WO2002017473A1 - Verfahren und vorrichtung zur drehzahlregelung von dc-lüftern - Google Patents

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WO2002017473A1
WO2002017473A1 PCT/EP2001/009526 EP0109526W WO0217473A1 WO 2002017473 A1 WO2002017473 A1 WO 2002017473A1 EP 0109526 W EP0109526 W EP 0109526W WO 0217473 A1 WO0217473 A1 WO 0217473A1
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WO
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switch
fan
speed
time interval
signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/009526
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Ebert
Original Assignee
Rittal Electronic Systems Gmbh & Co. Kg
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Publication date
Application filed by Rittal Electronic Systems Gmbh & Co. Kg filed Critical Rittal Electronic Systems Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for speed control of DC fans.
  • DC fans with an electronically commutated external rotor motor are already known.
  • a special design of the fan is required. Since not all manufacturers manufacture such fan types, such fan types are very expensive on the market. Furthermore, it is not possible to adapt the control and monitoring interface of such a fan to special conditions present at the place of use without major additional effort.
  • the invention is based on the object of specifying a method and a device for speed control of DC fans which do not have the disadvantages mentioned above.
  • the invention enables speed monitoring and influencing of DC fans with electronically commutated external rotor motor regardless of fan manufacturer. Disadvantages such as high power loss at low speeds and the occurrence of speed jumps within the speed setting range are avoided. Furthermore, fan speeds that are lower than half the nominal speed are possible without the fan running being impaired.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows a diagram which shows the course of the speed as a function of the switch-off time for different fan types.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device according to the invention.
  • This device has a DC fan 1 with an electronically commutated motor which is to be monitored for the occurrence of errors during operation. Furthermore, the engine should be controlled and regulated in terms of speed.
  • the fan with the motor is connected between a supply voltage connection 2 supplying a positive supply voltage V + and the collector of an npn transistor 3.
  • the emitter of transistor 3 is connected to ground 5 via measuring resistor 4, via which a measuring voltage drops.
  • the output signal of a memory 7 is supplied to the base connection of the transistor 3 as a control signal.
  • the remote connection of the measuring resistor 4 is connected to an edge detector 6. Its output signal is connected to the set input of the memory 7. Furthermore, the output signal of the edge detector 6 is also fed as a load signal to the load inputs of a timer 10 and a register 11.
  • the timer 10 also has an input for a clock signal CLK, a first output connected to the register 11 and a second output connected to the reset input of the memory 7.
  • the output signal of the register 11 is fed to a summer 12.
  • a signal generated in the control unit 9 and corresponding to the switch-off time interval ASZ is fed to this as a further input signal.
  • An output of the summer 12, at which a speed actual value signal DZIW is present, is connected to an error detector 13. Furthermore, the summer 12 is connected to the control unit 9 via a line in order to feed the determined actual speed value DZIW to it.
  • the error detector 13 receives, as a further input signal, a signal determined in the control unit 9 and corresponding to the target speed SDZ and supplies an error signal F at its output which is fed to the bus 15.
  • the device shown in FIG. 1 has a temperature sensor 8, by means of which the temperature of the equipment to be cooled is detected.
  • the output signal ⁇ l of the temperature sensor is supplied to the control unit 9 as an actual temperature value signal. Further inputs of the control unit 9 are supplied via input means 16 with a nominal speed signal Nnenn, a sleep mode signal S1, a start temperature signal ⁇ S, an end temperature signal ⁇ E and a signal pz, which
  • the input means 16 can be a memory and / or a ne input keyboard and / or a serial interface.
  • control unit 9 In addition to the already mentioned switch-off time interval ASZ and the target speed SDZ, the control unit 9 also calculates an overtemperature signal Ut and calculates the actual speed n of the motor using the actual speed value DZIW and the number of poles pz of the motor. The overtemperature signal Üt and the actual speed n are fed to the data bus 15 J The information about the switch-off time interval ASZ is also sent to the timer 10.
  • the data bus 15 is connected to an interface 14, via which information about the actual state of the fan can be queried from a central station.
  • the device shown works as follows:
  • the base of transistor 3 is controlled via the output of memory 7 with pulses which correspond to the switch-on time.
  • the collector-emitter path of the transistor 3 becomes conductive, which enables a current to flow in the fan 1, which starts from.
  • the DC voltage slurry V + runs to ground via the fan, the collector-emitter path of the transistor 3 and the measuring resistor 4.
  • a measuring voltage Umess drops across the measuring resistor 4, which also provides information about the fan current.
  • the curve profiles shown in FIG. 2 show the basic profile of the fan current. The fan flow when the nominal speed is present is shown in the upper representation and the fan current when the nominal speed deviates from the lower representation.
  • fan 1 is a DC fan with an electronically commutated motor.
  • the number of poles of the motor is 4, for example, so that four commutation pulse is generated or four commutation steps are carried out.
  • a commutation time interval is subdivided into a switch-on time interval ESZ and a switch-off time interval ASZ, the sum of the switch-on time interval and switch-off time interval having a period ⁇ , i.e. H. one commutation step, corresponds to:
  • the duration of a commutation time interval can be changed as a function of the measured actual temperature of the equipment to be cooled and / or of detected interference signals.
  • the duration of the switch-off time interval is changed.
  • Detected disturbance variables of the fan are, for example, friction and the air resistance, whereby these disturbance variables can be detected via the target / actual value difference.
  • a pulse arises at the output of the edge detector 6, which sets the storage element and thereby initiates an interruption in the activation of the fan and thus the fan current for the period ASZ.
  • the timer value ESZ which corresponds to the switch-on time interval, is transferred to the register 11 and the animal 10 is loaded by the control unit 9 with the switch-off time ASZ.
  • the clock CLK counts down the timer 10 to the value zero. Is this Value reached, then a reset signal is generated at the output of the timer 10 and fed to the reset input of the memory 7.
  • the transistor 3 is switched through again by its output signal, whereby the fan motor is supplied with voltage again until the next falling edge of the fan current signal occurs. This process is then repeated periodically in accordance with the fan current pulses.
  • the output signal of the register 11, which characterizes the switch-on time interval ESZ, and the output signal ASZ of the control unit 9, which characterizes the switch-off time interval, are fed to the summer 12 and added there to determine the actual speed value:
  • the determined actual speed value DZIW is fed to the control unit 9. This then determines the actual speed n of the motor taking into account the number of poles of the fan motor according to the following relationship:
  • n 60 / (DZIW * pz).
  • This actual speed n is fed from the control unit 9 to the bus 15 and can be fed via this and the interface 14 to an external center.
  • the control unit 9 calculates a speed setpoint SDZ, taking into account the actual temperature value ⁇ l detected by the temperature sensor 8 and a predetermined temperature range. This is fed to the error detector 13, to which the actual speed value DZIW determined in the summer 12 is also fed. A check is made in the error detector as to whether or not the actual speed value DZIW is within a desired speed interval derived from the desired speed value. If this is not the case, then the error detector 13 outputs an error signal F, which ches to the data bus 15 and can be transmitted via the interface 14 to the external center.
  • the control unit 9 determines the switch-off time interval ASZ, the target speed SDZ and the actual speed n, the calculation of the switch-off time interval and the target speed taking place as a function of the actual temperature value of the fan motor detected by the temperature sensor 8.
  • Information about the nominal speed Nnenn of the fan 1, information ⁇ S and ⁇ E about the temperature range in which the fan operation is to take place, information S1 about the use desired or not taken into account in the application, can be provided to the control unit 9 as further input signals in an advantageous manner Sleepmodes in which the
  • Fan is switched off when further cooling is not required and information about the number of poles pz of the fan is supplied.
  • the invention has a number of advantages.
  • the fan can be influenced in a temperature-dependent manner. This enables the cooling noise to be minimized.
  • the actual speed of the fan motor can be measured with high accuracy, the period of the fan current being a measure of the actual speed.
  • Another advantage of the invention is that in the event of a fault, the speed drop below a limit speed can be determined very precisely.
  • the frequency is asynchronous to the commutator current. This does not allow accurate speed measurement.
  • a fan block can be made as a fault statement. This disadvantage is eliminated by the invention.
  • the method according to the invention also allows the speed of the fan to be influenced at speeds which are less than half the nominal speed, a continuous fan running being ensured. No speed jumps occur within the speed setting range.
  • the claimed method combines the advantages of continuous speed control with that of high efficiency in power consumption when setting the speed. No additional electronics are required in the fan.
  • the external control electronics described allow a high degree of flexibility for the present interface.
  • a nominal speed of 2800 rpm was used.
  • the setting range is between 30% and 100% of the nominal speed or between 840 and 2800 rpm.
  • the number of poles is 4.
  • the maximum switch-off time results from the difference between these two values of 12.5 ms.
  • a switch-off time in the range between 12.5 ms and 0 ms enables the speed to be influenced between 30% and 100% of the nominal speed.
  • This setting range is assigned to the specified temperature control range by the control unit. If this range is exceeded during operation, the control unit 9 generates an overtemperature signal Üt, which is reported via the bus 15 or indicated by a light-emitting diode.
  • FIG. 3 shows a diagram which shows the course of the speed as a function of the switch-off time ASZ for different fan types. This diagram shows that there are short switch-off times at high speeds and large switch-off tents at low speeds.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines einen elektronisch kommutierten Motor aufweisenden DC-Lüfters. Die Kommutierungszeitintervalle werden jeweils in ein Einschaltzeitintervall und eine Ausschaltzeitintervall unterteilt. Die Dauer der Kommutierungszeitintervalle wird in Abhängigkeit von der Isttemperatur des Lüfters und/oder von erfassten Störgrössen verändert, wobei das Ausschaltzeitintervall eines Kommutierungszeitintervalles veränderbar ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Drehzahlregelung von DC-Lüftern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung von DC-Lüftern.
DC-Lüfter mit elektronisch kommutiertem Außenläufermotor sind bereits bekannt. Um die Drehzahl eines derartigen DC-Lüfters überwachen und steuern zu können, bedarf es einer speziellen Ausgestaltung des Lüfters. Da nicht alle Hersteller derartige Lüftertypen fertigen, sind derartige Lüftertypen am Markt sehr teuer. Weiterhin ist eine Anpassung der Ansteuer- und Überwachungsschnittstelle eines derartigen Lüfters an spe- zielle, am Einsatzort vorliegende Gegebenheiten nicht ohne größeren zusätzlichen Aufwand möglich.
Zur Drehzahlüberwachung und Steuerung bieten bestimmte Hersteller Speziallüfter an, deren Drehzahlsteuereingang und Überwachungsausgang vom Hersteller bei der Fertigung implementiert werden. Nachteile einer derartigen Lösung bestehen im hohen Preis und einem festen, vom Anwender nur mit zusätzlichem Aufwand veränderbaren Drehzahlsteuerbereich. Weiterhin besteht bei dieser Lösung die Überwachungsfunktion oft nur in der Ausgabe eines Blockiersignals oder der Ausgabe drehzahlproportionaler Rechtecksignale. Ferner erfolgt bei derartigen Lüftern bei der Überwachung der Grenzdrehzahl keine Anpassung an den Drehzahlsollwert.
Weiterhin ist es bereits bekannt, eine Drehzahlbeeinflussung über die Lüfterspannung mit speziellen Ansteuerschaltkreisen durchzuführen. Derartige spezielle Ansteuerschaltkreise werden beispielsweise von der Firma Maxim unter den Bezeichnungen MAX 6650 und MAX 6651 angeboten. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derartigen Lösung bei niedrigen Drehzahlen im Ansteuertransistor eine hohe Verlustleistung auftritt. Weiterhin verringert sich bei dieser Lösung das Drehmoment pro- portional mit der Drehzahl. Ferner sind die bekannten Ansteuerschaltkreise nur bei Lüftertypen mit großem Eingangsspannungsbereich einsetzbar. Lüfterdrehzahlen, die kleiner sind als die halbe Nenndrehzahl, sind bei Verwendung der genannten Ansteuerschaltkreise nicht möglich.
Ferner ist es bereits bekannt, eine Drehzahlbeeinflussung mittels spezieller Ansteuerschaltkreise unter Verwendung einer asynchronen Pulsbreitenmodulation zur Lüfterdrehzahl' zu realisieren. Derartige Ansteuerschaltkreise werden von den
Firmen Maxim unter der Bezeichnung MAX 1669, Micrel unter der Bezeichnung MIC 502 und TelCom unter den Bezeichnungen TX 642, TC 643, TC 646 und TC 649 angeboten. Bei diesen Ansteuerschaltkreisen wird bei konstanter Periodendauer das Tast- Verhältnis verändert, um die Drehzahl des Lüfters zu beeinflussen. Nachteile dieser Ansteuerschaltkreise bestehen darin, dass sie nicht für alle Lüftertypen einsetzbar sind. Weiterhin kommt es bei Verwendung derartiger Ansteuerschaltkreise zu Drehzahlsprüngen innerhalb des Drehzahlstellbereiches. Ferner ist keine Grenzdrehzahlüberwachung, sondern lediglich eine Blockierüberwachung möglich. Bei Lüfterdrehzahlen, die kleiner sind als die halbe Nenndrehzahl, kommt es zu einem unruhigen Lüfterlauf. In Störfällen bleibt das Drehmoment unverändert, wenn nicht Regelmechanismen aktiv werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung von DC-Lüftern anzugeben, die die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung ermöglicht eine Drehzahlüberwachung und -beein- flussung von DC-Lüftern mit elektronisch kommutierte Außen- läufermotor unabhängig vom Lüfterhersteller. Nachteile wie hohe Verlustleistung bei niedrigen Drehzahlen und ein Auftreten von Drehzahlsprüngen innerhalb des Drehzahlstellbereiches werden vermieden. Weiterhin sind Lüfterdrehzahlen, die klei- ner sind als die halbe Nenndrehzahl, möglich, ohne dass eine Beeinträchtigung des Lüfterlaufes auftritt.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich anhand deren beispielhafter Erläuterung mittels der FIGen. Es zeigt
FIG 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
FIG 2 Zeitdiagramme der Mess-Spannung Umeß gemäß FIG 1 und
FIG 3 ein Diagramm, welches für verschiedene Lüftertypen den Verlauf der Drehzahl in Abhängigkeit von der Ausschaltzeit zeigt.
Die FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Vorrichtung weist einen DC-Lüfter 1 mit einem elektronisch kommutierten Motor auf, der im Betrieb auf das Auftreten von Fehlern überwacht werden soll. Weiterhin soll der Motor gesteuert und bezüglich einer Drehzahl geregelt werden.
Der Lüfter mit dem Motor, dessen Polzahl pz beispielsweise gleich 4 ist, ist zwischen einen eine positive Versorgungs- gleichspannung V+ liefernden Versorgungsspannungsanschluss 2 und den Kollektor eines npn-Transistors 3 geschaltet. Der Emitter des Transistors 3 ist über den Messwiderstand 4, über welchen eine Messspannung ümeß abfällt, mit Masse 5 verbunden. Dem Basisanschluss des Transistors 3 wird als Ansteuer- signal das Ausgangssignal eines Speichers 7 zugeführt. Der masseferne Anschluss des Messwiderstandes 4 ist an einen Flankendetektor 6 angeschlossen. Dessen Ausgangssignal ist mit dem Setzeingang des Speichers 7 verbunden. Weiterhin wird das Ausgangssignal des Flankendetektors 6 als Ladesignal auch den Ladeeingängen eines Timers 10 und eines Registers 11 zugeführt .
Der Timer 10 weist weiterhin einen Eingang für ein Taktsignal CLK, einen ersten, mit dem Register 11 verbundenen Ausgang sowie einen zweiten, mit dem Rücksetzeingang des Speichers 7 verbundenen Ausgang auf.
Das Ausgangssignal des Registers 11 ist an einen Summierer 12 geführt. Diesem wird als weiteres Eingangssignal ein im Steu- erwerk 9 erzeugtes Signal, das dem Ausschaltzeitintervall ASZ entspricht, zugeführt. Ein Ausgang des Summierers 12, an welchem ein Drehzahlistwertsignal DZIW vorliegt, ist mit einem Fehlerdetektor 13 verbunden. Weiterhin steht der Summierer 12 über eine Leitung in Verbindung mit dem Steuerwerk 9, um die- sem den ermittelten Drehzahlistwert DZIW zuzuführen.
Der Fehlerdetektor 13 erhält als weiteres Eingangssignal ein im Steuerwerk 9 ermitteltes, der Solldrehzahl SDZ entsprechendes Signal zugeführt und stellt an seinem Ausgang ein Fehlersignal F zur Verfügung, welches dem Bus 15 zugeleitet wird.
Weiterhin weist die in der FIG 1 gezeigte Vorrichtung einen Temperaturfühler 8 auf, mittels welchem die Temperatur des zu kühlenden Betriebsmittels erfasst wird. Das Ausgangssignal δl des Temperaturfühlers wird als Temperatur-Istwertsignal dem Steuerwerk 9 zugeführt. Weiteren Eingängen des Steuerwerks 9 werden über Eingabemittel 16 ein Nenndrehzahlsignal Nnenn, ein Sleepmode-Signal Sl, ein Starttemperatursignal δS, ein Endtemperatursignal δE und ein Signal pz zugeführt, welches
Auskunft über die Polzahl des Lüftermotors gibt. Bei den Eingabemitteln 16 kann es sich um einen Speicher und/oder um ei- ne Eingabetastatur und/oder um eine serielle Schnittstelle handeln.
Das Steuerwerk 9 berechnet neben dem bereits genannten Aus- schaltzeitintervall ASZ und der Solldrehzahl SDZ weiterhin auch ein übertemperatursignal Üt und berechnet unter Verwendung des Drehzahlistwertes DZIW und der Polzahl pz des Motors die Ist-Drehzahl n des Motors. Das Übertemperatursignal Üt und die Ist-Drehzahl n werden dem Datenbus 15 zugeführt J Die Information über das Ausschaltzeitintervall ASZ wird auch an den Timer 10 geleitet.
Der Datenbus 15 ist mit einer Schnittstelle 14 verbunden, ü- ber welche von einer Zentrale Informationen über den Istzu- stand des Lüfters abgefragt werden können.
Die gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt:
über den Ausgang des Speichers 7 wird die Basis des Transi- stors 3 mit Impulsen angesteuert, die der Einschaltzeit entsprechen. Dadurch wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 3 leitend, wodurch ein Stromfluss im Lüfter 1 ermöglicht wird, welcher ausgehend von. der Gleichspannungsguel- le V+ über den Lüfter, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 3 und den Messwiderstand 4 nach Masse verläuft.
Dabei fällt über dem Messwiderstand 4 eine Messspannung Umess ab, die auch Auskunft über den Lüfterstrom gibt. Die in der FIG 2 gezeigten Kurvenverläufe zeigen den grundsätzlichen Verlauf des Lüfterstromes. Dabei sind in der oberen Darstel- lung der Lüfterstrom beim Vorliegen der Nenn-Drehzahl und in der unteren Darstellung der Lüfterstrom bei einem Abweichen von der Nenn-Drehzahl veranschaulicht.
Bei dem Lüfter 1 handelt es sich - wie bereits oben erwähnt wurde - um einen DC-Lüfter mit elektronisch kommutiertem Motor. Die Polzahl des Motors ist beispielsweise gleich 4, so dass während einer Umdrehung des Motors vier Kommutierungsim- pulse erzeugt bzw. vier Kommutierungsschritte vollzogen werden.
Aus der unteren Darstellung ist ersichtlich, dass ein Kommutierungszeitintervall in ein Einschaltzeitintervall ESZ und ein Ausschaltzeitintervall ASZ unterteilt ist, wobei die Summe aus Einschaltzeitintervall und Ausschaltzeitintervall einer Periodendauer τ, d. h. einem Kommutierungsschritt, entspricht:
τ = ESZ + ASZ.
Die Dauer eines Kommutierungszeitintervalles ist in Abhängigkeit von der gemessenen Isttemperatur des zu kühlenden Be- triebsmittels und/oder von erfassten Störsignalen veränderbar. Dabei wird die Dauer des Ausschaltzeitintervalles verändert. Erfasste Störgrößen des Lüfters sind beispielsweise auftretende Reibung und der Luftwiderstand, wobei diese Störgrößen über die Soll-Istwert-Differenz erfasst werden können.
Aus der unteren Darstellung von FIG 2 ergibt sich weiterhin, dass die Ausschaltzeitintervalle mit den Kommutierungsschritten synchronisiert sind. Der Beginn eines Ausschaltzeitintervalles schließt sich unmittelbar an eine abfallende Flanke des Lüfterstromes an.
Diese abfallenden Flanken werden mittels des Flankendetektors detektiert. Dabei entsteht am Ausgang des Flankendetektors 6 ein Impuls, der das Speicherelement setzt und dadurch eine Unterbrechung der Ansteuerung des Lüfters und damit des Lüfterstromes für die Zeitdauer ASZ in die Wege leitet.
Gleichzeitig wird der Timerwert ESZ, der dem Einschaltzeitintervall entspricht, in das Register 11 übernommen und der Ti~ ffier 10 vom Steuerwerk 9 mit der Ausschaltzeit ASZ geladen.
Ist dies geschehen, dann erfolgt durch den Takt CLK ein Herunterzählen des Timers 10 bis auf den Wert Null. Ist dieser Wert erreicht, dann wird am Ausgang des Timers 10 ein Rücksetzsignal erzeugt und dem Rücksetzeingang des Speichers 7 zugeführt. Durch dessen Ausgangssignal wird der Transistor 3 wieder durchgeschaltet, wodurch der Lüftermotor bis zum Auf- treten der nächsten abfallenden Flanke des Lüfterstromsignals wieder mit Spannung versorgt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich dann periodisch entsprechend der Lüfterstromimpulse.
Das Ausgangssignal des Registers 11, welches das Einschalt- zeitintervall ESZ charakterisiert, und das Ausgangssignal ASZ des Steuerwerkes 9, welches das Ausschaltzeitintervall charakterisiert, werden dem Summierer 12 zugeführt und dort zur Ermittlung des Drehzahlistwertes addiert:
DZIW = ESZ + ASZ.
Der ermittelte Drehzahlistwert DZIW wird dem Steuerwerk 9 zugeführt. Dieses ermittelt dann unter Berücksichtigung der Polzahl des Lüftermotors die Ist-Drehzahl n des Motors gemäß folgender Beziehung:
n = 60/ (DZIW * pz) .
Diese Ist-Drehzahl n wird vom Steuerwerk 9 dem Bus 15 zuge- führt und kann über diesen und die Schnittstelle 14 einer externen Zentrale zugeleitet werden.
Um eine Fehlerdetektion zu ermöglichen, berechnet das Steuerwerk 9 unter Berücksichtigung des vom Temperaturfühler 8 er- fassten Temperaturistwertes δl und eines vorgegebenen Temperaturbereiches einen Drehzahlsollwert SDZ. Dieser wird dem Fehlerdetektor 13 zugeführt, dem andererseits auch der im Summierer 12 ermittelte Drehzahlistwert DZIW zugeleitet wird. Im Fehlerdetektor erfolgt eine Überprüfung, ob der Drehzahl- istwert DZIW in einem vom Drehzahlsollwert abgeleiteten Drehzahlsollintervall liegt oder nicht. Ist dies nicht der Fall, dann gibt der Fehlerdetektor 13 ein Fehlersignal F aus, wel- ches an den Datenbus 15 geleitet und über die Schnittstelle 14 an die externe Zentrale übermittelt werden kann.
Das Steuerwerk 9 ermittelt, wie bereits oben ausgeführt wur- de, das Ausschaltzeitintervall ASZ, die Solldrehzahl SDZ und die Istdrehzahl n, wobei die Berechnung des Ausschaltzeitintervalls und der Solldrehzahl in Abhängigkeit von dem mittels des Temperaturfühlers 8 erfassten Temperaturistwertes des Lüftermotors erfolgt. Als weitere Eingangssignale können dem Steuerwerk 9 unter Verwendung der Eingabemittel 16 in vorteilhafter Weise Informationen über die Nenndrehzahl Nnenn des Lüfters 1, Informationen δS und δE über den Temperaturbereich, in welchem der Lüfterbetrieb erfolgen soll, Informationen Sl über die im Anwendungsfall gewünschte Verwendung oder Nichtberücksichtigung eines Sleepmodes, in welchem der
Lüfter abgeschaltet wird, wenn eine weitere Kühlung nicht erforderlich ist, und Informationen über die Polzahl pz des Lüfters zugeführt werden. Durch diese Eingabemöglichkeiten ist eine einfache Anpassung der Ansteuerung an eine Vielzahl von konkreten Anwendungsfällen möglich, beispielsweise eine Anpassung an verschiedene Lüftertypen, an verschiedene Temperaturbereiche, an Motoren unterschiedlicher Polzahl und Nenndrehzahl.
Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. So kann durch die Berücksichtigung der mittels eines Messfühlers erfassten Temperatur eine temperaturabhängige Drehzahlbeeinflussung des Lüfters durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine Minimierung der Kühlgeräusche. Die Istdrehzahl des Lüfter- motors ist mit hoher Genauigkeit messbar, wobei die Periodendauer des Lüfterstromes ein Maß für die Istdrehzahl darstellt.
Da im Gegensatz zur Verwendung einer asynchronen PWM-Ansteue- rung die Periodendauer des Lüfterstromes nicht konstant ist, ergibt sich folgender Vorteil: Wird der Lüfter durch eine Störgröße abgebremst, dann bleibt das Ausschaltzeitintervall ASZ unverändert, während sich das Einschaltzeitintervall ESZ vergrößert. Dadurch erhöht sich der Stromanteil pro Kommutierungsschritt. Dies bedeutet auch eine Erhöhung des Drehmoments. Folglich erzeugt jede Drehzahlverringerung ein höheres Drehmoment, so dass Störgrößen automatisch entgegengewirkt wird. Zusätzlich ist für Drehzahlen, die kleiner sind als die Nenndrehzahl, eine Drehzahlregelung einsetzbar.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im Fehlerfall das Unterschreiten einer Grenzdrehzahl sehr genau feststellbar ist. Beim bekannten PWM-Verfahren verläuft die Frequenz asynchron zum Kommutatorström. Dies erlaubt keine genaue Drehzahlmessung. Bestenfalls kann eine Lüfterblockierung als Fehleraussage getroffen werden. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung beseitigt.
Weiterhin gestattet das erfindungsgemäße Verfahren auch Dreh- zahlbeeinflussungen des Lüfters bei Drehzahlen, die kleiner als die halbe Nenndrehzahl sind, wobei ein kontinuierlicher Lüfterlauf sichergestellt ist. Innerhalb des Drehzahlstellbereiches treten keine Drehzahlsprünge auf.
Durch das genaue Erfassen der Istdrehzahl besteht die Möglichkeit, die Drehzahlfehlergrenze der Solldrehzahl anzupassen. Es entsteht eine variable Grenzdrehzahl entsprechend der Drehzahl orgäbe durch die Temperatur. Dadurch werden schwergängige Lüfter eher erkannt und in Form einer Fehlermeldung signalisiert.
Das beanspruchte Verfahren vereinigt die Vorteile einer kontinuierlichen Drehzahlbeeinflussung mit dem eines hohen Wirkungsgrades im Stromverbrauch bei der Drehzahlstellung. Es ist keine zusätzliche Elektronik im Lüfter erforderlich. Die beschriebene externe Ansteuerelektronik ermöglicht einen hohen Grad an Flexibilität zur vorliegenden Schnittstelle. Bei einem Ausführungsbeispiel für die Erfindung wurde eine Nenndrehzahl von 2800 U/min verwendet. Der Stellbereich liegt zwischen 30 % und 100 % der Nenndrehzahl bzw. zwischen 840 und 2800 U/min. Die Polzahl beträgt 4. Durch Anwendung der obigen Beziehung für den Drehzahlistwert DZIW ergibt sich, dass bei Vorliegen der Nenndrehzahl alle 5,357 ms eine Stromimpulsflanke auftritt und beim Vorliegen von 840 U/min alle 17,857 ms.
Die maximale Ausschaltzeit ergibt sich durch Differenzbildung aus diesen beiden Werten zu 12,5 ms. Eine Ausschaltzeit, die im Bereich zwischen 12,5 ms und 0 ms liegt, ermöglicht eine Drehzahlbeeinflussung zwischen 30 % und 100 % der Nenndrehzahl.
Dieser Stellbereich wird durch das Steuerwerk dem festgelegten Temperatursteuerbereich zugeordnet. Wird dieser Bereich im Betrieb überschritten, dann generiert das Steuerwerk 9 ein Übertemperatursignal Üt, welches über den Bus 15 gemeldet oder über eine Leuchtdiode angezeigt wird.
Die FIG 3 zeigt ein Diagramm, welches für verschiedene Lüftertypen den Verlauf der Drehzahl in Abhängigkeit von der Ausschaltzeit ASZ zeigt. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, dass bei hohen Drehzahlen kleine Ausschaltzeiten und bei niedrigen Drehzahlen große Ausschaltzelten vorliegen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung eines einen elektronisch kommutierten Motor aufweisenden DC-Lüfters, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kommutierungszeitintervalle jeweils in ein Einschaltzeitintervall und ein Ausschaltzeitintervall unterteilt werden und die Dauer der Kommutierungszeitintervalle in Abhängigkeit von der Isttemperatur des zu küh- lenden Betriebsmittels und/oder von erfassten Störsignalen verändert wird, wobei das Ausschaltzeitintervall eines Kommutierungszeitintervalles veränderbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausschaltzeitintervalle mit den Kommutierungs- schritten synchronisiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Isttemperatur des zu kühlenden Betriebsmittels mittels eines Messfühlers erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ausschaltzeitintervall in Abhängigkeit von der Isttemperatur des Lüfters verändert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels eines Steuerwerkes aus der Isttemperatur des Lüfters die Solldrehzahl des Lüfters berechnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - unter Verwendung der Solldrehzahl und der Isttemperatur ein Solldrehzahlintervall berechnet wird,
- dass ein Drehzahlistwert ermittelt wird,
- dass der ermittelte Drehzahlistwert daraufhin überprüft wird, ob er im Solldrehzahlintervall liegt,
- und dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn dies nicht der Fall ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Drehzahlistwert durch eine Addition eines dem Einschaltzeitintervall entsprechenden Wertes mit einem dem Ausschaltzeitintervall entsprechenden Wertes ermittelt wird.
8. Vorrichtung zur Ansteuerung eines einen elektronisch kommutierten Motor aufweisenden DC-Lüfters, welche aufweist:
einen Transistor (3) zur Ansteuerung des Lüfters in auf- einanderfolgenden Kommutierungsschritten, wobei ein Kommutierungsschritt einem veränderlichen Kommutierungszeit- intervall entspricht, welches ein Einschaltzeitintervall (ESZ) und ein veränderbares Ausschaltzeitintervall (ASZ) umfasst,
einen Temperaturfühler (8) zur Erfassung der Isttemperatur des zu kühlenden Betriebsmittels,
ein mit dem Temperaturfühler (8) verbundenes Steuerwerk (9) , in welchem in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur ein dem Ausschaltzeitintervall entsprechendes Signal (ASZ) ermittelt wird,
einen Flankendetektor (6) zur Erfassung der abfallenden Flanken des Lüfterstromsignals, und Mittel (10, 7) zur Ansteuerung des Transistors (3) unter Verwendung der Ausgangssignale des Flankendetektors und des dem Ausschaltzeitintervall entsprechenden Signals (ASZ) .
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur Ansteuerung des Transistors ein Speicherelement (7) aufweisen, welches durch die Aus- gangssignale des Flankendetektors (6) gesetzt und durch vom Ausschaltzeitintervall abgeleitete Signale rückgesetzt werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur Ansteuerung des Transistors einen Timer (10) aufweisen, dem eingangsseitig die dem Ausschaltzeitintervall entsprechenden Signale (ASZ) zugeführt werden, und der ausgangsseitig ein Rücksetzsignal für das Speicherelement (7) zur Verfügung stellt, wenn das Ausschaltzeitintervall abgelaufen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie ein Register (11) aufweist, welches ausgangsseitig ein dem Einschaltzeitintervall (ESZ) entsprechendes Signal zur Verfügung stellt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie einen Summierer (12) aufweist, dem das dem Ausschaltzeitintervall (ASZ) entsprechende Signal und das dem Einschaltzeitintervall (ESZ) entsprechende Signal zugeführt werden und welcher daraus ein Drehzahl-Ist- wertsignal (DZIW) berechnet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie einen Fehlerdetektor (13) aufweist, dem das Drehzahlistwertsignal (DZIW) und ein im Steuerwerk (9) erzeugtes Drehzahlsollwertsignal (SDZ) zugeführt werden und welcher an seinem Ausgang ein Fehlersignal (F) bereitstellt, wenn das Drehzahl-Istwertsignal einen vom Drehzahlsollwert abhängigen Drehzahlsollwertbereich ü- berschreitet .
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Steuerwerk (9) das Drehzahlsollwertsignal (SDZ) in Abhängigkeit vom Temperaturistwert (δl) erzeugt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie Eingabemittel (16) aufweist mittels derer Daten eingebbar sind, die der Nenndrehzahl des Lüfters, einem gewünschten Temperaturbereich, der Polzahl des Lüfters und/oder einem Sleepmode-Signal entsprechen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Eingabemittel (16) einen Speicher und/oder eine Tastatur aufweisen.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie einen Datenbus (15) aufweist, über welchen den Istszustand des Lüfters beschreibende Daten an eine Schnittstelle (14) übertragen werden.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Steuerwerk (9) zur Ermittlung eines Übertempe- ratursignals (Üt) vorgesehen ist. Bezugszeichenliste
1 DC-Lüfter
2 Versorgungsspannungsanschluss
3 Transistor
4 Messwiderstand
5 Masse
6 Flankendetektor
7 Speicher
8 Temperaturmesser
9 Steuerwerk
10 Timer
11 Register
12 Summierer
13 Fehlerdetektor
14 Schnittstelle
15 Datenbus
16 Eingabemittel
ASZ Ausschaltwert
DZIW Drehzahlistwert
ESZ Einschaltzeit
F Fehlersignal
Ll Lüftertyp 1
L2 Lüftertyp 2
L3 Lüftertyp 3
L4 Lüftertyp 4 n Drehzahl
Nnenn Nenndrehzahl pz Lüfterpolzahl δE Endtemperatur δi Isttemperatur
Sl Sleepmode δs Starttemperatur t Zeit
Üt Übertemperatur
Umeß Mess-Spannung
V+ Versorgungsgleichsspannung Őeriodendauer
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