DE69834898T2

DE69834898T2 - Elektronische Vorrichtung zur Modellierung der Temperatur eines Motors

Info

Publication number: DE69834898T2
Application number: DE69834898T
Authority: DE
Inventors: Alain Gousset; Philippe Guibert
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: JP4104755B2; AU9720298A; EP0926794A1; CN1234640A; US6283631B1; EP0926794B1; DE69834898D1; FR2773006B1; FR2773006A1; JP2000209893A; KR19990063210A; ES2263196T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung, die ausgehend von den Signalen von auf den Versorgungsphasenleitern des Motors angeordneten Stromsensoren ein Modell der Erwärmung eines Motors bildet.
Eine für einen Motor gefährliche Erwärmung kann durch eine länger dauernde geringe Überlastung, ein geringfügiges Ungleichgewicht der Phasenleiter, zu lange oder zu häufige Startvorgänge, das Abwürgen des Motors, intermittierende Vorgänge hervorgerufen werden. Ein elektronisches Schutzrelais interveniert, indem es die Erwärmung des Motors mit Hilfe der Signale berechnet, die von Sensoren kommen, welche sich auf jedem der Versorgungsphasenleiter befinden. Diese Berechnung wird unter Berücksichtigung der Wärmeträgheiten durchgeführt.
Das im Patent US 3 808 503 beschriebene elektronische Relais weist auf jedem Versorgungsphasenleiter des Motors einen Stromsensor auf, der ein "Bild"-Signal des Phasenstroms an eine elektronische Verarbeitungsschaltung sendet, die einen Strom proportional zum Quadrat des Motorstroms an eine aus einer RC-Schaltung bestehende Schaltung zur Bildung eines Modells der Erwärmung des Motors liefert.
Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel zu vermeiden, dass in die Schaltung zur Bildung eines Modells der Erwärmung des Motors wie bei den bekannten Lösungen ein Strom proportional zum Quadrat des Motorstroms eingespeist wird. Diese Lösung liefert einen "Kunden"-Regelbereich, der größer ist als derjenige, der mit den bekannten Lösungen erhalten wird.
Erfindungsgemäß weist die elektronische Vorrichtung zur Bildung eines Modells des Wärmezustands eines Motors ausgehend von den Signalen von auf den Versorgungsphasenleitern des Motors angeordneten Stromsensoren auf:

– eine Modelbildungsschaltung vom Typ RC, die einer Erfassungsfunktion dienen kann,
– Schnittstellenmittel, die die Signale der Stromsensoren empfangen und eine Spannung liefern, die ein Bild des Verhältnisses zwischen dem Motorstrom und einem Regelstrom darstellt, und
– Rechenmittel, die ausgehend von dieser Spannung an die Modellbildungsschaltung einen Ladestrom-Wellenzug liefern, dessen Amplitude sowie dessen Dauer proportional zum obigen Verhältnis sind, und

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine als Beispiel dienende und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellte Ausführungsform näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein allgemeines Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bildung des Modells;
2 eine "Normierungsschaltung", die Teil der Vorrichtung der 1 ist;
3 eine Schaltung zum Summieren der Ströme, die Teil der Vorrichtung der 1 ist;
4 eine Rechenschaltung und eine zugehörige Modellbildungsschaltung, die Teil der Vorrichtung der 1 sind;
5 Ablaufdiagramme, die den Betrieb der Vorrichtung darstellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist, ist dazu bestimmt, das Modell der Erwärmung eines elektrischen Drehstrommotors M zu bilden, der über Phasenleitungen U, V, W gespeist wird.
Auf jeder der Phasenleitungen U, V bzw. W ist ein Stromsensor Cu, Cv bzw. Cw angeordnet, der an seinem Ausgang eine Bild-Spannung des Motorstroms Im des entsprechenden Phasenleiters liefert.
Alle Ausgangsspannungen der Stromsensoren Cu, Cv, Cw werden an eine Normierungsschaltung C1 geliefert, die am Ausgang einen "normierten" Strom liefert, der zum Verhältnis des Motorstroms zum Regelstrom Ir proportional ist, und zwar für die drei Phasenleiter.
Die drei "normierten" Ströme Inu, Inv, Inw gelangen an eine Summierschaltung C2, die am Ausgang eine Spannung Vr proportional zur Summe der drei Ströme Inu, Inv, Inw liefert, die wiederum Bilder der Verhältnisse Im/Ir sind.
Die Spannung Vr, die ein Bild des Verhältnisses Im/Ir ist, gelangt an eine Rechenschaltung C3, die am Ausgang einen Stromwellenzug Ig liefert, dessen Amplitude und Dauer proportional zur Eingangsspannung Vr sind.
Der Stromwellenzug Ig wird in eine Modellbildungsschaltung C4 vom Typ RC eingespeist, die zum Zweck hat, ein Modell der Erwärmung des Motors zu erzeugen.
Die Normierungsschaltung C1, wie sie in 2 dargestellt ist, weist für jeden Phasenleiter einen Komparator 11 auf, dessen einer Eingang das Signal eines Stromsensors (z.B. Cw) empfängt, das eine Spannung proportional zum Motorstrom Im auf dem Phasenleiter ist. Dieser Komparator steuert über eine Gleichrichterschaltung 12 eine Schaltung 13, an die ein veränderlichen Widerstand 14 angeschlossen ist, der den Regelstrom Ir definiert und einen "normierten" Strom (z.B. Inw) erzeugt, der zum Verhältnis Im/Ir proportional ist. Die verschiedenen "normierten" Ströme (Inu, Inv, Inw) werden von einem Stromspiegel an die Schaltung C2 zur Summierung der Ströme geschickt.
Die Summierschaltung C2 der "normierten" Ströme, wie sie in 3 dargestellt ist, empfängt an einem Widerstand 21 die verschiedenen "normierten" Ströme Inu, Inv, Inw. Die Spannung Vr an den Klemmen des Widerstands 21 ist von Dreiphasen-, Gleichrichtungs-, Vollweggleichrichtungs-Typ und ist proportional zur Summe der "normierten" Ströme Inu, Inv, Inw.
Die Spannung Vr ist das Bild des Verhältnisses Im/Ir und wird in der Rechenschaltung C3, die in 4 dargestellt ist, sowohl an einen Komparator 33 als auch an einen Komparator 32 angelegt. Der Komparator 33 empfängt die "Bild"-Spannung Vr und prüft den einen Widerstand 34 durchfließenden Strom, wobei dieser Strom proportional zu der Summe der "normierten" Ströme ist. Ein Bild dieses Stroms wird über einen Stromspiegel an eine Stromleitung angelegt, in der ein statischer Tastschalter 35 angeordnet ist. Der Komparator 32 empfängt einerseits eine Dreieck-Sägezahnspannung, die von einem Rampengenerator 31 erzeugt wird, und andererseits die "Bild"-Spannung Vr und steuert den statischen Tastschalter 35, der einen Strom Ig zerhackt, der ein Bild der Summe der "normierten" Ströme ist.
Der zerhackte Strom Ig wird in eine Schaltung C4 zur Bildung eines Modells der Erwärmung des Motors eingespeist, die aus einem Kondensator 41 und einem Widerstand 42 besteht. Eine Diode 36 verhindert, dass die Ladung des Kondensators 41 in die Schaltung C3 zurückgespeist wird. Diese Schaltung C4 ermöglicht es, eine Steuerschaltung C5 zu steuern.
Der Betrieb der Vorrichtung wird nun erklärt werden.
Jeder Stromsensor Cu, Cv, Cw liefert eine Wechselspannung, deren Amplitude proportional zum Motorstrom Im ist, der in dem entsprechenden Phasenleiter fließt.
Wenn man sich auf die Schaltung C1 bezieht, ist der Widerstand 14 proportional zum Regelstrom Ir, und der Vollweg-gleichgerichtete Strom Inu, Inv oder Inw, der aus dieser Schaltung austritt, ist proportional zum Verhältnis zwischen dem Motorstrom und dem Regelstrom. Er wird als "normiert" bezeichnet.
Die verschiedenen "normierten" Ströme werden in der Summiereschaltung C2 addiert, die eine zur Summe der drei "normierten" Ströme Inu, Inv, Inw proportionale "Bild"-Gleichspannung Vr liefert.
Die "Bild"-Spannung Vr wird an die Rechenschaltung C3 geliefert, die am Ausgang einen Stromwellenzug liefert, in dem jede Stromwelle eine zur "Bild"-Spannung Vr proportionale Amplitude und eine ebenfalls zu dieser "Bild"-Spannung Vr proportionale Dauer hat.
Es sei das Ablaufdiagramm der 5 betrachtet. Der Rampengenerator 31 liefert eine Sägezahnspannung E, deren konstante Periode mit T bezeichnet ist. Die veränderliche Dauer, während der der statische Tastschalter 35 offen ist, wird mit t bezeichnet. Während dieser Zeit t wird der Ladestrom Ig an den Ausgang der Rechenschaltung C3 geliefert.
Der Ladestrom-Wellenzug Ig hat eine Amplitude und eine Dauer, die beide proportional zur Spannung Vr, dem Bild des Verhältnisses Im/Ir, sind. Die Öffnungszeit des Schalters 35 ist auch proportional zu Vr.
Beim Vergleich der linken und der rechten Seite der
5 sieht man, dass die Amplitude und die Dauer gleichzeitig zunehmen, wenn die Spannung Vr steigt.
Wenn der statische Schalter 35 geschlossen ist, ist der Strom Ig Null, und der Kondensator 41 lädt sich nicht auf. Wenn der statische Schalter 35 offen ist, wird der Strom Ig in den Kondensator 41 eingespeist, der sich auflädt. Im Zeitmittel ist die Menge an zum Kondensator 41 geschickten Ladungen gleich dem Produkt aus Ladestrom Ig und Einspeisezeit. Sie ist also proportional zum Quadrat der Spannung Vr. Wegen der Diode 36 entlädt der Kondensator 41 sich nicht zum Schalter 35.
Selbstverständlich kann man, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, Varianten und Verbesserungen von Details entwickeln und sogar die Verwendung äquivalenter Mittel in Betracht ziehen.

Claims

Elektronische Vorrichtung zur Bildung eines Modells des Wärmezustands eines Motors (M) ausgehend von den Signalen von auf den Versorgungsphasenleitern des Motors angeordneten Stromsensoren (Cu, Cv, Cw), die aufweist: – eine Modellbildungsschaltung (C4) vom Typ RC, die einer Erfassungsfunktion dienen kann, – Schnittstellenmittel (C1, C2), die die Signale der Stromsensoren empfangen und eine Spannung (Vr) liefern, die ein Bild des Verhältnisses zwischen dem Motorstrom (Im) und einem Regelstrom (Ir) darstellt, und – Rechenmittel (C3), die ausgehend von dieser Spannung (Vr) an die Modellbildungsschaltung (C4) einen Ladestrom-Wellenzug (Ig) liefern, dessen Amplitude sowie dessen Dauer proportional zum obigen Verhältnis sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelstrom durch einen veränderlichen Widerstand definiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenmittel (C1, C2) aus einer "Normierungs"-Schaltung (C1), die "normierte" Ströme (Inu, Inv, Inw) proportional zu den Verhältnissen des Motorstroms (Im) und des Regelstroms (Ir) liefert, und aus einer Summierschaltung (C2) bestehen, die nach der Summierung der "normierten" Ströme eine Bild-Spannung (Vr) proportional zur Summe dieser "normierten" Ströme liefert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel (C3) einen Tastschalter (35) aufweisen, der einen Strom proportional zur Summe der "normierten" Ströme zerhackt, um den Ladestrom-Wellenzug zu liefern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel (C3) einen Komparator (32) aufweisen, der eingangsseitig das Signal eines Sägezahnspannungsgenerators (31) sowie die Spannung (Vr) empfängt, welche proportional zum Verhältnis des Motorstroms (Im) zum Regelstrom (Ir) ist und den Testschalter (35) steuert.