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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kontrolle
der Rotationsgeschwindigkeit eines Elektromotors.
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Sie
kommt insbesondere bei der Kontrolle der Rotationsgeschwindigkeit
des Rotors eines Geräts
zum Zentrifugieren zur Anwendung, um zu vermeiden, dass das letztere
mit einer Rotationsgeschwindigkeit angetrieben wird, die höher als
sein zulässiger
Maximalwert ist.
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Um
die Zuverlässigkeit
solcher Vorrichtungen zu verbessern, werden die letzteren oft mit
redundanten Überwachungseinheiten
ausgestattet, um zu vermeiden, dass das Versagen einer dieser Einheiten
verhängnisvolle
Konsequenzen für
den Motor hat.
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Daher
kennt man im Stand der Technik eine Vorrichtung zur Kontrolle der
Rotationsgeschwindigkeit eines Elektromotors des Typs, der eine
Steuereinheit der Rotationsgeschwindigkeit des Motors, eine mit
der Steuereinheit verbundene analoge Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung
umfasst, und der Vergleichsmittel zwischen mindestens einem Kontrollsignal,
das charakteristisch für
die Rotationsgeschwindigkeit des Motors ist, die diesem letzteren durch
die Steuereinheit auferlegt wird, und einem Schwellwert, der der
Maximalgeschwindigkeit entspricht, bis zu welcher der Motor zugelassen
ist zu funktionieren, und Mittel zum zumindest zeitweiligen Trennen
des Motors von seiner Versorgung im Fall der Überschreitung des Schwellwerts
umfasst.
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Eine
Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik ist in dem Dokument US-A-5726881 beschrieben.
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Eine
Vorrichtung dieses Typs erlaubt es daher zu vermeiden, dass der
Motor mit einer Rotationsgeschwindigkeit angetrieben wird, die höher als seine
zulässige
Maximalgeschwindigkeit ist.
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Das
Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Kontrolle dieses
Typs bereitzustellen, die außerdem
in der Lage ist, das Anlaufen des Motors im Fall einer Funktionsstörung der
Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung zu verbieten.
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Sie
hat folglich eine Vorrichtung zur Kontrolle des vorgenannten Typs
zum Gegenstand, dadurch charakterisiert, dass vor jedem Anlassen
des Motors die Steuereinheit eine Testphase der Funktionsfähigkeit
der Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung durch die Generierung
eines Signals zur Ansteuerung durchführt, das einem Wert der Rotationsgeschwindigkeit
entspricht, der höher
als der Schwellwert ist.
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Die
Vorrichtung zur Kontrolle gemäß der Erfindung
kann außerdem
eine oder mehrere der folgenden Merkmale, einzeln für sich genommen
oder gemäß aller
technisch möglichen
Kombinationen, aufweisen:
- – sie weist außerdem zweite
Mittel zum Trennen des Motors von seiner Versorgung während der Testphase
auf;
- – das
Kontrollsignal wird aus einem Ausgangssignal eines Komparators einer
Regelschleife der Geschwindigkeit gebildet, der am Eingang ein Einstellsignal,
das durch die Steuereinheit ausgegeben wird, und ein Messsignal
der Rotationsgeschwindigkeit des Motors empfängt;
- – die
Steuereinheit ist mit dem Ausgang der ersten Mittel zum Trennen
des Motors im Hinblick auf die Feststellung der Funktionsfähigkeit
der Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung verbunden;
- – die
Steuereinheit wird durch eine Mikroprozessoreinheit gebildet, die
Signale zur Ansteuerung des Motors in Form von Steuersignalen durch eine
Impulslängenmodulation
ausgibt, die in einer Versorgungsstufe des Motors mit elektrischer Dreiphasenenergie
bereitgestellt werden, wobei die genannte Versorgungsstufe durch
eine Gleichspannungsstufe über
eine variable Impedanzstufe unter der Kontrolle der Einheit zur
Geschwindigkeitsbegrenzung gespeist wird, und das genannte mindestens
eine Kontrollsignal wird aus den Signalen zur Ansteuerung gebildet;
und
- – die
variable Impedanzstufe wird durch eine Filterstufe gebildet, die
ein Widerstandselement aufweist, zu welchem parallel ein Nebenkreis
verbunden ist, der mit einem Umschaltungselement ausgestattet ist,
das am Eingang durch die Vergleichsmittel im Fall der Überschreitung
des Schwellwerts gesteuert wird.
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Die
Erfindung hat gleichermaßen
ein Gerät zum
Zentrifugieren zum Gegenstand, das einen Rotor umfasst, der drehend
durch einen Elektromotor angetrieben wird, dadurch charakterisiert,
dass es mit einer Vorrichtung zur Kontrolle der Rotationsgeschwindigkeit
des Motors, so wie es weiter oben beschrieben ist, ausgestattet
ist.
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Die
Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung hervor,
die nur in der Eigenschaft als Beispiel gegeben wird und mit Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen gemacht wird, in welchen:
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die 1 eine
schematische Übersichtsdarstellung
einer Vorrichtung zur Kontrolle der Rotationsgeschwindigkeit eines
Motors gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist; und
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die 2 eine
schematische Übersichtsdarstellung
einer Vorrichtung zur Kontrolle entsprechend der Erfindung gemäß einer
zweiten Ausführungsform ist.
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In
der 1 wird eine Vorrichtung zur Kontrolle der Rotationsgeschwindigkeit
eines Motors 10 dargestellt, der einen Rotor (nicht dargestellt)
eines Geräts
zum Zentrifugieren antreibt.
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Die
Vorrichtung zur Kontrolle weist zwei redundante Kontrolleinheiten 12 und 14 auf,
die es erlauben, die Rotation des Motors 10 entsprechend
einer Geschwindigkeit zu steuern, für welche er zugelassen ist,
angetrieben zu werden.
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Die
erste Kontrolleinheit 12 wird durch eine Steuereinheit
gebildet, die bestimmt ist, die Rotationsgeschwindigkeit des Motors
auf einen vorgeschriebenen Einstellwert C zu regeln.
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Diese
Kontrolleinheit 12 weist, wie es klassisch ist, eine Einheit 16 zur
Steuerung und Bildung des Einstellwerts C und eine Regelschleife 18 auf, die
ein Signal S zur Ansteuerung des Motors ausgibt.
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Wie
man aus dieser 1 ersieht, weist die Regelschleife 18 einen
Komparator 20 auf, der an seinem inversen Anschluss das
Einstellsignal C und an seinem nichtinversen Anschluss ein Messsignal VMES der tatsächlichen Rotationsgeschwindigkeit
des Motors erhält.
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Die
zweite Kontrolleinheit 14 wird durch eine Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung
gebildet, die angepasst ist, um zu vermeiden, dass diese letztere
einen für
den Motor zulässigen
Maximalwert VMAX nicht erreicht.
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Die
Kontrolleinheiten 12 und 14 werden aus Komponenten
unterschiedlicher Technologien realisiert.
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Daher
wird, während
die erste Kontrolleinheit 12 durch einen Prozessor gebildet
wird, der aus digitalen Komponenten realisiert wird, die zweite
Kontrolleinheit 14 aus analogen Komponenten gebildet, so dass
ein Auftreten einer gleichzeitigen Funktionsstörung in den zwei Kontrolleinheiten
vermieden wird.
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Außerdem erlaubt
es die Verwendung von analogen Komponenten, die Kosten der Vorrichtung zur
Kontrolle deutlich zu reduzieren.
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Wie
man aus dieser 1 ersieht, weist die Einheit 14 zur
Geschwindigkeitsbegrenzung einen Komparator 22 auf, der
einen Vergleich zwischen einem Signal S', das die Geschwindigkeit charakterisiert,
die dem Motor durch die Steuereinheit 12 auferlegt wird,
und dem Schwellwert VMAX gewährleistet.
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Das
Signal S' wird aus
einem Signal zur Ansteuerung S durch die Mittel zur Verarbeitung 24 gebildet,
die mit dem Ausgang des Komparators 20 der Steuereinheit 12 verbunden
sind und angepasst sind, um das Signal zur Ansteuerung S des Motors
in ein Signal umzuwandeln, das der Geschwindigkeit entspricht, die
dem letzteren auferlegt wird.
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Der
Ausgang des Komparators 22 der Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung 14 ist
mit einem Schalter 26 derart verbunden, dass der Motor 10 von
seiner Versorgung getrennt wird, d.h. sie von der Steuereinheit 12 getrennt
wird, sobald das Signal S' höher als
der Schwellwert VMAX ist.
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Andererseits
ist ein zweiter Schalter 28 zwischen dem ersten Schalter 26 und
dem Motor 10 verbunden.
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Dieser
zweite Schalter 28 wird durch die Steuereinheit 16 derart
gesteuert, dass der Motor während
einer Testphase der Funktionsfähigkeit
der Einheit 14 zur Geschwindigkeitsbegrenzung, die bei jedem
Anlassen des Motors stattfindet, von seiner Versorgung getrennt
wird.
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Man
sieht schließlich
in der 1, dass der Ausgang des ersten Schalters 26,
der neben dem Motor 10 angeordnet ist, mit der Steuereinheit 16 derart
verbunden ist, dass an die letztere ein Hinweis geliefert wird,
der den Zustand des Schalters 26 betrifft.
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Bei
jeder Testphase der Funktionsfähigkeit der
Einheit 14 zur Geschwindigkeitsbegrenzung, die wie vorher
erwähnt
vor jedem Zyklus der Inbetriebnahme des Motors 10 stattfindet,
generiert die Steuereinheit 16 ein Einstellsignal C, das
einem Wert der Geschwindigkeit entspricht, der höher als der Schwellwert VMAX ist, was eine Öffnung des ersten Schalters 26 hervorruft.
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Aus
dieser Öffnung,
die durch die Steuereinheit 16 festgestellt wird, geht
die Funktionsfähigkeit der
Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung 14 hervor.
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In
diesem Fall kann der Motor 10 in Betrieb genommen werden.
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Man
wird bemerken, dass während
dieser vorherigen Testphase die Steuereinheit 16 die Öffnung des
zweiten Schalters 28 hervorruft, so dass ein Anlaufen des
Motors 10 vermieden wird.
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Man
versteht folglich, dass es diese Testphase erlaubt, vor jedem Anlassen
des Motors 10 die Funktionsfähigkeit der Einheit 14 zur
Geschwindigkeitsbegrenzung zu überprüfen, ohne
den Motor in Rotation versetzt zu haben.
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Mit
Bezugnahme auf die 2 wird eine andere Ausführungsform
der Vorrichtung zur Kontrolle gemäß der Erfindung beschrieben.
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Wie
in dem Realisierungsbeispiel mit Bezug auf die 1 beschrieben,
weist diese Vorrichtung zwei redundante Kontrolleinheiten auf, die
mit dem Bezugszeichen 30 beziehungsweise 32 bezeichnet sind,
wobei die eine, 30, durch eine Mikroprozessorsteuereinheit
gebildet wird, die Signale zur Ansteuerung des Motors 34,
PWM1, PWM2 und PWM3 in Form von Steuersignalen durch eine Pulslängenmodulation
(MLI) ausgibt. Diese Signale zur Ansteuerung werden in einer Versorgungsstufe 36 bereitgestellt,
die durch die Verknüpfung
von drei Leistungsmodulen gebildet wird, die jeder aus Schaltzellen, z.B.
auf der Basis von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (Insulated
Gate Bipolar Transistor -IGBT) gebildet werden.
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Die
Leistungsstufe 36, die eine Wechselrichterschaltung bildet,
liefert an den Motor 36 eine elektrische Dreiphasenenergie,
die spannungs- und frequenzvariabel eingepegelt wird.
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Sie
wird mit Gleichspannung durch eine Spannungsquelle 38 gespeist,
die eine Gleichrichterbrücke
mit Diode 40, die alternativ durch das Stromnetz gespeist
wird, schematisch dargestellt und bezeichnet durch das Bezugszeichen 42,
und eine Filterschaltung 44 aufweist, die durch die Verknüpfung eines
Widerstands R und eines Kondensators C gebildet wird.
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Wie
man aus dieser 2 ersieht, ist ein Nebenkreis 46 parallel
zu dem Widerstand R angeschlossen und weist ein Schaltungselement 48 auf, das
bei normaler Funktionsfähigkeit
der Vorrichtung im geschlossenen Zustand positioniert ist.
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Man
versteht folglich, dass die Filterschaltung 44 eine variable
Impedanzstufe in Abhängigkeit vom
Zustand des Schaltungselements 48 bildet.
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Andererseits
misst ein Drehzahlmesser 50 die Rotationsgeschwindigkeit
des Motors 34 und liefert den gemessenen Wert V'MES an
die Steuereinheit 30, die als Antwort die Signale zur Ansteuerung PWM1,
PWM2 und PWM3 anpasst, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des
Motors 34 auf einen vorbestimmten Wert geregelt wird, der
durch die Steuereinheit 30 auferlegt wird.
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Wie
man aus dieser 2 ersieht, werden die Signale
zur Ansteuerung PWM1, PWM2 und PWM3 an die Leistungsstufe 36 durch
Isolationsmittel 52, z.B. auf Basis von optischen Transistoren
und über
eine geeignete Impulsformerschaltung 54 geliefert.
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Die
Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung 32 ist mit dem Eingang
zwischen den Isolationsmitteln 52 und der Impulsformerschaltung 54 mit
mindestens einer Leitung zur Ansteuerung der Leistungsstufe verbunden,
welche die Signale zur Ansteuerung weiterleitet.
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In
dieser Figur wird berücksichtigt,
dass die Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung 32 mit
einer einzigen Leitung zur Ansteuerung verbunden ist, sie kann aber
natürlich
in einer Variante Informationen, welche die Geschwindigkeit des
Motors betreffen, zwei Signalen zur Ansteuerung entnehmen.
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Eine
Umwandlungsschaltung 56 gewährleistet die Umwandlung der
Steuerfrequenz des Motors, die durch die Signale zur Ansteuerung
mit einer Kontrollspannung UMLI entsprechend
dem Wert der Rotationsgeschwindigkeit, die dem Motor 34 auferlegt wird,
weitergeleitet wird.
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Sie
ist am Ausgang mit einem Komparator 58 verbunden, der einen
Vergleich zwischen der Spannung UMLI, die
durch die Umwandlungsschaltung 56 ausgegeben wird, und
einem Schwellwert V'MAX gewährleistet,
der einem für
den Motor 34 zulässigen Maximalwert
entspricht.
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Der
Ausgang des Komparators 58 steuert die Basis eines Transistors 60,
der im Schaltungsbetrieb so funktioniert, dass er durchgeschaltet
wird, sobald der Wert der Spannung UMLI,
die durch die Umwandlungsschaltung 56 bereitgestellt wird,
den Schwellwert V'MAX überschreitet.
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Der
Transistor 60 steuert die Basis eines zweiten Transistors 62,
der gleichermaßen
im Schaltungsbetrieb funktioniert und dessen Kollektor mit einem
Relais 64 zur Ansteuerung des vorher erwähnten Schalters 48 verbunden
ist.
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Andererseits
ist eine Verzögerungsvorrichtung 66 gleichermaßen mit
der Basis des zweiten Transistors 62 verbunden, so dass
dieser letztere während
einer vorbestimmten Zeitperiode durchgeschaltet wird, wie dies im
folgenden beschrieben wird.
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Man
sieht schließlich
in der 2, dass die Basis des ersten Transistors 60,
die mit dem Ausgang des Komparators 58 verbunden ist, gleichermaßen mit
der Steuereinheit 30 verbunden ist, und dass die letztere
ein Signal INHIB an die Impulsformerschaltung 54 liefert,
so dass die Signale zur Ansteuerung gesperrt werden, wenn dieses
Signal INHIB auf einem hohen Pegel ist.
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Die
Vorrichtung, die gerade beschrieben wird, funktioniert auf die folgende
Art und Weise.
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Wie
in der zum Beispiel vorher mit Bezug auf die 1 beschriebenen
Ausführung
führt die
Vorrichtung vor jedem Zyklus der Inbetriebnahme des Motors 34 eine
Testphase der Funktionsfähigkeit
der Einheit zur Geschwindigkeitsbegrenzung 32 durch.
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Um
dies zu erreichen, setzt die Steuereinheit 30 das Signal
INHIB auf einen hohen Pegel, so dass ein Anlaufen des Motors 34 vermieden
wird, und erzeugt die Signale zur Ansteuerung PWM1, PWM2 und PWM3
entsprechend einer Rotationsgeschwindigkeit des Motors 34,
die höher
als sein zulässiger Maximalwert
ist.
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Infolgedessen überschreitet
der Ausgang des Komparators 58 den oberen Pegel, was die Öffnung des
Schaltungselements 48 und eine Unterbrechung der Versorgung
des Motors 34 bei der Messung bewirkt, wo die elektrische
Energie durch den Widerstand R absorbiert wird.
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Sobald
das Überschreiten
des oberen Pegels am Ausgang des Komparators 58 durch die Steuereinheit 30 festgestellt
wird, gestattet die letztere das Anlassen des Motors 36.
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Man
wird schließlich
bemerken, dass beim Unterspannungsetzen der Vorrichtung die Synchronisationsschaltung 66 den
momentanen Übergang
des Schalters 48 in den offenen Zustand bewirkt, so dass der
Ladestrom des Kondensators C begrenzt wird.