WO2023198341A1 - Verfahren zum betreiben einer elektrischen antriebsvorrichtung - Google Patents

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WO2023198341A1
WO2023198341A1 PCT/EP2023/054190 EP2023054190W WO2023198341A1 WO 2023198341 A1 WO2023198341 A1 WO 2023198341A1 EP 2023054190 W EP2023054190 W EP 2023054190W WO 2023198341 A1 WO2023198341 A1 WO 2023198341A1
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WO
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phase
electric motor
brake
phase conductors
voltage
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/054190
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hauke NANNEN
Thomas List
Dominic Malane
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D63/00—Brakes not otherwise provided for; Brakes combining more than one of the types of groups F16D49/00 - F16D61/00
    • F16D63/006—Positive locking brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/14—Mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2121/00—Type of actuator operation force
    • F16D2121/18—Electric or magnetic
    • F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets
    • F16D2121/22—Electric or magnetic using electromagnets for releasing a normally applied brake

Definitions

  • the present invention relates to a method and a control unit for operating an electric drive device.
  • the brake In order to avoid the effort required for a separate power supply for the brake, in many cases the brake is simply connected to the motor's power supply. If an operating voltage is now applied to the motor, and thus also to the brake, the motor draws a high current, but is initially blocked mechanically by the brake: after the voltage is applied, a period of time of 50 ms to 150 ms elapses until the brake has been released enough for the motor to start running up. During this period of time, in which the motor is energized but cannot yet rotate due to the blockage caused by the brake, high losses occur in the motor, which heat it up unnecessarily. So far these losses have been accepted.
  • the motor is oversized so that it still provides the necessary performance in the respective application, even though there is an increased load from the brake when starting.
  • the object of the present invention is therefore to improve the operation of an electric drive device.
  • This task is solved by a method with the features specified in claim 1.
  • the task is also solved by a control unit with the features specified in claim 7.
  • the method is used to operate an electric drive device.
  • the electric drive device has a voltage supply which has two or more phase conductors to provide a multi-phase supply voltage.
  • the phase conductors are also referred to below as motor phases or simply as phases.
  • the electric drive device also has a multi-phase electric motor which is connected to the two or more phase conductors.
  • the electric drive device also has an electrically actuated brake for acting on the electric motor, which can be switched between a braking position blocking the electric motor in a voltage-free state and an open position releasing the electric motor in a voltage-supplied state.
  • the brake is connected to only a subset of the two or more phase conductors.
  • the brake which can be designed as a spring-loaded brake, is also referred to below as a motor brake.
  • the electric drive device also has a number of switches corresponding to the number of phase conductors, with which each of the two or more phase conductors can flow independently of the other phase conductors. Can be switched to conductive or current-blocking.
  • the switches can be designed as mechanical switches and/or as semiconductor switches.
  • the method has a first step in which an initial state is established in which the two or more phase conductors of the power supply are interrupted.
  • the method has a second step in which, starting from the initial state, only the subset of the phase conductors to which the brake is connected are switched to conduct current.
  • the method has a second step in which, after a defined waiting period has elapsed, the electric motor is activated by also switching the remaining phase conductors to conduct current.
  • the control unit is used to operate an electric drive device.
  • the control unit is set up to send a current blocking switching command to two or more independently operable switches, each of which can be used to interrupt a phase conductor of a power supply to provide a multi-phase supply voltage for an electric motor.
  • This current blocking switching command can be used to create an initial state in which the two or more phase conductors of the electric motor's power supply are interrupted.
  • the control unit is also set up, starting from the initial state, to send a first current-conducting switching command to the switch or switches, which switch a subset of the phase conductors to which an electrically actuated brake is connected to act on the electric motor.
  • the first current-conducting switching command causes the brake to change from a voltage-free state, in which it assumes a braking position that blocks the electric motor, to a voltage-supplied state. As soon as the brake is supplied with voltage, it reaches an open position that releases the electric motor after a defined opening period has elapsed.
  • the control unit is also set up to issue a second power-on switching command after a defined waiting period has elapsed Send current-conducting switching command to the switch or switches that switch the remaining phase conductors.
  • the second current-conducting switching command also switches the remaining phase conductors to conduct current and activates the electric motor.
  • the invention is based on the knowledge that in the case that an electric motor and a brake acting on the electric motor are electrically supplied by the same phase conductors, the thermal losses in the electric motor that occur after the power supply of the electric motor and brake are switched on at the same time until the electric motor and brake are completely released Brake damage can be reduced by switching on the brake before the electric motor. For this purpose, only the phase conductor or conductors via which the voltage is supplied to the brake are initially switched to conduct current.
  • the idea underlying the invention is: Depending on which motor phases the motor brake is connected to, these motor phases are switched on early so that the brake can open. The remaining motor phase or the remaining phases switched on.
  • the period of time in which the motor is energized but cannot yet rotate due to the blockage caused by the brake is therefore significantly shortened compared to a conventional operating method in which the brake and electric motor are energized at the same time. Accordingly, the loss conduction in the electric motor, and in any switching device that may be present, is reduced, corresponding to the current that does not flow in the phases that are not relevant for the brake. This significantly reduces the thermal load on the motor windings.
  • the availability of the mo- tors rises. This means that the electric motor can be used for more starts per unit of time, longer continuous operation or shorter cooling down periods.
  • the task outlined is also solved by a computer program product according to the invention.
  • the computer program product is designed to be executable in a separate control unit or in a control unit that is integrated in a switching device.
  • the computer program product can be designed to be storable in a memory as software or firmware and to be executable by an arithmetic unit.
  • the computer program product can also be designed at least partially as a hard-wired circuit, for example as an AS IC.
  • the computer program product is designed to evaluate received sensor signals and generate switching commands (switching signals) to switches on phase conductors.
  • the computer program product is designed to implement and carry out at least one embodiment of the outlined method.
  • the computer program product can combine all partial functions of the method, i.e.
  • the computer program product can also be designed to be segmented and distribute partial functions to segments that are executed on separate hardware.
  • part of the method can be carried out in a separate control unit or in a control unit that is integrated into a switching device, and another part of the method can be carried out in a higher-level control unit, such as a programmable logic controller (PLC) or a computer cloud.
  • PLC programmable logic controller
  • the computer program product may be loaded directly into the internal memory of a digital computing device and includes software code portions that execute the steps of the method described herein when the product is running on the computing device.
  • the computer program product may be stored on a data carrier, such as. B. a USB memory stick, a DVD or CD-ROM, a flash drive Memory, EEPROM or an SD card.
  • the computer program product may also be in the form of a signal loadable over a wired or wireless network.
  • the method is preferably implemented in the form of a computer program.
  • the invention is therefore, on the one hand, also a computer program with program code instructions that can be executed by a computer and, on the other hand, a storage medium with such a computer program, i.e. a computer program product with program code means.
  • the waiting period is chosen to be shorter than the opening period of the brake.
  • the waiting period is chosen so that it is at least as long as the opening period.
  • the subset of the phase conductors to which the brake is connected is identified by the following steps. First, an initial state is established in which the two or more phase conductors of the power supply are interrupted. Starting from the initial state, one of the phase conductors is switched to conduct current and the electric motor is only activated after a waiting period has elapsed by also switching the remaining phase conductors to conduct current; For each of the phase conductors, a start-up period is determined between the switching on of current on one phase conductor and the achievement of a defined operating state of the electric motor. If a shorter run-up period was measured with one of the phase conductors than with the other phase conductors, this phase conductor is identified as the phase conductor connected to the brake.
  • phase conductor pair of phase conductors are switched to conduct current and the electric motor is only activated after a waiting period has elapsed by also switching the remaining phase conductors to conduct current;
  • a start-up period is determined between the switching off of the phase conductor pair and the achievement of a defined operating state of the electric motor. If a shorter startup period was measured with one of the phase conductor pairs than with the other phase conductor pairs, this phase conductor pair is identified as the phase conductor pair connected to the brake. This means that the problem that it is often not known which phase or phases the brake is connected to can be solved by measuring the start-up time of the electric motor. For this purpose, the time from the first switching on of a phase until the electric motor reaches a defined operating state is measured. The big advantage of this approach is that the commissioning engineer does not have to know which motor phases the brake is connected to.
  • the brake is not connected to the power supply of the electric motor.
  • this one phase conductor is identified by the following steps: An initial state is established in which the two or more phase conductors the power supply is interrupted. Starting from the initial state, one of the phase conductors is switched to conduct current and the electric motor is only activated after a waiting period has elapsed by also switching the remaining phase conductors to conduct current. For each of the phase conductors, a start-up period is determined between the switching on of current to one phase conductor and the achievement of a defined operating state of the electric motor. The phase conductor with the shortest The ramp-up period is identified as the phase conductor connected to the brake.
  • the big advantage of this approach is that the commissioning engineer does not have to know which motor phases the brake is connected to.
  • this one pair of phase conductors is identified by the following steps: An initial state is established in which the two or more phase conductors of the power supply are interrupted. Starting from the initial state, one pair of phase conductors is switched to conductive and only after a waiting period has elapsed is the electric motor activated by also switching the remaining phase conductors to conduction, with a start-up period for each of the pairs of phase conductors between the switching of the pair of phase conductors to conduction and the achievement of a defined operating state of the electric motor is determined.
  • the pair of phase conductors with the shortest run-up time is identified as the pair of phase conductors connected to the brake.
  • the defined operating state of the electric motor can be a point in time at which the electric motor has accelerated to a predetermined engine speed.
  • the defined operating state of the electric motor can be a point in time at which the motor current is reduced below/to the rated current.
  • a preferred embodiment of the invention is an electric drive device having a voltage supply which has two or more phase conductors for providing a multi-phase supply voltage; comprising a multi-phase electric motor which is connected to the two or more phase conductors; having an electrically actuated brake for acting on the electric motor, which before it can be switched between a braking position blocking the electric motor in a voltage-free state and an open position releasing the electric motor in a voltage-supplied state, the brake being connected to only a subset of the two or more phase conductors, and the brake being activated after switching from the From the voltage-free state to the voltage-supplied state, a defined opening period is required until the brake has reached the open position; comprising switches for independently interrupting each of the two or more phase conductors; and comprising a control unit as described above.
  • Fig. 1 a first embodiment of an electric drive device
  • Fig. 2 an alternative embodiment of an electric drive device
  • Fig. 3 a conventional operating method
  • Fig. 4 an embodiment of the method according to the invention, in which the waiting period was chosen to be shorter than the opening period;
  • Fig. 5 an embodiment of the method according to the invention, in which the waiting period was chosen to be equal to the opening period; 6 shows an embodiment of the method according to the invention, in which the waiting period was chosen to be longer than the opening period;
  • Fig. 7 is a flow chart of a method according to the invention.
  • Fig. 8 is a flow chart of method steps for identifying the subset of phase conductors to which the brake is connected.
  • Fig. 1 shows an electric drive device 2.
  • the drive device 2 has a power supply 4.
  • the power supply 4 has three phase conductors LI, L2, L3 to provide a three-phase supply voltage U v .
  • the power supply 4 also has a neutral conductor N.
  • the drive device 2 also has a three-phase electric motor 6, which is connected to the three phase conductors LI, L2, L3.
  • the drive device 2 also has an electrically actuated brake 8 for acting on the electric motor 6.
  • the brake 8 can choose between a braking position BS, which occurs in a voltage-free state Uo of the brake 8, in which the brake 8 blocks the electric motor 6, and an open position OS, which occurs in a voltage-supplied state U v of the brake 8, in which the brake 8 blocks the electric motor 6 releases, can be switched.
  • the brake 8 is connected to only a single phase conductor LI of the three phase conductors LI, L2, L3 and to the neutral conductor N. After applying an operating voltage to the brake 8, i.e. after switching from the voltage-free state Uo to the voltage-supplied state Uv , the brake 8 requires a defined opening period Atos until the brake 8 has reached the open position OS.
  • the drive device 2 has a switch 10 for each of the three phase conductors LI, L2, L3, with which the three phase conductors
  • the conductors LI, L2, L3 can be interrupted independently of one another.
  • the drive device 2 also has a sensor S, which can record measured values relating to the operating state of the electric motor 6.
  • the drive device 2 has a control unit 20, which has a processor 22, a data memory 24 and a communication interface 26.
  • Control lines run from the control unit 20 to the switches 10, via which the control unit 20 can control the switches 10.
  • the data memory stores the value of the waiting period At w , which is specified by a user, as well as the computer program for executing the operating method. For execution, the computer program is loaded into the processor and processed there.
  • the communication interface 26 ensures an exchange of data between the control unit 20 and communication partners such as the sensor S, which sends recorded measured values to the control unit 20 via a data line 14, the switches 10, which receive switching commands from the control unit 20, and input and output devices , e.g. B.
  • a higher-level control unit such as a PLC or an HMI such as a PC, a smartphone or a parameterization device.
  • the communication line 16 shown is only given as an example as a communication channel with input and output devices; Alternatively, wireless communication, e.g. B. via NEC or Bluetooth.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment of the one in FIG. 1 illustrated electric drive device 2.
  • the only significant differences from Fig. 1 is that the ones in Fig. 2 has no neutral conductor and that the power supply 4 shown in FIG. 2 shown brake 8 is connected to two phase conductors LI, L3.
  • An advantage of the one shown in Fig. 2 The embodiment shown is the elimination of the neutral conductor, which means that the electric motor is supplied with voltage 6 a 3-wire cable, which is cheaper than a 4-wire cable, is sufficient.
  • Fig. 3 shows a U-t or. n-t diagram to illustrate a conventional operating method, which corresponds to those shown in Fig. 1 and 2 shown drive devices 2 is carried out. Values of voltage U and speed n are plotted over time t.
  • the initial state 100 of the method is a state in which all phase conductors Li, Lj of the voltage supply 4 supplying the electric motor 6 are interrupted in a current-blocking manner by the switch 10. Consequently, the brake 8 is in a voltage-free state Uo,' in which the brake 8 assumes a braking position BS in which it blocks the electric motor 6.
  • the electric motor 6 By switching the phase conductors Li, Lj to conduct current, the electric motor 6 also changes from the voltage-free state, in which it rests without power, to a voltage-supplied state U M , in which voltage is applied to its current windings and the electric motor 6 applies a torque. Between the time 110, 120 and the time OS, at which the brake 6 reaches its open position, the electric motor 6 is blocked and generates thermal losses. Only when the brake 6 has reached its open position OS and releases the electric motor 6 can the acceleration of the electric motor 6 begin. This is shown in the diagram by the ramp-like increasing Run the speed n up to an operating speed n N , from which the speed n remains constant.
  • Fig. 4 shows analogous to FIG. 3 a Ut or . nt diagram to illustrate a first embodiment of the method according to the invention.
  • the times 110 and 120 are separated by a waiting period At w .
  • the earlier time 110 is the time at which only the phase conductors Li supplying the brake 8 are switched to conduct current; After a defined opening period Atos has elapsed after time 110, the brake 8 reaches an open position OS that releases the electric motor 6.
  • the later time 120 is the time at which the remaining phase conductors Li are also switched to conduct current.
  • the waiting period At w is selected to be smaller than the opening period Atos of the brake 8.
  • the electric motor 6 rests without power in a voltage-free state. Therefore, the electric motor 6 does not generate any thermal losses during the waiting period At w ; they only occur in the period between time 120 and time OS.
  • Fig. 5 shows analogous to FIG. 3 and 4 a Ut or . nt diagram to illustrate a second embodiment of the method according to the invention.
  • the waiting period At w is selected to be as long as the opening period Atos of the brake 8. Therefore, at the time 120 when the electric motor 6 is energized, the brake 8 has already been completely released. Therefore, the thermal losses of the electric motor 6 are zero.
  • Fig. 6 shows analogous to FIG. 3 to 5 a Ut or . nt diagram to illustrate a third embodiment of the method according to the invention.
  • the waiting period At w is selected to be longer than the opening period Atos of the brake 8. Therefore, at the time 120 when the electric motor 6 is energized, the brake 8 has already been completely released. Therefore, the thermal losses of the electric motor 6 are zero.
  • Fig. 7 shows a flow chart of a method according to the invention.
  • the flow chart can be implemented in the form of an algorithm in a computer program that runs on the control unit 20.
  • a first step 41 an initial state 100 is established in which the two or more phase conductors LI, L2, L3 of the power supply 4 are interrupted;
  • the control unit 20 sends switching commands to the switches 10, which cause the switches 10 to assume a switching state in which the phase conductors Li are current-blocking.
  • a second step 42 starting from the initial state 100, only the subset LI of the phase conductors to which the brake 8 is connected is switched to conduct current 110.
  • a third step 43 after a defined waiting period At w has elapsed, the remaining phase conductors L2, L3 are also switched to conduct current 120, so that the electric motor 6 is activated.
  • Fig. 8 shows a flow chart of method steps for identifying the subset of the phase conductors to which the brake is connected.
  • a first step 50 an initial state 100 is established in which the two or more phase conductors LI, L2, L3 of the power supply 4 are interrupted.
  • a second step 51 starting from the initial state 100, one of the phase conductors Li is switched to conduct current and only after a waiting period At w has elapsed is the electric motor 6 activated by also switching the remaining phase conductors to conduct current; will be there
  • a ramp-up time period At ⁇ between the current-conducting switching 110 of one phase conductor Li and the achievement of a defined operating state of the electric motor 6 is determined.
  • the sensor S sends measured values of the speed n of the electric motor 6 to the control unit 20, which calculates the ramp-up time At ⁇ from this.
  • step 52 the ramp-up times for each of the phase conductors Li are compared.
  • step 53 If a shorter ramp-up time At ⁇ was measured with one of the phase conductors Li than with the remaining phase conductors (Y), in step 53 this phase conductor Li is identified as the phase conductor Li connected to the brake 8. Otherwise (N), if the same ramp-up period At ⁇ is measured with each phase conductor Li, in step 54, starting from the initial state 100, one phase conductor pair Li, Lj is switched to conduct current and the electric motor 6 is only activated after a waiting period At w has elapsed the remaining phase conductors are also switched to conduct current; For each of the phase conductor pairs Li, Lj, a ramp-up time period At ⁇ j between the current-conducting switching 110 of the phase conductor pair Li and the achievement of a defined operating state of the electric motor 6 is determined. For this purpose, the sensor S sends measured values of the speed n of the electric motor 6 to the control unit 20, which calculates the ramp-up time Atij from this.
  • step 55 the ramp-up times At ⁇ j for each of the phase conductor pairs Li, Lj are compared. If a shorter startup time period At ⁇ j was measured with one of the phase conductor pairs Li, Lj than with the remaining phase conductor pairs (Y), this phase conductor pair Li, Lj is identified in step 56 as the phase conductor pair Li, Lj connected to the brake 8. Otherwise (N), if the same ramp-up period At ⁇ j was measured with each of the phase conductor pairs Li, Lj, it is determined in step 57 that the brake is not connected to the power supply of the electric motor; in this case, the control unit 20 generates an advisory signal addressed to an operator.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung (2), welche aufweist: - eine Spannungsversorgung (4), welche zwei oder mehr Phasenleiter (L1, L2, L3) zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung (Uv) aufweist; - einen mehrphasigen Elektromotor (6), welcher mit den zwei oder mehr Phasenleitern (L1, L2, L3) verbunden ist; - eine elektrisch betätigbare Bremse (8) zur Beaufschlagung des Elektromotors (6), welche zwischen einer den Elektromotor (6) blockierenden Bremsstellung (BS) in einem spannungslosen Zustand (U0) und einer den Elektromotor freigebenden Offenstellung (OS) in einem spannungsversorgten Zustand (Uv) geschaltet werden kann, wobei die Bremse (8) mit lediglich einer Teilmenge (L1) der zwei oder mehr Phasenleiter (L1, L2, L3) verbunden ist, und wobei die Bremse (8) nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand (U0) in den spannungsversorgten Zustand (Uv) einen definierten Öffnungszeitraum (Δtos) benötigt, bis die Bremse (8) die Offenstellung (OS) erreicht hat; und - Schalter (10), mit denen jeder der zwei oder mehr Phasenleiter (L1, L2, L3) unabhängig unterbrochen werden kann. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: - Es wird ein Ausgangszustand (100) hergestellt, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter (L1, L2, L3) der Spannungsversorgung (4) unterbrochen sind; - Ausgehend von dem Ausgangszustand (100) wird nur die Teilmenge (L1) der Phasenleiter, mit denen die Bremse (8) verbunden ist, stromleitend geschaltet (110); - Nach dem Verstreichen eines definierten Wartezeitraums (Δtw) wird der Elektromotor (6) aktiviert, indem auch die übrigen Phasenleiter (L2, L3) stromleitend geschaltet werden (120).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren sowie eine Steuereinheit zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung .
In Applikationen der Antriebstechnik wie z . B . der Fördertechnik kann vorgesehen sein, dass ein Antriebsmotor bei unterbrochener Spannungsversorgung durch eine elektromagnetische Ruhestrombremse mechanisch blockiert wird .
DE 103 24 664 Al ( Siemens AG) 30 . 12 . 2004 beschreibt eine solche als Federdruckbremse ausgebildete Bremse 60 : Liegt an der Bremse keine Betriebsspannung an, so wird eine axial bewegliche Reibscheibe 602 der Bremse 60 durch eine Druckfeder gegen eine mit dem Motor drehfest verbundene Reibfläche 603 gedrückt , wodurch der Motor abgebremst bzw . sicher gehalten wird . Durch Anlegen der Bremsenbetriebsspannung wird ein Elektromagnet 604 der Bremse 60 aktiviert , wodurch die Reibscheibe 602 von der Reibfläche 603 weggezogen und der Motor freigegeben wird .
Um den Aufwand für eine separate Spannungsversorgung der Bremse zu vermeiden, wird die Bremse in vielen Fällen einfach mit an die Spannungsversorgung des Motors angeschlossen . Wird nun an den Motor, und somit auch an die Bremse , eine Betriebsspannung angelegt , nimmt der Motor einen hohen Strom auf , wird zunächst aber noch durch die Bremse mechanisch blockiert : nach dem Anlegen der Spannung vergeht erst eine Zeitspanne von 50 ms bis 150 ms , bis sich die Bremse soweit gelöst hat , dass der Motor seinen Hochlauf beginnen kann . In dieser Zeitspanne , in der der Motor zwar bestromt wird, aber aufgrund der Blockade durch die Bremse noch nicht drehen kann, treten hohe Verluste im Motor auf , die ihn unnötig erwärmen . Bisher werden diese Verluste in Kauf genommen . Der Motor wird so überdimensioniert , dass er in der j eweiligen Applikation trotzdem die nötige Leistungs fähigkeit erbringt , obwohl beim Start eine erhöhte Belastung durch die Bremse auf tritt .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also , den Betrieb einer elektrischen Antriebsvorrichtung zu verbessern .
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst . Die Aufgabe wird außerdem durch eine Steuereinheit mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst .
Das Verfahren dient zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung . Die elektrische Antriebsvorrichtung weist dabei eine Spannungsversorgung auf , welche zwei oder mehr Phasenleiter zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung aufweist . Die Phasenleiter werden im Folgenden auch als Motorphasen oder einfach als Phasen bezeichnet . Die elektrische Antriebsvorrichtung weist dabei außerdem einen mehrphasigen Elektromotor auf , welcher mit den zwei oder mehr Phasenleitern verbunden ist . Die elektrische Antriebsvorrichtung weist dabei außerdem eine elektrisch betätigbare Bremse zur Beaufschlagung des Elektromotors auf , welche zwischen einer den Elektromotor blockierenden Bremsstellung in einem spannungslosen Zustand und einer den Elektromotor freigebenden Of fenstellung in einem spannungsversorgten Zustand geschaltet werden kann . Dabei ist die Bremse mit lediglich einer Teilmenge der zwei oder mehr Phasenleiter verbunden . Außerdem benötigt die Bremse nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand in den spannungsversorgten Zustand einen definierten Öf fnungs zeitraum, bis die Bremse die Of fenstellung erreicht hat . Die Bremse , welche als eine Federdruckbremse ausgebildet sein kann, wird im Folgenden auch als Motorbremse bezeichnet . Die elektrische Antriebsvorrichtung weist außerdem eine der Anzahl der Phasenleiter entsprechende Zahl an Schaltern auf , mit denen j eder der zwei oder mehr Phasenleiter unabhängig von den anderen Phasenleitern ström- leitend oder stromsperrend geschaltet werden kann . Die Schalter können dabei als mechanische Schalter und/oder als Halbleiter-Schalter ausgebildet sein . Das Verfahren weist einen ersten Schritt auf , in dem ein Ausgangs zustand hergestellt wird, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung unterbrochen sind . Das Verfahren weist einen zweiten Schritt auf , in dem, ausgehend von dem Ausgangs zustand, nur die Teilmenge der Phasenleiter, mit denen die Bremse verbunden ist , stromleitend geschaltet werden . Das Verfahren weist einen zweiten Schritt auf , in dem, nach dem Verstreichen eines definierten Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert wird, indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden .
Die Steuereinheit dient zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung . Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet , einen Stromsperrend-Schaltbefehl an zwei oder mehr unabhängig voneinander betätigbare Schalter zu senden, mit denen j eweils ein Phasenleiter einer Spannungsversorgung zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung eines Elektromotors unterbrochen werden kann . Durch diesen Stromsperrend- Schaltbefehl kann ein Ausgangs zustand hergestellt werden, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung des Elektromotors unterbrochen sind . Die Steuereinheit ist außerdem dazu eingerichtet , ausgehend von dem Ausgangs zustand, einen ersten Stromleitend-Schaltbefehl an den oder die Schalter zu senden, welche eine Teilmenge der Phasenleiter schalten, mit denen eine elektrisch betätigbare Bremse zur Beaufschlagung des Elektromotors verbunden ist . Durch den ersten Stromleitend-Schaltbefehl wird ein Wechsel der Bremse aus einem spannungslosen Zustand, in dem sie eine den Elektromotor blockierende Bremsstellung einnimmt , in einen spannungsversorgten Zustand hervorgerufen . Sobald die Bremse mit Spannung versorgt wird, gelangt sie nach Verstreichen eines definierten Öf fnungs zeitraums in eine den Elektromotor freigebende Of fenstellung . Die Steuereinheit ist außerdem dazu eingerichtet , nach Verstreichen eines definierten Wartezeitraums nach dem ersten Stromleitend-Schaltbefehl einen zweiten Stromleitend-Schaltbefehl an den oder die Schalter zu senden, welche die übrigen Phasenleiter schalten . Durch den zweiten Stromleitend-Schaltbefehl werden auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet und der Elektromotor aktiviert .
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis , dass in dem Fall , dass ein Elektromotor und eine den Elektromotor beaufschlagende Bremse durch dieselben Phasenleiter elektrisch versorgt werden, die thermischen Verluste im Elektromotor, die nach dem gleichzeitigen Anschalten der Spannungsversorgung von Elektromotor und Bremse bis zum vollständigen Lösen der Bremse entstehen, dadurch vermindert werden können, dass die Bremse zeitlich vor dem Elektromotor angeschaltet wird . Dazu werden zunächst nur der oder die Phasenleiter stromleitend geschaltet , über die die Spannungsversorgung der Bremse erfolgt . Somit kann schon ein Wechsel der Bremse von der Bremsstellung in die Of fenstellung beginnen, bevor zu einem späteren Zeitpunkt , nach dem Verstreichen eines definierten Wartezeitraums , auch die restlichen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden und der Elektromotor in einen spannungsversorgten Zustand gelangt , in dem der Hochlauf des Elektromotors einsetzt .
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist also : Je nachdem, an welchen Motorphasen die Motorbremse angeschlossen ist , werden diese Motorphasen frühzeitig zugeschaltet , sodass die Bremse sich öf fnen kann . Erst nach einer definierten Wartezeit wird die restliche Motorphase bzw . die restlichen Phasen zugeschaltet . Die Zeitspanne , in der der Motor zwar bestromt wird, aber aufgrund der Blockade durch die Bremse noch nicht drehen kann, wird somit gegenüber einem herkömmlichen Betriebsverfahren, bei dem Bremse und Elektromotor zum gleichen Zeitpunkt bestromt werden, signi fikant verkürzt . Entsprechend wird die Verlustleitung im Elektromotor, und in einem gegebenenfalls vorhandenen Schaltgerät , reduziert , entsprechend dem nicht geflossenen Strom in den nicht für die Bremse relevanten Phasen . Dadurch wird die thermische Belastung der Motorwicklungen signi fikant reduziert . Die Verfügbarkeit des Mo- tors steigt . Das bedeutet , dass mit dem Elektromotor mehr Starts pro Zeiteinheit , ein längerer Dauerbetrieb oder kürzere Abkühlpausen durchgeführt werden können .
Die ski z zierte Aufgabenstellung wird auch durch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt gelöst . Das Computerprogrammprodukt ist in einer separaten Steuereinheit oder in einer Steuereinheit , die in einem Schaltgerät integriert ist , aus führbar ausgebildet . Das Computerprogrammprodukt kann als Software oder Firmware in einem Speicher speicherbar und durch ein Rechenwerk aus führbar ausgebildet sein . Alternativ oder ergänzend kann das Computerprogrammprodukt auch zumindest teilweise als festverdrahtete Schaltung ausgebildet sein, beispielsweise als AS IC . Das Computerprogrammprodukt ist dazu ausgebildet , empfangene Sensorsignale aus zuwerten und Schaltbefehle ( Schaltsignale ) an Schalter von Phasenleitern zu erzeugen . Erfindungsgemäß ist das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet , mindestens eine Aus führungs form des ski z zierten Verfahrens umzusetzen und durchzuführen . Dabei kann das Computerprogrammprodukt sämtliche Teil funktionen des Verfahrens in sich vereinigen, also monolithisch ausgebildet sein . Alternativ kann das Computerprogrammprodukt auch segmentiert ausgebildet sein und j eweils Teil funktionen auf Segmente verteilen, die auf separater Hardware ausgeführt werden . Beispielsweise kann ein Teil des Verfahrens in einer separaten Steuereinheit oder in einer Steuereinheit , die in ein Schaltgerät integriert ist , durchgeführt werden und ein anderer Teil des Verfahrens in einer übergeordneten Steuereinheit , wie beispielsweise einer Speicherprogrammierbaren Steuerung ( SPS ) oder einer Computer-Cloud .
Das Computerprogrammprodukt kann direkt in den internen Speicher einer digitalen Recheneinheit geladen werden und umfasst Softwarecodeabschnitte , mit denen die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Produkt auf der Recheneinheit läuft . Das Computerprogrammprodukt kann auf einem Datenträger gespeichert sein, wie z . B . einem USB- Speicherstick, einer DVD oder einer CD-ROM, einem Flash- Speicher, EEPROM oder einer SD-Karte . Das Computerprogrammprodukt kann auch in der Form eines über ein drahtgebundenes oder drahtloses Netzwerk ladbares Signal vorliegen .
Das Verfahren ist zur automatischen Aus führung bevorzugt in Form eines Computerprogramms realisiert . Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer aus führbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln .
Wenn im Folgenden Verfahrensschritte oder Verfahrensschrittfolgen beschrieben werden, bezieht sich dies auf Aktionen, die aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgen, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen ist , dass einzelne Aktionen durch einen Benutzer des Computerprogramms veranlasst werden . Zumindest bedeutet j ede Verwendung des Begri f fs „automatisch" , dass die betreffende Aktion aufgrund des Computerprogramms oder unter Kontrolle des Computerprogramms erfolgt .
Anstelle eines Computerprogramms mit einzelnen Programmcodeanweisungen kann die Implementierung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens auch in Form von Firmware erfolgen . Dem Fachmann ist klar, dass anstelle einer Implementation eines Verfahrens in Software stets auch eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware möglich ist . Daher soll für die hier vorgelegte Beschreibung gelten, dass von dem Begri f f Software oder dem Begri f f Computerprogramm auch andere Implementationsmöglichkeiten, nämlich insbesondere eine Implementation in Firmware oder in Firm- und Software oder in Firm- und Hardware , umfasst sind .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben . Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren auch entsprechend den abhängi- gen Vorrichtungsansprüchen weitergebildet sein, und umgekehrt .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Wartezeitraum kürzer als der Öf fnungs zeitraum der Bremse gewählt . Das hat den Vorteil , dass der Elektromotor sicher gebremst bleibt , bis das Motordrehmoment einsetzt . Das ist besonders vorteilhaft bei einer Anwendung des Elektromotors für einen Hebevorgang : hier muss der Motor durch die Bremse sicher blockiert bleiben, bis der Elektromotor durch das einsetzende Motordrehmoment eine Last heben kann .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Wartezeitraum so gewählt , dass er mindestens ebenso lang wie der Öf fnungs zeitraum ist . Das hat den Vorteil , dass der Motor erst dann bestromt wird, wenn seine Blockade durch die Bremse beendet ist . Daher können in diesem Fall keine durch eine Bremsblockade hervorgerufenen Verluste im bestromten Motor entstehen .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Teilmenge der Phasenleiter, mit der die Bremse verbunden ist , durch die folgenden Schritte identi fi ziert . Zunächst wird ein Ausgangs zustand hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung unterbrochen sind . Ausgehend von dem Ausgangs zustand wird j eweils einer der Phasenleiter stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden; dabei wird für j eden der Phasenleiter ein Hochlauf zeitraum zwischen dem Stromleitendschalten des einen Phasenleiters und dem Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors ermittelt . Falls mit einem der Phasenleiter ein kürzerer Hochlauf zeitraum gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiter, wird dieser Phasenleiter als der mit der Bremse verbundene Phasenleiter identi fi ziert . Andernfalls , wenn mit j edem Phasenleiter der gleiche Hochlauf zeitraum gemessen wird, wird ausgehend von dem Ausgangs zustand j eweils ein Pha- senleiterpaar stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden; dabei wird für j edes der Phasenleiterpaare ein Hochlauf zeitraum zwischen dem Stromleitendschalten des Phasenleiterpaars und dem Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors ermittelt . Falls mit einem der Phasenleiterpaare ein kürzerer Hochlauf zeitraum gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiterpaaren, wird dieses Phasenleiterpaar als das mit der Bremse verbundene Phasenleiterpaar identi fi ziert . Somit kann das Problem, dass häufig nicht bekannt ist , an welcher Phase oder welchen Phasen die Bremse angeschlossen ist , über die Messung der Anlauf zeit des Elektromotors gelöst werden . Dazu wird die Zeit vom ersten Zuschalten einer Phase bis zum Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors gemessen . Großer Vorteil der Vorgehensweise ist , dass dem Inbetriebnehmer nicht bekannt sein muss , an welchen Motorphasen die Bremse angeschlossen ist .
Falls mit j edem der Phasenleiterpaare der Hochlauf zeitraum gleich lang ist , ist die Bremse nicht an die Spannungsversorgung des Elektromotors angeschlossen .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Bremse nur an einen einzigen Phasenleiter und einen Nullleiter der Spannungsversorgung angeschlossen ist , wird dieser eine Phasenleiter durch die folgenden Schritte identi fi ziert : Es wird ein Ausgangs zustand hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung unterbrochen sind . Ausgehend von dem Ausgangs zustand wird j eweils einer der Phasenleiter stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden . Dabei wird für j eden der Phasenleiter ein Hochlauf zeitraum zwischen dem Stromleitendschalten des einen Phasenleiters und dem Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors ermittelt . Derj enige Phasenleiter mit dem kürzesten Hochlauf zeitraum wird als der mit der Bremse verbundene Phasenleiter identi fi ziert . Großer Vorteil der Vorgehensweise ist , dass dem Inbetriebnehmer nicht bekannt sein muss , an welchen Motorphasen die Bremse angeschlossen ist .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Bremse an ein Phasenleiterpaar der Spannungsversorgung angeschlossen ist , wird dieses eine Phasenleiterpaar durch die folgenden Schritte identi fi ziert : Es wird ein Ausgangs zustand hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter der Spannungsversorgung unterbrochen sind . Ausgehend von dem Ausgangs zustand wird j eweils ein Phasenleiterpaar stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums der Elektromotor aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden, wobei für j edes der Phasenleiterpaare ein Hochlauf zeitraum zwischen dem Stromleitendschalten des Phasenleiterpaars und dem Erreichen eines definierten Betriebs zustands des Elektromotors ermittelt .
Dasj enige Phasenleiterpaar mit dem kürzesten Hochlauf zeitraum wird als das mit der Bremse verbundene Phasenleiterpaar identi fi ziert . Großer Vorteil der Vorgehensweise ist , dass dem Inbetriebnehmer nicht bekannt sein muss , an welchen Motorphasen die Bremse angeschlossen ist .
Der definierte Betriebs zustand des Elektromotors kann ein Zeitpunkt sein, zu dem der Elektromotor auf eine vorgegebene Motordrehzahl beschleunigt hat . Alternativ kann der definierte Betriebs zustand des Elektromotors ein Zeitpunkt sein, in dem eine Reduktion des Motorstroms unter/auf den Nennstrom erfolgt .
Eine bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektrische Antriebsvorrichtung, aufweisend eine Spannungsversorgung, welche zwei oder mehr Phasenleiter zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung aufweist ; aufweisend einen mehrphasigen Elektromotor, welcher mit den zwei oder mehr Phasenleitern verbunden ist ; aufweisend eine elektrisch betätigbare Bremse zur Beaufschlagung des Elektromotors , wel- ehe zwischen einer den Elektromotor blockierenden Bremsstellung in einem spannungslosen Zustand und einer den Elektromotor freigebenden Of fenstellung in einem spannungsversorgten Zustand geschaltet werden kann, wobei die Bremse mit lediglich einer Teilmenge der zwei oder mehr Phasenleiter verbunden ist , und wobei die Bremse nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand in den spannungsversorgten Zustand einen definierten Öf fnungs zeitraum benötigt , bis die Bremse die Of fenstellung erreicht hat ; aufweisend Schalter, mit denen j eder der zwei oder mehr Phasenleiter unabhängig unterbrochen werden kann; und aufweisend eine Steuereinheit wie oben beschrieben .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich durch die folgende Beschreibung der Aus führungsbeispiele , welche anhand der Zeichnungen näher erläutert werden . Es zeigt j eweils schematisch und nicht maßstabsgetreu
Fig . 1 eine erste Ausgestaltung einer elektrischen Antrieb s vor richt ung;
Fig . 2 eine alternative Ausgestaltung einer elektrischen Antriebs Vorrichtung;
Fig . 3 ein herkömmliches Betriebsverfahren;
Fig . 4 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens , bei der der Wartezeitraum kürzer als der Öf f- nungs zeitraum gewählt wurde ;
Fig . 5 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens , bei der der Wartezeitraum gleich dem Öf f- nungs zeitraum gewählt wurde ; Fig. 6 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Wartezeitraum länger als der Öff- nungszeitraum gewählt wurde;
Fig. 7 ein Ablauf diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 8 ein Ablauf diagramm von Verfahrensschritten zur Identifizierung der Teilmenge der Phasenleiter, mit der die Bremse verbunden ist.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Antriebsvorrichtung 2. Die Antriebsvorrichtung 2 weist eine Spannungsversorgung 4 auf. Die Spannungsversorgung 4 weist drei Phasenleiter LI, L2, L3 zur Bereitstellung einer dreiphasigen Versorgungsspannung Uv auf. Die Spannungsversorgung 4 weist außerdem einen Nullleiter N auf. Die Antriebsvorrichtung 2 weist außerdem einen dreiphasigen Elektromotor 6 auf, welcher mit den drei Phasenleitern LI, L2, L3 verbunden ist.
Die Antriebsvorrichtung 2 weist außerdem eine elektrisch betätigbare Bremse 8 zur Beaufschlagung des Elektromotors 6 auf. Die Bremse 8 kann zwischen einer in einem spannungslosen Zustand Uo der Bremse 8 eintretenden Bremsstellung BS, in der die Bremse 8 den Elektromotor 6 blockiert, und einer in einem spannungsversorgten Zustand Uv der Bremse 8 eintretenden Offenstellung OS, in der die Bremse 8 den Elektromotor 6 freigibt, geschaltet werden. Dabei ist die Bremse 8 mit lediglich einem einzigen Phasenleiter LI der drei Phasenleiter LI, L2, L3 und mit dem Nullleiter N verbunden. Die Bremse 8 benötigt nach dem Anlegen einer Betriebsspannung an die Bremse 8, also nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand Uo in den spannungsversorgten Zustand Uv, einen definierten Öffnungszeitraum Atos, bis die Bremse 8 die Offenstellung OS erreicht hat .
Die Antriebsvorrichtung 2 weist für jeden der drei Phasenleiter LI, L2, L3 einen Schalter 10 auf, mit denen die drei Pha- senleiter LI , L2 , L3 unabhängig voneinander unterbrochen werden können .
Die Antriebsvorrichtung 2 weist außerdem einen Sensor S auf , der Messwerte betref fend den Betriebs zustand des Elektromotors 6 erfassen kann .
Die Antriebsvorrichtung 2 weist eine Steuereinheit 20 auf , welche einen Prozessor 22 , einen Datenspeicher 24 und eine Kommunikationsschnittstelle 26 aufweist . Von der Steuereinheit 20 zu den Schaltern 10 verlaufen Steuerleitungen, über die die Steuereinheit 20 die Schalter 10 ansteuern kann . In dem Datenspeicher ist der Wert des Wartezeitraums Atw gespeichert , der durch einen Anwender vorgegeben wird, sowie das Computerprogramm zur Aus führung des Betriebsverfahrens . Zur Aus führung wird das Computerprogramm in den Prozessor geladen und dort abgearbeitet . Die Kommunikationsschnittstelle 26 sorgt für einen Austausch von Daten zwischen der Steuereinheit 20 und Kommunikationspartnern wie dem Sensor S , der erfasste Messwerte über eine Datenleitung 14 an die Steuereinheit 20 sendet , den Schaltern 10 , welche Schaltbefehle von der Steuereinheit 20 empfangen, sowie Ein- und Ausgabegeräten, z . B . einer übergeordneten Steuereinheit wie einer SPS oder einem HMI wie einem PC, einem Smartphone oder einem Pa- rametriergerät . Die dargestellte Kommunikationsleitung 16 ist nur beispielhaft als Kommunikationskanal mit Ein- und Ausgabegeräten angegeben; alternativ kann auch eine drahtlose Kommunikation, z . B . über NEC oder Bluetooth, erfolgen .
Fig . 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der in Fig . 1 dargestellten elektrischen Antriebsvorrichtung 2 . Die einzigen wesentlichen Unterschiede zu Fig . 1 liegen darin, dass die in Fig . 2 gezeigte Spannungsversorgung 4 keinen Nullleiter aufweist und dass die in Fig . 2 gezeigte Bremse 8 mit zwei Phasenleitern LI , L3 verbunden ist . Ein Vorteil der in Fig . 2 gezeigten Ausgestaltung ist eben der Verzicht auf den Nullleiter, wodurch zur Spannungsversorgung des Elektromotors 6 ein 3-adriges Kabel , welches kostengünstiger als ein 4- adriges Kabel ist , ausreicht .
Fig . 3 zeigt ein U-t- bzw . n-t-Diagramm zur Veranschaulichung eines herkömmliches Betriebsverfahren, welches mit den in Fig . 1 und 2 gezeigten Antriebsvorrichtungen 2 durchgeführt wird . Dabei sind Werte von Spannung U und Drehzahl n über der Zeit t aufgetragen . Der Ausgangs zustand 100 des Verfahrens ist ein Zustand, in dem alle den Elektromotor 6 versorgenden Phasenleiter Li , Lj der Spannungsversorgung 4 durch die Schalter 10 stromsperrend unterbrochen sind . Folglich befindet sich die Bremse 8 in einem spannungslosen Zustand Uo ,' in diesem nimmt die Bremse 8 eine Bremsstellung BS ein, in der sie den Elektromotor 6 blockiert .
Zum Zeitpunkt 110 , 120 - beide Zeitpunkte 110 und 120 fallen beim herkömmlichen Betriebsverfahren zusammen - werden durch Schaltbefehle der Steuereinheit 20 an die Schalter 10 alle den Elektromotor 6 versorgenden Phasenleiter Li , Lj stromleitend geschaltet . Durch das Stromleitendschalten der Phasenleiter Li , Lj wechselt die Bremse 8 aus dem spannungslosen Zustand Uo, in dem sie die den Elektromotor 6 blockierende Bremsstellung BS einnimmt , in einen spannungsversorgten Zustand Uv, in dem sie nach Verstreichen eines definierten Öf f- nungs zeitraums AtOs in eine den Elektromotor 6 freigebende Of fenstellung OS gelangt . Typische Werte des Öf fnungs zeitraums Atos liegen in einem Bereich von 50 ms bis 150 ms . Durch das Stromleitendschalten der Phasenleiter Li , Lj wechselt auch der Elektromotor 6 aus dem spannungslosen Zustand, in dem er kraftlos ruht , in einen spannungsversorgten Zustand UM, in dem an seinen Stromwicklungen Spannung anliegt und der Elektromotor 6 ein Drehmoment aufbringt . Zwischen dem Zeitpunkt 110 , 120 und dem Zeitpunkt OS , zu dem die Bremse 6 in ihre Of fenstellung gelangt , ist der Elektromotor 6 blockiert und erzeugt thermische Verluste . Erst wenn die Bremse 6 in ihre Of fenstellung OS gelangt ist und den Elektromotor 6 freigibt , kann der Hochlauf des Elektromotors 6 beginnen . Im Diagramm zeigt sich das an dem rampenförmig ansteigenden Ver- lauf der Drehzahl n bis zu einer Betriebsdrehzahl nN, ab der die Drehzahl n konstant bleibt .
Fig . 4 zeigt analog zu Fig . 3 ein U-t- bzw . n-t-Diagramm zur Veranschaulichung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens . Im Unterschied zu dem herkömmliches Betriebsverfahren, bei dem die beiden Zeitpunkte 110 und 120 zusammenfallen, sind gemäß der Erfindung die Zeitpunkte 110 und 120 um einen Wartezeitraum Atw getrennt .
Der frühere Zeitpunkt 110 ist der Zeitpunkt , zu dem lediglich die die Bremse 8 versorgenden Phasenleiter Li stromleitend geschaltet werden; nach Verstreichen eines definierten Öf f- nungs zeitraums Atos nach dem Zeitpunkt 110 gelangt die Bremse 8 in eine den Elektromotor 6 freigebende Of fenstellung OS .
Der spätere Zeitpunkt 120 ist der Zeitpunkt , zu dem auch die restlichen Phasenleiter Li stromleitend geschaltet werden . In der in Fig . 4 dargestellten ersten Ausgestaltung ist der Wartezeitraum Atw kleiner als der Öf fnungs zeitraum Atos der Bremse 8 gewählt . Während des Wartezeitraums Atw wird ausschließlich die Bremse 8 bestromt , wohingegen der Elektromotor 6 in einem spannungslosen Zustand kraftlos ruht . Daher erzeugt der Elektromotor 6 während des Wartezeitraums Atw keine thermischen Verluste ; sie treten nur auf in dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt 120 und dem Zeitpunkt OS .
Fig . 5 zeigt analog zu Fig . 3 und 4 ein U-t- bzw . n-t- Diagramm zur Veranschaulichung einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens . In der in Fig . 5 dargestellten zweiten Ausgestaltung ist der Wartezeitraum Atw ebenso lang wie der Öf fnungs zeitraum Atos der Bremse 8 gewählt . Daher hat sich zum Zeitpunkt 120 der Bestromung des Elektromotors 6 die Bremse 8 bereits vollständig gelöst . Daher sind die thermischen Verluste des Elektromotors 6 gleich Null . Fig . 6 zeigt analog zu Fig . 3 bis 5 ein U-t- bzw . n-t- Diagramm zur Veranschaulichung einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens . In der in Fig . 6 dargestellten dritten Ausgestaltung ist der Wartezeitraum Atw länger als der Öf fnungs zeitraum Atos der Bremse 8 gewählt . Daher hat sich zum Zeitpunkt 120 der Bestromung des Elektromotors 6 die Bremse 8 bereits vollständig gelöst . Daher sind die thermischen Verluste des Elektromotors 6 gleich Null .
Fig . 7 zeigt ein Ablauf diagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens . Das Ablauf diagramm kann in Form eines Algorithmus in einem Computerprogramm realisiert sein, welches auf der Steuereinheit 20 läuft . In einem ersten Schritt 41 wird ein Ausgangs zustand 100 hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter LI , L2 , L3 der Spannungsversorgung 4 unterbrochen sind; dazu sendet die Steuereinheit 20 Schaltbefehle an die Schalter 10 , welche die Schalter 10 veranlassen, einen Schalt zustand einzunehmen, in dem die Phasenleiter Li stromsperrend sind . In einem zweiten Schritt 42 wird, ausgehend von dem Ausgangs zustand 100 , nur die Teilmenge LI der Phasenleiter, mit denen die Bremse 8 verbunden ist , stromleitend geschaltet 110 . In einem dritten Schritt 43 werden nach dem Verstreichen eines definierten Wartezeitraums Atw auch die übrigen Phasenleiter L2 , L3 stromleitend geschaltet 120 , so dass der Elektromotor 6 aktiviert wird .
Fig . 8 zeigt ein Ablauf diagramm von Verfahrensschritten zur Identi fi zierung der Teilmenge der Phasenleiter, mit der die Bremse verbunden ist . In einem ersten Schritt 50 wird ein Ausgangs zustand 100 hergestellt , in dem die zwei oder mehr Phasenleiter LI , L2 , L3 der Spannungsversorgung 4 unterbrochen sind .
In einem zweiten Schritt 51 wird, ausgehend von dem Ausgangszustand 100 , j eweils einer der Phasenleiter Li stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums Atw der Elektromotor 6 aktiviert , indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden; dabei wird für jeden der Phasenleiter Li ein Hochlaufzeitraum At± zwischen dem Stromleitendschalten 110 des einen Phasenleiters Li und dem Erreichen eines definierten Betriebszustands des Elektromotors 6 ermittelt. Dazu sendet der Sensor S Messwerte der Drehzahl n des Elektromotors 6 an die Steuereinheit 20, die daraus den Hochlaufzeitraum At± berechnet. In Schritt 52 werden die Hochlaufzeiten für jeden der Phasenleiter Li verglichen. Falls mit einem der Phasenleiter Li ein kürzerer Hochlaufzeitraum At± gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiter (Y) , wird in Schritt 53 dieser Phasenleiter Li als der mit der Bremse 8 verbundene Phasenleiter Li identifiziert. Andernfalls (N) , wenn mit jedem Phasenleiter Li der gleiche Hochlaufzeitraum At± gemessen wird, wird in Schritt 54 ausgehend von dem Ausgangszustand 100 jeweils ein Phasenleiterpaar Li, Lj stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums Atw der Elektromotor 6 aktiviert, indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden; dabei für jedes der Phasenleiterpaare Li, Lj ein Hochlaufzeitraum At±j zwischen dem Stromleitendschalten 110 des Phasenleiterpaars Li und dem Erreichen eines definierten Betriebszustands des Elektromotors 6 ermittelt. Dazu sendet der Sensor S Messwerte der Drehzahl n des Elektromotors 6 an die Steuereinheit 20, die daraus den Hochlaufzeitraum Atij berechnet.
In Schritt 55 werden die Hochlaufzeiten At±j für jedes der Phasenleiterpaare Li, Lj verglichen. Falls mit einem der Phasenleiterpaare Li, Lj ein kürzerer Hochlaufzeitraum At±j gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiterpaaren (Y) , wird in Schritt 56 dieses Phasenleiterpaar Li, Lj als das mit der Bremse 8 verbundene Phasenleiterpaar Li, Lj identifiziert. Andernfalls (N) , wenn mit jedem der Phasenleiterpaare Li, Lj der gleiche Hochlaufzeitraum At±j gemessen wurde, wird in Schritt 57 festgestellt, dass die Bremse nicht an die Spannungsversorgung des Elektromotors angeschlossen ist; in diesem Fall erzeugt die Steuereinheit 20 ein an einen Bediener adressiertes Hinweissignal.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung (2) , welche aufweist:
- eine Spannungsversorgung (4) , welche zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung (Uv) aufweist;
- einen mehrphasigen Elektromotor (6) , welcher mit den zwei oder mehr Phasenleitern (LI, L2, L3) verbunden ist;
- eine elektrisch betätigbare Bremse (8) zur Beaufschlagung des Elektromotors (6) , welche zwischen einer den Elektromotor (6) blockierenden Bremsstellung (BS) in einem spannungslosen Zustand (Uo) und einer den Elektromotor freigebenden Offenstellung (OS) in einem spannungsversorgten Zustand (Uv) geschaltet werden kann, wobei die Bremse (8) mit lediglich einer Teilmenge (LI) der zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) verbunden ist, und wobei die Bremse (8) nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand (Uo) in den spannungsversorgten Zustand (Uv) einen definierten Öf fnungszeitraum (Atos) benötigt, bis die Bremse (8) die Offenstellung (OS) erreicht hat; und
- Schalter (10) , mit denen jeder der zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) unabhängig unterbrochen werden kann; wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Es wird ein Ausgangszustand (100) hergestellt, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) der Spannungsversorgung (4) unterbrochen sind;
- Ausgehend von dem Ausgangszustand (100) wird nur die Teilmenge (LI) der Phasenleiter, mit denen die Bremse (8) verbunden ist, stromleitend geschaltet (110) ;
- Nach dem Verstreichen eines definierten Wartezeitraums (Atw) wird der Elektromotor (6) aktiviert, indem auch die übrigen Phasenleiter (L2, L3) stromleitend geschaltet werden (120) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wartezeitraum (Atw) kürzer als der Öf fnungszeitraum (Atos) ist. 3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wartezeitraum (Atw) mindestens ebenso lang wie Öff- nungszeitraum (Atos) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilmenge (LI) der Phasenleiter, mit der die Bremse
(8) verbunden ist, durch die folgenden Schritte identifiziert wird :
- es wird ein Ausgangszustand (100) hergestellt, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) der Spannungsversorgung (4) unterbrochen sind;
- ausgehend von dem Ausgangszustand (100) wird jeweils einer der Phasenleiter (Li) stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums (Atw) der Elektromotor (6) aktiviert, indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden, wobei für jeden der Phasenleiter (Li) ein Hochlaufzeitraum (At±) zwischen dem Stromleitendschalten (110) des einen Phasenleiters (Li) und dem Erreichen eines definierten Betriebszustands des Elektromotors (6) ermittelt wird;
- falls mit einem der Phasenleiter (Li) ein kürzerer Hochlaufzeitraum (Ati) gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiter, wird dieser Phasenleiter (Li) als der mit der Bremse (8) verbundene Phasenleiter (Li) identifiziert;
- andernfalls, wenn mit jedem Phasenleiter (Li) der gleiche Hochlaufzeitraum (At±) gemessen wird, wird ausgehend von dem Ausgangszustand (100) jeweils ein Phasenleiterpaar (Li, Lj) stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums (Atw) der Elektromotor (6) aktiviert, indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden, wobei für jedes der Phasenleiterpaare (Li, Lj) ein Hochlaufzeitraum (Atij) zwischen dem Stromleitendschalten (110) des Phasenleiterpaars (Li) und dem Erreichen eines definierten Betriebszustands des Elektromotors (6) ermittelt wird;
- falls mit einem der Phasenleiterpaare (Li, Lj) ein kürzerer Hochlaufzeitraum (At±) gemessen wurde als mit den übrigen Phasenleiterpaaren, wird dieses Phasenleiterpaar (Li, Lj) als das mit der Bremse (8) verbundene Phasenleiterpaar (Li, Lj) identifiziert .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, falls die Bremse (8) nur an einen Phasenleiter (Li) und einen Nullleiter (N) der Spannungsversorgung (4) angeschlossen ist, dieser eine Phasenleiter durch die folgenden Schritte identifiziert wird:
- es wird ein Ausgangszustand (100) hergestellt, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) der Spannungsversorgung (4) unterbrochen sind;
- ausgehend von dem Ausgangszustand (100) wird jeweils einer der Phasenleiter (Li) stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums (Atw) der Elektromotor (6) aktiviert, indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden, wobei für jeden der Phasenleiter (Li) ein Hochlaufzeitraum (At±) zwischen dem Stromleitendschalten (110) des einen Phasenleiters (Li) und dem Erreichen eines definierten Betriebszustands des Elektromotors (6) ermittelt wird;
- derjenige Phasenleiter (Li) mit dem kürzesten Hochlaufzeitraum (Ati) wird als der mit der Bremse (8) verbundene Phasenleiter (Li) identifiziert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, falls die Bremse (8) an ein Phasenleiterpaar (Li, Lj) der Spannungsversorgung (4) angeschlossen ist, dieses eine Phasenleiterpaar (Li, Lj) durch die folgenden Schritte identifiziert wird:
- es wird ein Ausgangszustand (100) hergestellt, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) der Spannungsversorgung (4) unterbrochen sind;
- ausgehend von dem Ausgangszustand (100) wird jeweils ein Phasenleiterpaar (Li, Lj) stromleitend geschaltet und erst nach dem Verstreichen eines Wartezeitraums (Atw) der Elektromotor (6) aktiviert, indem auch die übrigen Phasenleiter stromleitend geschaltet werden, wobei für jedes der Phasenleiterpaare (Li, Lj) ein Hochlaufzeitraum (At±j) zwischen dem Stromleitendschalten (110) des Phasenleiterpaars (Li) und dem Erreichen eines definierten Betriebszustands des Elektromotors (6) ermittelt wird;
- dasjenige Phasenleiterpaar (Li, Lj) mit dem kürzesten Hochlaufzeitraum (Atij) wird als das mit der Bremse (8) verbundene Phasenleiterpaar (Li, Lj) identifiziert.
7. Steuereinheit (20) zum Betreiben einer elektrischen Antriebsvorrichtung (2) , wobei die Steuereinheit (20) dazu eingerichtet ist,
- einen Stromsperrend-Schaltbefehl (40) an zwei oder mehr unabhängig voneinander betätigbare Schalter (10) , mit denen jeweils ein Phasenleiter (LI, L2, L3) einer Spannungsversorgung (4) zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung (Uv) eines Elektromotors (6) unterbrochen werden kann, zu senden, wodurch ein Ausgangszustand (100) hergestellt wird, in dem die zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) der Spannungsversorgung (4) unterbrochen sind;
- ausgehend von dem Ausgangszustand (100) einen ersten Stromleitend-Schaltbefehl (41) an den oder die Schalter (10) zu senden, welche eine Teilmenge (LI) der Phasenleiter schalten, mit denen eine elektrisch betätigbare Bremse (8) zur Beaufschlagung des Elektromotors (6) verbunden ist, wodurch die Bremse (8) aus einem spannungslosen Zustand (Uo) , in dem sie eine den Elektromotor (6) blockierende Bremsstellung (BS) einnimmt, in einen spannungsversorgten Zustand (Uv) wechselt, in dem sie nach Verstreichen eines definierten Öffnungszeitraums (Atos) in eine den Elektromotor (6) freigebende Offenstellung (OS) gelangt;
- nach Verstreichen eines definierten Wartezeitraums (Atw) nach dem ersten Stromleitend-Schaltbefehl (41) einen zweiten Stromleitend-Schaltbefehl (42) an den oder die Schalter (10) zu senden, welche die übrigen Phasenleiter (L2, L3) schalten, wodurch auch die übrigen Phasenleiter (L2, L3) stromleitend geschaltet werden (120) und der Elektromotor (6) aktiviert wird . 8. Elektrische Antriebsvorrichtung (2) , aufweisend
- eine Spannungsversorgung (4) , welche zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) zur Bereitstellung einer mehrphasigen Versorgungsspannung (Uv) aufweist;
- einen mehrphasigen Elektromotor (6) , welcher mit den zwei oder mehr Phasenleitern (LI, L2, L3) verbunden ist;
- eine elektrisch betätigbare Bremse (8) zur Beaufschlagung des Elektromotors (6) , welche zwischen einer den Elektromotor (6) blockierenden Bremsstellung (BS) in einem spannungslosen Zustand (Uo) und einer den Elektromotor freigebenden Offenstellung (OS) in einem spannungsversorgten Zustand (Uv) geschaltet werden kann, wobei die Bremse (8) mit lediglich einer Teilmenge (LI) der zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) verbunden ist, und wobei die Bremse (8) nach dem Umschalten von dem spannungslosen Zustand (Uo) in den spannungsversorgten Zustand (Uv) einen definierten Öf fnungszeitraum (Atos) benötigt, bis die Bremse (8) die Offenstellung (OS) erreicht hat ;
- Schalter (10) , mit denen jeder der zwei oder mehr Phasenleiter (LI, L2, L3) unabhängig unterbrochen werden kann; und
- eine Steuereinheit (20) nach Anspruch 7.
9. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Steuereinheit (20) nach Anspruch 7 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
10. Computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 gespeichert ist.
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