WO2012163433A2 - Asynchronmotor mit lastabhängiger stern- oder dreieck-beschaltung - Google Patents

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WO2012163433A2
WO2012163433A2 PCT/EP2011/061584 EP2011061584W WO2012163433A2 WO 2012163433 A2 WO2012163433 A2 WO 2012163433A2 EP 2011061584 W EP2011061584 W EP 2011061584W WO 2012163433 A2 WO2012163433 A2 WO 2012163433A2
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contactor
load
star
logic unit
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Andreas Krätzschmar
Ming Li
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H02P25/184—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays wherein the motor speed is changed by switching from a delta to a star, e.g. wye, connection of its windings, or vice versa
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/26—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor
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    • 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 device for the power supply of an asynchronous motor and a method for Ansteu ⁇ ern a star contactor and a delta contactor of a Asyn ⁇ chronmotors.
  • Electromotive drive systems are often ⁇ be exaggerated in part load, that is, at a given speed, the load torque of the application is less than the rated motor torque.
  • the load ⁇ moment falls below 50% of rated motor load, the efficiency of the engine (such as asynchronous motor) deteriorates dras ⁇ table. As a result, the energy requirement of the drive system is disproportionately high, ie energy is wasted
  • the lowering of the effective voltage of the motor can be done, for example, by clocking semiconductors (thyristors, IGBTs).
  • thyristors IGBTs
  • the effective motor voltage is controlled with a phase control of thyristors.
  • clocking (ON-OFF) of the IGBTs takes place over the actual network period (pulse width modulation).
  • This method is mainly used for flux-controlled frequency converters.
  • An object of the present invention is to operate Asynchronmo ⁇ tors over a large load range with improved efficiency.
  • an apparatus that is, by an apparatus for an induction motor, the device comprising a star contactor and a triangle contactor for the power supply of the induction motor and a logic unit, wherein the logic unit, the rating ⁇ be protected and the delta contactor for can control the asynchronous motor, wherein the logic unit is adapted to the basis of the present motor load of the asynchronous motor star contactor and / or the delta contactor for the induction motor, and a method according to claim 10, ie by a method for driving a star contactor and a triangle ⁇ contactor for the power supply of an asynchronous motor with a logic unit, the logic unit based on the present motor load of the asynchronous motor controls the star contactor and / or the delta contactor for the asynchronous motor.
  • An improvement of the efficiency of a motor can be done by controlling the supply voltage of the motor windings.
  • a star-delta switching of the motor windings be used to affect the effective voltage level at the motor ⁇ windings of the motor, in particular of asynchronous motors, (in two stages).
  • the logic module has the current engine load or a value characterizing the current engine load, so that it can control the star and / or the delta contactor depending on the present engine load or the present value characterizing the engine load.
  • the star and / or delta contactor is switched on and / or off to the asynchronous motor.
  • the time at which occurs the drive of the star and / or delta contactor is preferably defined by Minim ⁇ least a Motorlastschwellwert the engine load of the asynchronous motors ⁇ .
  • the at least one engine load ⁇ threshold value is stored in the logic unit, so that it can be compared with the currently existing engine load.
  • both contactors are se ⁇ quentially controlled (one contactor ON, the other OFF), in particular with each switching.
  • the first contactor is deliberately switched off and after a delay time the second contactor is switched on. After this process is completed, so only one contactor (star contactor or delta contactor) remains switched on.
  • the advantage of such a device is in particular that the star contactor and the triangular contactor is technically much simpler and, above all, cost-effective to realize much cheaper. Furthermore, the relatively high semiconductor losses are avoided. Another advantage is that the network generates a lower harmonic content. In addition, there are no additional losses in the engine.
  • the device further comprises current measuring means for detecting the motor current of the asynchronous motor, wherein the logic unit can control the star contactor and / or delta contactor for the asynchronous motor based on the motor current detected by the current measuring means.
  • the motor current is a conclusion to this Mo ⁇ torlast. Consequently, at least one motor load threshold value can be determined at which the star contactor and / or delta contactor is switched on / off.
  • the at least ei ⁇ ne Motorlastschwellwert defines in particular the load point (switching point) at which the logic unit outputs a control signal for switching at least one of the contactors (star contactor / delta contactor).
  • a current measuring ⁇ medium present and coupled to the logic module.
  • the logic unit is thus supplied with an input signal, which has a Conclusion on the present engine load, in particular in the range between 30 to 50% of the rated motor load of the asynchronous motor supplies.
  • the star contactor and delta contactor / controlled by a parent assembly or control inde- dig directly, in the parent compo ⁇ pe or control the logic unit can be seen.
  • a device includes the star contactor, the delta contactor and the logic unit.
  • the logic unit is adapted, at a first Mo ⁇ torlastschwellwert of the asynchronous motor, which is located in a loading ⁇ reaching less than 50% of the engine rated load of the induction motor to disconnect the delta contactor and thereafter the
  • the first engine load threshold is thus in a range between 0% to 50% of the rated motor load.
  • the first Motorlastschwellwert is between 30 to 40% of the rated motor load of the induction motor. For example, it is 35% of the rated motor load of the asynchronous motor.
  • the logic unit is designed to switch off the star contactor at a second Mo ⁇ torlastschwellwert the asynchronous motor, which is in a Be ⁇ rich greater than 30% of the rated motor load of the asynchronous, and then turn on the delta contactor.
  • the second engine load threshold is thus in a range between 30% to 100% of the rated motor load.
  • the second Motorlastschwellwert is between 30 to 40% of the rated motor load of the induction motor.
  • the second engine load threshold value is in particular greater than or equal to the first engine load threshold value.
  • the dynamic, self-recognizing switching between star ⁇ circuit (engine load in the range of 0% -50% of the engine rated load) and delta (engine load in the range of 30% -100% of the engine rated load) is thus carried out in particular by the detection of the motor current, and the logic module, which the star ⁇ respectively, to-the delta contactor and / or disconnects.
  • the first and second engine load thresholds may be a same threshold engine load, and thus may be in the range of between 30% and 50% of the rated engine load, e.g. at 40% of the rated motor load of the corresponding asynchronous motor.
  • the nominal motor load, the rated motor current, the nominal power factor and / or the rated motor power of the asynchronous motor operated by the device can be supplied to the device and in particular to the logic unit in different ways. For example, a direct input of this value to the device or to a component associated with the device (e.g., HMI, laptop, SPC, PLC) may occur.
  • a component associated with the device e.g., HMI, laptop, SPC, PLC
  • a hysteresis is present between the first and / or the second engine load threshold value.
  • the device further comprises a main contactor for connecting and disconnecting the supply voltage for the induction motor.
  • a main contactor for connecting and disconnecting the supply voltage for the induction motor.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of an interconnection of a
  • Asynchronous motor with a main contactor, a three ⁇ ecksten and a star contactor is asynchronous motor with a main contactor, a three ⁇ ecksten and a star contactor.
  • the illustrated efficiency curves 1.2 are based on a four-pole asynchronous motor with a nominal power of 15 kW. On the horizontal axis 3, the present rated motor load is given in percent. The vertical axis 4 gives the efficiency of the asynchronous motor in percent as ⁇ .
  • the first efficiency curve 1 reflects the efficiency of the asynchronous motor in a star connection.
  • the second efficiency curve 2 reflects the efficiency of the asynchronous motor in a triangle circuit again. It can be seen that in the Sternbescanno the induction motor with an engine load below 40%, a significantly higher efficiency of the induction motor is present as in the three- ⁇ eckbescaria the asynchronous motor.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of an interconnection of an induction motor 13 having a main contactor 6, a three ecksten 7 and a star contactor 8. Further, the basic structure of the motor current detection and the Schützansteue ⁇ tion is mapped via a logical unit. 9 The basic structure, ie the number and interconnection of the contactors 6, 7, 8 with the main current paths 14 (from left to right L1, L2, L3) and the first motor winding ends 15 (from left to right U1, V1, W1) and the second motor winding ends 16 (from left to right U2, V2, W2) unchanged to conventional star-delta starters. By means of the main contactor 6 may result in increased versor ⁇ supply voltage of the main current paths 14 on the induction motor on and off.
  • the asynchronous motor 13 is connected to the delta contactor 7 and the star contactor 8, so that by switching on or off of the triangular contactor 7 or star contactor 8, a changed ⁇ ned network topology for the motor windings and thus a reduction or increase in the supply voltage to the motor windings of the asynchronous motor 13 can be done.
  • Star contactor 8 takes place on the delta contactor 7, now the motor load-dependent control of the triangular contactor 7 and star contactor 8 via the logic unit 9, which as input ⁇ size, the present motor load of the asynchronous motor 13 analy ⁇ siert.
  • the logic unit 9 is preferably the rated motor current of the asynchronous motor 13 known. In the present embodiment, it follows ⁇ the determination of the present engine load of the induction motor 13 on the basis of the present motor current of the Asyn ⁇ chronmotors 13. For this purpose, have between the Asynchronmo ⁇ tor 13 and underlying the main contactor 6 main flow paths 14 each have a current measuring means 5.
  • the current measuring means 5 is so connected to the logic unit 9 so that it ⁇ A input variable for the logic unit 9 to transfer the motor current or a motor current value characterizing than.
  • the determination of the motor current can also be done only single-phase and thus with only one current measuring means 5 on a main ⁇ current path 14.
  • a further or alternative inputs to the logic unit 9 may also be of the rated motor current and the power factor of the induction motor ⁇ Leis. 13
  • the logic unit 9 can control the main contactor 6 by means of a first control connection 10, so that the supply voltage for the asynchronous motor 13 is switched on or off.
  • a second control connection 11 By means of a second control connection 11, the logic unit 9, the star contactor 8 for the induction motor 13 to or switch off.
  • the logic unit 9 can connect or disconnect the delta contactor 7 for the asynchronous motor 13.
  • the logic unit 9 can gain a conclusion on the current engine load at the Asynchronmo ⁇ tor 13 based on the present motor current.
  • a first Motorlastschwellwert of the induction motor 13 is stored in the logic unit 9, wherein the triangle ⁇ protecting 7 turned off, and then the star contactor is switched conces-. 8
  • the delta contactor 7 is switched off and after a certain delay time (about 20-200 ms) the star contactor 8 is then switched on.
  • the Steue ⁇ tion this assumes the logic unit 9.
  • the first Motorlastschwellwert is in the range between 30% and 40% of Mo ⁇ tornennlast of the induction motor 13.
  • the first Motorlastschwellwert is 30% of the engine rated load, so that when falls below the ers ⁇ th engine load threshold of 30%, the delta contactor 7 switched off and then the star contactor 8 is switched on.
  • a second motor load ⁇ threshold is stored in the logic unit 9, in which when this value is exceeded, the star contactor 8 is turned off and then after a certain delay time (about 20 - 200 ms) then the three ecktent 7 is switched on.
  • This second engine load is ⁇ threshold value as well as between 30 and 40% of the rated motor ⁇ load of the induction motor 13. In the present example is turned off when it exceeds the rated motor load of 40% of the induction motor 13, the star contactor 8 and then turned on the delta contactor. 7
  • the corresponding Motorlastschwellwert may preferably be ⁇ least one user can be set. For this he can For example, set the appropriate engine load, which forms the respective Motorlastschwellwert, or determine a Motorlastnennnwert the asynchronous motor 13 and to define ei ⁇ nen percentage value as Motorlastschwellwert.
  • the asynchronous motor 13 In the area above the second Motorlastschwelleptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptepteptept
  • the described basic principle can also be applied to motors with six windings. As a result, even finer load-dependent gradations can be made. Furthermore, the detection of the motor currents in principle with only a single-phase measurement is possible. However, higher accuracies can be achieved with two- or three-phase measurements. As a construction alternative, the motor currents may also be derived from existing motor current measuring devices, e.g. an electronic overload relay or a higher-level control can be used. In a three-phase motor current measurement, the logic unit 9 can also be used as overload protection device. Furthermore, the switching operations with the
  • Schönen 6, 7, 8 can also be realized by other suitable switching devices (soft starters, thyristor switches, relays, etc.).
  • the logic unit 9 may be integrated into an existing controller (e.g., overload relay), general monitoring devices (e.g., Simocode of the company
  • SIEMENS higher-level control systems
  • PLC Physical Uplink Control systems
  • Simocode from SIEMENS can be integrated.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Asynchronmotor (13) sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines Sternschützes (8) und eines Dreieckschützes (7) eines Asynchronmotors (13). Um den Asynchronmotor (13) über einen großen Lastbereich mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu betreiben wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein Sternschütz (8) und ein Dreieckschütz (7) für den Asynchronmotor (13) und eine Logikeinheit (9) umfasst, wobei die Logikeinheit (9) das Sternschütz (8) und das Dreieckschütz (7) für den Asynchronmotor (13) ansteuern kann, wobei die Logikeinheit (9) dazu ausgebildet ist, anhand der vorliegenden Motorlast des Asynchronmotors (13) das Sternschütz (8) und/oder Dreieckschütz (7) für den Asynchronmotor (13) anzusteuern.

Description

Beschreibung
Asynchronmotor mit lastabhängiger Stern- oder Dreieck-Be- schaltung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Energieversorgung eines Asynchronmotors sowie ein Verfahren zum Ansteu¬ ern eines Sternschützes und eines Dreieckschützes eines Asyn¬ chronmotors .
Elektromotorische Antriebssysteme werden oft in Teillast be¬ trieben, d.h. bei gegebener Drehzahl ist das Lastmoment der Applikation geringer als das Motornennmoment. Wenn das Last¬ moment unter 50% der Motornennlast absinkt, verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Motors (z.B. Asynchronmotor) dras¬ tisch. Dadurch ist der Energiebedarf des Antriebssystems überproportional hoch, d.h. Energie wird verschwendet
Durch eine Absenkung der Versorgungsspannung des Motors kann dieser Effekt deutlich verringert werden. Die Absenkung der effektiven Spannung des Motors kann beispielsweise durch Taktung von Halbleitern (Thyristoren, IGBTs) erfolgen. In Sanftstartern wird hierbei mit einer Phasenanschnittssteuerung von Thyristoren die effektive Motorspannung gesteuert. In Fre- quenzumrichtern erfolgt eine Taktung (ON-OFF) der IGBTs über die eigentliche Netzperiode ( Pulsweitenmodulierung) . Auch hier ergibt sich über die Induktivität der Motorimpedanzen eine geringere effektive Motorspannung. Dieses Verfahren wird vor allem bei flussgeregelten Frequenzumrichtern angewendet. Ein Vorteil beider Verfahren ist, dass die effektive Motor¬ spannung für einen relativ weiten Spannungsbereich lastabhängig geregelt werden kann. Andererseits ist ein aktives Regeln der Motorspannung zwischen ca. 50% bis 100% der mechanischen Last am Motor überhaupt nicht erforderlich, da sich der Wir- kungsgrad des Motors in diesem Bereich kaum verändert (im Beispiel eines 15kW Motors nur ca. 1,7 %) . Von Nachteil ist bei den genannten Verfahren, dass zum Takten der Netzspannung Leistungshalbleiter benötigt werden. Diese weisen neben ihren relativ hohen Kosten, vor allem hohe Eigenverluste auf. Durch diese Energieverluste wird ein Teil der eigentlich zu erzielenden Energieeinsparung wieder zunichte gemacht (je nach Stromstärke zwischen 3% und 10% der Motorleistung) . Weitere Problem sind, dass durch das Takten der Netzspannung die Verluste im Motor zunehmen und die Netzqualität (elektromagnetische Verträglichkeit; kurz EMV) lei- det.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Asynchronmo¬ toren über einen großen Lastbereich mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu betreiben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß An¬ spruch 1, d.h. durch eine Vorrichtung für einen Asynchronmotor, wobei die Vorrichtung ein Sternschütz und ein Dreieckschütz für die Spannungsversorgung des Asynchronmotors und eine Logikeinheit umfasst, wobei die Logikeinheit das Stern¬ schütz und das Dreieckschütz für den Asynchronmotor ansteuern kann, wobei die Logikeinheit dazu ausgebildet ist, anhand der vorliegenden Motorlast des Asynchronmotors das Sternschütz und/oder das Dreieckschütz für den Asynchronmotor anzusteu- ern, und ein Verfahren gemäß Anspruch 10, d.h. durch ein Verfahren zum Ansteuern eines Sternschützes und eines Dreieck¬ schützes für die Spannungsversorgung eines Asynchronmotors mit einer Logikeinheit, wobei die Logikeinheit anhand der vorliegenden Motorlast des Asynchronmotors das Sternschütz und/oder das Dreieckschütz für den Asynchronmotor ansteuert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 sowie 11 bis 14 angegeben. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades eines Motors kann über eine Steuerung der Versorgungsspannung der Motorwicklungen erfolgen. Alternativ zum Takten der Netzspannung kann erfindungsgemäß eine Stern-Dreieck-Umschaltung der Motorwicklungen genutzt werden, um die effektive Spannungshöhe an den Motor¬ wicklungen des Motors, insbesondere von Asynchronmotoren, (in zwei Stufen) zu beeinflussen. Im relevanten Lastbereich, insbesondere unter 50%, der Motornennlast wird die Spannung an den Motorwicklungen durch automatisches Umschalten auf Sternbetrieb um ca. 42% abgesenkt ( 1 /Wurzel [ 3 ]) , indem nun pro Stromkreis jeweils 2 Motorwick¬ lungen in Reihe geschaltet werden. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades im relevanten unte¬ ren Teillastbereich des Asynchronmotors (siehe FIG 1).
Die Umschaltung zwischen Sternschaltung und Dreieckschaltung erfolgt auf Basis der vorliegenden Motorlast des Asynchronmo- tors . Dem Logikmodul liegt hierfür die aktuelle Motorlast bzw. ein die aktuelle Motorlast charakterisierender Wert vor, so dass es in Abhängigkeit der vorliegenden Motorlast bzw. des vorliegenden die Motorlast charakterisierenden Wertes das Stern- und/oder das Dreieckschütz ansteuern kann. Bei dem An- steuern erfolgt ein zu- und/oder wegschalten des Stern- und/oder Dreieckschützes an den Asynchronmotor. Hierdurch ändern sich die Netztopologie und damit auch die effektive Spannung an den Motorwicklungen. Der Zeitpunkt, an welchem das Ansteuern des Stern- und/oder das Dreieckschützes erfolgt, wird vorzugsweise durch mindes¬ tens einen Motorlastschwellwert der Motorlast des Asynchron¬ motors definiert. Hierfür ist der mindestens eine Motorlast¬ schwellwert in der Logikeinheit hinterlegt, so dass er mit der aktuell vorliegenden Motorlast verglichen werden kann.
Bei dem Umschalten zwischen Sternschütz und Dreieckschütz werden insbesondere bei jeder Umschaltung beide Schütze se¬ quentiell angesteuert (ein Schütz EIN, das Andere AUS) . Hier- bei wird vorzugsweise das erste Schütz bewusst ausgeschaltet und nach einer Verzugszeit das zweite Schütz zugeschaltet. Nachdem dieser Vorgang abgeschlossen ist, bleibt somit immer nur ein Schütz (Sternschütz bzw. Dreieckschütz) zugeschaltet. Der Vorteil einer derartigen Vorrichtung ist insbesondere, dass das Sternschütz und das Dreieckschütz technisch deutlich einfacher und vor allem aus Kostensicht deutlich günstiger zu realisieren ist. Ferner kommt es zu einer Vermeidung der re- lativ hohen Halbleiterverluste. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass im Netz ein geringerer Oberwellengehalt entsteht. Außerdem entstehen keine Zusatzverluste im Motor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner Strommessmittel zur Erfassung des Motorstroms des Asynchronmotors, wobei die Logikeinheit anhand des vom Strommessmittel erfassten Motorstroms das Sternschütz und/oder Dreieckschütz für den Asynchronmotor ansteuern kann. Der Motorstrom gibt einen Rückschluss auf die vorliegende Mo¬ torlast. Folglich kann mindestens ein Motorlastschwellwert bestimmt werden, bei welchem ein Zu-/Abschalten des Sternschützes und/oder Dreieckschützes erfolgt. Der mindestens ei¬ ne Motorlastschwellwert definiert insbesondere den Lastpunkt (Umschaltpunkt) an welchem die Logikeinheit ein Steuersignal für ein Umschalten mindestens an eines der Schütze (Sternschütz/Dreieckschütz) ausgibt. Zur Erfassung der Motorströme ist vorzugsweise je Phase des Asynchronmotors ein Strommess¬ mittel vorhanden und mit dem Logikmodul gekoppelt.
Neben dem Motorstrom können ebenso andere Werte zur Bestimmung der vorliegenden Motorlast und somit zur Bestimmung des Umschaltepunktes herangezogen werden. Ein Rückschluss auf die vorliegende Motorlast kann beispielsweise auf Basis des Leis- tungsfaktors des Motors gewonnen werden, so dass die Logik¬ einheit anhand des Leistungsfaktors den Motorlastschwellwert und somit den Umschaltpunkt festlegt. Ebenso ist es denkbar, dass die Logikeinheit anhand von Informationen einer überge¬ ordneter Baugruppe oder Steuerung (z.B. SPS) die Befehle für das Umschalten (Zuschalten und/oder Wegschalten) des Sternschützes bzw. Dreieckschützes erhält und entsprechend das Sternschütz und Dreieckschütz ansteuert. Die Logikeinheit wird somit mit einem Eingangssignal versorgt, welches einen Rückschluss auf die vorliegende Motorlast, insbesondere im Bereich zwischen 30 bis 50% der Motornennlast des Asynchronmotors, liefert. Wird das Sternschütz bzw. Dreieckschütz durch eine übergeordnete Baugruppe oder Steuerung eigenstän- dig/direkt angesteuert, so ist in der übergeordneten Baugrup¬ pe oder Steuerung die Logikeinheit zu sehen. Vorzugsweise um- fasst jedoch ein Gerät das Sternschütz, das Dreieckschütz und die Logikeinheit. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Logikeinheit dazu ausgebildet, bei einem ersten Mo¬ torlastschwellwert des Asynchronmotors, welcher in einem Be¬ reich kleiner 50% der Motornennlast des Asynchronmotors liegt, das Dreieckschütz abzuschalten und daraufhin das
Sternschütz zuzuschalten. Der erste Motorlastschwellwert liegt somit in einem Bereich zwischen 0% bis 50% der Motornennlast .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der erste Motorlastschwellwert zwischen 30 bis 40% der Motornennlast des Asynchronmotors. Er liegt beispielsweise bei 35% der Motornennlast des Asynchronmotors.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Logikeinheit dazu ausgebildet, bei einem zweiten Mo¬ torlastschwellwert des Asynchronmotors, welche in einem Be¬ reich größer 30% der Motornennlast des Asynchronmotors liegt, das Sternschütz abzuschalten und daraufhin das Dreieckschütz zuzuschalten. Der zweite Motorlastschwellwert liegt somit in einem Bereich zwischen 30% bis 100% der Motornennlast.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der zweite Motorlastschwellwert zwischen 30 bis 40% der Motornennlast des Asynchronmotors.
Der zweite Motorlastschwellwert ist insbesondere größer oder gleich dem ersten Motorlastschwellwert. Die dynamische, selbsterkennende Umschaltung zwischen Stern¬ schaltung (Motorlast im Bereich von 0%-50% der Motornennlast) und Dreieckschaltung (Motorlast im Bereich von 30%-100% der Motornennlast) erfolgt somit insbesondere durch die Erfassung des Motorstroms, sowie des Logikmoduls, welches das Stern¬ bzw, das Dreieckschütz zu- und/oder wegschaltet.
Der erste und zweite Motorlastschwellwert kann ein gleicher Schwellwert der Motorlast sein, so dass er folglich im Be- reich zwischen 30% und 50 % der Motornennlast liegen kann, z.B. bei 40% der Motornennlast des entsprechenden Asynchronmotors .
Die Motornennlast, der Motornennstrom, der Nennleistungsfak- tor und/oder die Motornennleistung des von der Vorrichtung betriebenen Asynchronmotors kann der Vorrichtung und insbesondere der Logikeinheit auf unterschiedliche Weise zugeführt werden. Es kann beispielsweise eine direkte Eingabe dieses Wertes an der Vorrichtung bzw. einer mit der Vorrichtung ver- bundenen Komponente (z.B. HMI, Laptop, SPC, PLC) erfolgen.
Ebenso ist es denkbar, dass oben genannte den Motor charakte¬ risierende Größen anhand einer messtechnischen Analyse des Asynchronmotors bestimmt werden (teach-in) . Ferner ist es denkbar, dass der Logikeinheit bereits während der Fertigung ein oder mehrere dieser Werte hinterlegt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Motorlastschwellwert eine Hysterese vorhanden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner ein Hauptschütz zum Zu- und Abschalten der Versorgungsspannung für den Asynchronmotor. Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: FIG 1 einen Vergleich zweier Wirkungsgradkennlinien eines Asynchronmotors und
FIG 2 ein schematischer Aufbau einer Verschaltung eines
Asynchronmotors mit einem Hauptschütz, einem Drei¬ eckschütz und einem Sternschütz.
FIG 1 zeigt einen Vergleich zweier Wirkungsgradkennlinien 1,2 eines Asynchronmotors. Die abgebildeten Wirkungsgradkennli- nien 1,2 basieren auf einem vierpoligen Asynchronmotor mit 15 kW Nennleistung. Auf der horizontalen Achse 3 ist die vorliegende Motornennlast in Prozent angegeben. Die vertikale Achse 4 gibt den Wirkungsgrad des Asynchronmotors in Prozent wie¬ der. Die erste Wirkungsgradkennlinie 1 spiegelt den Wirkungs- grad des Asynchronmotors in einer Stern-Beschaltung wieder. Die zweite Wirkungsgradkennlinie 2 spiegelt den Wirkungsgrad des Asynchronmotors in einer Dreieckbeschaltung wieder. Es ist ersichtlich, dass bei der Sternbeschaltung des Asynchronmotors bei einer Motorlast unter 40% ein deutlich höherer Wirkungsgrad des Asynchronmotors vorliegt als bei der Drei¬ eckbeschaltung des Asynchronmotors.
FIG 2 zeigt einen schematischen Aufbau einer Verschaltung eines Asynchronmotors 13 mit einem Hauptschütz 6, einem Drei- eckschütz 7 und einem Sternschütz 8. Ferner ist der grundlegende Aufbau der Motorstromerfassung und der Schützansteue¬ rung über eine Logikeinheit 9 abgebildet. Der Grundaufbau, d.h. die Anzahl und Verschaltung der Schütze 6,7,8 mit den Hauptstrombahnen 14 (von links nach rechts L1,L2,L3) und den ersten Motorwindungsenden 15 (von links nach rechts U1,V1,W1) und den zweiten Motorwindungsenden 16 (von links nach rechts U2,V2,W2) unverändert zu konventionellen Stern- Dreieckstartern. Mittels des Hauptschützes 6 kann die Versor¬ gungsspannung der Hauptstrombahnen 14 am Asynchronmotor zu- und abgeschaltet werden.
Der Asynchronmotor 13 ist mit dem Dreieckschütz 7 und dem Sternschütz 8 verbunden, so dass durch Zu- bzw. Abschalten des Dreiecksschützes 7 bzw. Sternschützes 8 sich eine verän¬ derte Netztopologie für die Motorwicklungen und damit eine Absenkung bzw. Erhöhung der Versorgungsspannung an den Motorwicklungen des Asynchronmotors 13 erfolgen kann.
Im Unterschied zu konventionellen Stern-Dreieckstartern, bei welchen eine automatische zeitabhängige Umschaltung vom
Sternschütze 8 auf das Dreieckschütz 7 erfolgt, erfolgt nun die motorlastabhängige Ansteuerung des Dreiecksschützes 7 und Sternschützes 8 über die Logikeinheit 9, welche als Eingangs¬ größe die vorliegende Motorlast des Asynchronmotors 13 analy¬ siert. Hierunter ist ebenso ein die Motorlast des Asynchron¬ motors 13 charakterisierenden Wert zu verstehen. Der Logikeinheit 9 ist vorzugsweise der Motornennstrom des Asynchron- motors 13 bekannt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel er¬ folgt die Ermittlung der vorliegenden Motorlast des Asynchronmotors 13 anhand des vorliegenden Motorstroms des Asyn¬ chronmotors 13. Hierfür weisen die zwischen dem Asynchronmo¬ tor 13 und dem Hauptschütz 6 liegenden Hauptstrombahnen 14 jeweils ein Strommessmittel 5 auf. Das Strommessmittel 5 ist derart mit der Logikeinheit 9 verbunden, so dass es als Ein¬ gangsgröße für die Logikeinheit 9 den Motorstrom bzw. einen den Motorstrom charakterisierenden Wert übertragen kann. Die Ermittlung des Motorstroms kann ebenso lediglich einphasig und somit mit nur einem Strommessmittel 5 an einer Haupt¬ strombahn 14 erfolgen. Je mehr Hauptstrombahnen 14 (Phasen) analysiert werden, desto genauer kann die Überwachung des Asynchronmotors 13 erfolgen. Ein weiterer oder alternativer Eingangsparameter für die Logikeinheit 9 kann ebenso der Nennmotorstrom sowie der Leis¬ tungsfaktor des Asynchronmotors 13 sein.
Die Logikeinheit 9 kann mittels einer ersten Steuerverbindung 10 das Hauptschütz 6 ansteuern, so dass die Versorgungsspannung für den Asynchronmotor 13 zu- bzw. abgeschaltet wird. Mittels einer zweiten Steuerverbindung 11 kann die Logikeinheit 9 das Sternschütz 8 für den Asynchronmotor 13 zu- bzw. abschalten. Mittels einer dritten Steuerverbindung 12 kann die Logikeinheit 9 das Dreieckschütz 7 für den Asynchronmotor 13 zu- bzw. abschalten. Die Logikeinheit 9 kann anhand des vorliegenden Motorstroms einen Rückschluss auf die aktuelle Motorlast am Asynchronmo¬ tor 13 gewinnen. Die Logikeinheit 9 kann somit anhand der vorliegenden Motorlast des Asynchronmotors 13 bzw. anhand ei¬ nes die vorliegende Motorlast des Asynchronmotors 13 charak- terisierenden Wertes das Sternschütz 8 und/oder Dreieckschütz 7 für den Asynchronmotor 13 ansteuern. Im vorliegenden Beispiel ist ein erster Motorlastschwellwert des Asynchronmotors 13 in der Logikeinheit 9 hinterlegt, bei welchem das Dreieck¬ schütz 7 abgeschaltet und daraufhin das Sternschütz 8 zuge- schaltet wird. Sobald die ermittelte Motorlast diesen ersten Motorlastschwellwert unterschreitet, wird das Dreieckschütz 7 abgeschaltet und nach einer bestimmten Verzugszeit (ca. 20 - 200 ms) daraufhin das Sternschütz 8 zugeschaltet. Die Steue¬ rung hierfür übernimmt die Logikeinheit 9. Der erste Motor- lastschwellwert liegt im Bereich zwischen 30% und 40% der Mo¬ tornennlast des Asynchronmotors 13. Im vorliegenden Ausfüh¬ rungsbeispiel liegt der erste Motorlastschwellwert bei 30% der Motornennlast, so dass bei einem Unterschreiten des ers¬ ten Motorlastschwellwertes von 30% das Dreieckschütz 7 abge- schaltet und daraufhin das Sternschütz 8 zugeschaltet wird. Ferner ist in der Logikeinheit 9 ein zweiter Motorlast¬ schwellwert hinterlegt, bei welchem bei einem Überschreiten dieses Wertes das Sternschütz 8 abgeschaltet und nach einer bestimmten Verzugszeit (ca. 20 - 200 ms) daraufhin das Drei- eckschütz 7 zugeschaltet wird. Dieser zweite Motorlast¬ schwellwert liegt ebenso zwischen 30 und 40% der Motornenn¬ last des Asynchronmotors 13. Im vorliegenden Beispiel wird bei einem Überschreiten der Motornennlast von 40% des Asynchronmotors 13 das Sternschütz 8 abgeschaltet und daraufhin das Dreieckschütz 7 zugeschaltet.
Der entsprechende Motorlastschwellwert kann vorzugsweise sei¬ tens eines Anwenders eingestellt werden. Hierfür kann er bei- spielsweise die entsprechende Motorlast einstellen, welche den jeweiligen Motorlastschwellwert bildet, oder einen Motorlastnennwert des Asynchronmotors 13 bestimmen und hierzu ei¬ nen prozentualen Wert als Motorlastschwellwert definieren.
Im Bereich oberhalb des zweiten Motorlastschwellwertes arbei¬ tet der Asynchronmotor 13 somit lediglich im Dreieckbetrieb (das Dreieckschütz 7 ist zugeschaltet) . Im Bereich unterhalb des ersten Motorlastschwellwertes arbeitet der Asynchronmotor 13 lediglich im Sternbetrieb (das Sternschütz 8 ist zuge¬ schaltet) . Die Umschaltvorgänge zwischen dem Sternbetrieb und Dreieckbetrieb erfolgen automatisch, ohne dass ein Eingriff des Anwenders erforderlich ist. Zweckmäßigerweise sind die Umschaltpunkte mit einer Hysterese von 5% bis 10% versehen, um ein andauerndes Umschalten zu vermeiden, wenn sich die äußere mechanische Last zufällig im Bereich eines Motorlast¬ schwellwertes befindet.
Es ist anzumerken, dass das beschriebene Grundprinzip auf Mo- toren mit sechs Wicklungen ebenso übertragbar ist. Hierdurch können noch feinere lastabhängige Stufungen vorgenommen werden. Ferner ist die Erfassung der Motorströme im Grundsatz mit nur einer einphasigen Messung möglich. Höhere Genauigkeiten können jedoch mit zwei- oder dreiphasigen Messungen er- zielt werden. Als Aufbaualternative können die Motorströme auch aus vorhandenen Motorstrom-Messeinrichtungen z.B. eines elektronischen Überlastrelais oder einer übergeordneten Steuerung genutzt werden. Bei einer dreiphasigen Motorstrommessung kann die Logikeinheit 9 zudem als Überlast-Schutzgerät genutzt werden. Ferner können die Schaltvorgänge mit den
Schützen 6,7,8 ebenso durch andere geeignete Schalteinrichtungen (Sanftstarter, Thyristorschalter, Relais, etc.) realisiert werden. Ferner kann beispielsweise die Logikeinheit 9 in eine bestehende Steuerung (z.B. Überlastrelais), allgemei- ner Überwachungseinrichtungen (z.B. Simocode der Firma
SIEMENS), übergeordnete Steuerungen (z.B. SPS, Simocode der Firma SIEMENS) integriert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für einen Asynchronmotor (13), wobei die Vorrichtung ein Sternschütz (8) und ein Dreieckschütz (7) für eine Spannungsversorgung des Asynchronmotors (13) und eine Logikeinheit (9) umfasst, wobei die Logikeinheit (9) das Sternschütz (8) und das Dreieckschütz (7) für den Asynchronmotor ansteuern kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Logikeinheit (9) dazu ausgebildet ist, anhand der vorlie¬ genden Motorlast des Asynchronmotors (13) das Sternschütz (8) und/oder das Dreieckschütz (7) für den Asynchronmotor (13) anzusteuern .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ferner ein Strommessmittel (5) zur Erfassung des Motorstroms des Asynchronmotors (13) umfasst, wobei die Logikeinheit (9) an¬ hand des vom Strommessmittel (5) erfassten Motorstroms das Sternschütz (8) und/oder Dreieckschütz (7) für den Asynchron- motor (13) ansteuern kann.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Logikeinheit (9) dazu ausgebildet ist, bei einem ersten Motorlastschwellwert des Asynchronmotors (13), welcher in ei- nem Bereich kleiner 50% der Motornennlast des Asynchronmotors (13) liegt, das Dreieckschütz (7) abzuschalten und daraufhin das Sternschütz (8) zuzuschalten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Motorlast- schwellwert zwischen 30 bis 40% der Motornennlast des Asyn¬ chronmotors (13) liegt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Logikeinheit (9) dazu ausgebildet ist, bei einem zweiten Motorlastschwellwert des Asynchronmotors (13), welche in ei¬ nem Bereich größer 30% der Motornennlast des Asynchronmotors (13) liegt, das Sternschütz (8) abzuschalten und daraufhin das Dreieckschütz (7) zuzuschalten.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der zweite Motorlast- schwellwert zwischen 30 bis 40% der Motornennlast des Asyn¬ chronmotors (13) liegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5 und 6 oder 7, wobei zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Motorlastschwellwert eine Hysterese vorhanden ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ferner ein Hauptschütz (6) zum Zu- und Abschalten der Versorgungsspannung für den Asynchronmotor um- fasst .
9. Asynchronmotor (13), welcher eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
10. Verfahren zum Ansteuern eines Sternschützes (8) und eines Dreieckschützes (7) für die Spannungsversorgung eines Asynchronmotors (13) mit einer Logikeinheit (9), dadurch gekenn- zeichnet, dass die Logikeinheit (9) anhand der vorliegenden Motorlast des Asynchronmotors (13) das Sternschütz (8) und/oder Dreieckschütz (7) für den Asynchronmotor (13) ansteuert .
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei mindestens ein Strommessmittel (5) den Motorstrom der Asynchronmaschine (13) er- fasst und die Logikeinheit (9) anhand des erfassten Motor¬ stroms das Sternschütz (8) und/oder das Dreieckschütz (7) ansteuert .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die Logikeinheit (9) bei einem ersten Motorlastschwellwert des Asynchronmotors (13), welcher in einem Bereich kleiner 50% der Motornennlast des Asynchronmotors (13) liegt, das Drei- eckschütz (7) abschaltet und daraufhin das Sternschütz (8) zuschaltet, vorzugsweise liegt der erste Motorlastschwellwert zwischen 30 % bis 40% der Motornennlast des Asynchronmotors
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die die Logikeinheit (9) bei einem zweiten Motorlastschwellwert des Asynchronmotors (13), welche in einem Bereich größer 30% der Motornennlast des Asynchronmotors (13) liegt, das Stern- schütz (8) abschaltet und daraufhin das Dreieckschütz (7) zuschaltet, vorzugsweise liegt der zweite Motorlastschwellwert zwischen 30 bis 40% der Motornennlast des Asynchronmotors (13) .
14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, wobei der erste und/oder zweite Motorlastschwellwert eine Hysterese aufweist.
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