WO2021043769A1 - Method and device for ascertaining the direction of rotation of a rotating field, and hybrid motor starter - Google Patents

Method and device for ascertaining the direction of rotation of a rotating field, and hybrid motor starter Download PDF

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WO2021043769A1
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phase
polarity
current
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instantaneous
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PCT/EP2020/074353
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Dirk Plewka
Matthias BORUTTA
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Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/02—Details
    • H02P1/022—Security devices, e.g. correct phase sequencing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/18—Indicating phase sequence; Indicating synchronism
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    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/01—Asynchronous machines

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the direction of rotation of a rotating field.
  • the proposal also relates to a hybrid motor starter which is used to control three-phase electric motors.
  • a motor starter and an associated diagnostic method are known from DE 102016203755 A1. This is provided with passive overcurrent protection in the first and second phases.
  • This object is achieved by a method for determining the direction of rotation of a rotating field according to claim 1, a device for determining the direction of rotation of a rotating field according to claim 8 and a hybrid motor starter according to claim 16.
  • the proposal according to the invention relates to a method for determining the direction of rotation of a rotating field, the rotating field being generated by three alternating currents offset in phase.
  • the phases in three-phase sockets are always connected in such a way that a clockwise rotating field results.
  • this is monitored with a method that evaluates only two of the three phases. In the case of two phases, the direction of the current is recorded as the polarity of the alternating currents.
  • this is done in such a way that the transition of the instantaneous value of the current direction from one polarity to the other polarity is determined in one of the two monitored phases and that, starting from this point, the polarity of a number of successive instantaneous values of the current direction is detected in the other of the two phases and that an evaluation takes place which proportion of the instantaneous values in the other of the two phases of the total number of instantaneous values recorded in this way has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field.
  • the device according to the invention which works according to the method, manages with just two current transformers, which are required in order to be able to detect the direction of rotation. This saves material and manufacturing costs.
  • the instantaneous current strength of the alternating currents is recorded for two phases, and the transition of the instantaneous value of the current strength from one polarity to the other polarity is determined in one phase.
  • the measured values for the current are signed and ideally lie on a sine curve or cosine curve. In the areas where the measured values have a positive sign, one speaks of positive polarity, correspondingly the direction of the current is positive. Negative polarity is used in the areas where the measured values have a negative sign, and the current direction is correspondingly negative.
  • the polarity of a number of successive instantaneous values of the current intensity in the other phase is recorded and an evaluation is carried out to determine which portion of the recorded instantaneous values of the current intensity in the other phase has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field. Often the current strength is required in addition to the current direction for further processing. It is then advantageous if the instantaneous values of the current intensity are recorded, from which the instantaneous values for the direction of the current also result. It is advantageous for the evaluation algorithm if the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity in the first phase corresponds to the transition from negative to positive polarity. This point can be determined quickly and reliably in the sampled values of the corresponding phase. In another embodiment, it would also be possible to determine the transition point from positive to negative polarity.
  • the number of successive instantaneous values of the current intensity in the other of the two phases is measured in such a way that the instantaneous values are recorded in a quarter period of the alternating current from the determined transition point.
  • the two phases to which the current transformers are connected are the first phase L1 and the second phase L2.
  • the evaluation algorithm works in such a way that a clockwise rotating field is inferred if the number of instantaneous values determined in the second phase L2 with negative polarity after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined in T / 4.
  • the ideal signal form with correct installation even shows that all samples falling in this measurement period should have negative polarity.
  • the first phase L1 and the third phase L3 are selected for the measurement value acquisition.
  • an evaluation algorithm is used that works in such a way that a clockwise rotating field is deduced if the number of instantaneous values determined in the third phase L3 with positive polarity after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
  • This variant offers the same advantages as the first embodiment.
  • the second phase L2 and the third phase L3 are recorded, with the evaluation algorithm inferring a clockwise rotating field if the number of instantaneous values determined in the third phase L3 with negative polarity after detection of the transition value in the second phase L2 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
  • This variant also offers the same advantages.
  • an error status can be output if the evaluation algorithm detects a different status.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention.
  • the device has input connections for connecting the three phases of a three-phase line, and the device is equipped with two current transformers, which are used to detect the current direction as polarity in two selected phases of the three-phase line.
  • the device has evaluation electronics that are designed to determine a point in time in order to start measured value acquisition for the instantaneous polarity values in the second of the two phases and to evaluate the acquired measured values around the direction of rotation of the rotating field determine.
  • the device manages with only two current transformers in order to be able to detect the direction of rotation.
  • the two current transformers are also used to record the current strength of the current.
  • the evaluation electronics are designed for the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity in the first of the two phases
  • Instantaneous values of the current intensity are recorded by the two current transformers, to determine the type that the time for the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity for the first of the two phases corresponds to the time of the change from negative to positive polarity.
  • the evaluation electronics are designed in such a way that they measure the number of successive instantaneous values of the current strength and polarity in the other phase in such a way that the instantaneous values are recorded in a quarter period of the alternating current. This corresponds to the realization of a favorable compromise with regard to the reliability of the internal rotation detection and the speed of the internal rotation detection.
  • the three variants of the implementation of the evaluation algorithm described are all equally advantageous.
  • the two phases L1 and L2 of the AC line are used for the evaluation.
  • the evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the second phase L2 after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
  • the two phases L1 and L3 of the AC line are used for the evaluation.
  • the evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values determined in the third phase L3 with positive polarity after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
  • the two phases L2 and L3 of the alternating current line are used for the evaluation.
  • the evaluation electronics are set up in such a way that they use the two phases L2 and L3 of the alternating current line for the acquisition of measured values.
  • the evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the third phase L3 after detection of the transition value in the second phase L2 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
  • An advantageous sampling rate for the evaluation electronics to record the instantaneous values of the current intensity and polarity corresponds to a sampling rate of 4k samples per second.
  • the rotating field detection described can also be used in mobile or permanently installed measuring devices such as an undervoltage measuring relay.
  • the device described can be used very advantageously in a hybrid motor starter for controlling a three-phase electric motor.
  • the hybrid motor starter is typically equipped with programmable electronics that can also execute the evaluation algorithm.
  • the measurement effort is low because samples only have to be recorded for two phases.
  • the hardware outlay is also reduced because measured values only have to be recorded for two phases.
  • the evaluation is carried out with the help of an evaluation algorithm that is processed by a programmable processing unit, such as a microcontroller, FPGA, ASIC, etc. This solution can be easily integrated in a hybrid motor starter.
  • FIG. 2 shows a flow chart for an evaluation algorithm for testing whether a right rotating field has been installed by evaluating phases L1 and L3;
  • FIG. 3 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line when installing a clockwise rotating field for the evaluation algorithm according to FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a flow chart for an evaluation algorithm for testing whether a right rotating field has been installed and evaluating phases L1 and L2;
  • FIG. 6 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with installation of a clockwise rotating field and evaluation of phases L1 and L2;
  • FIG. 11 shows a block diagram of a hybrid motor starter which contains a device for determining the direction of rotation of a rotating field.
  • the reference number 10 denotes a device which is connected between a three-phase load 20 and the three-phase line 5. This device 10 also serves to protect the three-phase application.
  • Typical three-phase loads are three-phase electric motors and heating devices such as electric stoves, instantaneous water heaters and hot water storage devices.
  • the main application for three-phase current is in electric motors, in which the rotating magnetic field drives a rotor. To this end, a further exemplary embodiment is described below.
  • the reference numeral 12 denotes two current transformers which enable measurement value acquisition in two phases of the three-phase line 5.
  • the first current transformer 12 is connected to the first phase L1 and the second Current transformer 12 to the third phase L3.
  • No current transformer is provided for the second phase L2.
  • Typical current transformers are small power transformers that transform high currents into easily measurable values.
  • the input winding is switched into the conductor of the respective phase L1, L2 and the current to be measured flows through it.
  • a conventional ammeter is connected to the output winding.
  • a third variant of current transformers 12, which can also be used in the described device, are Hall-effect current transformers. These utilize the Hall effect, which consists in generating an electrical voltage in a current-carrying conductor that is located in a stationary magnetic field. Hall generators of this type are typically designed to be flat, with a magnetic field that is as homogeneous as possible being generated, which is oriented perpendicular to the flat conductor. The Hall voltage is picked up at the outer edges of the flat conductor across the direction of the current.
  • the measured values are recorded by the evaluation electronics 14 of the device and temporarily stored for the evaluation.
  • the evaluation electronics 14 can be designed as a microcontroller. This is equipped with an A / D converter and scanning unit to record successive measured values. It also contains a memory (eg CMOS RAM memory) to temporarily store the measured values.
  • the main component is a microcomputer that is programmable and executes the evaluation algorithm. Another component is an output unit via which the various switching signals are output. It is then z. B. the load on the three-phase line switched on when the evaluation of the measured values shows that the power installation is correct.
  • the individual phases can be monitored, for example with a high-resistance measuring resistor (not shown), in order to test whether the respective phase L1, L2, L3 is actually carrying current. However, this can also be made dependent on whether the installation has correctly assigned the phases so that a rotating field with clockwise rotation results. This is prescribed by VDE for a three-phase installation.
  • the two current transformers 12 are used to measure the direction of rotation.
  • the device 10 is installed in such a way that the two current transformers 12 are connected to the phases L1 and L3.
  • an evaluation algorithm is used, the flow chart of which is shown in FIG. 2.
  • This evaluation algorithm works in the following way.
  • the start of the program is denoted by the reference number 50.
  • the program can be started the first time it is connected to the supply network.
  • the program is preferably started periodically by a timer, which can be contained in the microcontroller, for example. This has the advantage that the installation is continuously monitored and errors that occur while the system is in operation can also be detected.
  • program step 51 the starting point is sought from which measurement value acquisition is to take place.
  • a special signal transition ÜL1 is sought on the first phase L1.
  • the signal transition is preferably determined in such a way that the polarity of the instantaneous values of the recorded current intensity is recorded and that point in time is determined as the signal transition in phase L1 at which the polarity of the measured values changes from negative polarity to positive polarity.
  • the measurement value acquisition starts in program step 52 in the third phase L3.
  • the measured values are recorded for a quarter of the period T of the alternating current in phase L3.
  • the appropriate signal diagram is shown in FIG. 3.
  • the mains frequency in Germany is 50 Hz.
  • a quarter of the period T therefore corresponds to one Time span of 5 ms.
  • the sampling rate for measured value acquisition is in the range of kS / s.
  • the sampling rate was 4 kS / s. But it can also be lower or higher.
  • 3 shows a signal diagram in which the alternating current behavior is shown in the three phases L1, L2, L3. If the installation is correct, a rotating field on the right is generated. Then the waveforms are as shown in FIG.
  • a phase difference of 120 ° is set in each case between the phases L1, L2, L3.
  • the signal curves shown with a phase difference of 120 ° generate a magnetic field rotating in the right direction in the stator of an electric motor with three coils arranged offset by 120 °.
  • the recorded measured values are evaluated. This analyzes whether 2/3 of the recorded measured values have positive polarity. From the signal curves in FIG. 3 it can be seen that in the range from 0 to 5 ms (0 to p / 2) or in the range from 20 to 25 ms (2p to 5p / 2) the signal curve of L3 is two-thirds positive Samples should give and negative samples for a third.
  • the reference symbol NPL3 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L3. If this condition is met, the program branches in program step 53 to program step 54 in which the result is determined that a right direction of rotation is present. Otherwise, the result is determined in program step 55 that there is an error in the installation.
  • a corresponding register entry can be made in each of the program steps 54 and 55.
  • Another part of the program accesses this register and can control appropriate displays to inform the user.
  • different LEDs can be made to light up, i.e. one LED that shows the clockwise rotation of the rotating field and one LED that outputs an error status. After clockwise rotation is displayed, the load 20 is switched on to the three-phase current in program step 56. This does not take place if the error status is present.
  • FIG. 5 shows the flow chart of an evaluation algorithm for a further exemplary embodiment of the invention.
  • the current transformers 12 are connected to phase L1 and L2 in order to detect the direction of rotation.
  • FIG. 6 shows the phase position of the current curves for the generation of a right-hand rotating field and the area in which the instantaneous values of the current curve are recorded in phase L2.
  • the evaluation algorithm again determines the transition point ÜL1 in phase L1 as described above in the corresponding program step 61.
  • the sampled values are recorded for phase L2. This takes place in program step 62.
  • the reference symbol NPL2 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L2.
  • the evaluation takes place in program step 63. This tests whether at least 2/3 of the measured values have negative polarity. If this condition is met, it is determined in program step 64 that the right direction of rotation has been recognized. If this test turns out negative, the error status is registered in program step 65. If the clockwise direction of rotation has been recognized, the load 20 is switched to the three-phase current in program step 66. The program then ends in program step 67, as well as after the error status has been registered.
  • Fig. 7 shows the current curves for the case that a rotating field with a left direction of rotation has to be installed. Then it results for the sampled values in phase L2 that 2/3 of the measured values have the positive polarity. This would be checked by the evaluation algorithm. 8 shows a further flow diagram of an evaluation algorithm. The flow chart shown there is provided for a further exemplary embodiment.
  • the current transformers 12 are connected to phases L2 and L3 in order to detect the direction of rotation.
  • Fig. 9 shows the phase position of the current curves for the generation of a right rotating field.
  • the search for the transition from negative to positive polarity in phase 2 in program step 71 leads to point UL2, which is approximately 7 ms.
  • the samples are acquired for phase L3. This takes place in program step 72.
  • the reference symbol NPL3 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L3.
  • the evaluation takes place in program step 73. If the phase position is correct, all sampled values from phase L3 will have negative polarity. It is therefore tested in program step 73 whether at least 2/3 of the measured values have negative polarity. If this condition is met, it is determined in program step 74 that the right direction of rotation has been recognized. If this test turns out negative, the error status is registered in program step 75. If the clockwise direction of rotation has been recognized, the load 20 is switched to the three-phase current in program step 76. The program then ends in program step 77, as well as after the error status has been registered.
  • FIG. 10 shows the current curves when a left rotating field is to be installed. In this case 2/3 of the samples are in the range of positive polarity. This is then checked by the corresponding evaluation algorithm.
  • Hybrid motor starters are installed in control cabinets of industrial systems or other systems using top hat rail mounting in order to control and monitor three-phase electric motors. They can be used to replace the reversing contactor circuits and motor protection devices that are usually to be installed, which reduces the installation effort.
  • Hybrid motor starters include ICs that are built using hybrid technology and combine semiconductor components and robust relay technology based on micromechanics in one housing. Hybrid motor starters typically provide the following functions:
  • the reference number 30 denotes the three-phase electric motor. It is, for example, a three-phase asynchronous motor.
  • Reference number 16 denotes triacs, the function of which is to switch the alternating current in phase L2 and phase L3 in both current directions. The control current can be used to set whether the phase to the motor is fully switched on or only partially. A power control, a soft start, etc. can thus be implemented.
  • the triac's 16 are controlled by the evaluation electronics 14.
  • the reference number 17 denotes relays which can be designed as overload protection relays. Input switches 18 are provided for phases L1 and L2, which can switch phases on and off.
  • Output switches 19 are provided for phases L1 and L3, with which the phases of the electric motor can be switched on or off, and can also be reversed.
  • the switches 18 and 19 are also controlled by the evaluation electronics 14.
  • the right and left rotation of the electric motor can be set via this. It should be understood that the proposed method and associated devices can be implemented in various forms of hardware, software, firmware, special purpose processors, or a combination thereof.
  • the current intensity was recorded with the current transformers and the current direction was derived from it. In a simplified variant, it is sufficient to only record the current direction of the current in the respective phase.
  • Specialty processors can include application specific integrated circuits (ASICs), reduced instruction set computers (RISC), and / or field programmable gate arrays (FPGAs).
  • ASICs application specific integrated circuits
  • RISC reduced instruction set computers
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • the proposed method and the device are preferably implemented as a combination of hardware and software.
  • the software is preferably installed as an application program on a program storage device. Typically, it is a computer platform-based machine that includes hardware such as one or more central processing units (CPU), random access memory (RAM), and one or more input / output (I / O) interfaces.
  • An operating system is also typically installed on the computer platform.
  • the various processes and functions described here can be part of the application program or a part that is executed by the operating system.
  • Electric motor 30 different program steps of a 1st computer program 50-56 different program steps of a 2nd computer program 60-66 different program steps of a 3rd computer program 70-76 first phase L1 second phase L2 third phase L3

Abstract

The subject of the invention is a method for ascertaining the direction of rotation of a rotating field, wherein the rotating field is generated by three phase-offset AC currents. The rotating field corresponds to a rotating magnetic field. The method involves recording the instantaneous polarity of the AC currents in two of the three phases (L1, L2, L3). In order to ascertain the direction of rotation, the transition of the instantaneous value of the polarity from one polarity to the other polarity is ascertained in one phase (L1, L2, L3), and based on this point, the polarity of a number of successive instantaneous values is recorded in the other phase (L1, L2, L3). These measured values are evaluated so as to ascertain what proportion of the instantaneous values in the other phase (L1, L2, L3) has a particular polarity in order to ascertain the direction of rotation of the rotating field.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes sowie Hybrid-Motorstarter Method and device for determining the direction of rotation of a rotating field and hybrid motor starter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes. Der Vorschlag betrifft weiterhin einen Hybrid- Motorstarter der zur Ansteuerung von Drehstrom-Elektromotoren dient. The invention relates to a method and a device for determining the direction of rotation of a rotating field. The proposal also relates to a hybrid motor starter which is used to control three-phase electric motors.
Insbesondere im Industrie- und Analgenbau werden vielfach Elektromotoren zum Antrieb von unterschiedlichen Maschinen, Pumpen usw. eingesetzt. Viele Motoren werden mit Drehstrom betrieben. Ein Motortyp, der mit Drehstrom betrieben wird, ist der Drehstrom-Asynchronmotor. Es gibt diese Motoren in unterschiedlichen Leistungsklassen. Solche Motoren können bei Fehlzuständen enormen Schaden an den Maschinen anrichten und sind auch selbst teuer und müssen selber geschützt werden, z.B. vor Überhitzung. Zur Überwachung und zum Schutz dienen Schützschaltungen oder auch Wendeschützschaltungen, mit denen z.B. auch die Drehrichtung des Motorlaufs umgekehrt werden kann. Solche Wendeschützschaltungen werden typischerweise in Schaltschränken an Tragschienen, auch Hutschienen genannt, montiert. Diese Wendeschützschaltungen werden zunehmend von Hybrid-Motorstartern abgelöst, die Elektronik beinhalten, flexibler einsetzbar sind und geringerem Verschleiß unterliegen. In industrial and plant construction in particular, electric motors are often used to drive various machines, pumps, etc. Many motors are operated with three-phase current. One type of motor that is operated with three-phase current is the three-phase asynchronous motor. These engines are available in different performance classes. Such motors can cause enormous damage to the machines in the event of malfunctions and are themselves expensive and must be protected themselves, e.g. from overheating. Contactor circuits or reversing contactor circuits are used for monitoring and protection, with which, for example, the direction of rotation of the motor can be reversed. Such reversing contactor circuits are typically mounted in control cabinets on mounting rails, also known as top hat rails. These reversing contactor circuits are increasingly being replaced by hybrid motor starters that contain electronics, can be used more flexibly and are subject to less wear.
Zur Überwachung des Motorlaufs werden vielfach noch separate Schaltungen eingesetzt, die auch eine Drehfelderkennung ermöglichen. Es gibt eine VDE- Richtlinie, die vorschreibt, dass Drehstrominstallationen so erfolgen sollen, dass die drei Phasen L1 bis L3, wenn korrekt an den Elektromotor angeschlossen, ein sich drehendes Magnetfeld erzeugen, dessen Drehrichtung der Rechtsdrehrichtung entspricht. Es gibt spezielle Drehrichtungsanzeiger, die zur Überprüfung der Drehstrominstallationen dienen. Das sind Messgeräte, die der Elektroinstallateur verwendet. Daneben gibt es Unterspannungsmess-Relais mit Drehfelderkennung, die ebenfalls in den Schaltschränken zusätzlich installiert werden um eine dauerhafte Drehfeldüberwachung zu ermöglichen. Bei diesen werden alle drei Phasen der Drehstromleitung überwacht. Sinkt die Spannung einer der drei angeschlossenen Phasen unter den eingestellten Wert, fällt das Relais nach Ablauf der eingestellten Zeitverzögerung in seine Ruhelage zurück und schaltet damit den Drehstrom-Elektromotor ab. In order to monitor the running of the motor, separate circuits are often used, which also enable rotating field detection. There is a VDE guideline that stipulates that three-phase installations should be carried out in such a way that the three phases L1 to L3, when correctly connected to the electric motor, generate a rotating magnetic field whose direction of rotation corresponds to the direction of rotation to the right. There are special direction indicators that are used to check three-phase installations. These are measuring devices that the electrician uses. There are also undervoltage measuring relays with rotating field detection, which are also installed in the control cabinets to enable permanent rotating field monitoring. With these all three phases of the three-phase line are monitored. If the voltage of one of the three connected phases falls below the set value, the relay falls back into its rest position after the set time delay has elapsed and thus switches off the three-phase electric motor.
Aus der DE 102016203755 A1 ist ein Motorstarter und ein zugehöriges Diagnoseverfahren bekannt. Dieser ist in der ersten und zweiten Phase mit einem passiven Überstromschutz versehen. A motor starter and an associated diagnostic method are known from DE 102016203755 A1. This is provided with passive overcurrent protection in the first and second phases.
Aus der US 4887018 und US 5003242 sind Motorstarter bekannt, bei denen eine Drehfelderkennungsschaltung eingesetzt wird. From US 4887018 and US 5003242 motor starters are known in which a rotating field detection circuit is used.
Die bekannten Lösungen haben allerdings den Nachteil, dass die Drehfelderkennung eine Überwachung der drei Phasen voraussetzt, wobei der Hardwareaufwand erhöht ist. The known solutions, however, have the disadvantage that the rotating field detection requires monitoring of the three phases, the hardware expenditure being increased.
Es besteht deshalb der Bedarf für eine verbesserte Lösung zur Drehfelderkennung, die mit weniger Hardwareaufwand auskommt. Dies wurde im Rahmen der Erfindung erkannt. There is therefore a need for an improved solution for rotating field detection that requires less hardware. This was recognized within the scope of the invention.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes gemäß Anspruch 8 und einen Hybrid-Motorstarter gemäß Anspruch 16 gelöst. This object is achieved by a method for determining the direction of rotation of a rotating field according to claim 1, a device for determining the direction of rotation of a rotating field according to claim 8 and a hybrid motor starter according to claim 16.
Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen. The dependent claims contain advantageous developments and improvements of the invention in accordance with the following description of these measures.
Der erfindungsgemäße Vorschlag betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes, wobei das Drehfeld durch drei phasenmäßig versetzte Wechselströme erzeugt wird. Nach VDE-Richtlinie werden die Phasen bei den Drehstrom-Steckdosen immer so angeschlossen, dass sich ein rechtsdrehendes Drehfeld ergibt. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren überwacht, das lediglich zwei der drei Phasen auswertet. Es wird bei zwei Phasen die Stromrichtung als Polarität der Wechselströme erfasst. Dies geschieht erfindungsgemäß so, dass der Übergang des Momentanwertes der Stromrichtung von einer Polarität zu der anderen Polarität in einer der beiden überwachten Phasen ermittelt wird und, dass ausgehend von diesem Punkt die Polarität einer Anzahl aufeinanderfolgender Momentanwerte der Stromrichtung bei der anderen der beiden Phasen erfasst wird und, dass eine Auswertung erfolgt, welcher Anteil der Momentanwerte bei der anderen der beiden Phasen an der Gesamtzahl der so erfassten Momentanwerte eine bestimmte Polarität aufweist, um die Drehrichtung des Drehfeldes zu ermitteln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die nach dem Verfahren arbeitet kommt mit lediglich zwei Stromwandlern aus, die benötigt werden, um den Drehsinn erfassen zu können. Dies spart Material und Herstellungskosten. The proposal according to the invention relates to a method for determining the direction of rotation of a rotating field, the rotating field being generated by three alternating currents offset in phase. According to the VDE guideline, the phases in three-phase sockets are always connected in such a way that a clockwise rotating field results. According to the invention, this is monitored with a method that evaluates only two of the three phases. In the case of two phases, the direction of the current is recorded as the polarity of the alternating currents. According to the invention, this is done in such a way that the transition of the instantaneous value of the current direction from one polarity to the other polarity is determined in one of the two monitored phases and that, starting from this point, the polarity of a number of successive instantaneous values of the current direction is detected in the other of the two phases and that an evaluation takes place which proportion of the instantaneous values in the other of the two phases of the total number of instantaneous values recorded in this way has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field. The device according to the invention, which works according to the method, manages with just two current transformers, which are required in order to be able to detect the direction of rotation. This saves material and manufacturing costs.
In einer Variante wird bei zwei Phasen die momentane Stromstärke der Wechselströme erfasst, und der Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität in einer Phase ermittelt. Die Messwerte für die Stromstärke sind vorzeichenbehaftet und liegen im Idealfall auf einer Sinus-Kurve oder Kosinus-Kurve. In den Bereichen wo die Messwerte positives Vorzeichen haben, wird von positiver Polarität gesprochen, entsprechend ist die Stromrichtung positiv. In den Bereichen wo die Messwerte negatives Vorzeichen haben, wird von negativer Polarität gesprochen, entsprechend ist die Stromrichtung negativ. Ausgehend von diesem Punkt wird die Polarität einer Anzahl aufeinanderfolgender Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen Phase erfasst und es erfolgt eine Auswertung, welcher Anteil der erfassten Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen Phase eine bestimmte Polarität aufweist, um die Drehrichtung des Drehfeldes zu ermitteln. Oft wird auch die Stromstärke neben der Stromrichtung zur Weiterverarbeitung benötigt. So ist es dann vorteilhaft, wenn die Momentanwerte von Stromstärke erfasst werden, woraus sich auch die Momentanwerte für die Stromrichtung ergeben. Dabei ist es für den Auswertealgorithmus vorteilhaft, wenn der Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität bei der ersten Phase dem Übergang von negativer zu positiver Polarität entspricht. Dieser Punkt lässt sich in den Abtastwerten der entsprechenden Phase schnell und zuverlässig bestimmen. In einer anderen Ausgestaltung wäre es auch möglich den Übergangspunkt von positiver zu negativer Polarität zu ermitteln. In a variant, the instantaneous current strength of the alternating currents is recorded for two phases, and the transition of the instantaneous value of the current strength from one polarity to the other polarity is determined in one phase. The measured values for the current are signed and ideally lie on a sine curve or cosine curve. In the areas where the measured values have a positive sign, one speaks of positive polarity, correspondingly the direction of the current is positive. Negative polarity is used in the areas where the measured values have a negative sign, and the current direction is correspondingly negative. Starting from this point, the polarity of a number of successive instantaneous values of the current intensity in the other phase is recorded and an evaluation is carried out to determine which portion of the recorded instantaneous values of the current intensity in the other phase has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field. Often the current strength is required in addition to the current direction for further processing. It is then advantageous if the instantaneous values of the current intensity are recorded, from which the instantaneous values for the direction of the current also result. It is advantageous for the evaluation algorithm if the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity in the first phase corresponds to the transition from negative to positive polarity. This point can be determined quickly and reliably in the sampled values of the corresponding phase. In another embodiment, it would also be possible to determine the transition point from positive to negative polarity.
Gemäß einer besonders bevorzugten Variante wird die Anzahl der aufeinanderfolgenden Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen der beiden Phasen so bemessen, dass die Momentanwerte in einer Viertelperiodendauer des Wechselstroms ab dem ermittelten Übergangspunkt erfasst werden. Dies ist ein guter Kompromiss um eine sichere Erkennung des Drehsinns zu erzielen und gleichzeitig eine schnelle Erkennung zu ermöglichen, damit bei Erkennung eines unerwünschten Drehsinns eine schnelle Abschaltung und Fehleranzeige möglich wird. According to a particularly preferred variant, the number of successive instantaneous values of the current intensity in the other of the two phases is measured in such a way that the instantaneous values are recorded in a quarter period of the alternating current from the determined transition point. This is a good compromise in order to achieve reliable detection of the direction of rotation and at the same time enable rapid detection so that if an undesired direction of rotation is detected, a quick shutdown and error display is possible.
In einer Ausführungsform sind die beiden Phasen an die die Stromwandler angeschlossen werden die erste Phase L1 und die zweite Phase L2. Bei dieser Variante ist es vorteilhaft, wenn der Auswertealgorithmus so arbeitet, dass auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn die Anzahl der bei der zweiten Phase L2 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase L1 bei größer als zwei Dritteln der insgesamt in T/4 ermittelten Momentanwerte liegt. Die ideale Signalform bei korrekter Installation zeigt sogar, dass alle in diese Messperiode fallenden Abtastwerte die negative Polarität aufweisen sollten. In one embodiment, the two phases to which the current transformers are connected are the first phase L1 and the second phase L2. In this variant, it is advantageous if the evaluation algorithm works in such a way that a clockwise rotating field is inferred if the number of instantaneous values determined in the second phase L2 with negative polarity after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined in T / 4. The ideal signal form with correct installation even shows that all samples falling in this measurement period should have negative polarity.
In einer zweiten Ausführungsform werden die erste Phase L1 und die dritte Phase L3 für die Messwerterfassung ausgewählt. Dafür wird dann ein Auswertealgorithmus eingesetzt, der so arbeitet, dass auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn die Anzahl der bei der dritten Phase L3 ermittelten Momentanwerte mit positiver Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase L1 bei größer als zwei Dritteln der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. Diese Variante bietet die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform. In a second embodiment, the first phase L1 and the third phase L3 are selected for the measurement value acquisition. For this purpose, an evaluation algorithm is used that works in such a way that a clockwise rotating field is deduced if the number of instantaneous values determined in the third phase L3 with positive polarity after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined. This variant offers the same advantages as the first embodiment.
Gemäß einer dritten Variante, werden die zweite Phase L2 und die dritte Phase L3 erfasst, wobei durch den Auswertealgorithmus auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn die Anzahl der bei der dritten Phase L3 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der zweiten Phase L2 bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. Auch diese Variante bietet die gleichen Vorteile. According to a third variant, the second phase L2 and the third phase L3 are recorded, with the evaluation algorithm inferring a clockwise rotating field if the number of instantaneous values determined in the third phase L3 with negative polarity after detection of the transition value in the second phase L2 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined. This variant also offers the same advantages.
Bei allen drei Varianten kann ein Fehlerzustand ausgegeben werden, wenn der Auswertealgorithmus einen anderen Zustand feststellt. In all three variants, an error status can be output if the evaluation algorithm detects a different status.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Für diese Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung Eingangsanschlüsse für die Anschaltung der drei Phasen einer Drehstromleitung aufweist, und die Vorrichtung mit zwei Stromwandlern ausgestattet ist, die zur Erfassung der Stromrichtung als Polarität bei zwei ausgewählten Phasen der Drehstromleitung dienen. Zusätzlich ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung eine Auswerteelektronik aufweist, die dazu ausgelegt ist einen Zeitpunkt zu bestimmen, um eine Messwerterfassung für die Momentanwerte der Polarität bei der zweiten der zwei Phasen zu starten und eine Auswertung der erfassten Messwerte vorzunehmen um die Drehrichtung des Drehfeldes zu bestimmen. Die Vorrichtung kommt mit nur zwei Stromwandlern aus, um die Drehrichtung erfassen zu können. The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention. For this device, it is advantageous if the device has input connections for connecting the three phases of a three-phase line, and the device is equipped with two current transformers, which are used to detect the current direction as polarity in two selected phases of the three-phase line. In addition, it is advantageous that the device has evaluation electronics that are designed to determine a point in time in order to start measured value acquisition for the instantaneous polarity values in the second of the two phases and to evaluate the acquired measured values around the direction of rotation of the rotating field determine. The device manages with only two current transformers in order to be able to detect the direction of rotation.
In einer Variante dienen die zwei Stromwandlern auch zur Erfassung der momentanen Stromstärke. In a variant, the two current transformers are also used to record the current strength of the current.
Für die Vorrichtung ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Auswerteelektronik ausgelegt ist den Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität in der ersten der beiden Phasen, deren Momentanwerte der Stromstärke durch die beiden Stromwandler erfasst werden, zu bestimmen, der Art, dass der Zeitpunkt für den Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität bei der ersten der beiden Phasen dem Zeitpunkt des Wechsels von negativer zu positiver Polarität entspricht. Dies entspricht der entsprechenden Maßnahme bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bietet den gleichen Vorteil, dass sich dieser Punkt in den Abtastwerten der entsprechenden Phase schnell und zuverlässig bestimmen lässt. For the device, it is also advantageous if the evaluation electronics are designed for the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity in the first of the two phases Instantaneous values of the current intensity are recorded by the two current transformers, to determine the type that the time for the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity for the first of the two phases corresponds to the time of the change from negative to positive polarity. This corresponds to the corresponding measure in the method according to the invention and offers the same advantage that this point can be determined quickly and reliably in the sampled values of the corresponding phase.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung besteht darin, dass die Auswerteelektronik so ausgelegt wird, dass sie die Anzahl der aufeinanderfolgenden Momentanwerte der Stromstärke und Polarität bei der anderen Phase so bemisst, dass die Momentanwerte in einer Viertelperiodendauer des Wechselstroms erfasst werden. Dies entspricht der Realisierung eines günstigen Kompromisses bzgl. Zuverlässigkeit der Drehsinnerkennung und Schnelligkeit der Drehsinnerkennung. Another advantageous embodiment of the device is that the evaluation electronics are designed in such a way that they measure the number of successive instantaneous values of the current strength and polarity in the other phase in such a way that the instantaneous values are recorded in a quarter period of the alternating current. This corresponds to the realization of a favorable compromise with regard to the reliability of the internal rotation detection and the speed of the internal rotation detection.
Die beschriebenen drei Varianten der Realisierung des Auswertealgorithmus sind alle gleich vorteilhaft. In der ersten Variante werden die beiden Phasen die L1 und L2 der Wechselstromleitung für die Auswertung eingesetzt. Die Auswerteelektronik ist dabei so ausgelegt, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, dass die Anzahl der bei der zweiten Phase L2 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase L1 bei größer als zwei Dritteln der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. The three variants of the implementation of the evaluation algorithm described are all equally advantageous. In the first variant, the two phases L1 and L2 of the AC line are used for the evaluation. The evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the second phase L2 after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
Bei der zweiten Variante werden die beiden Phasen L1 und L3 der Wechselstromleitung für die Auswertung eingesetzt. Die Auswerteelektronik ist dabei so ausgelegt ist, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, dass die Anzahl der bei der dritten Phase L3 ermittelten Momentanwerte mit positiver Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase L1 bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. Bei der dritten Variante werden die beiden Phasen L2 und L3 der Wechselstromleitung für die Auswertung eingesetzt. Die Auswerteelektronik ist so eingerichtet, dass sie die beiden Phasen die L2 und L3 der Wechselstromleitung für die Messwerterfassung einsetzt. Die Auswerteelektronik ist hier so ausgelegt, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, dass die Anzahl der bei der dritten Phase L3 ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der zweiten Phase L2 bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. In the second variant, the two phases L1 and L3 of the AC line are used for the evaluation. The evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values determined in the third phase L3 with positive polarity after detection of the transition value in the first phase L1 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined. In the third variant, the two phases L2 and L3 of the alternating current line are used for the evaluation. The evaluation electronics are set up in such a way that they use the two phases L2 and L3 of the alternating current line for the acquisition of measured values. The evaluation electronics are designed in such a way that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the third phase L3 after detection of the transition value in the second phase L2 is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
Eine vorteilhafte Abtastrate für die Auswerteelektronik um die Momentanwerte der Stromstärke und Polarität zu erfassen entspricht einer Abtastrate von 4k Abtastwerten pro Sekunde. An advantageous sampling rate for the evaluation electronics to record the instantaneous values of the current intensity and polarity corresponds to a sampling rate of 4k samples per second.
Die beschriebene Drehfelderkennung kann ebenfalls in mobilen oder fest installierten Messgeräten wie in einem Unterspannungsmess-Relais eingesetzt werden. The rotating field detection described can also be used in mobile or permanently installed measuring devices such as an undervoltage measuring relay.
Sehr vorteilhaft kann die beschriebene Vorrichtung bei einem Hybrid- Motorstarter für die Ansteuerung eines Drehstrom-Elektromotors eingesetzt werden. Der Hybrid-Motorstarter ist typischerweise mit einer programmierbaren Elektronik ausgestattet, die auch den Auswertealgorithmus ausführen kann. Der Messaufwand ist gering, weil nur bei zwei Phasen Abtastwerte erfasst werden müssen. Der Hardwareaufwand ist ebenfalls reduziert, weil nur bei zwei Phasen Messwerte erfasst werden müssen. Die Auswertung erfolgt mit Hilfe eines Auswertealgorithmus, der von einer programmierbaren Recheneinheit abgearbeitet wird, wie Mikrocontroller, FPGA, ASIC, usw. Diese Lösung kann so einfach in einem Hybrid-Motorstarter integriert werden. The device described can be used very advantageously in a hybrid motor starter for controlling a three-phase electric motor. The hybrid motor starter is typically equipped with programmable electronics that can also execute the evaluation algorithm. The measurement effort is low because samples only have to be recorded for two phases. The hardware outlay is also reduced because measured values only have to be recorded for two phases. The evaluation is carried out with the help of an evaluation algorithm that is processed by a programmable processing unit, such as a microcontroller, FPGA, ASIC, etc. This solution can be easily integrated in a hybrid motor starter.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Several exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail below with reference to the figures.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes; Show it: 1 shows a block diagram of a device for determining the direction of rotation of a rotating field;
Fig. 2 ein Flussdiagramm für einen Auswertealgorithmus zum Test ob ein rechtes Drehfeld installiert wurde durch Auswertung der Phasen L1 und L3; 2 shows a flow chart for an evaluation algorithm for testing whether a right rotating field has been installed by evaluating phases L1 and L3;
Fig. 3 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines rechtsdrehenden Drehfeldes für den Auswertealgorithmus nach Fig. 2; 3 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line when installing a clockwise rotating field for the evaluation algorithm according to FIG. 2;
Fig. 4 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines linksdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L1 und L3; 4 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with installation of a counterclockwise rotating field and evaluation of phases L1 and L3;
Fig. 5 ein Flussdiagramm für einen Auswertealgorithmus zum Test ob ein rechtes Drehfeld installiert wurde und Auswertung der Phasen L1 und L2; 5 shows a flow chart for an evaluation algorithm for testing whether a right rotating field has been installed and evaluating phases L1 and L2;
Fig. 6 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines rechtsdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L1 und L2; 6 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with installation of a clockwise rotating field and evaluation of phases L1 and L2;
Fig. 7 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei entsprechender Installation eines linksdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L1 und L2; 7 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with a corresponding installation of a counter-clockwise rotating field and evaluation of phases L1 and L2;
Fig. 8 ein Flussdiagramm für einen Auswertealgorithmus zum Test ob ein rechtes Drehfeld installiert wurde und Auswertung der Phasen L2 und L3; Fig. 9 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines rechtsdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L2 und L3; 8 shows a flow chart for an evaluation algorithm for testing whether a right rotating field has been installed and evaluating phases L2 and L3; 9 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with installation of a clockwise rotating field and evaluation of phases L2 and L3;
Fig. 10 ein Signaldiagramm mit den Stromverläufen bei den drei Phasen einer Drehstromleitung bei Installation eines linksdrehenden Drehfeldes und Auswertung der Phasen L2 und L3; und 10 shows a signal diagram with the current curves in the three phases of a three-phase line with the installation of a counter-clockwise rotating field and evaluation of phases L2 and L3; and
Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Hybrid-Motorstarters, der eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes enthält. 11 shows a block diagram of a hybrid motor starter which contains a device for determining the direction of rotation of a rotating field.
Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen. The present description illustrates the principles of the disclosure of the invention. It is therefore understood that those skilled in the art will be able to design various arrangements which, although not explicitly described here, embody the principles of the disclosure according to the invention and are also intended to be protected in their scope.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 10 zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes. Die drei Phasen der Drehstromleitung 5 sind mit L1 bis L3 bezeichnet. Der Neutralleiter N und der Schutzleiter PE sind zwar in der Drehstromleitung 5 vorhanden, allerdings zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt. Die Bezugszahl 10 bezeichnet eine Vorrichtung, die zwischen einer Drehstrom-Last 20 und der Drehstromleitung 5 geschaltet wird. Diese Vorrichtung 10 dient auch zum Schutz der Drehstromanwendung. Typische Drehstromlasten sind Drehstrom-Elektromotoren und Heizgeräte, wie Elektroherde, Durchlauferhitzer und Warmwasserspeichergeräte. Die Hauptanwendung für Drehstrom sind die Elektromotoren, bei denen das sich drehende Magnetfeld einen Läufer antreibt. Dazu wird nachfolgend noch ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Mit der Bezugszahl 12 sind zwei Stromwandler bezeichnet, die die Messwerterfassung in zwei Phasen der Drehstromleitung 5 ermöglichen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Stromwandler 12 an die erste Phase L1 angeschlossen und der zweite Stromwandler 12 an die dritte Phase L3. Für die zweite Phase L2 ist kein Stromwandler vorgesehen. Typische Stromwandler sind Transformatoren, kleiner Leistung, die hohe Ströme in leicht messbare Werte transformieren. In einer Variante wird die Eingangswicklung in den Leiter der jeweiligen Phase L1 , L2 geschaltet und wird von dem zu messenden Strom durchflossen. An die Ausgangswicklung wird z.B. ein konventioneller Strommesser (Ampere-Meter) angeschlossen. Dadurch, dass die Primärwicklung nur wenige Windungen oder sogar nur eine Windung aufweist, die Sekundärwicklung hingegen eine wesentlich größere Zahl von Windungen, können hohe Stromwerte von einigen Hundert Ampere mit konventioneller Messtechnik (Ampere-Metern) erfasst werden. Eine andere Variante von Stromwandlern sind sogenannte Durchsteck- Stromwandler, durch die der Leiter, dessen Strom erfasst werden soll, hindurch gesteckt wird. Damit können sogar noch höhere Stromwerte erfasst werden.1 shows a block diagram of a device 10 for determining the direction of rotation of a rotating field. The three phases of the three-phase line 5 are denoted by L1 to L3. Although the neutral conductor N and the protective conductor PE are present in the three-phase line 5, they are not shown to simplify the illustration. The reference number 10 denotes a device which is connected between a three-phase load 20 and the three-phase line 5. This device 10 also serves to protect the three-phase application. Typical three-phase loads are three-phase electric motors and heating devices such as electric stoves, instantaneous water heaters and hot water storage devices. The main application for three-phase current is in electric motors, in which the rotating magnetic field drives a rotor. To this end, a further exemplary embodiment is described below. The reference numeral 12 denotes two current transformers which enable measurement value acquisition in two phases of the three-phase line 5. In the exemplary embodiment shown, the first current transformer 12 is connected to the first phase L1 and the second Current transformer 12 to the third phase L3. No current transformer is provided for the second phase L2. Typical current transformers are small power transformers that transform high currents into easily measurable values. In a variant, the input winding is switched into the conductor of the respective phase L1, L2 and the current to be measured flows through it. For example, a conventional ammeter (ampere meter) is connected to the output winding. Because the primary winding has only a few turns or even only one turn, while the secondary winding has a significantly larger number of turns, high current values of a few hundred amperes can be recorded with conventional measurement technology (ampere-meters). Another variant of current transformers are so-called push-through current transformers, through which the conductor whose current is to be recorded is inserted. This means that even higher current values can be recorded.
Dies ist vorteilhaft für Leiter, die z.B. Stromschienen betreffen, die aber nicht mehr mit geringem Aufwand gewickelt werden können. Eine dritte Variante von Stromwandlern 12, die ebenfalls bei der beschriebenen Vorrichtung einsetzbar sind, sind Halleffekt-Stromwandler. Bei diesen wird der Hall-Effekt ausgenutzt, der darin besteht, dass in einem stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem stationären Magnetfeld befindet, eine elektrischen Spannung generiert wird. Solche Hall-Generatoren werden typischerweise flächig ausgeführt, wobei ein möglichst homogenes Magnetfeld erzeugt wird, dass senkrecht zu dem flächigen Leiter ausgerichtet ist. Die Hall-Spannung wird an den äußeren Rändern des flächigen Leiters quer zur Stromrichtung abgegriffen. This is advantageous for conductors that concern busbars, for example, but which can no longer be wound with little effort. A third variant of current transformers 12, which can also be used in the described device, are Hall-effect current transformers. These utilize the Hall effect, which consists in generating an electrical voltage in a current-carrying conductor that is located in a stationary magnetic field. Hall generators of this type are typically designed to be flat, with a magnetic field that is as homogeneous as possible being generated, which is oriented perpendicular to the flat conductor. The Hall voltage is picked up at the outer edges of the flat conductor across the direction of the current.
Die Messwerte werden von der Auswerteelektronik 14 der Vorrichtung erfasst und für die Auswertung zwischengespeichert. Die Auswerteelektronik 14 kann als Mikrocontroller ausgeführt sein. Dieser ist mit A/D-Wandler und Abtasteinheit ausgestattet um aufeinanderfolgende Messwerte zu erfassen. Er beinhaltet ebenfalls einen Speicher (z.B. CMOS-RAM-Speicher) um die Messwerte zwischen zu speichern. Die Hauptkomponente ist ein Mikrorechner, der programmierbar ist und den Auswertealgorithmus ausführt. Eine weitere Komponente ist eine Ausgabeeinheit über die die verschiedenen Schaltsignale ausgegeben werden. Darüber wird dann z. B. die Last an die Drehstromleitung angeschaltet, wenn die Auswertung der Messwerte zum Ergebnis hat, dass eine korrekte Strominstallation vorliegt. Dazu können die einzelnen Phasen überwacht werden, z.B. mit einem hochohmigen Messwiderstand (nicht dargestellt), um zu testen, ob die jeweilige Phase L1 , L2, L3 überhaupt Strom führt. Dies kann aber ebenfalls davon abhängig gemacht werden, ob die Installation die Phasen auch korrekt belegt hat, damit sich ein Drehfeld mit Rechtsdrehsinn ergibt. Dies ist nach VDE für eine Drehstrominstallation vorgeschrieben. The measured values are recorded by the evaluation electronics 14 of the device and temporarily stored for the evaluation. The evaluation electronics 14 can be designed as a microcontroller. This is equipped with an A / D converter and scanning unit to record successive measured values. It also contains a memory (eg CMOS RAM memory) to temporarily store the measured values. The main component is a microcomputer that is programmable and executes the evaluation algorithm. Another component is an output unit via which the various switching signals are output. It is then z. B. the load on the three-phase line switched on when the evaluation of the measured values shows that the power installation is correct. For this purpose, the individual phases can be monitored, for example with a high-resistance measuring resistor (not shown), in order to test whether the respective phase L1, L2, L3 is actually carrying current. However, this can also be made dependent on whether the installation has correctly assigned the phases so that a rotating field with clockwise rotation results. This is prescribed by VDE for a three-phase installation.
Um den Drehsinn messtechnisch zu erfassen, werden die beiden Stromwandler 12 eingesetzt. Bei der ersten Variante wird die Vorrichtung 10 so installiert, dass die beiden Stromwandler 12 an die Phasen L1 und L3 angeschlossen werden. Für diese Variante wird ein Auswertealgorithmus eingesetzt, dessen Flussdiagramm in der Fig. 2 gezeigt ist. Dieser Auswertealgorithmus arbeitet in folgender Weise. Der Start des Programms ist mit der Bezugszahl 50 bezeichnet. Das Programm kann bei erstmaliger Anschaltung an das Versorgungsnetz gestartet werden. Bevorzugt wird das Programm von einem Timer, der z.B. in dem Mikrocontroller enthalten sein kann, periodisch gestartet. Das hat den Vorteil, dass eine laufende Überwachung der Installation erfolgt und auch Fehler erkannt werden können, die im laufenden Betrieb der Anlage auftreten. Im Programmschritt 51 wird der Startpunkt gesucht, ab dem eine Messwerterfassung erfolgen soll. Dazu wird ein besonderer Signal-Übergang ÜL1 auf der ersten Phase L1 gesucht. Bevorzugt wird der Signal-Übergang so ermittelt, dass die Polarität der Momentanwerte der erfassten Stromstärke erfasst wird und als Signal-Übergang bei Phase L1 derjenige Zeitpunkt bestimmt wird, an dem die Polarität der Messwerte von negativer Polarität nach positiver Polarität wechselt. Nachdem dieser Signal-Übergang gefunden wurde, startet im Programmschritt 52 die Messwerterfassung bei der dritten Phase L3. Die Messwerte werden für die Dauer von einem Viertel der Periodendauer T des Wechselstroms bei Phase L3 erfasst. The two current transformers 12 are used to measure the direction of rotation. In the first variant, the device 10 is installed in such a way that the two current transformers 12 are connected to the phases L1 and L3. For this variant, an evaluation algorithm is used, the flow chart of which is shown in FIG. 2. This evaluation algorithm works in the following way. The start of the program is denoted by the reference number 50. The program can be started the first time it is connected to the supply network. The program is preferably started periodically by a timer, which can be contained in the microcontroller, for example. This has the advantage that the installation is continuously monitored and errors that occur while the system is in operation can also be detected. In program step 51, the starting point is sought from which measurement value acquisition is to take place. For this purpose, a special signal transition ÜL1 is sought on the first phase L1. The signal transition is preferably determined in such a way that the polarity of the instantaneous values of the recorded current intensity is recorded and that point in time is determined as the signal transition in phase L1 at which the polarity of the measured values changes from negative polarity to positive polarity. After this signal transition has been found, the measurement value acquisition starts in program step 52 in the third phase L3. The measured values are recorded for a quarter of the period T of the alternating current in phase L3.
Das passende Signaldiagramm ist in Fig. 3 gezeigt. Die Netzfrequenz beträgt in Deutschland 50 Hz. Ein Viertel der Periodendauer T entspricht daher einer Zeitspanne von 5 ms. Die Abtastrate für die Messwerterfassung liegt im Bereich von kS/s. Bei den gezeigten Signaldiagrammen in den Figuren betrug die Abtastrate 4 kS/s. Sie kann aber auch darunter oder auch darüber liegen. Die Fig. 3 zeigt ein Signaldiagramm bei dem das Wechselstromverhalten bei den drei Phasen L1 , L2, L3 gezeigt wird. Bei korrekter Installation wird ein rechtes Drehfeld erzeugt. Dann sind die Signalverläufe wie in Fig. 3 dargestellt. The appropriate signal diagram is shown in FIG. 3. The mains frequency in Germany is 50 Hz. A quarter of the period T therefore corresponds to one Time span of 5 ms. The sampling rate for measured value acquisition is in the range of kS / s. In the signal diagrams shown in the figures, the sampling rate was 4 kS / s. But it can also be lower or higher. 3 shows a signal diagram in which the alternating current behavior is shown in the three phases L1, L2, L3. If the installation is correct, a rotating field on the right is generated. Then the waveforms are as shown in FIG.
Zwischen den Phasen L1 , L2, L3 ist jeweils eine Phasendifferenz von 120° eingestellt. Die gezeigten Signalverläufe mit Phasendifferenz von 120° erzeugen in dem Ständer eines Elektromotors mit drei um 120° versetzt angeordneten Spulen ein sich im Rechtssinn drehendes Magnetfeld. Im Programmschritt 53 erfolgt die Auswertung der erfassten Messwerte. Darin wird analysiert ob 2/3 der erfassten Messwerte positive Polarität aufweisen. An den Signalverläufen in Fig. 3 lässt sich erkennen, dass im Bereich von 0 bis 5 ms (0 bis p/2) oder im Bereich von 20 bis 25 ms (2p bis 5p/2) des Signalverlaufes von L3 zu zwei Drittel sich positive Abtastwerte ergeben sollten und für ein Drittel negative Abtastwerte.A phase difference of 120 ° is set in each case between the phases L1, L2, L3. The signal curves shown with a phase difference of 120 ° generate a magnetic field rotating in the right direction in the stator of an electric motor with three coils arranged offset by 120 °. In program step 53, the recorded measured values are evaluated. This analyzes whether 2/3 of the recorded measured values have positive polarity. From the signal curves in FIG. 3 it can be seen that in the range from 0 to 5 ms (0 to p / 2) or in the range from 20 to 25 ms (2p to 5p / 2) the signal curve of L3 is two-thirds positive Samples should give and negative samples for a third.
Dies wird mit dem Algorithmus überprüft. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen NPL3 den Bereich in dem die Messwerte mit negativer Polarität bei der Phase L3 liegen. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, verzweigt das Programm im Programmschritt 53 zum Programmschritt 54 indem das Ergebnis festgelegt wird, dass ein rechter Drehsinn vorliegt. Andernfalls wird in dem Programmschritt 55 das Ergebnis festgelegt, dass ein Fehler bei der Installation vorliegt. In den Programmschritt 54 und 55 kann jeweils ein entsprechender Registereintrag gesetzt werden. Ein anderer Programmteil (nicht dargestellt) greift auf dieses Register zu und kann entsprechende Anzeigen ansteuern um den Benutzer zu informieren. In einer Variante können verschiedene LEDs zum Leuchten gebracht werden, also eine LED, die den Rechtslauf des Drehfeldes anzeigt und eine LED, die einen Fehlerzustand ausgibt. Nachdem der Rechtslauf angezeigt wird, folgt im Programmschritt 56 das Anschalten der Last 20 an den Drehstrom. Dies unterbleibt bei Vorliegen des Fehlerzustandes. Das Programm endet in Programmschritt 57. This is checked with the algorithm. In FIG. 3, the reference symbol NPL3 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L3. If this condition is met, the program branches in program step 53 to program step 54 in which the result is determined that a right direction of rotation is present. Otherwise, the result is determined in program step 55 that there is an error in the installation. A corresponding register entry can be made in each of the program steps 54 and 55. Another part of the program (not shown) accesses this register and can control appropriate displays to inform the user. In a variant, different LEDs can be made to light up, i.e. one LED that shows the clockwise rotation of the rotating field and one LED that outputs an error status. After clockwise rotation is displayed, the load 20 is switched on to the three-phase current in program step 56. This does not take place if the error status is present. The program ends in program step 57.
Die Fig. 4 zeigt die Stromverläufe, wenn ein linkes Drehfeld installiert werden muss. Die Erkennung des Drehsinns mit linker Drehrichtung kann mit einem ähnlichen Auswerteprogramm erfolgen. Es wird wieder der Übergang ÜL1 von negativer nach positiver Polarität auf Phase L1 gesucht. Dieser Punkt liegt erneut bei t = 20 ms. Die Abtastwerte für die folgende T/4-Periode für Phase L3 sollten dann wie gezeigt gänzlich negative Werte ergeben. Der Auswertealgorithmus wird dies entsprechend überprüfen. So kann auch der Links-Lauf verifziert werden. 4 shows the current curves when a left rotating field has to be installed. The detection of the direction of rotation with the left direction of rotation can be done with a similar evaluation program. The transition ÜL1 from negative to positive polarity on phase L1 is sought again. This point is again at t = 20 ms. The sample values for the following T / 4 period for phase L3 should then result in completely negative values, as shown. The evaluation algorithm will check this accordingly. The left run can also be verified in this way.
Fig. 5 zeigt das Flussdiagramm eines Auswertealgorithmus für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem werden die Stromwandler 12 an Phase L1 und L2 angeschlossen um den Drehsinn zu erfassen. FIG. 5 shows the flow chart of an evaluation algorithm for a further exemplary embodiment of the invention. In this case, the current transformers 12 are connected to phase L1 and L2 in order to detect the direction of rotation.
Fig. 6 zeigt die Phasenlage der Stromverläufe für die Erzeugung eines rechten Drehfeldes und den Bereich in dem die Momentanwerte des Stromverlaufs bei Phase L2 erfasst werden. Der Auswertealgorithmus ermittelt wieder den Übergangspunkt ÜL1 bei Phase L1 wie zuvor beschrieben in dem entsprechenden Programmschritt 61. Die Abtastwerte werden für Phase L2 erfasst. Dies erfolgt im Programmschritt 62. In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen NPL2 den Bereich in dem die Messwerte mit negativer Polarität bei der Phase L2 liegen. Die Auswertung erfolgt in Programmschritt 63. Darin wird getestet ob mindestens 2/3 der Messwerte die negative Polarität haben. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird in Programmschritt 64 bestimmt, dass die Drehrichtung Rechts erkannt wurde. Falls dieser Test negativ ausfällt, wird in Programmschritt 65 der Fehlerzustand registriert. Wenn der Rechts-Drehsinn erkannt wurde, wird in Programmschritt 66 die Last 20 an den Drehstrom geschaltet. Danach endet das Programm in Programmschritt 67, wie auch nach Registrierung des Fehlerzustandes. 6 shows the phase position of the current curves for the generation of a right-hand rotating field and the area in which the instantaneous values of the current curve are recorded in phase L2. The evaluation algorithm again determines the transition point ÜL1 in phase L1 as described above in the corresponding program step 61. The sampled values are recorded for phase L2. This takes place in program step 62. In FIG. 6, the reference symbol NPL2 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L2. The evaluation takes place in program step 63. This tests whether at least 2/3 of the measured values have negative polarity. If this condition is met, it is determined in program step 64 that the right direction of rotation has been recognized. If this test turns out negative, the error status is registered in program step 65. If the clockwise direction of rotation has been recognized, the load 20 is switched to the three-phase current in program step 66. The program then ends in program step 67, as well as after the error status has been registered.
Fig. 7 zeigt die Stromverläufe für den Fall, dass ein Drehfeld mit linkem Drehsinn installiert werden muss. Dann ergibt sich für die Abtastwerte bei Phase L2, dass 2/3 der Messwerte die positive Polarität aufweisen. Dies würde vom Auswertealgorithmus überprüft. Fig. 8 zeigt ein weiteres Flussdiagramm eines Auswertealgorithmus. Das dort gezeigte Flussdiagramm ist für ein weiteres Ausführungsbeispiel vorgesehen.Fig. 7 shows the current curves for the case that a rotating field with a left direction of rotation has to be installed. Then it results for the sampled values in phase L2 that 2/3 of the measured values have the positive polarity. This would be checked by the evaluation algorithm. 8 shows a further flow diagram of an evaluation algorithm. The flow chart shown there is provided for a further exemplary embodiment.
Bei diesem werden die Stromwandler 12 an Phase L2 und L3 angeschlossen um den Drehsinn zu erfassen. In this case, the current transformers 12 are connected to phases L2 and L3 in order to detect the direction of rotation.
Fig. 9 zeigt die Phasenlage der Stromverläufe für die Erzeugung eines rechten Drehfeldes. In diesem Fall führt die Suche des Übergangs von negativer zu positiver Polarität bei Phase 2 in dem Programmschritt 71 zu dem Punkt ÜL2, der ca. bei 7 ms liegt. Die Abtastwerte werden für Phase L3 erfasst. Dies erfolgt im Programmschritt 72. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen NPL3 den Bereich in dem die Messwerte mit negativer Polarität bei der Phase L3 liegen.Fig. 9 shows the phase position of the current curves for the generation of a right rotating field. In this case, the search for the transition from negative to positive polarity in phase 2 in program step 71 leads to point UL2, which is approximately 7 ms. The samples are acquired for phase L3. This takes place in program step 72. In FIG. 9, the reference symbol NPL3 denotes the range in which the measured values with negative polarity are in phase L3.
Die Auswertung erfolgt in Programmschritt 73. Bei korrekter Phasenlage werden alle Abtastwerte von Phase L3 die negative Polarität haben. Es wird deshalb in Programmschritt 73 getestet ob mindestens 2/3 der Messwerte die negative Polarität haben. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird in Programmschritt 74 bestimmt, dass die Drehrichtung Rechts erkannt wurde. Falls dieser Test negativ ausfällt, wird in Programmschritt 75 der Fehlerzustand registriert. Wenn der Rechts-Drehsinn erkannt wurde, wird in Programmschritt 76 die Last 20 an den Drehstrom geschaltet. Danach endet das Programm in Programmschritt 77, wie auch nach Registrierung des Fehlerzustandes. The evaluation takes place in program step 73. If the phase position is correct, all sampled values from phase L3 will have negative polarity. It is therefore tested in program step 73 whether at least 2/3 of the measured values have negative polarity. If this condition is met, it is determined in program step 74 that the right direction of rotation has been recognized. If this test turns out negative, the error status is registered in program step 75. If the clockwise direction of rotation has been recognized, the load 20 is switched to the three-phase current in program step 76. The program then ends in program step 77, as well as after the error status has been registered.
Die Fig. 10 zeigt schließlich noch die Stromverläufe, wenn ein Linkes Drehfeld installiert werden soll. In dem Fall liegen 2/3 der Abtastwerte im Bereich positiver Polarität. Dies wird dann von dem entsprechenden Auswertealgorithmus überprüft. Finally, FIG. 10 shows the current curves when a left rotating field is to be installed. In this case 2/3 of the samples are in the range of positive polarity. This is then checked by the corresponding evaluation algorithm.
Die Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, dass die beschriebene Vorrichtung in einem Hybrid-Motorstarter integriert wird. Solche Hybrid- Motorstarter werden in Schaltschränken von Industrieanlagen oder anderen Anlagen per Hutschienen-Montage installiert um Drehstrom-Elektromotoren zu steuern und zu überwachen. Durch sie können die sonst üblicherweise zu installierenden Wende-Schützschaltungen und Motorschutzeinrichtungen ersetzt werden, was den Installationsaufwand verringert. Hybrid-Motorstarter beinhalten ICs, die in Hybrid-Technik aufgebaut sind und Halbleiterkomponenten und robuste Relais-Technik auf Mikromechanik-Basis in einem Gehäuse vereinen. Hybrid-Motorstarter stellen typischerweise die folgenden Funktionen zur Verfügung: 11 shows an exemplary embodiment for the case in which the described device is integrated in a hybrid motor starter. Such hybrid motor starters are installed in control cabinets of industrial systems or other systems using top hat rail mounting in order to control and monitor three-phase electric motors. They can be used to replace the reversing contactor circuits and motor protection devices that are usually to be installed, which reduces the installation effort. Hybrid motor starters include ICs that are built using hybrid technology and combine semiconductor components and robust relay technology based on micromechanics in one housing. Hybrid motor starters typically provide the following functions:
Steuerfunktionen mit Anlauf des Motors für Linkslauf, Anlauf des Motors für Rechtslauf, Wendefunktion, Motorabschaltung; Control functions with start-up of the motor for left-hand rotation, start-up of the motor for right-hand rotation, reversing function, motor shutdown;
Diagnosefunktionen mit interner und externer Fehlererkennung, und Motorschutzfunktionen (Fehler beim Linkslauf, Fehler beim Rechtslauf, Phasenausfall), etc.; und Diagnostic functions with internal and external error detection, and motor protection functions (errors in counter-clockwise rotation, errors in clockwise rotation, phase failure), etc .; and
Statusfunktionen mit Signalisierungsmöglichkeit über den Zustand des Motors Linkslauf, Rechtslauf, Fehlerfall. Status functions with the option of signaling the state of the motor, left-hand rotation, right-hand rotation, error.
In der Fig. 11 bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Komponenten wie in Fig. 1. Daneben sind noch weitere Komponenten gezeigt. Die Bezugszahl 30 bezeichnet den Drehstrom-Elektromotor. Es handelt sich z.B. um einen Drehstrom-Asynchronmotor. Die Bezugszahl 16 bezeichnet Triac's, deren Funktion darin besteht den Wechselstrom bei Phase L2 und Phase L3 in beiden Stromrichtungen zu schalten. Über den Steuerstrom kann eingestellt werden, ob die Phase an den Motor voll angeschaltet wird oder nur teilweise. Damit kann eine Leistungsregelung, ein Sanftanlauf, usw. realisiert werden. Die Triac’s 16 werden von der Auswerteelektronik 14 angesteuert. Mit der Bezugszahl 17 sind Relais bezeichnet die als Überlastschutzrelais ausgeführt sein können. Bei den Phasen L1 und L2 sind Eingangsschalter 18 vorgesehen, die eine Phasenanschaltung und -abschaltung vornehmen können. Bei den Phasen L1 und L3 sind Ausgangsschalter 19 vorgesehen, mit denen die Phasen an den Elektromotor an- oder abgeschaltet werden können, auch umgesteuert werden können. Auch die Schalter 18 und 19 werden von der Auswerteelektronik 14 angesteuert. Darüber kann der Rechts- Linkslauf des Elektromotors eingestellt werden. Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können. In FIG. 11, the same reference numerals denote the same components as in FIG. 1. In addition, further components are also shown. The reference number 30 denotes the three-phase electric motor. It is, for example, a three-phase asynchronous motor. Reference number 16 denotes triacs, the function of which is to switch the alternating current in phase L2 and phase L3 in both current directions. The control current can be used to set whether the phase to the motor is fully switched on or only partially. A power control, a soft start, etc. can thus be implemented. The triac's 16 are controlled by the evaluation electronics 14. The reference number 17 denotes relays which can be designed as overload protection relays. Input switches 18 are provided for phases L1 and L2, which can switch phases on and off. Output switches 19 are provided for phases L1 and L3, with which the phases of the electric motor can be switched on or off, and can also be reversed. The switches 18 and 19 are also controlled by the evaluation electronics 14. The right and left rotation of the electric motor can be set via this. It should be understood that the proposed method and associated devices can be implemented in various forms of hardware, software, firmware, special purpose processors, or a combination thereof.
Bei den Ausführungsbeispielen wurde mit den Stromwandlern die momentane Stromstärke erfasst und daraus die Stromrichtung abgeleitet. In einer vereinfachten Variante reicht es aus nur die momentane Stromrichtung der jeweiligen Phase zu erfassen. In the exemplary embodiments, the current intensity was recorded with the current transformers and the current direction was derived from it. In a simplified variant, it is sufficient to only record the current direction of the current in the respective phase.
Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und / oder Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert. Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer Programmspeichervorrichtung installiert. Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einer Computerplattform, die Hardware aufweist, wie beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (I/O) Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein oder ein Teil, der über das Betriebssystem ausgeführt wird. Specialty processors can include application specific integrated circuits (ASICs), reduced instruction set computers (RISC), and / or field programmable gate arrays (FPGAs). The proposed method and the device are preferably implemented as a combination of hardware and software. The software is preferably installed as an application program on a program storage device. Typically, it is a computer platform-based machine that includes hardware such as one or more central processing units (CPU), random access memory (RAM), and one or more input / output (I / O) interfaces. An operating system is also typically installed on the computer platform. The various processes and functions described here can be part of the application program or a part that is executed by the operating system.
Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde. Bezugszeichenliste The disclosure is not restricted to the exemplary embodiments described here. There is room for various adaptations and modifications which those skilled in the art, based on their expert knowledge as well as belonging to the disclosure, would consider. List of reference symbols
Vorrichtung 10Device 10
Stromwandler 12 Auswerteelektronik 14Current transformer 12 Evaluation electronics 14
Triac 16Triac 16
Relais 17Relay 17
Eingangsschalter 18Entry switch 18
Ausgangsschalter 19 Wechselstrom-Last 20Output switch 19 AC load 20
Elektromotor 30 verschiedene Programmschritte eines 1. Computerprogramms 50 - 56 verschiedene Programmschritte eines 2. Computerprogramms 60 - 66 verschiedene Programmschritte eines 3. Computerprogramms 70 - 76 erste Phase L1 zweite Phase L2 dritte Phase L3Electric motor 30 different program steps of a 1st computer program 50-56 different program steps of a 2nd computer program 60-66 different program steps of a 3rd computer program 70-76 first phase L1 second phase L2 third phase L3
Übergangspunkt bei Phase L1 ÜL1Transition point at phase L1 ÜL1
Übergangspunkt bei Phase L2 ÜL2 Messbereich bei Phase L2 mit negativer Polarität NPL2Transition point for phase L2 ÜL2 measuring range for phase L2 with negative polarity NPL2
Messbereich bei Phase L3 mit negativer Polarität NPL3 Measuring range for phase L3 with negative polarity NPL3

Claims

(Patent-) Ansprüche (Patent) claims
1. Verfahren zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes, wobei das Drehfeld durch drei phasenmäßig versetzte Wechselströme erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei Phasen (L1 , L2, L3) als momentane Polarität die momentane Stromrichtung der Wechselströme erfasst wird, dass der Übergang des Momentanwertes der Polarität von einer Polarität zu der anderen Polarität in einer Phase (L1 , L2, L3) ermittelt wird, dass ausgehend von diesem Punkt die Polarität einer Anzahl aufeinanderfolgender Strommessungen bei der anderen Phase (L1, L2, L3) erfasst wird und, dass eine Auswertung erfolgt, welcher Anteil der erfassten Momentanwerte der Polarität bei der anderen Phase (L1 , L2, L3) eine bestimmte Polarität aufweist, um die Drehrichtung des Drehfeldes zu ermitteln. 1. A method for determining the direction of rotation of a rotating field, the rotating field being generated by three phase-shifted alternating currents, characterized in that the current direction of the alternating currents is recorded as the current polarity in two phases (L1, L2, L3) that the transition of the Instantaneous value of the polarity from one polarity to the other polarity in a phase (L1, L2, L3) is determined that, starting from this point, the polarity of a number of successive current measurements in the other phase (L1, L2, L3) is detected and that an evaluation takes place which portion of the detected instantaneous polarity values in the other phase (L1, L2, L3) has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in zwei Phasen (L1 , L2, L3) die momentane Stromstärke erfasst wird und daraus die Polarität der Wechselströme ermittelt wird, dass der Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität in einer Phase (L1 , L2, L3) ermittelt wird, dass ausgehend von diesem Punkt die Polarität einer Anzahl aufeinanderfolgender Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen Phase (L1 , L2, L3) erfasst wird und, dass eine Auswertung erfolgt, welcher Anteil der erfassten Momentanwerte der Stromstärke an der Gesamtzahl der erfassten Momentanwerte bei der anderen Phase (L1 , L2, L3) eine bestimmte Polarität aufweist, um die Drehrichtung des Drehfeldes zu ermitteln. 2. The method according to claim 1, wherein the instantaneous current strength is detected in two phases (L1, L2, L3) and the polarity of the alternating currents is determined therefrom, so that the transition of the instantaneous value of the current strength from one polarity to the other polarity in a phase ( L1, L2, L3) it is determined that, starting from this point, the polarity of a number of successive instantaneous values of the current intensity is detected in the other phase (L1, L2, L3) and that an evaluation takes place, which proportion of the detected instantaneous values of the current intensity is the total number of recorded instantaneous values in the other phase (L1, L2, L3) has a certain polarity in order to determine the direction of rotation of the rotating field.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität bei der ersten Phase (L1 , L2, L3) dem Übergang von negativer zu positiver Polarität entspricht. 3. The method according to claim 2, wherein the transition of the instantaneous value of the current intensity from one polarity to the other polarity in the first phase (L1, L2, L3) corresponds to the transition from negative to positive polarity.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Anzahl der aufeinanderfolgenden Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen Phase (L1 , L2, L3) so bemessen wird, dass die Momentanwerte in einer Viertelperiodendauer des Wechselstroms erfasst werden. 4. The method according to claim 3, wherein the number of successive instantaneous values of the current intensity in the other phase (L1, L2, L3) is dimensioned such that the instantaneous values are recorded in a quarter period of the alternating current.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Phasen (L1 , L2, L3) die erste und die zweite Phase (L1 , L2) sind, wobei auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn die Anzahl der bei der zweiten Phase (L2) ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase (L1) bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the first and the second phase (L1, L2), wherein a clockwise rotating field is concluded if the number of the second phase ( L2) determined instantaneous values with negative polarity after detection of the transition value in the first phase (L1) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beiden Phasen (L1 , L2, L3) die erste (L1 ) und die dritte Phase (L3) sind, wobei auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn die Anzahl der bei der dritten Phase (L3) ermittelten Momentanwerte mit positiver Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase (L1) bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the first (L1) and the third phase (L3), wherein a clockwise rotating field is concluded if the number of at the third phase (L3) determined instantaneous values with positive polarity after detection of the transition value in the first phase (L1) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beiden Phasen (L1 , L2, L3) die zweite (L2) und die dritte Phase (L3) sind, wobei auf ein rechtsdrehendes Drehfeld geschlossen wird, wenn die Anzahl der bei der dritten Phase (L3) ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der zweiten Phase (L2) bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. 7. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the second (L2) and the third phase (L3), wherein a clockwise rotating field is concluded if the number of at the third phase (L3) determined instantaneous values with negative polarity after detection of the transition value in the second phase (L2) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
8. Vorrichtung zur Ermittlung der Drehrichtung eines Drehfeldes, wobei die Vorrichtung Eingangsanschlüsse für die Anschaltung der drei Phasen (L1 , L2, L3) einer Drehstromleitung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit zwei Stromwandlern (12) ausgestattet ist, die zur Erfassung der momentanen Stromrichtung als momentane Polarität bei zwei Phasen (L1 , L2, L3) der Drehstromleitung (5) dienen und, dass die Vorrichtung eine Auswerteelektronik (14) aufweist, die dazu ausgelegt ist einen Zeitpunkt zu bestimmen um eine Messwerterfassung für die Momentanwerte bei der zweiten der zwei Phasen (L1 , L2, L3) zu starten und eine Auswertung der erfassten Messwerte vorzunehmen um die Drehrichtung des Drehfeldes zu bestimmen. 8. Device for determining the direction of rotation of a rotating field, the device having input connections for connecting the three phases (L1, L2, L3) of a three-phase line (5), characterized in that the device is equipped with two current transformers (12) which serve to detect the instantaneous current direction as instantaneous polarity in two phases (L1, L2, L3) of the three-phase line (5) and that the device has evaluation electronics (14) designed for this purpose to determine a point in time in order to start a measured value acquisition for the instantaneous values in the second of the two phases (L1, L2, L3) and to carry out an evaluation of the acquired measured values in order to determine the direction of rotation of the rotating field.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zwei Stromwandler (12) zur Erfassung der momentanen Stromstärke mit Polarität bei zwei Phasen (L1 , L2, L3) der Drehstromleitung (5) dienen. 9. The device according to claim 8, wherein the two current transformers (12) are used to detect the instantaneous current intensity with polarity in two phases (L1, L2, L3) of the three-phase line (5).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Auswerteelektronik (14) ausgelegt ist den Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität in der ersten der beiden Phasen (L1 , L2, L3) deren Momentanwerte der Stromstärke durch die beiden Stromwandler (12) erfasst werden, zu bestimmen, der Art, dass der Zeitpunkt für den Übergang des Momentanwertes der Stromstärke von einer Polarität zu der anderen Polarität bei der ersten der beiden Phasen (L1 , L2, L3) dem Zeitpunkt des Wechsels von negativer zu positiver Polarität entspricht. 10. The device according to claim 8 or 9, wherein the evaluation electronics (14) is designed to transition the instantaneous value of the current from one polarity to the other polarity in the first of the two phases (L1, L2, L3) whose instantaneous values of the current through the two Current transformers (12) are detected to determine the type that the point in time for the transition of the instantaneous value of the current from one polarity to the other polarity in the first of the two phases (L1, L2, L3) corresponds to the point in time of the change from negative to corresponds to positive polarity.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Auswerteelektronik (14) so ausgelegt ist, dass sie die Anzahl der aufeinanderfolgenden Momentanwerte der Stromstärke bei der anderen Phase (L1 , L2, L3) so bemisst, dass die Momentanwerte in einer Viertelperiodendauer des Wechselstroms erfasst werden. 11. Device according to one of claims 8 to 10, wherein the evaluation electronics (14) is designed so that it measures the number of successive instantaneous values of the current in the other phase (L1, L2, L3) so that the instantaneous values in a quarter period of the alternating current can be detected.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei die beiden Phasen (L1 , L2, L3) die erste (L1 ) und die zweite Phase (L2) der Wechselstromleitung (5) sind und die Auswerteelektronik (14) so ausgelegt ist, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, dass die Anzahl der bei der zweiten Phase (L2) ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase (L1) bei größer als zwei Dritteln der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. 12. Device according to one of claims 8 to 11, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the first (L1) and the second phase (L2) of the alternating current line (5) and the evaluation electronics (14) are designed so that it detects a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values with negative polarity determined in the second phase (L2) after detection of the transition value in the first phase (L1) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei die beiden Phasen (L1 , L2, L3) die erste (L1 ) und die dritte Phase (L3) der Wechselstromleitung (5) sind und die Auswerteelektronik (14) so ausgelegt ist, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, wenn die Anzahl der bei der dritten Phase (L3) ermittelten Momentanwerte mit positiver13. Device according to one of claims 8 to 11, wherein the two phases (L1, L2, L3) are the first (L1) and the third phase (L3) of the alternating current line (5) and the evaluation electronics (14) are designed so that it detects a clockwise rotating field when the number of instantaneous values determined in the third phase (L3) is positive
Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der ersten Phase (L1) bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. Polarity after detection of the transition value in the first phase (L1) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei die beiden Phasen (L1 , L2, L3) die zweite (L2) und die dritte Phase (L3) der14. Device according to one of claims 8 to 11, wherein the two phases (L1, L2, L3) the second (L2) and the third phase (L3) of the
Wechselstromleitung (5) sind und die Auswerteelektronik (14) so ausgelegt ist, dass sie ein rechtsdrehendes Drehfeld daran erkennt, dass die Anzahl der bei der dritten Phase (L3) ermittelten Momentanwerte mit negativer Polarität nach Erkennung des Übergangswertes bei der zweiten Phase (L2) bei größer als zwei Drittel der insgesamt ermittelten Momentanwerte liegt. AC line (5) and the evaluation electronics (14) are designed so that they recognize a clockwise rotating field from the fact that the number of instantaneous values determined in the third phase (L3) with negative polarity after detection of the transition value in the second phase (L2) is greater than two thirds of the total instantaneous values determined.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Auswerteelektronik (14) die Momentanwerte der Stromstärke und Stromrichtung mit einer Abtastrate von 4k Abtastwerten pro Sekunde erfasst. 15. Device according to one of claims 8 to 14, wherein the evaluation electronics (14) detects the instantaneous values of the current intensity and current direction at a sampling rate of 4k samples per second.
16. Hybrid-Motorstarter für die Ansteuerung eines Drehstrom-Elektromotors (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Hybrid-Motorstarter eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15 aufweist. 16. Hybrid motor starter for controlling a three-phase electric motor (30), characterized in that the hybrid motor starter has a device according to one of claims 8 to 15.
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