EP1698032A1 - Verfahren zum betreiben einer umrichterschaltung einer waschmaschine oder eines wäschetrockners - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer umrichterschaltung einer waschmaschine oder eines wäschetrockners

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Publication number
EP1698032A1
EP1698032A1 EP03785867A EP03785867A EP1698032A1 EP 1698032 A1 EP1698032 A1 EP 1698032A1 EP 03785867 A EP03785867 A EP 03785867A EP 03785867 A EP03785867 A EP 03785867A EP 1698032 A1 EP1698032 A1 EP 1698032A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
converter circuit
dynamo
electric machine
voltage pulse
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03785867A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hasan Gökcer ALBAYRAK
Lothar Knopp
Thomas Ludenia
Jörg SKRIPPEK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP1698032A1 publication Critical patent/EP1698032A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/08—Reluctance motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/01—Asynchronous machines

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a converter circuit, in particular a pulse-width-modulated frequency converter circuit with a DC voltage intermediate circuit, which controls a plurality of winding branches of a multi-phase dynamo-electric machine, in particular a three-phase asynchronous motor of a laundry treatment device, the method controlling one or more parameters of the dynamo-electric Machine determined. Furthermore, the invention also relates to a converter circuit for carrying out the method and a laundry treatment device with a converter circuit for controlling a multi-phase dynamo-electric machine which in particular drives a drum rotatably mounted in the laundry treatment device.
  • Converter circuits and methods for operating a converter circuit that control a dynamo-electric machine are known in the prior art in numerous configurations.
  • Converter circuits are used to convert from an input-side single-phase or multi-phase AC voltage to an output-side single-phase or multi-phase AC voltage, which is different in frequency, number of phases and / or amplitude from the input-side AC voltage.
  • frequency converter circuits With converter circuits that can convert the frequency of the AC voltage, so-called frequency converter circuits, any voltage frequencies and / or voltage amplitudes can be generated on the output side.
  • Frequency converter circuits are also used to control the speed of dynamo-electrical machines, for example three-phase asynchronous motors.
  • Such asynchronous motors are extremely low-maintenance, have high limits and can be operated particularly quietly. Because of these advantages, such speed-controlled dynamo-electric machines are also used in laundry treatment devices, such as household washing machines or household laundry dryers. With such machines, for example, one can be rotated in the laundry treatment device stored laundry drum driven.
  • pulse-width-modulated frequency converter circuits are used to control three-phase asynchronous motors.
  • Such frequency converter circuits generally each have a line filter, a DC voltage intermediate circuit, a power stage with a so-called driver stage and a microcontroller or a digital signal processor as components. The components are usually grouped together on one assembly, with the line filter, for example, being able to form a separate assembly.
  • converter circuits for controlling and / or regulating the dynamo-electric machine also use sensor elements for registering the voltage, current and / or temperature of the converter circuit and / or devices for registering parameters of the driven dynamo-electrical machine.
  • the parameters can change, in particular as a result of heating during operation of the machine.
  • Such sensor elements or such devices are partially integral assemblies of the converter circuit and are used for performance-optimized operation of the dynamo-electric machine.
  • the microcontroller or the digital signal processor can be used to determine control and / or control variables using individual calculation instructions or complex mathematical machine models, which control is optimal for performance in every operating state of the machine of the machine.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for operating a converter circuit or a converter circuit for carrying out a method, the converter circuit in particular controlling and / or regulating a dynamo-electric machine of a laundry treatment device, in which the parameters of the dynamo-electric machine can be detected with simple and inexpensive means and by means of these parameters a performance-optimized control and / or regulation of the dynamo-electric machine and / or a preventive detection of malfunctions and errors in the converter circuit and / or the dynamo electrical machine can be done.
  • This object is achieved according to the invention by the features of the method according to claim 1 or with the converter circuit for carrying out the method according to the independent claim 11 or with the laundry treatment appliance according to the independent claim 12.
  • the converter circuit which controls a multi-phase dynamo-electric machine with a plurality of winding branches, advantageously has a sequence control tion, which operates the method according to the invention, the method comprising the steps that at least one voltage pulse or a voltage pulse sequence is generated by a power stage of the converter circuit for controlling at least one winding branch, with no rotating field due to the voltage pulse or the voltage pulse sequence dynamo-electric machine is generated and the control of the winding branch takes place before another generation of a rotating field of the dynamo-electric machine is effected by the converter circuit, and that at least one temporal and / or electrical parameter of the dynamo-electric machine during the control by a Time, voltage and / or current measuring device of the converter circuit is determined.
  • Such procedural steps allow at least one temporal and / or electrical parameter of the machine to be determined prior to the intended operation or respective activation of the dynamo-electrical machine, in which the converter circuit causes a rotating field in the dynamo-electrical machine.
  • a performance-optimal control which is adapted to the current machine situation, can advantageously be effected preventively before a respective activation of the dynamo-electric machine, and likewise a malfunction and / or an error of the components involved can be activated before the activation of the machine can also be detected preventively.
  • a current measuring device of the converter circuit is used to control at least one winding branch, which does not generate a rotating field in the dynamo-electric machine, and to measure the current developing in the power stage or in the respectively controlled winding branch of the dynamo-electric machine , Furthermore, a time duration is determined by means of a time measuring device of the converter circuit, which is required from the start of such a control until a predetermined current value is reached. Such a time period is a temporal parameter of the dynamo-electric machine or of the controlled winding branch of the dynamo-electric machine.
  • Such a temporal Parameters can be determined particularly easily by means of a microcontroller or a digital signal processor, which is usually already part of a converter circuit for controlling or regulating the power level. Thus, no further and cost-intensive components for determining a parameter of the dynamo-electric machine are required.
  • the inductance, which the controlled winding branch has, is determined in a further method step as a function of the temporal parameter, such a determination being carried out particularly easily with a microcontroller or with a signal processor using an appropriate allocation table or using a mathematical machine model can.
  • the inductance of the winding branch represents an electrical parameter of the dynamo-electrical machine.
  • the inductance influences the power output of the dynamo-electrical machine. Since the induction of a winding branch of the dynamo-electric machine is determined prior to actuation of the machine, in which a rotating field is generated on the machine, the control and regulating parameters can advantageously be adapted as a function of the induction before this actuation. As a result, optimum power utilization of the dynamo-electric machine can be achieved with every control to generate a rotating field.
  • the electrical resistance of a winding branch can be determined as a further electrical parameter of the dynamo-electrical machine.
  • the further development contains further steps for determining an effective voltage and a maximum current value, which occur during the control of at least one winding branch of the dynamo-electrical machine in the power stage of the converter circuit, such control not generating a rotating field in the dynamo-electrical machine.
  • the on and / or off times are generated with a time and / or voltage measuring device of the converter circuit Voltage pulse or a generated voltage pulse sequence and the amplitude of the voltage pulses measured.
  • the current developing in the power stage is determined with a current measuring device and the temporal change in the current is determined with a further device in the converter circuit.
  • the maximum current is determined by the current value which arises when the current value no longer changes or the change in current over time falls below a predetermined limit value.
  • the electrical resistance of the controlled winding branch then results from the effective voltage and the maximum current value.
  • a further embodiment of the invention consists in that at least one of the temporal and / or electrical parameters of the dynamo-electrical machine is compared with a number of predetermined parameter values which are assigned to different variants of the dynamo-electrical machine. Based on the comparison, the variant of the dynamo-electric machine is determined. Furthermore, a selection of control and regulating parameters that are assigned to the variant is made from a set of control and regulating parameters for different variants of the dynamo-electric machine. This is particularly advantageous because such a converter circuit can thus be used for different variants of the dynamo-electric machine, special control and regulating parameters being used for the control and / or regulation for each of the variants. This means that each variant of the dynamo-electric machine can be controlled with just one converter circuit for optimum performance.
  • a further advantageous development of the invention further includes steps in which at least one temporal and / or electrical parameter of the dynamo-electric machine is compared with a tolerance value range assigned to the parameter and thus for an error of the dynamo-electric machine with a suitable comparison device of the converter circuit and / or the converter circuit is closed.
  • the error is present when one of the temporal and / or electrical parameters deviates from the respective tolerance range.
  • the method according to the invention advantageously includes a step in which an output of a voltage pulse sequence of the power stage of the converter circuit for generating a rotating field of the dynamo-electric machine is prevented with a switch-off device of the converter circuit if an error is present.
  • This further development is particularly favorable because this further development can effectively and reliably avoid failure of individual components of the converter circuit and / or the dynamo-electric machine.
  • a further embodiment of the invention includes that in a further step a voltage pulse sequence is determined as a function of a temporal and / or electrical parameter, the voltage pulse sequence from the power stage of the converter circuit serving to form a rotating field of the dynamo-electric machine.
  • a control that is adapted to the current operating state and is optimized for performance to operate a dynamo-electric machine can be effected very easily. This is particularly the case if the temporal and / or electrical parameters can change during the intended operation of the dynamo-electrical machine.
  • the determination of the voltage pulse sequence can be advantageous, in particular in the case of converter circuits with a microcontroller or a signal processor using an allocation table and / or a mathematical machine model taking into account the temporal and / or electrical parameters. It is particularly advantageous to take the inductance of one or more winding branches into account as an electrical parameter, because the power output of a dynamo-electric machine depends essentially on the inductance.
  • a voltage pulse sequence for operating the dynamo-electric machine is determined as a function of a predetermined operating temperature value.
  • predefined and known operating conditions can advantageously also be taken into account in the case of a power-optimized control.
  • the voltage pulse sequence is preferably determined using a corresponding allocation table and / or a mathematical machine model, which are part of a microcontroller or a signal processor of the converter circuit.
  • a converter circuit with a power stage which is used to generate voltage pulses and to control a multi-phase dynamo-electrical machine, and with devices for determining at least one temporal and / or electrical parameter of the dynamo-electrical machine advantageously contains a sequence control, that controls the inventive method and / or the further developments.
  • the devices of the converter circuit required for controlling the method according to the invention and for determining the time and / or parameters are simple and inexpensive, and are Circuit easy to integrate. The converter circuit can thus be manufactured particularly inexpensively.
  • a laundry treatment device in particular a household washing device or a household laundry dryer, contains a converter circuit of the type shown for controlling a multiphase dynamo-electric machine, which in particular drives a drum rotatably mounted in the laundry treatment device.
  • a laundry treatment device can advantageously be inexpensively equipped with a converter circuit for driving the drum, taking into account compliance with the regulations of the international electrical standards.
  • FIGS. 2-4 block diagrams of a converter circuit in which the motor winding branch of the dynamo-electrical machine that is controlled is highlighted,
  • FIG. 6 shows a time course of current and voltage when controlling a motor winding branch to determine an electrical parameter of the dynamo-electrical machine.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a converter circuit 3, which is used to control a multi-phase dynamo-electric machine 13, the converter circuit being designed as a frequency converter circuit 3 and the dynamo-electric machine 13 as a three-phase asynchronous motor 3. Furthermore, in the description of the exemplary embodiment, the converter circuit 3 with the frequency converter circuit 3 and the dynamo-electric machine 13 as Denoted asynchronous motor 13. However, the invention is not limited to such a special embodiment, the converter circuit 3 and the dynamo-electric machine can also be of a different type.
  • the asynchronous motor 13 drives a drum rotatably mounted in a laundry treatment device.
  • the winding phases 14, 15 and 16 of the asynchronous motor are connected to one another in a so-called star connection.
  • Other circuit designs of the winding phases, such as a so-called delta connection, are also possible.
  • the frequency converter circuit 3 is combined in one assembly and contains at least one rectifier circuit 2, which is connected on the output side to a power stage 12, to form a so-called DC voltage intermediate circuit. Furthermore, the frequency converter circuit 3 contains a microcontroller 5, which contains at least analog-digital signal converters 6 and 8, so-called AD converters, digital outputs 9, which are connected to a so-called driver stage 10, and a memory device 7. The input side is
  • Rectifier circuit 2 connected to a single-phase line filter 1.
  • the line filter 1 is designed as a component separate from the frequency converter circuit, it also being possible to integrate individual components of the line filter 1 in the frequency converter circuit 3.
  • the frequency converter circuit 3 contains a voltage divider 4, which in connection with the AD converter 6 represents a voltage measuring device, and via a so-called shunt resistor 11, which in connection with the AD converter 8 serves as a current measuring device.
  • a time measuring device can be represented in connection with a corresponding sequence control by the microcontroller 5, since the microcontroller 5 has devices for generating a time cycle and for evaluating events or interrupts.
  • the driver stage 10 is connected on the output side to the high-performance transistors (so-called IGBTs, insulated gate bipolar transistors) T1 to T6 of the power stage 12.
  • IGBTs high-performance transistors
  • the IGBT's T1 to T6 can be switched individually, so that at the phases uv, uw and vw, which result from two switched outputs u and v, u and w or v and w of the frequency converter circuit 3, a pulse white - Ten-modulated voltage pulse or a pulse-width-modulated voltage pulse sequence of different polarity can be generated.
  • Each voltage pulse has the voltage U zwk of the DC voltage intermediate circuit and the effective voltage of the voltage pulse sequence results from the switching on and off times of the individual voltage pulses and the intermediate circuit voltage U zwk .
  • the outputs u, v and w of the frequency converter circuit 3 are with the
  • the intermediate circuit voltage U ZWk that is present during operation of the frequency converter circuit 3 is determined with the voltage measuring device of the frequency converter circuit 3.
  • the control of individual winding branches of the stator of the asynchronous motor 13 is shown in FIGS. 2 to 4, the IGBTs T1 and T6 being activated to control a winding branch consisting of the winding strands 14 and 16 or the phase uw (current path 17).
  • the current which forms in the DC voltage intermediate circuit is determined with the current measuring device of the frequency converter circuit 3.
  • the IGBTs T1 and T4 are used to control the winding branch or phase uv (winding path 18) consisting of the winding strands 14 and 15, and accordingly to control the winding branch or phase vw consisting of the winding branches 15 and 16 (current path 19) IGBT's T3 and T6 switched on.
  • the current which forms when these winding branches are driven is also determined with the current measuring device of the frequency converter circuit 3.
  • the IGBT's T2 and T5 are switched on instead of the IGBT's T1 and T6, the IGBT's T2 and T3 instead of the IGBT's T1 and T4 or the IGBT's T4 and T5 instead of the IGBT's T3 and T6.
  • voltage pulse sequences of the type are generated which generate a magnetic rotating field in the asynchronous motor 13, as a result of which a voltage is induced in short-circuited winding strands of the rotor of the asynchronous motor 13 or a magnetic field on the Rotor is generated and ultimately a rotation of the rotor is effected.
  • the direction of rotation of the rotor depends on the respective current direction in the winding branches of the stator of the asynchronous motor 13.
  • temporal and electrical parameters of the asynchronous motor 13 are determined, on the one hand to determine the variant of the connected asynchronous motor 13 and thus to select the control and regulating parameters assigned to the variant or to adapt the control and regulating parameters to the current operating state of the asynchronous motor 13 or to determine a motor fault or a motor fault so that subsequent activation of the asynchronous motor 13 can be prevented.
  • a voltage pulse sequence 20 or 24 is generated in the phase uw or in the winding phases 14 and 16 of the asynchronous motor 13 in which the IGBT's T1 and T6 of the power level can be switched on and off at the same time. Since the other IGBTs remain switched off, no rotating field is generated in the asynchronous motor 13 during the generation of the voltage pulse sequence 20 or 24, and thus no rotation of the rotor of the asynchronous motor 13 is caused.
  • Voltage pulse train 20 forms a current 23 in the winding phases 14 and 16.
  • a current profile over time is shown in FIG. 5.
  • the temporal current profile 23 is crucially dependent on the inductance of the controlled winding phases 14 and 16.
  • the current value increases during a voltage pulse or a switch-on phase of the IGBT's T1 and T6 and falls slightly between two voltage pulses or during the switch-off phases, the increase being more pronounced than the decrease. Since the rotor of the asynchronous motor 13 is not set in rotation during such a control of the winding branches 14 and 16, advantageously no so-called counter voltage is induced in the winding phases 14 and 16.
  • the current profile 23 is therefore not influenced by the counter voltage.
  • Such a type of control is thus particularly suitable for determining a temporal and / or electrical parameter of the asynchronous motor 13, which is determined in a further step with the time measuring device of the microcontroller 5, with the current and / or voltage measuring device of the frequency converter circuit 3.
  • a step for determining a parameter of the asynchronous motor 13 includes a step in which the current which forms in the phase uw is measured with the current measuring device of the frequency converter circuit 3. The measured current is continuously compared with a predetermined current limit value lumit, which is stored in the memory device 7 of the microcontroller.
  • the comparison device required for this is an integral part of the microcontroller 5.
  • the time period from the start to the generation of the voltage pulse sequence to the point in time t u is determined in a further step Phase uw forming current imit reaches the predetermined current limit.
  • the time period (t uw - 1 0 ) is stored in the memory device 7 of the microcontroller 5 and represents a time parameter of the winding branch of the winding phases 14 and 16 or of the asynchronous motor 13.
  • an allocation table with a number of inductance values and respectively assigned predetermined time periods is stored in the memory device 7.
  • the determined time period (t uw - 1 0 ) of the controlled winding branch with the winding phases 14 and 16 is compared in a subsequent step with the predetermined time periods and a time period determined from the predetermined time periods which is closest to the measured time period.
  • the value of the inductance of the controlled winding branch results from the allocation table corresponding to the predetermined period of time and the value of the inductance is stored in the memory device 7.
  • Such an inductance represents an electrical parameter of the controlled winding branch or the asynchronous motor 13.
  • the method has one step in an alternative embodiment of the exemplary embodiment which a voltage pulse sequence 24 with the power stage 12 in connection with the microcontroller 5 and the driver stage 10 is generated in the phase uw in which the IGBT's T1 and T6 of the power stage are switched on and off simultaneously.
  • the other IGBTs remain switched off, so no rotating field is caused in the asynchronous motor 13 during the generation of the voltage pulse train 24.
  • the temporal current profile 25 which forms during the generation of the voltage pulse sequence 24 is shown in FIG.
  • the voltage pulse sequence 24 is generated before any other generation of a rotating field on the asynchronous motor 13 is effected by the frequency converter circuit.
  • the effective voltage U ⁇ ff which is generated by the power stage 12 of the frequency converter circuit 3 is determined in a further step by the voltage of the DC intermediate circuit U 2Wk with the voltage measuring device of the frequency converter circuit 3 and the duty cycle dt ⁇ in and / or switch-off times dt aU s of the voltage pulses can be measured with the time measuring device of the microcontroller 5.
  • the effective voltage U eff is then calculated by the microcontroller 5 according to the following formula:
  • the current which forms in the phase uw or in the controlled winding branch is measured with the current measuring device of the frequency converter circuit 3 and with a device of the Microcontroller 5 averaged.
  • the change in the average current ⁇ I is calculated using two successive average current values I n and I n + ⁇ , which were determined at the times t n and t n + ⁇ , the following applies:
  • a maximum current value Im ax of the current profile 25 is determined, at which the current forming in the phase uw no longer changes.
  • the value of the change in the current ⁇ I with a predetermined limit value, which is stored in the storage device 7 of the microcontroller 5, is continuously compared with a device of the microcontroller 5 until the
  • the resistance R of the controlled winding branch is calculated in a subsequent step with a device of the microcontroller 5 from the effective voltage U er and the maximum current value I max according to the following regulation:
  • the calculated resistance R is an electrical parameter of the winding branch with the winding phases 14 and 16 or the asynchronous motor 13 and is stored in the memory device 7 of the microcontroller 5.
  • the steps described above are repeated, with a first repetition generating a voltage pulse sequence with the power stage 12 in the phase uv or in the winding phases 14 and 15 of the asynchronous motor 13, in which the IGBT's T1 and T4 of the power level are switched on and off simultaneously and the other IGBTs are switched off.
  • a voltage pulse sequence with the power stage 12 in the phase vw or in the winding phases 15 and 16 of the asynchronous motor 13 is generated, in which the IGBT's T3 and T6 of the power stage are switched on and off simultaneously and the other IGBTs are turned off.
  • Each repetition contains the above steps for determining a temporal and electrical parameter of the winding branch being controlled. After their determination, these parameters are stored in the memory device 7 of the microcontroller 5. Temporal and electrical parameters are thus determined for each winding branch of the asynchronous motor 13.
  • the corresponding temporal and electrical parameters of the winding phases 14, 15 and 16 can also be calculated with the microcontroller 5 using an equation system from the temporal and electrical parameters of the winding branches. If the winding phases of the three-pole asynchronous motor 3 are connected to one another in a delta connection, the step for calculating the parameters of the winding phases is omitted, since in this case one winding branch corresponds to one winding phase.
  • a further allocation table with a number of control and regulating parameter sets and respectively assigned predetermined temporal and / or electrical parameter sets is stored in the microcontroller 5 in the memory device 7, a predetermined temporal and / or electrical parameter set determining an embodiment variant of an asynchronous motor 13 in each case.
  • a previously determined temporal or electrical parameter of the asynchronous motor 13 is compared with the predetermined parameter sets by means of a comparator device of the microcontroller 5 and a closest predetermined parameter set is determined, the temporal or electrical parameters of the asynchronous motor 13 being the temporal or electrical Correspond to parameters of a winding branch or averaged values of the temporal or electrical parameters of all controlled winding branches.
  • the variant of the controlled winding branch results in the following step from the assignment tion table corresponding to the predetermined parameter set and thus also a control parameter set associated with the variant of the asynchronous motor 13 is selected, which is used for the further control and / or regulation of the asynchronous motor 13.
  • a previously measured and stored temporal or electrical parameter of a winding branch with an upper and lower limit value assigned for the respective parameter type i.e. with an assigned tolerance value range for, for example, permissible induction values or permissible resistance values of a winding branch, with a comparison device of the microcontroller 5 compared.
  • the assigned limit values are read out from the memory device 7 using a device of the microcontroller 5 as a function of the previously recognized variant of the asynchronous motor.
  • the comparison device outputs an error value that indicates that the temporal or electrical parameter lies outside its assigned tolerance value range.
  • the error value is used to infer a machine error, an unsuitable operating state of the asynchronous motor 13 or the connected frequency converter circuit 3. Such an operating state occurs, for example, in the event of a short circuit or winding or a short circuit in the winding branch, the respective connecting lines or the power stage 12.
  • the comparison of a temporal or electrical parameter with an assigned limit value is repeated for each winding branch, with each repetition a temporal or electrical parameter of a respective further winding branch being compared with the same upper and lower assigned limit value.
  • all winding branches or winding phases 14, 15 and 16 of the asynchronous motor 13 can be checked for the presence of a machine fault.
  • a machine fault also exists if the parameters of the different winding branches or winding phases 14, 5 and 16 differ too much from one another, that is to say there is a so-called asymmetry.
  • a further temporal current profile 21 the phase vw deviates from the current profile 23 of the phase uw, the current profile 21 being brought about by the voltage pulse sequence 20 when the winding branch of the winding phases 15 and 16 is activated.
  • An alternative step for determining a machine fault is thus possible, in which a comparison of a time or electrical parameter of a first winding branch with a previously determined time or electrical parameter of a second winding branch is carried out by the comparison device of the microcontroller 5.
  • the temporal or electrical parameter of the first winding branch determines a tolerance value range with an upper and lower limit value, the limit values resulting from an amount-related deviation associated with the parameters of the first winding branch
  • the temporal or electrical parameters of the asynchronous motor 13 and also a possible error are determined according to the above steps before each intended actuation of the asynchronous motor 13 to generate a rotating field. This process is repeated continuously, so that in the event of only a temporary error, the error value can be reset if the time or electrical parameters of the asynchronous motor 13 lie within the respectively assigned tolerance value range.
  • Step prevents the output of a voltage pulse sequence or a sequence of a voltage pulse sequence of the power stage 12 to form a rotating field of the asynchronous motor 13, in which the shutdown device causes a reset of the digital outputs 9 if an error was determined in a previous step. Resetting the digital outputs 9 also causes the IGBT's T1 to T6 of the power stage 12 to be switched off and remain switched off as long as there is an error.
  • the voltage pulse sequence for generating a rotating field of the asynchronous motor with a device of the microcontroller 5 is dependent on a temporal and / or electrical parameter of the asynchronous motors 13 determined.
  • the control and regulating parameters selected in a previous step and dependent on the time and / or electrical parameters are used.
  • a mathematical motor or machine model can also be stored in the storage device 7. In such an embodiment, the control and regulation parameters and / or the voltage pulse sequence are calculated using devices of the microcontroller 5 with the mathematical motor model, using in particular the electrical parameters.
  • a predetermined permissible operating temperature value of the asynchronous motor is stored in the memory device 7.
  • an operating temperature value of the asynchronous motor 13 to be expected is calculated using a device of the microcontroller 5 using a further mathematical motor model and the voltage pulse sequence determined in the previous step.
  • the calculated operating temperature is compared with the predetermined operating temperature using a comparison device of the microcontroller 5. If the comparison device indicates that the predetermined operating temperature value is exceeded, then the steps of determining the voltage pulse sequence and comparing whether the predetermined operating temperature is exceeded are repeated until the expected operating temperature value is less than or equal to the predetermined operating temperature value.
  • Such an iterative determination of the voltage pulse sequence also takes into account the amount of overshoot in a next iteration step in the mathematical motor model for determining the voltage pulse sequence.
  • assignment tables with the same effect can also be stored in the memory device 7 in connection with fixed calculation rules.
  • the converter circuit 3 of the exemplary embodiment has a sequence control which controls the method steps described above. This sequence control is integrated in the microcontroller 5. Furthermore, this converter circuit 3 with the sequence control serves to control the above method steps and to control a dynamo-electric machine 13 or an asynchronous motor 13 which drives a drum which is rotatably mounted in the laundry treatment device.
  • the laundry treatment device is preferably a household washing machine or a household clothes dryer.
  • the converter circuit 3 is designed as a frequency converter circuit 3 which controls an asynchronous motor 13.
  • the method according to the invention is also suitable for alternative embodiments.
  • the converter circuit can also be designed as a so-called current converter or direct converter.
  • the method and the converter circuit 3 are also suitable for operating multiphase electronically commutated motors, synchronous motors, so-called switched reluctance motors or motors with permanent magnet excitation.
  • the converter circuit 3 has a microcontroller 5 with an integrated memory device 7.
  • the converter circuit 3 can also have a so-called digital signal processor 5 or a plurality of individual controllers or processors.
  • the devices of the microcontroller 5, for example the memory, comparison device or AD converter can be present in separate modules of the converter circuit that communicate with one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung 3, insbesondere einer pulsweitenmodulierten Frequenz-Umrichterschaltung 3 mit einem Gleichspannungszwischenkreis, die mehrere Wicklungszweige einer mehrphasigen dynamo-elektrische Maschine 13, insbesondere eines dreiphasigen Asynchronmotors 13 eines Wäschebehandlungsgerätes, steuert. Das Verfahren bestimmt ein oder mehrere Parameter der dynamo-elektrischen Maschine 13, bevor eine Erzeugung eines Drehfeldes bei der dynamo-elektrischen Maschine 13 durch die Umrichterschaltung bewirkt wird. An Hand der Parameter kann auf eine Variante der dynamo-elektrischen Maschine 13 geschlossen und der Variante zugeordnete Steuer- und Regelparameter ausgewählt werden. Ebenso sind mit dem Verfahren mittels der Parameter mögliche Maschinenfehler feststellbar. Weiter betrifft die Erfindung ebenfalls eine Umrichterschaltung 3 zum Durchführen des Verfahrens bzw. ein Wäschebehandlungsgerät mit einer Umrichterschaltung 3 zum Steuern einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine 13, die insbesondere eine in dem Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Trommel antreibt.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung einer Waschmaschine oder eines Wäschetrockners
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung, insbesondere einer pulsweitenmodulierten Frequenz-Umrichterschaltung mit einem Gleichspannungszwischenkreis, die mehrere Wicklungszweige einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine, insbesondere eines dreiphasigen Asynchronmotors eines Wäschebehandlungsgerätes, steuert, wobei das Verfahren ein oder mehrere Parameter der dynamo-elektrischen Maschine bestimmt. Weiter betrifft die Erfindung ebenfalls eine Umrichterschaltung zum Durchführen des Verfahrens bzw. ein Wäschebehandlungsgerät mit einer Umrichterschaltung zum Steuern einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine, die insbesondere eine in dem Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Trommel antreibt.
Umrichterschaltungen bzw. Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung, die eine dynamo-elektrische Maschine steuern, sind im Stand der Technik in zahlreichen Ausgestaltungen bekannt. Umrichterschaltungen dienen zum Umwandeln von einer eingangsseitigen ein- oder mehrphasigen Wechselspannung in eine ausgangsseitige ein- oder mehrphasige Wechselspannung, die in Frequenz, Phasenzahl und/oder Amplitude von der eingansseitigen Wechselspannung verschieden ist. Mit Umrichterschaltungen, die die Frequenz der Wechselspannung wandeln können, sogenannte Frequenz-Umrichterschaltungen, können ausgangsseitig beliebige Spannungsfrequenzen und/oder Spannungsamplituden erzeugt werden. Frequenz-Umrichterschaltungen werden auch zur Drehzahlsteuerung von dynamo-elektrischen Maschinen, beispielsweise von dreiphasigen Asynchronmotoren, verwendet. Solche Asynchronmotore sind äußerst wartungsarm, weisen hohe Grenzleistungen auf und können besonders geräuscharm betrieben werden. Wegen dieser Vorteile werden solche drehzahlgeregelten dynamo-elektrischen Maschinen auch in Wäschebehandlungsgeräten, wie Haushaltwaschmaschinen oder Haushaltwäschetrocknern, eingesetzt. Mit solchen Maschinen werden beispielweise eine im Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Wäschetrommel angetrieben. Dabei werden insbesondere pulsweiten- modulierte Frequenz-Umrichterschaltungen zur Steuerung von dreiphasigen Asynchronmotoren verwendet. Solche Frequenz-Umrichterschaltungen weisen in der Regel als Komponente jeweils einen Netzfilter, einen Gleichspannungszwi- schenkreis, eine Leistungsstufe mit einer sogenannten Treiberstufe und einen Mikrokontroller oder einen digitalen Signalprozessor auf. Die Komponenten sind meist auf einer Baugruppe zusammen gefasst, wobei beispielweise der Netzfilter eine separate Baugruppe bilden kann. Neben den vorstehend genannten Komponenten verwenden Umrichterschaltungen zum Steuern und/oder Regeln der dynamo-elektrischen Maschine noch Sensorelemente zur Erfassung von Spannung, Strom und/oder Temperatur der Umrichterschaltung und/oder Einrichtungen zum Erfassen von Parametern der angetriebenen dynamo-elektrischen Maschine. Die Parameter können sich insbesondere bedingt durch eine Erwärmung während des Betriebes der Maschine verändern. Solche Sensorelemente oder solche Einrichtungen sind teilweise integrale Baugruppen der Umrichterschaltung und dienen zum leistungsoptimierten Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine. Mit den erfassten Strom-, Spannungs-, Temperaturwerten und/oder der Maschinenparameter können unter Verwendung von einzelnen Berechnungsvorschriften oder komplexen mathematischen Maschinenmodellen von dem Mikrokontroller oder dem digitalen Signalprozessor Regel- und/oder Steuergrößen bestimmt werden, die in jedem Betriebszustand der Maschine eine leistungsoptimale Ansteuerung der Maschine bewirken.
Bekannte Umrichterschaltungen weisen mitunter technisch komplexen und aufwendigen Aufbau auf und erweisen sich teilweise als störanfällig. Zum Schutz der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine sind weitere Einrichtungen erforderlich, die in Fällen einer Überspannung, einer Übertemperatur, eines Kurz-, Erdungs- und/oder Windungsschlusses der Frequenzumrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine eine Abschaltung der Umrichterschaltung bewirken können. Bei einem Einsatz einer dynamo-elektrischen Maschine mit einer Umrichterschaltung in einem Wäschebehandlungsgerät, insbesondere in einem Haushaltwaschgerät oder in einem Haushaltwäschetrockner, müssen die Schutzeinrichtungen die Einhaltung der Vorschriften der elektrischen internationalen Normen, die für ein Wäschebehandlungsgerät Anwendung finden, sicherstellen. Dabei dürfen auch im Falle von Funktionsstörungen und/oder Fehlern einzelner Komponenten, wie der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine des Wäschebehandlungsgerätes keine Gefährdungen, beispielweise durch übermäßige Bauteilerwärmung, Überströme und Leitungsschlüsse, für den Betreiber des Wäschebe- handlungsgerätes entstehen. Die bisher in Wäschebehandlungsgeräten verwendeten Schutzeinrichtungen bewirken zwar eine zuverlässigen Einhaltung der vorgeschriebenen Normen, aber die Schutzeinrichtungen sind teilweise kostenintensiv oder gewährleisten keinen hinreichenden präventiven Schutz vor einem Bauteildefekt, der eine Reparatur des Wäschebehandlungsgerätes zur Folge hat. Der Erfindung liegt daher in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung bzw. eine Umrichterschaltung zum Durchführen eines Verfahrens, wobei die Umrichterschaltung insbesondere eine dynamo-elektrische Maschine eines Wäschebehandlungsgerätes steuert und/oder regelt, bereitzustellen, bei dem die Parameter der dynamo-elektrischen Maschine mit einfachen und kostengünstigen Mitteln erfassbar sind und mittels dieser Parameter eine leistungsoptimierte Steuerung und/oder Regelung der dynamo-elektrischen Maschine und/oder eine präventive Detektie- rung von Funktionsstörungen und Fehlern der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine erfolgen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. mit der Umrichterschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11 oder mit dem Wäschehandlungsgerät gemäß dem nebengeordneten Anspruch 12 gelöst.
Vorteilhafterweise weist die Umrichterschaltung, die eine mehrphasige dynamo- elektrische Maschine mit mehreren Wicklungszweigen steuert, eine Ablaufsteue- rung auf, die das erfindungsgemäße Verfahren betreibt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, dass mindestens ein Spannungsimpuls oder eine Spannungsimpulsfolge durch eine Leistungsstufe der Umrichterschaltung zur Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges erzeugt wird, wobei durch den Spannungs- impuls oder durch die Spannungsimpulsfolge kein Drehfeld bei der dynamo- elektrischen Maschine erzeugt wird und die Ansteuerung des Wicklungszweiges erfolgt, bevor eine anderweitige Erzeugung eines Drehfeldes der dynamo- elektrischen Maschine durch die Umrichterschaltung bewirkt wird, und dass mindestens ein zeitlicher und/oder elektrischer Parameter der dynamo- elektrischen Maschine während der Ansteuerung durch eine Zeit-, Spannungsund/oder Strommesseinrichtung der Umrichterschaltung bestimmt wird. Durch solche Verfahrensschritte ist vor einem bestimmungsgemäßen Betreiben bzw. jeweiligen Ansteuern der dynamo-elektrischen Maschine, bei dem durch die Umrichterschaltung ein Drehfeldes bei der dynamo-elektrischen Maschine bewirkt wird, mindestens ein zeitlicher und/oder elektrischen Parameter der Maschine bestimmbar. An Hand eines solchen Parameters kann vorteilhafterweise vor einer jeweiligen Ansteuerung der dynamo-elektrischen Maschine eine leistungsoptimale Ansteuerung, die an die jeweils momentane Maschinensituation angepasst ist, präventiv bewirkt werden und ebenfalls kann vor einer Ansteuerung der Maschine eine Funktionsstörung und/oder ein Fehler der beteiligten Komponenten ebenfalls präventiv detektiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mittels einer Strommesseinrichtung der Umrichterschaltung während einer Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges, die kein Drehfeld bei der dynamo-elektrischen Maschine erzeugt, der sich in der Leistungsstufe bzw. in dem jeweils angesteuerten Wicklungszweig der dynamo-elektrischen Maschine ausbildende Strom gemessen. Weiter wird mittels einer Zeitmesseinrichtung der Umrichterschaltung eine Zeitdauer bestimmt, die ab dem Beginn einer solchen Ansteuerung bis zum Erreichen eines vorbestimmten Stromwertes benötigt wird. Eine solche Zeitdauer ist ein zeitlicher Parameter der dynamo-elektrischen Maschine bzw. des angesteuerten Wicklungszweiges der dynamo-elektrischen Maschine. Ein solcher zeitlicher Parameter kann besonders einfach mittels eines MikrokontroIIers oder einem digitalen Signalprozessor, der ohnehin schon meist Bestandteil einer Umrichterschaltung zum Steuern bzw. Regeln der Leistungsstufe ist, bestimmt werden. Somit sind keine weiteren und kostenintensiven Komponenten zur Bestimmung eines Parameters der dynamo-elektrischen Maschine erforderlich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird in einem weiteren Verfahrensschritt die Induktivität, die der angesteuerte Wicklungszweig aufweist, in Abhängigkeit des zeitlichen Parameter bestimmt, wobei eine solche Bestimmung besonders einfach mit einem Mikrokontroller oder mit einem Signalprozessor unter Anwendung einer entsprechenden Zuordnungstabelle oder mittels eines mathematischen Maschinenmodels erfolgen kann. Die Induktivität des Wicklungszweiges stellt einen elektrischen Parameter der dynamo-elektrischen Maschine dar. Insbesondere die Induktivität beeinflusst die Leistungsabgabe der dynamo- elektrischen Maschine. Da die Induktion eines Wicklungszweiges der dynamo- elektrischen Maschine vor einer Ansteuerung der Maschine, bei der ein Drehfeld an der Maschine bewirkt wird, bestimmt wird, können vorteilhaft vor dieser Ansteuerung die Steuer- und Regelparameter in Abhängigkeit von der Induktion angepasst werden. Dadurch kann bei jeder Ansteuerungen zur Erzeugung eines Drehfeldes eine optimale Leistungsausnutzung der dynamo-elektrischen Maschine erreicht werden.
Als einen weiteren elektrischen Parameter der dynamo-elektrischen Maschine lässt sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der elektrische Widerstand eines Wicklungszweiges bestimmen. Dabei enthält die Weiterbildung weiter Schritte zur Bestimmung einer effektiven Spannung und eines maximalen Stromwertes, die sich während einer Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges der dynamo-elektrischen Maschine in der Leistungsstufe der Umrichterschaltung einstellen, wobei eine solche Ansteuerung kein Drehfeld bei der dynamo-elektrischen Maschine erzeugt. Zur Bestimmung der effektiven Spannung werden mit einer Zeit- und/oder Spannungsmesseinrichtung der Umrichterschaltung die Ein- und/oder Ausschaltzeitdauern eines erzeugten Spannungsimpulses oder einer erzeugten Spannungsimpulsfolge und die Amplitude der Spannungsimpulse gemessen. Mit einer Strommesseinrichtung wird der sich in der Leistungsstufe ausbildende Strom und mit einer weiteren Einrichtung der Umrichterschaltung die zeitliche Änderung des Stroms bestimmt. Der maxima- ler Strom ist durch den Stromwert bestimmt, der sich einstellt, wenn sich der Stromwert nicht mehr ändert bzw. die zeitliche Änderung des Stromes einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Der elektrische Widerstand des angesteuerten Wicklungszweiges ergibt sich dann aus der effektiven Spannung und dem maximalen Stromwert. Auch dieses weitergebildete Verfahren lässt sich unter Verwendung einfacher, meist schon vorhandener, Mittel der Umrichterschaltung realisieren. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Umrichterschaltung einen Mikrokontroller oder einen Signalprozessor aufweist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, besteht darin, dass mindestens einer der zeitlichen und/oder elektrischen Parameter der dynamo-elektrischen Maschine mit einer Anzahl vorbestimmter Parameterwerte, die verschiedenen Varianten der dynamo-elektrischen Maschine zugeordnet sind, verglichen wird. An Hand des Vergleiches wird die Variante der dynamo-elektrischen Maschine bestimmt. Weiter erfolgt eine Auswahl von Steuer- und Regelparameter, die der Variante zugeordnet sind, aus einem Satz von Steuer- und Regelparametern für verschiedene Varianten von der dynamo-elektrischen Maschine. Dies ist besonders vorteilhaft, weil somit eine solche Umrichterschaltung für verschiede Varianten der dynamo- elektrischen Maschine verwendbar ist, wobei für die Steuerung und/oder Regelung für jede der Varianten spezielle Steuer- und Regelparameter verwendet werden. Somit kann jede Variante der dynamo-elektrischen Maschine leistungsoptimal durch nur eine Umrichterschaltung angesteuert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beinhaltet weiter Schritte, bei denen mit einer geeigneten Vergleichseinrichtung der Umrichterschaltung mindestens ein zeitlicher und/oder elektrischer Parameter der dynamo-elektπschen Maschine mit einem dem Parameter jeweils zugeordneten Toleranzwertebereich verglichen und somit auf einen Fehler der dynamo-elektrischen Maschine und/oder der Umrichterschaltung geschlossen wird. Der Fehler liegt vor, wenn einer der zeitlichen und/oder elektrischen Parameter von dem jeweiligen Toleranzwertebereich abweicht. Besonders einfach lässt sich diese Weiterbildung in einer Umrichterschaltung mit einem Mikrokontroller oder mit einem Signalprozes- sor umsetzen, da in einem solchen Fall für die Umsetzung der Weiterbildung keine zusätzlichen Bauelemente für die Umrichterschaltung benötigt werden. Da der Fehler vor einer Ansteuerung der dynamo-elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Drehfeldes bei der Maschine bestimmt wird, kann vorteilhaft durch eine Einrichtung der Umrichterschaltung ein Schädigung oder ein Totalausfall der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine präventiv verhindert werden.
Vorteilhafterweise beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren in einer weiteren Weiterbildung einen Schritt, bei dem eine Ausgabe einer Spannungsimpulsfolge der Leistungsstufe der Umrichterschaltung zur Erzeugung eines Drehfeldes der dynamo-elektrischen Maschine mit einer Abschalteinrichtung der Umrichterschaltung verhindert wird, wenn ein Fehler vorliegt. Diese Weiterbildung ist vor allem deshalb besonders günstig, weil diese Weiterbildung einen Ausfall einzelner Komponenten der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine wirksam und zuverlässig vermeiden kann. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass in einem weiteren Schritt eine Spannungsimpulsfolge in Abhängigkeit eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameter bestimmt wird, wobei die Spannungsimpulsfolge von der Leistungsstufe der Umrichterschaltung zur Ausbildung eines Drehfeldes der dynamo-elektrischen Maschine dient. Durch diese spezielle Ausgestaltung kann sehr einfach eine an den momentanen Betriebszustand angepasste und leistungsoptimale Ansteuerung zum Betreiben einer dynamo-elektrischen Maschine bewirkt werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die zeitlichen und/oder elektrischen Parameter sich während des bestimmungsgemäßen Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine ändern können. Vorteilhafterweise kann die Bestimmung der Spannungsimpulsfolge insbesondere bei Umrichterschaltungen mit einem Mikrokontroller oder einem Signalprozessor an Hand einer Zuordnungstabelle und/oder eines mathematischen Maschinenmodells unter Berücksichtigung der zeitlichen und/oder elektrischen Parameter erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, die Induktivität eines oder mehrerer Wicklungszweige als einen elektrischen Parameter zu berücksichtigen, weil die Leistungsabgabe einer dynamo- elektrischen Maschine wesentlich von der Induktivität abhängt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Spannungsimpulsfolge zum Betreiben der dynamo-elektrischen Maschine in Abhängigkeit eines vorbestimmten Betriebstemperaturwertes bestimmt. Somit können bei einer leistungsoptimalen Ansteuerung vorteilhafterweise auch vorgegebene und bekannte Einsatzbedingungen berücksichtigt werden. Weiterhin kann so besonders einfach die Einhaltung von zulässigen Betriebstemperaturen, die unter anderem zur Einhaltung internationaler Normen vorgeschrieben sind, sichergestellt werden. Auch bei dieser speziellen Ausgestaltung wird die Span- nungsimpulsfolge vorzugsweise unter Verwendung einer entsprechenden Zuordnungstabelle und/oder eines mathematischen Maschinenmodells, die Bestandteil eines Mikrokontrollers oder eines Signalprozessors der Umrichterschaltung sind, bestimmt. Somit sind auch bei der Anwendung dieser Weiterbildung keine kostenintensive Komponenten der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine nötigt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält eine Umrichterschaltung mit einer Leistungsstufe, die zur Erzeugung von Spannungsimpulsen und zur Ansteuerung einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine dient, und mit Einrichtungen zum Bestimmen mindestens eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine vorteilhalterweise eine Ablaufsteuerung, die das erfinderische Verfahren und/oder die Weiterbildungen steuert. Die für die Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Ermittlung der zeitlichen und/oder Parameter erforderlichen Einrichtungen der Umrichterschaltung sind einfach und kostengünstig, und sind in der Umrichter- Schaltung leicht integrierbar. Somit ist die Umrichterschaltung besonders preiswert herstellbar.
Im einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält ein Wäschebehandlungsgerät, insbesondere ein Haushaltwaschgerät oder ein Haushaltwäschetrockner, eine Umrichterschaltung der Vorgangs dargestellten Art zum Steuern einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine, die insbesondere eine in dem Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Trommel antreibt. Somit kann vorteilhafterweise ein Wäschebehandlungsgerät kostengünstig mit einer Umrichterschaltung zum Antreiben der Trommel unter Berücksichtigung der Einhaltung der Vorschriften der elektrischen internationalen Normen ausgestattet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und von schematisch dargestellten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Umrichterschaltung, eines Netzfilters und einer dynamo-elektrischen Maschine, Figur 2 - 4 Blockschaltbilder einer Umrichterschaltung, in denen der jeweils angesteuerte Motorwicklungszweig der dynamo-elektrischen Maschine hervorgehoben ist,
Figur 5 einen zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung bei der Ansteuerung eines Motorwicklungszweiges zur Bestimmung eines zeitlichen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine und
Figur 6 einen zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung bei der Ansteuerung eines Motorwicklungszweiges zur Bestimmung eines elektrischen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Umrichterschaltung 3, die zur Ansteuerung einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine 13 dient, wobei die Umrichterschaltung als eine Frequenz-Umrichterschaltung 3 und die dynamo-elektrische Maschine 13 als ein dreiphasigen Asynchronmotor 3 ausgebildet ist. Im weiteren wird bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels die Umrichterschaltung 3 mit Frequenz-Umrichterschaltung 3 und die dynamo-elektrische Maschine 13 als Asynchronmotor 13 bezeichnet. Die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf eine solche spezielle Ausführung, die Umrichterschaltung 3 und die dynamo-elektrische Maschine können auch anderer Art sein.
Der Asynchronmotor 13 treibt eine in einem Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Trommel an. Die Wicklungsstränge 14, 15 und 16 des Asynchronmotors sind in einer sogenannten Sternschaltung miteinander verbunden. Andere Schaltungsausführungen der Wicklungsstränge, wie beispielsweise eine sogenannte Dreiecksschaltung, sind ebenfalls möglich.
Die Frequenz-Umrichterschaltung 3 ist in einer Baugruppe zusammengefasst und beinhaltet zur Bildung eines sogenannten Gleichspannungszwischenkreises mindestens eine Gleichrichterschaltung 2, die ausgangsseitig mit einer Leistungsstufe 12 verbunden ist. Weiter beinhaltet die Frequenz-Umrichterschaltung 3 einen Mikrokontroller 5, der mindestens Analog-Digital-Signalwandler 6 und 8, sogenannte AD-Wandler, digitale Ausgänge 9, die mit einer sogenannten Treiberstufe 10 verbunden sind, und eine Speichereinrichtung 7 enthält. Eingangseitig ist die
Gleichrichterschaltung 2 mit einem einphasigen Netzfilter 1 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Netzfilter 1 als ein von der Frequenz-Umrichterschaltung getrenntes Bauelement ausgeführt, wobei eine Integration auch einzelner Bauelemente des Netzfilters 1 in der Frequenz-Umrichterschaltung 3 möglich ist.
Weiter enthält die Frequenz-Umrichterschaltung 3 einen Spannungsteiler 4, der in Verbindung mit dem AD-Wandler 6 eine Spannungsmesseinrichtung darstellt, und über einen sogenannten Shunt-Widerstand 11 , der in Verbindung mit dem AD- Wandler 8 als eine Strommesseinrichtung dient. Eine Zeitmesseinrichtung ist in Verbindung einer entsprechenden Ablaufsteuerung durch den Mikrokontrollers 5 darstellbar, da der Mikrokontroller 5 über Einrichtungen zur Erzeugungen eines Zeittaktes und zur Auswertung von Ereignissen bzw. Interrupts verfügt.
Die Treiberstufe 10 ist ausgangsseitig mit den Hochleistungstransistoren (sogenannte IGBT's, Insulated Gate Bipolar Transistor) T1 bis T6 der Leistungsstufe 12 verbunden. Mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 und mittels der Treiberstu- fe 10 können die IGBT's T1 bis T6 einzeln geschaltet werden, so dass an den Phasen uv, uw und vw, die sich durch jeweils zwei geschaltete Ausgänge u und v, u und w oder v und w der Frequenz-Umrichterschaltung 3 ergeben, ein pulswei- tenmodulierter Spannungsimpuls oder eine pulsweitenmodulierte Spannungsim- pulsfolge unterschiedlicher Polarität erzeugbar ist. Dabei weist jeder Spannungsimpuls die Spannung Uzwk des Gleichspannungszwischenkreises auf und die effektive Spannung der Spannungsimpulsfolge ergibt sich aus den Ein- und Ausschaltdauem der einzelnen Spannungsimpulse und der Zwischenkreisspan- nung Uzwk. Die Ausgänge u, v und w der Frequenz-Umrichterschaltung 3 sind mit den
Wicklungssträngen 14, 15 und 16 eines Stators des Asynchronmotors 13 verbunden. Die beim Betrieb der Frequenz-Umrichterschaltung 3 vorhandene Zwischen- kreisspannung UZWk wird mit der Spannungsmesseinrichtung der Frequenz- Umrichterschaltung 3 bestimmt. Die Ansteuerung einzelner Wicklungszweige des Stators des Asynchronmotors 13 ist in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, wobei zur Ansteuerung eines Wicklungszweiges, der aus den Wicklungssträngen 14 und 16 besteht, bzw. der Phase uw (Strompfad 17) die IGBT's T1 und T6 eingeschaltet werden. Der sich im Gleichspannungszwischenkreis ausbildende Strom wird mit der Strommesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 bestimmt. Entsprechend werden zur Ansteuerung des aus den Wicklungssträngen 14 und 15 bestehenden Wicklungszweiges bzw. der Phase uv (Strompfad 18) die IGBT's T1 und T4 und entsprechend zur Ansteuerung des aus den Wicklungssträngen 15 und 16 bestehenden Wicklungszweiges bzw. der Phase vw (Strompfad 19) die IGBT's T3 und T6 eingeschaltet. Der bei der Ansteuerung dieser Wicklungszweige ausbildende Strom wird auch mit der Strommesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 bestimmt. Zur Ansteuerung der Wicklungszweige mit einer entgegensetzten Spannungspolarität bzw. Stromrichtung werden statt der IGBT's T1 und T6 die IGBT's T2 und T5, statt der IGBT's T1 und T4 die IGBT's T2 und T3 bzw. statt der IGBT's T3 und T6 die IGBT's T4 und T5 eingeschaltet. Durch eine geeignete und im Stand der Technik bekannte Abfolge der Ansteuerung der IGBT's werden Spannungsimpulsfolgen der Art erzeugt, das sich bei dem Asynchronmotor 13 ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird, wodurch in kurzgeschlossenen Wicklungssträngen des Rotors des Asynchronmotors 13 eine Spannung induziert bzw. ein Magnetfeld an dem Rotor erzeugt und letztlich eine Drehung des Rotors bewirkt wird. Die Drehrichtung des Rotor hängt von der jeweiligen Stromrichtung in den Wicklungszweigen des Stators des Asynchronmotors 13 ab.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden, bevor eine Abfolge von Spannungs- impulsfolgen in den Phasen uv, uw, vw zur Erzeugung eines Drehfeldes bei dem Asynchronmotor 13 durch die Frequenz-Umrichterschaltung 3 erfolgt, zeitliche und elektrische Parameter des Asynchronmotors 13 ermittelt, um einerseits die Variante des angeschlossenen Asynchronmotors 13 und somit die der Variante zugeordneten Steuer- und Regelparameter auszuwählen bzw. die Steuer- und Regelparameter an den aktuellen Betriebszustand des Asynchronmotors 13 anzupassen oder um eine Motorstörung bzw. einen Motorfehler festzustellen, damit eine nachfolgende Ansteuerung des Asynchronmotors 13 unterbunden werden kann. Dazu wird in einem ersten Schritt mit der Leistungsstufe 12 in Verbindung mit dem Mikrokontroller 5 und der Treiberstufe 10 eine Spannungsim- pulsfolge 20 oder 24 in der Phase uw bzw. in den Wicklungssträngen 14 und 16 des Asynchronmotors 13 erzeugt, in dem die IGBT's T1 und T6 der Leistungsstufe gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. Da die weiteren IGBT's ausgeschaltet bleiben, wird während der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge 20 oder 24 kein Drehfeld bei dem Asynchronmotor 13 und somit wird auch keine Drehung des Rotors des Asynchronmotors 13 bewirkt. Durch die Spannungsimpulse der
Spannungsimpulsfolge 20 bildet sich ein Strom 23 in den Wicklungssträngen 14 und 16 aus. Ein solcher zeitlicher Stromverlauf ist in Figur 5 dargestellt. Dabei ist der zeitliche Stromverlaufes 23 maßgeblich von der Induktivität der angesteuerten Wicklungsstränge 14 und 16 abhängig. Der Stromwert steigt während eines Spannungsimpulses bzw. einer Einschaltphase der IGBT's T1 und T6 an und fällt zwischen zwei Spannungsimpulsen bzw. während der Ausschaltphasen leicht ab, wobei der Anstieg stärker ausgeprägt ist als der Abfall. Da während einer solchen Ansteuerung des Wicklungszweiges 14 und 16 der Rotor der Asynchronmotors 13 nicht in Drehung versetzt wird, wird vorteilhafterweise keine sogenannte Gegenspannung in den Wicklungssträngen 14 und 16 induziert. Der Stromverlauf 23 wird also nicht durch die Gegenspannung beeinflusst. Somit eignet sich gerade eine solche Ansteuerungsart zur Bestimmung eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameters des Asynchronmotors 13, der in einem weiteren Schritt mit der Zeitmesseinrichtung des Mikrokontrollers 5, mit der Strom- und/oder Spannungsmesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 bestimmt wird. Ein solcher Schritt zur Bestimmung eines Parameter des Asynchronmotors 13 beinhaltet einen Schritt, bei dem der sich in der Phase uw ausbildende Strom mit der Strommesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 gemessen wird. Der gemessene Strom wird kontinuierlich mit einem vorbestimmten Stromgrenzwert lumit, der in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers gespeichert ist, verglichen. Die dafür benötigte Vergleichseinrichtung ist integraler Bestandteil des Mikrokontrollers 5. Mit der Zeitmesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 bzw. des Mikrokontrollers 5 wird in einem weiteren Schritt die Zeitdauer vom Beginn to der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge bis zum Zeitpunkt tu bestimmt, bei dem der in der Phase uw ausbildende Strom den vorbestimmten Stromgrenzwertes imit erreicht. Die Zeitdauer (tuw - 10) wird in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers 5 gespeichert und stellt einen zeitlichen Parameter des Wicklungszweiges der Wicklungsstränge 14 und 16 bzw. des Asynchronmotors 13 dar.
Im Mikrokontroller 5 ist eine Zuordnungstabelle mit einer Anzahl von Induktivitäts- werten und jeweils zugeordneten vorbestimmten Zeitdauern in der Speichereinrichtung 7 gespeichert. Die ermittelte Zeitdauer (tuw - 10) des angesteuerten Wicklungszweiges mit den Wicklungssträngen 14 und 16 wird in einem folgenden Schritt mit den vorbestimmten Zeitdauern verglichen und eine Zeitdauer aus den vorbestimmten Zeitdauern bestimmt, die nächstliegend zur gemessenen Zeitdauer ist. Der Wert der Induktivität des angesteuerten Wicklungszweiges ergibt sich aus der Zuordnungstabelle entsprechend der vorbestimmten Zeitdauer und der Wert der Induktivität wird in der Speichereinrichtung 7 gespeichert. Eine solche Induktivität stellt einen elektrischen Parameter des angesteuerten Wicklungszweiges bzw. des Asynchronmotors 13 dar. Zur Ermittlung eines weiteren elektrischen Parameters des angesteuerten Wicklungszweiges der Wicklungsstränge 14 und 16 bzw. des Asynchronmotors 13 weist das Verfahren in einer alternativen Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels einen Schritt auf, bei dem eine Spannungsimpulsfolge 24 mit der Leistungsstufe 12 in Verbindung mit dem Mikrokontroller 5 und der Treiberstufe 10 in der Phase uw erzeugt wird, in dem die IGBT's T1 und T6 der Leistungsstufe gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. Die weiteren IGBT's bleiben ausgeschaltet, daher wird während der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge 24 kein Drehfeld bei dem Asynchronmotor 13 bewirkt. Der sich während der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge 24 ausbildende zeitliche Stromverlauf 25 ist in Figur 6 dargestellt. Wie auch bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Spannungsimpulsfolge 24 erzeugt, bevor eine anderweitige Erzeugung eines Drehfeldes am Asynchronmotor 13 durch die Frequenz-Umrichterschaltung bewirkt wird. Während der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge 24 wird die effektive Spannung UΘff, die durch die Leistungsstufe 12 der Frequenz-Umrichterschaltung 3 erzeugt wird, in einem weiteren Schritt bestimmt, indem die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises U2Wk mit der Spannungsmesseinrichtung der Frequenz- Umrichterschaltung 3 und die Einschaltdauer dtΘin und/oder Ausschaltdauern dtaUs der Spannungsimpulse mit der Zeitmesseinrichtung des Mikrokontrollers 5 gemessen werden. Die effektive Spannung Ueff wird dann vom Mikrokontroller 5 gemäß der nachstehenden Formel berechnet:
In einem folgenden Verfahrensschritt wird der sich in der Phase uw bzw. in dem angesteuerten Wicklungszweig ausbildende Strom mit der Strommesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 gemessen und mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 gemittelt. In einem weiteren Schritt wird die Änderung des mittleren Stromes ΔI an Hand zweier jeweils aufeinanderfolgenden mittlerer Stromwerte In und In+ι, die an den Zeitpunkten tn und tn+ι bestimmt worden sind, berechnet, dabei gilt:
Λ T — +1 _ n+l *n
In einem weiteren Schritt wird ein maximaler Stromwert Imax des Stromverlaufes 25 bestimmt, bei dem der in der Phase uw ausbildende Strom sich nicht mehr ändert. Dazu wird der Wert der Änderung des Stromes ΔI mit einem vorbestimmten Grenzwert, der in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers 5 gespeichert ist, kontinuierlich mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 verglichen, bis die
Änderung des Stromes ΔI den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Der letzte bestimmte mittlere Stromwert ln+1 ergibt den maximalen Stromwert Imax.
Der Widerstand R des angesteuerten Wicklungszweiges wird in einem anschließenden Schritt mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 aus der effektiven Spannung Uer und dem maximalen Stromwert Imax gemäß der nachstehenden Vorschrift berechnet:
R = υ" I max
Der berechnete Widerstand R ist ein elektrischer Parameter des Wicklungszweiges mit den Wicklungssträngen 14 und 16 bzw. des Asynchronmotors 13 und wird in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers 5 gespeichert.
Nachdem zeitliche und elektrische Parameter des Asynchronmotors 13 eines Wicklungszweiges bestimmt wurden, werden die vorstehend dargestellten Schritte wiederholt, wobei bei einer ersten Wiederholung eine Spannungsimpulsfolge mit der Leistungsstufe 12 in der Phase uv bzw. in den Wicklungssträngen 14 und 15 des Asynchronmotors 13 erzeugt wird, in dem die IGBT's T1 und T4 der Leistungsstufe gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden und die anderen IGBT's ausgeschaltet sind. In einer zweiten Wiederholung aller vorstehenden Schritte wird eine Spannungsimpulsfolge mit der Leistungsstufe 12 in der Phase vw bzw. in den Wicklungssträngen 15 und 16 des Asynchronmotors 13 erzeugt, in dem die IGBT's T3 und T6 der Leistungsstufe gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden und die jeweils anderen IGBT's wiederum ausgeschaltet sind. Jede Wiederholung beinhaltet die vorstehenden Schritte zur Bestimmung eines zeitlichen und elektrischen Parameters des jeweils angesteuerten Wicklungszweiges. Diese Parameter werden nach deren Ermittlung in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers 5 gespeichert. Somit sind zeitliche und elektrische Parameter für jeden Wicklungs- zweig des Asynchronmotors 13 bestimmt. In einem nachfolgenden Schritt können auch die entsprechenden zeitlichen und elektrischen Parameter der Wicklungsstränge 14, 15 und 16 mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 unter der Verwendung eines Gleichungssystems aus den zeitlichen und elektrischen Parametern der Wicklungszweige berechnet werden. Wenn die Wicklungsstränge des dreipoligen Asynchronmotors 3 in einer Dreiecksschaltung miteinander verbunden sind, entfällt der Schritt zur Berechnung der Parameter der Windungsstränge, da in diesem Fall ein Wicklungszweig einem Wicklungsstrang entspricht.
Im Mikrokontroller 5 ist eine weitere Zuordnungstabelle mit einer Anzahl von Steuer- und Regelparametersätzen und jeweils zugeordneten vorbestimmten zeitlichen und/oder elektrischen Parametersätzen in der Speichereinrichtung 7 gespeichert, wobei jeweils ein vorbestimmter zeitlicher und/oder elektrischer Parametersatz eine Ausführungsvariante eines Asynchronmotors 13 bestimmt. Zur Bestimmung der Ausführungsvariante wird in einem weiteren Verfahrensschritt ein zuvor ermittelter zeitlicher oder elektrischer Parameter des Asynchronmotors 13 mit den vorbestimmten Parametersätzen mittels einer Vergleichereinrichtung des Mikrokontrollers 5 verglichen und ein nächstliegender vorbestimmter Parametersatz bestimmt, wobei die zeitlichen oder elektrischen Parameter des Asynchronmotors 13 den zeitlichen oder elektrischen Parametern eines Wicklungszweiges bzw. gemittelten Werten der zeitlichen oder elektrischen Parameter aller angesteuerten Wicklungszweige entsprechen. Die Ausführungsvariante des angesteuerten Wicklungszweiges ergibt sich im folgenden Schritt aus der Zuord- nungstabelle entsprechend dem vorbestimmten Parametersatz und somit wird auch ein der Variante des Asynchronmotors 13 zugeordneter Steuer- und Regelparametersatz ausgewählt, der für die weitere Steuerung und/oder Regelung des Asynchronmotors 13 verwendet wird. In einem weiteren Schritt wird ein zuvor gemessener und gespeicherter zeitlicher oder elektrischer Parameter eines Wicklungszweiges mit einem oberen und unteren für die jeweilige Parameterart zugeordneten Grenzwert, also mit einem zugeordneten Toleranzwertebereich für beispielsweise zulässige Induktionswerte oder zulässige Widerstandswerte eines Wicklungszweiges, mit einer Vergleichs- einrichtung des Mikrokontrollers 5 verglichen. Die zugeordneten Grenzwerte werden mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 in Abhängigkeit der zuvor erkannten Variante des Asynchronmotors aus der Speichereinrichtung 7 ausgelesen. In einem folgenden Schritt gibt die Vergleichseinrichtung einen Fehlerwert aus, der anzeigt, dass der zeitliche oder elektrische Parameter außerhalb seines zugeordneten Toleranzwertebereiches liegt. An Hand des Fehlerwertes wird auf einen Maschinenfehler, auf einen ungeeigneten Betriebszustand des Asynchronmotors 13 oder der angeschlossenen Frequenz-Umrichterschaltung 3 gefolgert. Ein solcher Betriebszustand tritt beispielsweise bei einem Windungs-, Wicklungs- schluss oder bei einem Kurzschluss des Wicklungszweiges, der jeweiligen Anschlussleitungen oder der Leistungsstufe 12 auf. Der Vergleich eines zeitlichen oder elektrischen Parameters mit einem zugeordneten Grenzwert wird für jeden Wicklungszweig wiederholt, wobei bei jeder Wiederholung ein zeitlicher oder elektrischer Parameter eines jeweils weiteren Wicklungszweiges mit dem selben oberen und unteren zugeordneten Grenzwert verglichen wird. Somit können alle Wicklungszweige bzw. Wicklungsstränge 14, 15 und 16 des Asynchronmotors 13 auf Vorhandensein eines Maschinenfehlers geprüft werden.
Ein Maschinenfehler liegt auch vor, wenn die verschiedenen Wicklungszweige bzw. Wicklungsstränge 14, 5 und 16 in ihren Parametern zu sehr voneinander abweichen, also eine sogenannte Unsymmetrie vorliegt. Ein solcher Fall ist in Figur 5 dargestellt, bei dem beispielsweise ein weiterer zeitlicher Stromverlauf 21 der Phase vw von dem Stromverlauf 23 der Phase uw abweicht, wobei der Stromverlauf 21 durch die Spannungsimpulsfolge 20 bei einer Ansteuerung des Wicklungszweiges der Wicklungsstränge 15 und 16 bewirkt wird. Somit ist ein alternativer Schritt zur Bestimmung eines Maschinenfehlers möglich, in dem ein Vergleich eines zeitlichen oder elektrischen Parameters eines ersten Wicklungszweigs mit einem zuvor ermittelten zeitlichen oder elektrischen Parameter eines zweiten Wicklungszweiges durch die Vergleichseinrichtung des Mikrokontrollers 5 durchgeführt wird. In einem solchen Fall bestimmt der zeitliche oder elektrische Parameter des ersten Wicklungszweiges einen Toleranzwertebereich mit einem oberen und unteren Grenzwert, wobei die Grenzwerte sich aus einer den Parameter des ersten Wicklungszweiges zugeordneten betragsmäßigen Abweichung ergiben
Die zeitlichen oder elektrischen Parameter des Asynchronmotors 13 und auch ein möglicher Fehler werden gemäß der vorstehenden Schritte vor jeder bestim- mungsgemäßen Ansteuerung des Asynchronmotors 13 zur Erzeugung eines Drehfeldes bestimmt. Dieser Vorgang wird kontinuierlich wiederholt, so dass im Falle eines nur temporären Fehlers der Fehlerwert rücksetzbar ist, wenn die zeitlichen oder elektrischen Parameter des Asynchronmotors 13 innerhalb des jeweils zugeordneten Toleranzwertebereiches liegen. Mit einer Abschalteinrichtung des Mikrokontrollers 5 wird in einem folgenden
Schritt die Ausgabe einer Spannungsimpulsfolge bzw. eine Abfolge einer Spannungsimpulsfolge der Leistungsstufe 12 zur Ausbildung eines Drehfeldes des Asynchronmotors 13 verhindert, in dem die Abschalteinrichtung ein Rücksetzen der digitalen Ausgänge 9 bewirkt, wenn in einem vorangegangenen Schritt ein Fehler bestimmt wurde. Das Rücksetzen der digitalen Ausgänge 9 bewirkt weiter, dass die IGBT's T1 bis T6 der Leistungsstufe 12 ausgeschaltet werden und ausgeschaltet bleiben, solange ein Fehler vorliegt.
In einem weiteren Schritt wird die Spannungsimpulsfolge zur Erzeugung eines Drehfeldes des Asynchronmotors mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 in Abhängigkeit eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameters des Asynchron- motors 13 bestimmt. Dazu werden die in einem vorangegangenen Schritt ausgewählten und von dem zeitlichen und/oder elektrischen Parameter abhängigen Steuer- und Regelparameter verwendet. In einer alternativen Ausgestaltungsform kann auch in der Speichereinrichtung 7 ein mathematisches Motor- bzw. Maschinenmodel hinterlegt sein. Unter Verwendung insbesondere der elektrischen Parameter werden in einer solchen Ausführung durch Einrichtungen des Mikrokontrollers 5 mit dem mathematischen Motormodell die Steuer- und Regelparameter und/oder die Spannungsimpulsfolge berechnet.
Weiter ist in der Speichereinrichtung 7 ein vorbestimmter zulässiger Betriebstem- peraturwert des Asynchronmotors gespeichert. In einem folgenden Schritt wird mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 unter Verwendung eines weiteren mathematischen Motormodells und der im vorangegangenen Schritt bestimmten Spannungsimpulsfolge ein zu erwartender Betriebstemperaturwert des Asynchronmotors 13 berechnet. Mit einer Vergleichseinrichtung des Mikrokontrollers 5 wird die berechnete Betriebstemperatur mit der vorbestimmten Betriebstemperatur verglichen. Wenn die Vergleichseinrichtung anzeigt, dass der vorbestimmte Betriebstemperaturwert überschritten wird, dann werden die Schritte der Bestimmung der Spannungsimpulsfolge und des Vergleiches auf Überschreitung der vorbestimmten Betriebstemperatur solange wiederholt, bis der zu erwartende Betriebstemperaturwert kleiner gleich dem vorbestimmten Betriebstemperaturwert ist. Bei einer solchen iterativen Bestimmung der Spannungsimpulsfolge wird auch der Betrag der Überschreitung bei einem nächsten Iterationsschritt in dem mathematischen Motormodell zur Bestimmung der Spannungsimpulsfolge berücksichtigt. In einer alternativen Ausgestaltung können statt der mathematischen Motormodelle auch gleichwirkende Zuordnungstabellen in Zusammenhang mit festgelegten Rechenregeln in der Speichereinrichtung 7 hinterlegt sein.
Die Umrichterschaltung 3 des Ausführungsbeispiels verfügt über eine Ablaufsteuerung, die die vorstehend dargestellten Verfahrensschritte steuert. Diese Ablaufsteuerung ist in dem Mikrokontroller 5 integriert. Weiter dient diese Umrichterschaltung 3 mit der Ablaufsteuerung zum Steuern der vorstehenden Verfahrensschritte und zum Steuern einer dynamo-elektrischen Maschine 13 bzw. eines Asynchronmotors 13, der eine in dem Wäschebehandlungsgerät drehbargelagerte Trommel antreibt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wäschebehandlungsgerät um eine Haushaltwaschmaschine oder einen Haushaltwäschetrockner.
Im vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Umrichterschaltung 3 als eine Frequenz-Umrichterschaltung 3, die einen Asynchronmotor 13 steuert, ausgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für alternative Ausführungsformen geeignet. So kann die Umrichterschaltung auch als ein sogenannter Stromumrichter oder Direktumrichter ausgeführt sein. Ebenso eignen sich das Verfahren und die Umrichterschaltung 3 zum Betreiben von mehrphasigen elektronisch kommmutierten Motoren, Synchronmotoren, sogenannten Switched Reluctance Motoren oder permanentmagneterregten Motoren. In dem Ausführungsbeispiel verfügt die Umrichterschaltung 3 über einen Mikrokontroller 5 mit einer integrierten Speichereinrichtung 7. In alternativen Ausgestaltungen kann die Umrichterschaltung 3 auch einen sogenannten digitalen Signalprozessor 5 oder eine Mehrzahl einzelner Kontroller bzw. Prozessoren aufweisen. Dabei können die Einrichtungen des Mikrokontrollers 5, beispielweise die Spei- eher-, Vergleichseinrichtung oder AD-Wandler, in separaten miteinander kommunizierenden Baugruppen der Umrichterschaltung vorhanden sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung (3), insbesondere einer pulsweitenmodulierten Frequenzumrichterschaltung mit einem Gleichspannungszwischenkreis, die mehrere Wicklungszweige einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine (13), insbesondere eines dreiphasigen Asynchronmotors (13) eines Wäschebehandlungsgerätes, steuert, wobei das Verfahren ein oder mehrere Parameter der dynamo-elektrischen Maschine bestimmt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Erzeugen mindestens eines Spannungsimpulses oder einer Spannungsimpulsfolge durch eine Leistungsstufe (12) der Umrichterschaltung (3) für eine Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges der dynamo-elektrischen Maschine (13), wobei durch den Spannungsimpuls oder die Spannungsimpulsfolge kein Drehfeld bei der dynamo-elektrischen Maschine (13) erzeugt wird, wobei der Spannungsimpuls oder die Spannungsimpulsfolge erzeugt wird, bevor eine anderweitige Erzeugung eines Drehfeldes der dynamo- elektrischen Maschine (13) durch die Umrichterschaltung (3) bewirkt wird, und b) Bestimmen mindestens eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine (13) während der Ansteuerung durch eine Zeit-, Spannungs- und/oder Strommesseinrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere durch einen Mikrokontroller (5) oder einen Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3) in Verbindung mit mindestens einem Wandler (6, 8) zum Erfas- sen von Strom und/oder Spannung bzw. einer Zeiterfassungseinrichtung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) die folgenden Schritte aufweist: a) Messen eines Stromes, der sich während der Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges in der Leistungsstufe (12) ausbildet, mit der Strommesseinrichtung der Umrichterschaltung (3) und b) Bestimmen einer Zeitdauer, die mit der Ansteuerung beginnt und mit dem Erreichen eines vorbestimmten Stromwertes endet, mit der Zeitmesseinrichtung der Umrichterschaltung (3), wobei die Zeitdauer ein zeitlicher Parameter der dynamo-elektrischen Maschine (13) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen weiteren folgenden Schritt, nämlich:
Bestimmen einer Induktivität, die ein angesteuerter Wicklungszweig aufweist, mit einer Einrichtung der Umrichterschaltung (3) in Abhängigkeit des zeitlichen Parameters, insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung unter Verwendung einer Zuordnungstabelle und/oder eines mathematischen Maschinenmodells, wobei die Induktivität ein elektrischer Parameter der dynamo-elektrischen Maschine (13) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) die folgenden Schritte aufweist: a) Bestimmen einer effektiven Spannung, die während der Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges von der Leistungsstufe (12) der Umrichterschaltung (3) erzeugt wird, mit der Zeit- und/oder der Spannungsmesseinrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3), mit dem Ein- und/oder Ausschaltzeitdauern des Spannungsimpulses oder der Spannungsimpulse bestimmt werden, b) Messen eines Stromes, der während der Ansteuerung des Wicklungszweiges durch die Leistungsstufe (12) der Umrichterschaltung (3) fließt, mit der Strommesseinrichtung der Umrichterschaltung (3), c) Bestimmen einer zeitlichen Änderung des Stromes, mit der sich der Strom während der Ansteuerung verändert, mit einer Einrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3), d) Bestimmen eines maximalen Stromwertes, bei dem die Änderung des Stromes einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, mit einer Einrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3), und e) Bestimmen eines Widerstandes des angesteuerten Wicklungszweiges, der sich aus der effektiven Spannung und aus dem maximalen Strom ergibt, mit einer Einrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3), wobei der Widerstand des angesteuerten Wicklungszweiges ein elektrischer Parameter der dynamo- elektrischen Maschine (13) ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte: a) Wiederholen der Erzeugung mindestens eines Spannungsimpulses oder einer Spannungsimpulsfolge durch die Leistungsstufe (12) der Umrichterschaltung (3) für die mindestens einmalige Ansteuerung aller Wicklungszweige der dynamo-elektrischen Maschine (13), wobei durch den Spannungsimpuls oder die Spannungsimpulsfolge kein Drehfeld bei der dynamo-elektrischen Maschine (13) erzeugt wird, und b) Bestimmen mindestens eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine (13) für jeden Wicklungszweig nach einem der vorstehenden Ansprüche.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen weiteren folgenden Schritt, nämlich: a) Vergleichen von mindestens einem der zeitlichen und/oder elektrischen Parameter der dynamo-elektrischen Maschine (13) mittels einer Vergleichseinrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder Signalprozessor (5), mit einer Anzahl vorbestimmter Parameterwerte, wobei die vorbestimmten Parameterwerte verschiedenen Varianten der dynamo-elektrische Maschine (13) zugeordnet sind, und b) Bestimmen der Variante der dynamo-elektrischen Maschine (13) mittels der Vergleichseinrichtung und Auswahl von der Variante zugeordneten Regel- und/oder Steuerparameter.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte: a) Vergleichen von mindestens einem zeitlichen und/oder einem elektrischen Parameter der dynamo-elektrischen Maschine (13) mit ei- nem jeweils dem Parameter zugeordneten Toleranzwertebereich mit einer Vergleichseinrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3), und b) Bestimmen eines Fehlers, insbesondere eines Maschinenfehlers, wie eines Windungs- und/oder eines Erdungsschlusses des jeweils angesteuerten Wicklungszweiges, eines ungeeigneten Betriebszustands der dynamo-elektrischen Maschine (13) und/oder eines Fehlers der angeschlossenen Umrichterschaltung (3), mit der Vergleichseinrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3), wenn einer der Parameter von dem jeweiligen Toleranzwertebereich abweicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen weiteren folgenden Schritt, nämlich:
Verhindern einer Ausgabe einer Spannungsimpulsfolge der Leistungsstufe (12) der Umrichterschalter (3) zur Ausbildung eines Drehfeldes der dynamo-elektrischen Maschine (12), wenn einer der Fehler vorliegt, durch eine Abschalteinrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere durch einen Mikrokontroller (5) oder einen Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen weiteren folgenden Schritt, nämlich:
Bestimmen einer Spannungsimpulsfolge, die von der Leistungsstufe (12) der Umrichterschaltung (3) zur Ausbildung eines Drehfeldes der dynamo-elektrischen Maschine (13) erzeugt wird, mit einer Einrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokon- troller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3) unter Verwendung einer Zuordnungstabelle und/oder eines mathematischen Maschinenmodells, wobei die Spannungsimpulsfolge abhängig von mindestens einem der bestimmten Parameter ist, insbesondere von der Induktivität der Wicklungszweige.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen weiteren folgenden Schritt, nämlich:
Bestimmen der Spannungsimpulsfolge mit einer Einrichtung der Umrichterschaltung (3), insbesondere mit einem Mikrokontroller (5) oder einem Signalprozessor (5) der Umrichterschaltung (3) unter Verwendung einer Zuordnungstabelle und/oder eines mathematischen Maschinenmodells, wobei die Spannungsimpulsfolge abhängig von einem vorbestimmtem Betriebstemperaturwert der dynamo- elektrischen Maschine (13) ist.
11. Umrichterschaltung (3) mit einer Leistungsstufe (12) zum Erzeugen von Spannungsimpulsen, insbesondere mit einer Gleichspannungs- zwischenkreisschaltung, zur Ansteuerung einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine (13), insbesondere eines dreiphasigen Asynchronmotors (13), mit mindestens einer Spannungs- und/oder Strommesseinrichtung der elektrischen Ausgangsgrößen der Umrichterschaltung (3) und mit mindestens einer Einrichtung zum Bestimmen mindestens eines zeitlichen und/oder eines elektrischen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine (13) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichterschaltung (3) eine Ablaufsteuerung enthält, die mindestens ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche steuert.
2. Wäschebehandlungsgerät, insbesondere Haushaltwaschgerät oder Haushaltwäschetrockner, mit einer Umrichterschaltung (3) zum Steuern einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine (13), die insbesondere eine in dem Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Trommel antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichterschaltung (3) gemäß Anspruch 11 ausgebildet ist.
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