- EMK-Spannung während jeder einer Vielzahl von Halbperioden einer Phase der von der Quelle stammenden Elektrizität zum Erzeugen eines Satzes Polaritätsproben von jeder Wicklung des Motors;

Erfassen einer vordefinierten Beziehung zwischen den Polaritätsproben, welche vordefinierte Beziehung auftritt, wenn die Drehzahl des Motors innerhalb eines definierten Bereiches ist; und

anschließendes Erzeugen eines Signals, das die Erfassung der vordefinierten Beziehung anzeigt;

dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Satz Polaritätsproben eine Probe enthält, die während jeder von drei aufeinanderfolgenden Halbperioden gewonnen wurde, wobei die vordefinierte Beziehung auftritt, wenn die drei Polaritätsproben in einem Satz die gleiche Polarität haben;

eine erste Folge Stromimpulse an den Motor gelegt wird, wenn die Drehzahl größer als der gegebene Bereich ist, und eine zweite Folge Stromimpulse an den Motor gelegt wird, wenn die Drehzahl in den gegebenen Bereich eingetreten ist;

die zweite Folge Stromimpulse dadurch erzeugt wird, daß Elektrizität von der Quelle während jeder zweiten Halbperiode der von der Quelle stammenden Elektrizität unabhängig von der Spannungspolaritätsbeziehung an den Motor gelegt wird, bis der Motor anhält.

6. Verfahren zum Erfassen der Drehzahl eines Induktionsmotors, der über ein Schaltmittel mit einer Quelle dreiphasiger Elektrizität verbunden ist, deren Spannung bei einer gegebenen Frequenz in der Polarität wechselt, welches Verfahren die Schritte enthält:

Abfühlen der Polarität der im Motor induzierten Gegen- EMK-Spannung während jeder einer Vielzahl Halbperioden einer Phase der Elektrizität von der Quelle zum Erzeugen eines Satzes Polaritätsproben von jeder Wicklung des Motors;

Erfassen einer vordefinierten Beziehung zwischen den Polaritätsproben, welche vordefinierte Beziehung auftritt, wenn die Drehzahl des Motors innerhalb eines definierten Bereiches ist; und anschließendes Erzeugen eines Signals, das die Erfassung der vordefinierten Beziehung anzeigt,

dadurch gekennzeichnet, daß

jeder Satz Polaritätsproben eine Probe enthält, die während jeder von drei aufeinanderfolgenden Halbperioden gewonnen worden ist, wobei die vordefinierte Beziehung auftritt, wenn zwei aufeinanderfolgende Proben in einem Satz die gleiche Polarität haben und zwei aufeinanderfolgende Proben in einem anderen Satz die gleiche Polarität haben; und

eine erste Folge Stromimpulse an den Motor gelegt wird, wenn die Drehzahl größer als der vorgegebene Bereich ist, und eine zweite Folge Stromimpulse an den Motor gelegt wird, wenn die Drehzahl in den gegebenen Bereich eingetreten ist;

die erste Folge Stomimpulse dadurch erzeugt wird, daß Strom von der Quelle in Abhängigkeit davon dem Motor zugeführt wird, daß die Polarität der Quellenspannung entgegengesetzt zu der Polarität der Gegen-EMK-Spannung ist; und die zweite Folge Stromimpulse dadurch erzeugt wird, daß Strom an den Motor bei einer effektiven Frequenz gelegt wird, die ein Bruchteil der gegebenen Frequenz ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das Erfassen einer Synchronisation des Motors mit der effektiven Frequenz mit einer vorbestimmten Verzögerung der Motor in einer solchen Weise gesteuert wird, daß eine angetriebene Vorrichtung in eine gewünschte Stellung bewegt wird, und daß im Anschluß an das Erreichen dieser gewünschten Stellung in jeder zweiten Halbperiode der Wechselspannung ein Strom durch die Motorwicklungen geschickt wird, bis der Motor anhält.