EP2534752A2 - Verfahren und steuergerät zur bestimmung einer stärke eines magnetisierungsstromes für einen asynchronmotor - Google Patents

Verfahren und steuergerät zur bestimmung einer stärke eines magnetisierungsstromes für einen asynchronmotor

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Publication number
EP2534752A2
EP2534752A2 EP11704718A EP11704718A EP2534752A2 EP 2534752 A2 EP2534752 A2 EP 2534752A2 EP 11704718 A EP11704718 A EP 11704718A EP 11704718 A EP11704718 A EP 11704718A EP 2534752 A2 EP2534752 A2 EP 2534752A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
asynchronous motor
current
characteristic
magnetizing current
magnetizing
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Withdrawn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
EP11704718A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jean-Claude Tchouente
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2534752A2 publication Critical patent/EP2534752A2/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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

  • Control device according to claim 9 and a computer program product according to claim 10.
  • asynchronous machines also referred to as asynchronous motors
  • asynchronous motors are often used because of the overwhelming advantages.
  • these asynchronous machines require a partially difficult control, especially during commissioning, in particular, a sensorless due to the high efficiency of the market is particularly in demand.
  • a magnetization of this motor or machine is required in advance.
  • Other approaches to the physical determination of the operating point of an asynchronous motor are not known.
  • Magnetizing current of an induction motor to create This object is achieved by a method according to claim 1, a control device according to claim 9 and a computer program product according to claim 10.
  • the present invention provides a method of determining a magnitude of a magnetizing current for an asynchronous motor, the method comprising the steps of:
  • the present invention also provides a control device which is adapted to the. To carry out or implement steps of the method according to the invention.
  • the present invention provides a control apparatus for determining a
  • a memory unit which is designed to provide an asynchronous motor-individual characteristic, wherein the characteristic is a connection of the Represents magnetization flux for a winding of the asynchronous motor at a predetermined magnetizing current;
  • a determining unit for determining a current of a
  • Asynchronous motor-individual characteristic is formed.
  • a control device can be understood to mean an electrical device which operates as a frequency converter and processes sensor or data signals and outputs control signals in dependence thereon.
  • the control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains various functions of the control unit.
  • system ASIC system ASIC
  • Circuits are or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • Also of advantage is a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program is executed on a control unit.
  • a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory
  • the present invention is based on the finding that now on the basis of an individual characteristic curve for the magnetization behavior of the asynchronous motor (that is, the asynchronous machine), a very effective startup can now take place. This is no longer based on the well-known rule of thumb or empirical
  • Magnetizing current is to be determined for the asynchronous machine.
  • Magnetizing current is selected from a current intensity interval for the magnetizing current
  • a first tangent to the characteristic curve is determined, which is an origin straight line through the origin of a
  • Coordinate system represents, in which the characteristic is shown
  • a second tangent is determined to the characteristic representing a saturation behavior of the magnetization flux for the maximum magnetizing current
  • Abscissa is selected, on which the straight line substantially parallel to the abscissa intersects the characteristic curve.
  • Magnetization of at least one winding (or all windings) of Asynchronmaschine can be chosen so that the magnetizing current is not in the saturation region of the magnetization current magnetization flux behavior. At the same time, however, by determining the upper limit of
  • the magnetizing current is selected close to the saturation region, so that a fast magnetization of the asynchronous motor is possible.
  • the magnetizing current may be chosen to assume a value which corresponds to the upper limit of the current intensity interval.
  • Magnetizing current to be selected on the abscissa of the coordinate system at which intersect the first and second tangent.
  • Magnetizing current is not too low and thus a fast magnetization of the asynchronous motor is guaranteed.
  • the characteristic curve is first determined immediately before the characteristic is used in the providing step become.
  • the reading out of the characteristic curve from a memory is dispensed with and the characteristic is first determined before the determination of the optimum magnetizing current.
  • Asynchronous motor is increased from a value of zero to a maximum rated current value for which the asynchronous motor is designed and subsequently reduced back to a value of zero.
  • the present invention ensures that the total magnetization behavior of the asynchronous motor is mapped in its nominal operating range in the characteristic curve. In this way, a very meaningful characteristic can be obtained, which both the Aufnnagnetleiters , the Abmagnetleiters as well
  • Characteristic curve within a time interval of 10 to 30 seconds, wherein within this time interval an increase and a subsequent reduction of the rated current should take place.
  • Characteristic curve at a speed of the asynchronous motor which is between half of the rated speed and the rated speed.
  • the method may further comprise a step of charging the winding of the asynchronous motor with a magnetizing current of the determined current intensity.
  • FIG. 1 is a block diagram of an asynchronous motor with an associated control device according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a graph showing a characteristic used to determine the optimum magnetizing current for the asynchronous motor according to a
  • Embodiment of the present invention can be used; and 3 shows a flow chart of a method for determining a strength of a magnetizing current of an asynchronous motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature / step and a second feature / step, this can be read so that the exemplary embodiment according to one embodiment includes both the first feature / the first feature and the second feature / the second step and according to another embodiment either only the first feature / step or only the second feature / step.
  • the present invention now allows, taking into account physical knowledge, to set a magnetizing current of an asynchronous motor.
  • a method for determining the magnetization operating point of an asynchronous motor is carried out, this determination taking place by means of a creation of a static magnetization characteristic of the motor as a sensorless control of this asynchronous motor.
  • the invention thus optimizes the torque generation of the asynchronous motor while reducing its heating by iron losses (for example, magnetization losses).
  • a controller is a controller 100 (which is also referred to as a frequency converter in the electrical drive technology) used, which controls an asynchronous motor 120, as shown schematically for example in FIG. 1.
  • the control unit 100 comprises a memory 130, in which one for the
  • Asynchronous motor 120 individual characteristic of the magnetization behavior is stored.
  • Such a characteristic can, for example, map the magnetization flux which occurs when a corresponding one or more windings
  • Memory 130 can either be determined immediately before use of the characteristic curve or already measured after production of the engine in the laboratory (that is, still at the manufacturer) and then stored in a permanent memory 130.
  • a measurement of the asynchronous motor-individual characteristic curve can, for example, be such that first a current is conducted through one or more windings of the motor, starting from 0 amps to a maximum current intensity for which the motor is designed. Subsequently, this current through the winding or the windings of the asynchronous motor 120 is again reduced to 0 amps to
  • Hysteresis effects or a "magnetic inertia" when generating the characteristic curve as possible or to be able to compensate for At the same time should be in the measurement of the asynchronous motor-individual characteristic rising and the
  • the characteristic curve of the asynchronous motor 120 can be measured within a time window of 10 to 30 s, preferably a duration of 20 s, in which the rated current is ramped from 0 amperes to its maximum and again.
  • the characteristic which is now stored in the memory 130 after the measurement (or permanently as a measurement result of the motor manufacturer for the relevant asynchronous motor 120) is now in the control unit 100 (more precisely in a determination unit 140 of the control unit 100, for example, a processor, computer or to be like that can) to determine the optimum magnetizing current for commissioning the asynchronous motor! 20 used.
  • a characteristic may be, for example, the characteristic curve 200 shown in FIG. 2, which is mapped in a coordinate system 210, wherein a magnetizing current in amperes is plotted on the abscissa 220 and a corresponding one on the ordinate 230 of the coordinate system 210
  • Main field voltage is plotted in volts, which also has a corresponding
  • the characteristic curve 200 is now used according to the representation of FIG. 2, with reference to FIG. 2, the principal evaluation of the characteristic curve in FIG.
  • a first tangent 240 is in a range of low
  • Magnetizing currents applied to the characteristic curve 200 wherein the first tangent 240 also represents an original straight line. Furthermore, a second tangent 250 in the range of high magnetization currents is applied to the characteristic 200, so that this second tangent 250 has a saturation behavior of the magnetization at high
  • An abscissa value of an intersection 260 of the first tangent 240 with the second tangent 250 defines a lower limit 270 of a magnetization current to be selected by the controller 100. If now a substantially parallel to the abscissa 220 to the line 280 through the intersection 260, a second intersection point 290 of this straight line 280 is obtained with the characteristic curve 200. An abscissa 295 of this second intersection 290 forms the
  • Magnetizing current It is particularly favorable if the value of the upper limit of the current intensity interval is selected as the magnetizing current. In this case, it can be ensured that as large a current as possible is selected for the magnetization of the asynchronous motor 120, which, however, does not yet result in unnecessary heating occurring in the windings of the asynchronous motor 120. Such undesirable heating would occur especially when in the
  • Magnetization phase of the asynchronous motor in the windings with a current be applied which is in the saturation region, as shown in Fig. 2 on the right side of the diagram.
  • the present invention provides a method for determining a strength of a magnetizing current of an asynchronous motor, as shown in Fig. 3 in the form of a basic flow chart.
  • the method 300 includes a
  • Step of providing 310 an individual characteristic for the asynchronous motor representing a relationship of a magnetization flux for at least one winding of the asynchronous motor at a predetermined magnetizing current. Furthermore, the method 300 includes a step of determining 320 a magnitude of a magnetizing current for magnetizing the asynchronous motor
  • Asynchronous machine in the base speed range for optimum power output while avoiding motor heating due to iron loss is an operating point for a magnetizing current "just below saturation.” This point is so far set in most electric drive providers using a rule of thumb in relation to the rated current, this rule of thumb only an empirical However, this rule of thumb proves to be inadequate in complying with the hoped-for physical advantages mentioned above.
  • the object of this invention solves this problem metrologically and thus provides a better basis for the efficient commissioning of an asynchronous motor.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren (300) zur Bestimmung einer Stärke eines Magnetisierungsstromes eines Asynchronmotors, wobei das Verfahren (300) einen Schritt des Bereitstellens (310) einer individuellen Kennlinie (200) für den Asynchronmotor (120) aufweist, die einen Zusammenhang eines Magnetisierungsflusses für zumindest eine Wicklung des Asynchronmotor (120) bei einem vorbestimmten Magnetisierungsstrom repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren (300) einen Schritt des Bestimmens (320) einer Stärke eines Magnetisierungsstromes zur Magnetisierung des Asynchronmotors (120) unter Verwendung der individuellen Kennlinie (200) für den Asynchronmotor (120).

Description

Verfahren und Steuergerät zur Bestimmung einer Stärke eines Maenetisierungsstromes für einen Asynchronmotor Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein
Steuergerät gemäß dem Anspruch 9 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß dem Anspruch 10.
In der modernen Elektroantriebstechnik werden auf Grund der überwiegenden Vorteile oftmals Asynchronmaschinen (auch als Asynchronmotoren bezeichnet) eingesetzt. Diese Asynchronmaschinen erfordern jedoch eine teilweise schwierige Regelung, insbesondere bei der Inbetriebnahme, wobei insbesondere eine geberlose auf Grund der hohen Effizienz vom Markt besonders nachgefragt wird. Um eine vorstehend genannte Asynchronmaschine in Betrieb nehmen zu können, ist vorab eine Magnetisierung dieses Motors oder dieser Maschine erforderlich. Im Stand der Technik betreffend die Elektroantriebstechnik sowie der ausführlichen Literatur hierüber wird nie konkret auf eine besonders günstige Wahl einer bestimmten
Stromstärke für einen Asynchronmaschinen-Typ eingegangen. Weder theoretische als auch praktische Berichte zur Inbetriebnahme einer Asynchronmaschine ermöglichen es einem Fachmann die optimale Stromstärke für die Magnetisierung dieser
Asynchronmaschine exakt zu bestimmen. Femer wird sowohl in Universitätsberichten als auch aus Erfahrungsberichten lediglich die Verwendung einer Faustformel vorgeschlagenen, gemäß der ein zu wählender Magnetisierungsstrom in etwa der Hälfte eines Nennstroms der Asynchronmaschine entsprechen sollte. Dabei wird jedoch übersehen, dass es oftmals bei der Wahl einer derartigen Stromstärke zur
BESTÄTIGUNGSKOPIE Magnetisierung der Asynchronmaschine zu einer hohen Erhitzung (eventuell auch zu einer kurzzeitigen Uberhitzung) durch Aufmagnetisierungsverluste und somit zu einer nicht optimalen Leistungsausbeute bei der Inbetriebnahme der Asynchronmaschine kommt. Andere Ansätze zur physikalischen Bestimmung des Arbeitspunktes eines Asynchronmotors sind nicht bekannt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Steuergerät zur Bestimmung einer Stärke eines
Magnetisierungsstromes eines Asynchronmotors zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , ein Steuergerät gemäß Anspruch 9 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 10 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung einer Stärke eines Magnetisierungsstromes für einen Asynchronmotor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer individuellen Kennlinie für den Asynchronmotor, die einen Zusammenhang eines Magnetisierungsflusses für zumindest eine Wicklung des Asynchronmotors bei einem vorbestimmten Magnetisierungsstrom repräsentiert; und
- Bestimmen einer Stärke eines Magnetisierungsstromes zur Magnetisierung des Asynchronmotors unter Verwendung der individuellen Kennlinie für den
Asynchronmotor.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die . Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzufuhren bzw. umzusetzen.
Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät zur Bestimmung einer
Stärke eines Magnetisierungsstromes eines Asynchronmotors, wobei das Steuergerät die folgenden Merkmale aufweist:
eine Speichereinheit, die zum Bereitstellen einer Asynchronmotor-individuellen Kennlinie ausgebildet ist, wobei die Kennlinie einen Zusammenhang des Magnetisierungsflusses für eine Wicklung des Asynchronmotors bei einem vorbestimmten Magnetisierungsstrom repräsentiert; und
eine Bestimmungseinheit, die zum Bestimmen einer Stromstärke eines
Magnetisierungsstromes des Asynchronmotors unter Verwendung der
Asynchronmotor-individuellen Kennlinie ausgebildet ist.
Auch durch diese Ausführurigsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das als Frequenzumrichter arbeitet und Sensor- oder Datensignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte
Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem MikroController neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass nun auf der Basis einer individuellen Kennlinie für das Magnetisierungsverhalten des Asynchronmotors (das heißt der Asynchronmaschine) nun eine sehr effektive Inbetriebnahme erfolgen kann. Hierbei wird nun nicht mehr auf die bekannte Faustformel oder empirische
Erfahrungsberichte zurückgegriffen, sondern es wird vor der tatsächlichen Magnetisierung des Asynchronmotors eine Kennlinie dieses Magnetisierungsverhaltens ermittelt, so dass motorindividuelle Störeinflüsse bei der Bestimmung des optimalen Magnetisierungsstroms berücksichtigt werden können. Diese individuelle Kennlinie des Magnetisierungsverhaltens der Asynchronmaschine kann auch nur einmal bestimmt werden und dann in dem Speicher abgespeichert werden. Für nachfolgende
Inbetriebnahmen kann dann auf diese in dem Speicher abgespeicherte
Asynchronmaschinen-individuelle Kennlinie zurückgegriffen werden, wenn der
Magnetisierungsstrom für die Asynchronmaschine zu bestimmen ist.
Der Kern des vorliegenden vorgestellten Lösungsansatzes besteht daher in der
Aufnahme einer aussagekräftigen Motormagnetisierungskennline (oder je nach
Situation auch in der Bereitstellung einer zuvor aufgenommenen Kennlinie) und deren Auswertung. Auf diese Weise kann eine hohe Regelgüte des Asynchronmotors und eine optimale Leistungsausbeute realisiert werden, da eine Überhitzung der
Asynchronmaschine durch Aufrnagnetisierungsverluste vermieden werden kann.
Günstig ist es, wenn im Schritt des Bestimmens die Stromstärke des
Magnetisierungsstromes aus einem Stromstärkeintervall für den Magnetisierungsstrom ausgewählt wird,
wobei zur Bestimmung des Stromstärkeintervalls eine erste Tangente an die Kennlinie bestimmt wird, die eine Ursprungsgerade durch den Ursprung eines
Koordinatensystems repräsentiert, in welchem die Kennlinie abgebildet ist,
wobei ferner im Bereich des maximalen Magnetisierungsstromes eine zweite Tangente an die Kennlinie bestimmt wird, die ein Sättigungsverhalten des Magnetisierungsflusses für den maximalen Magnetisierungsstrom repräsentiert, und
wobei ferner eine im Wesentlichen zur Abszisse parallele Gerade durch den
Schnittpunkt zwischen der ersten und zweiten Tangente gelegt wird und als obere Grenze des Strom Stärkeintervalls der Wert des Magnetisierungsstromes auf der
Abszisse gewählt wird, an dem die im Wesentlichen zur Abszisse parallele Gerade die Kennlinie schneidet. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Magnetisierungsstrom, das heißt ein Strom zu initialen
Magnetisierung von zumindest einer Wicklung (oder aller Wicklungen) der Asynchronmaschine, so gewählt werden kann, dass der Magnetisierungsstrom nicht in dem Sättigungsbereich des Magnetisierungsstrom-Magnetisierungsfluss-Verhaltens liegt. Zugleich wird jedoch durch die Bestimmung der oberen Grenze des
Stromstärkeintervalls die Magnetisierungsstromstärke nahe am Sättigungsbereich gewählt wird, so dass eine schnelle Magnetisierung des Asynchronmotors möglich ist. Insbesondere kann der Magnetisierungsstrom so gewählt werden, dass er einen Wert annimmt, der der oberen Grenze des Stromstärkeintervalls entspricht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Bestimmens als untere Grenze des Stromstärkeintervalls ein Wert für einen
Magnetisierungsstrom auf der Abszisse des Koordinatensystems gewählt werden, an dem sich die erste und zweite Tangente schneiden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt vorteilhaft sicher, dass der gewählte
Magnetisierungsstrom nicht zu gering ist und damit eine schnelle Magnetisierung des Asynchronmotors gewährleistet ist.
Um Veränderungen der mechanischen Komponenten (beispielsweise durch Abnutzung nach einem längeren Betrieb) des Asynchronmotors bei der Bestimmung des Stroms zur initialen Magnetisierung optimal zu berücksichtigen, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unmittelbar vor einer Nutzung der Kennlinie im Schritt des Bereitstellens die Kennlinie erst ermittelt werden. In diesem Fall wird auf das Auslesen der Kennlinie aus einem Speicher verzichtet und vor der Bestimmung des optimalen Magnetisierungsstroms die Kennlinie erst ermittelt.
Auch kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Schritt des
Bereitstellens die Kennlinie derart ermittelt werden, indem ein Nennstrom des
Asynchronmotors von einem Wert von Null auf einen maximalen Nennstromwert erhöht wird, für den der Asynchronmotor ausgelegt ist und nachfolgend wieder auf einen Wert von Null reduziert werden. Eine derartige Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung stellt sicher, dass das gesamte Magnetisierungsverhalten des Asynchronmotors in seinem Nennbetriebsbereich in der Kennlinie abgebildet wird. Auf diese Weise kann eine sehr aussagekräftige Kennlinie erhalten werden, die sowohl das Aufrnagnetisierungsverhalten, das Abmagnetisierungsverhalten als auch
Hystereseeffekte abbildet.
Um möglichst zu vermeiden, dass Hysterese- Effekte von teilweise massigen
magnetischen Elementen des Asynchronmotors die Aufzeichnung der Kennlinie verfälschen, sollte für die Erfassung der Kennlinie eine ausreichend große Zeitspanne berücksichtigt werden. Insbesondere sollte daher gemäß einer vorteilhaften
Ausführungsförm der Erfindung im Schritt des Bereitstellens die Ermittlung der
Kennlinie innerhalb eines Zeitintervalls von 10 bis 30 Sekunden erfolgen, wobei innerhalb dieses Zeitintervalls eine Erhöhung und eine nachfolgende Reduktion des Nennstromes erfolgen sollte.
Um sicherzustellen, dass eine für den nachfolgenden Betrieb des Asynchronmotors zuverlässige Magnetisierung erfolgt', sollte auch in einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung im Schritt des Bereitstellens die Ermittlung der
Kennlinie bei einer Drehzahl des Asynchronmotors erfolgen, die zwischen der Hälfte der Nenndrehzahl und der Nenndrehzahl liegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der bestimmte Magnetisierungsstrom bereits unmittelbar nach der Bestimmung eingesetzt wird. Hierzu kann das Verfahren gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ferner einen Schritt des Beaufschlagens der Wicklung des Asynchronmotors mit einem Magnetisierungsstrom der bestimmten Stromstärke aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Asynchronmotors mit einem zugehörigen Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm mit einer Kennlinie, die zur Bestimmung des optimalen Magnetisierungsstroms für den Asynchronmotor gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Stärke eines Magnetisierungsstroms eines Asynchronmotors gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser
Elemente verzichtet wird. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren
Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung unter
Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Femer können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausfuhrungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweites Merkmal/Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausfuhrungsform sowohl das erste Merkmal / den ersten Schritt als auch das zweite Merkmal /den zweiten Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal /Schritt oder nur das zweite Merkmal /Schritt aufweist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun unter Berücksichtigung physikalischer Erkenntnisse, einen Magnetisierungsstrom eines Asynchronmotors festzulegen. Dabei wird insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung des Aufmagnetisierungsbetriebspunkts eines Asynchronmotors durchgeführt, wobei diese Bestimmung mittels einer Erstellung einer statischen Magnetisierungskennlinie des Motors als einer geberlosen Regelung dieses Asynchronmotors erfolgt.
Die Erfindung optimiert somit die Drehmomentenbildung des Asynchronmotors bei gleichzeitiger Verringerung dessen Erwärmung durch Eisenverluste (beispielsweise Magnetisierungsverluste). Zu einer solchen Steuerung wird ein Steuergerät 100 (das speziell in der Elektroantriebstechnik auch als Frequenzumrichter bezeichnet wird) verwendet, das einen Asynchronmotor 120 steuert, wie es beispielsweise in der Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
Das Steuergerät 100 umfasst dabei einen Speicher 130, in dem eine für den
Asynchronmotor 120 individuelle Kennlinie des Magnetisierungsverhaltens gespeichert ist. Eine solche Kennlinie kann beispielsweise den Magnetisierungsfluss abbilden, der auftritt, wenn durch eine oder mehrere Wicklungen ein entsprechender
Magnetisierungsstrom fließt. Diese Asynchronmotor-individuelle Kennlinie im
Speicher 130 kann dabei entweder unmittelbar vor einer Verwendung der Kennlinie bestimmt werden oder bereits nach Herstellung des Motors im Labor (das heißt noch beim Hersteller) ausgemessen und dann in einem permanenten Speicher 130 hinterlegt werden.
Ein Ausmessen der Asynchronmotor-individuellen Kennlinie kann beispielsweise derart erfolgen, dass zunächst ein Strom durch eine oder mehrere Wicklungen des Motors geleitet wird, ausgehend von 0 Ampere bis zu einer maximalen Stromstärke, für die der Motor ausgelegt ist. Nachfolgend wird diese Stromstärke durch die Wicklung oder die Wicklungen des Asynchronmotors 120 wieder bis auf 0 Ampere reduziert, um
Hysterese-Effekte oder eine„magnetische Trägheit" bei der Erstellung der Kennlinie möglichst erkennen oder kompensieren zu können. Zugleich sollte bei der Ausmessung der Asynchronmotor-individuellen Kennlinie das Ansteigenlassen und das
Abfallenlassen des Stroms durch die Wicklung oder die Wicklungen nicht zu schnell erfolgen, damit die vorstehend genannten Effekte nicht zu stark werden und die aufzuzeichnende Kennlinie damit möglichst realitätsnah ist. Beispielsweise kann das Ausmessen der Kennlinie des Asynchronmotors 120 innerhalb eines Zeitfensters von 10 bis 30 s, vorzugsweise einer Zeitdauer von 20 s erfolgen, in der der Nennstrom von 0 Ampere bis zu seinem Maximum und wieder zurückgefahren wird.
Die Kennlinie, die nun nach der Ausmessung (oder permanent als Messergebnis des Motorherstellers für den betreffenden Asynchronmotor 120) im Speicher 130 hinterlegt ist, wird nun im Steuergerät 100 (genauer gesagt in einer Bestimmungseinheit 140 des Steuergerätes 100, die beispielsweise ein Prozessor, Rechner oder dergleichen sein kann) zur Bestimmung des optimalen Magnetisierungsstroms für die Inbetriebnahme des Asynchronmotors! 20 verwendet. Eine solche Kennlinie kann beispielsweise die in Fig. 2 dargestellte Kennlinie 200 sein, die in einem Koordinatensystem 210 abgebildet ist, wobei auf der Abszisse 220 ein Magnetisierungsstrom in Ampere aufgetragen ist und auf der Ordinate 230 des Koordinatensystems 210 eine entsprechende
Hauptfeldspannung in Volt aufgetragen ist, die auch einen entsprechenden
Magnetisierungsfluss des Asynchronmotors 120 in Vs (Voltsekunden) repräsentiert.
Um nun zum optimalen Magnetisierungsstrom für den Asynchronmotor 120 zu gelangen, wird die Kennlinie 200 nun gemäß der Darstellung aus Fig. 2 verwendet, wobei an Hand der Figur 2 die prinzipielle Auswertung der Kennlinie im
Konrurdiagramm (beispielsweise in einer Oszilloskop-Funktion) näher erläutert ist. Zunächst wird eine erste Tangente 240 in einem Bereich von niedrigen
Magnetisierungsströmen an die Kennlinie 200 gelegt, wobei die erste Tangente 240 zugleich eine Ursprungsgerade darstellt. Weiterhin wird eine zweite Tangente 250 im Bereich von hohen Magnetisierungsströmen an die Kennlinie 200 gelegt, so dass diese zweite Tangente 250 ein Sättigungsverhalten der Magnetisierung bei hohen
Magnetisierungsströmen repräsentiert. Ein Abszissenwert eines Schnittpunktes 260 der ersten Tangente 240 mit der zweiten Tangente 250 definiert eine untere Grenze 270 eines durch das Steuergerät 100 auszuwählenden Magnetisierungsstroms. Wird nun eine im Wesentlichen zur Abszisse 220 parallel an die Gerade 280 durch den Schnittpunkt 260 gelegt, wird ein zweiter Schnittpunkt 290 dieser Gerade 280 mit der Kennlinie 200 erhalten. Ein Abszissenwert 295 dieses zweiten Schnittpunktes 290 bildet die
Obergrenze eines Stromstärkenintervalls für den auszuwählenden
Magnetisierungsstrom. Besonders günstig ist es, wenn als Magnetisierungsstrom der Wert der Obergrenze des Stromstärkeintervalls gewählt wird. In diesem Fall kann sichergestellt werden, dass für die Magnetisierung des Asynchronmotors 120 ein möglichst großer Strom gewählt wird, der jedoch noch nicht dazu führt, dass eine unnötige Erwärmung in den Wicklungen des Asynchronmotors 120 auftritt. Eine solche unerwünschte Erwärmung würde speziell dann auftreten, wenn in der
Magnetisierungsphase des Asynchronmotors in die Wicklungen mit einem Strom beaufschlagt werden, der im Sättigungsbereich liegt, wie er in der Fig. 2 auf der rechten Diagrammseite dargestellt ist.
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Stärke eines Magnetisierungsstromes eines Asynchronmotors, wie es in Fig. 3 in Form eines prinzipiellen Ablaufdiagrammes dargestellt ist. Das Verfahren 300 weist einen
Schritt des Bereitstellen 310 einer individuellen Kennlinie für den Asynchronmotor auf, die einen Zusammenhang eines Magnetisierungsflusses für zumindest eine Wicklung des Asynchronmotors bei einem vorbestimmten Magnetisierungsstrom repräsentiert. Weiterhin umfasst das Verfahren 300 einen Schritt des Bestimmens 320 einer Stärke eines Magnetisierungsstromes zur Magnetisierung des Asynchronmotors unter
Verwendung der individuellen Kennlinie für den Asynchronmotor.
Zusammenfassend kann angemerkt werden, dass beim Betrieb einer
Asynchronmaschine im Grunddrehzahlbereich zur optimalen Leistungsausbeute bei gleichzeitiger Vermeidung der Motorerwärmung durch Eisenverluste ein Arbeitspunkt für einen Magnetisierungsstrom„knapp unter der Sättigung" angepeilt wird. Dieser Punkt wird bislang bei den meisten Elektroantriebsanbietem anhand einer Faustformel im Bezug zum Nennstrom festgelegt, wobei diese Faustformel lediglich einen empirischen Erfahrungswert darstellt. Diese Faustformel erweist sich jedoch bei der Einhaltung der erhofften oben genannten physikalischen Vorteile als unzureichend. Der Gegenstand dieser Erfindung löst dieses Problem messtechnisch und liefert somit eine bessere Grundlage für die effiziente Inbetriebnahme eines Asynchronmotors.
Bezugszeichenliste
100 Steuergerät, Frequenzumrichter
120 Asynchronmotor
130 Speicher
140 Bestimmungseinheit
200 Kennlinie
210 Koordinatensystem
220 Abszisse
230 Ordinate
240 erste Tangente
250 zweite Tangente
260 Schnittpunkt der ersten und zweiten Tangente
270 Abszissenwert des Schnittpunktes 260
280 im Wesentlichen zur Abszisse parallele Gerade
290 Zweiter Schnittpunkt zwischen der Gerade 280 und der Kennlinie 200
295 Abszissenwert des zweiten Schnittpunktes 290
300 Verfahren zur Bestimmung
310 Schritt des Bereitstellens
320 Schritt des Bestimmens

Claims

Ansprüche
Verfahren (300) zur Bestimmung einer Stärke eines Magnetisierungsstromes eines Asynchronmotors, wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen (310) einer individuellen Kennlinie (200) für den
Asynchronmotor (120), die einen Zusammenhang eines
Magnetisierungsflusses für zumindest eine Wicklung des
Asynchronmotor( 120) bei einem vorbestimmten Magnetisierungsstrom repräsentiert; und
Bestimmen (320) einer Stärke eines Magnetisierungsstromes zur
Magnetisierung des Asynchronmotors (120) unter Verwendung der individuellen Kennlinie (200) für den Asynchronmotor (120).
Verfahren (300) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens (320) die Stromstärke des Magnetisierungsstromes aus einem Stromstärkeintervall (270, 295) für den Magnetisierungsstrom ausgewählt wird, wobei zur Bestimmung des Stromstärkeintervalls (270, 295) eine erste Tangente (240) an die Kennlinie (200) bestimmt wird, die eine Ursprungsgerade durch den Ursprung eines Koordinatensystems (210) repräsentiert, in welchem die
Kennlinie (200) abgebildet ist,
wobei ferner im Bereich des maximalen Magnetisierungsstromes eine zweite Tangente (250) an die Kennlinie (200) bestimmt wird, die ein
Sättigungsverhalten des Magnetisierungsflusses für den maximalen
Magnetisierungsstrom repräsentiert, und
wobei ferner eine im Wesentlichen zur Abszisse (220) parallele Gerade (280) durch den Schnittpunkt (260) der ersten (240) und zweiten (250) Tangente gelegt wird und als obere Grenze (295) des Stromstärkeintervalls (270, 295) der Wert (270) des Magnetisierungsstromes auf der Abszisse (220) gewählt wird, an dem die im Wesentlichen zur Abszisse (220) parallele Gerade (280) die
Kennlinie (200) schneidet.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bestimmens (320) als untere Grenze (270) des Stromstärkeintervalls (270, 295) ein Wert (270) für einen Magnetisierungsstrom auf der Abszisse (220) des Koordinatensystems (210) gewählt wird, an dem sich die erste (240) und zweite (250) Tangente schneiden.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor einer Nutzung der Kennlinie (200) im Schritt des Bereitstellens (310) die Kennlinie (200) erst ermittelt wird.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens (310) die Kennlinie (200) . derart ermittelt wird, indem ein Nennstrom des Asynchronmotors (120) von einem Wert von Null auf einen maximalen Nennstromwert erhöht wird, für den der Asynchronmotor (120) ausgelegt ist und nachfolgend wieder auf einen Wert von Null reduziert wird.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens (310) die Ermittlung der Kennlinie(200) innerhalb eines Zeitintervalls von 10 bis 30 Sekunden erfolgt, wobei innerhalb dieses
Zeitintervalls eine Erhöhung und eine nachfolgende Reduktion des Nennstromes erfolgt.
Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, dass im Schritt des Bereitstellens (310) die Ermittlung der Kennlinie (200) bei einer Drehzahl des Asynchronmotors (120) erfolgt, die zwischen der Hälfte der Nenndrehzahl und der Nenndrehzahl liegt. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (300) ferner einen Schritt des
Beaufschlagens der Wicklung des Asynchronmotors (120) mit einem
Magnetisierungsstrom der bestimmten Stromstärke aufweist.
Steuergerät (100) zur Bestimmung einer Stärke eines Magnetisierungsstromes eines Asynchronmotors (120), wobei das Steuergerät(l OO) die folgenden Merkmale aufweist:
eine Speichereinheit (130), die zum Bereitstellen einer Asynchronmotorindividuellen Kennlinie (200) ausgebildet ist, wobei die Kennlinie(200) einen Zusammenhang des Magnetisierungsflusses für eine Wicklung des Asynchronmotors (120) bei einem vorbestimmten Magnetisierungsstrom repräsentiert; und
eine Bestimmungseinheit (140), die zum Bestimmen einer Stromstärke eines Magnetisierungsstromes des Asynchronmotors (120) unter Verwendung der Asynchronmotor-individuellen Kennlinie (200) ausgebildet ist.
10. Computerprogramm mit Programmcode zur Durchführung der Schritte des Verfahrens (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das
Computerprogramm auf einem Steuergerät (100) ausgeführt wird.
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