-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines permanenterregten,
in einer von einer Netzfrequenz abhängigen Synchrondrehzahl netzgeführten Wechselstrom-Synchronmotors
mit einem permanentmagnetischen Rotor, mit einer den Motor bezüglich seiner
jeweiligen Ist-drehzahl überwachenden
und zumindest im Falle einer über
eine bestimmte Zeit bestehenden Abweichung der Istdrehzahl von der
Synchrondrehzahl steuerungstechnisch auf den Motor einwirkenden
Steuereinheit.
-
Ein
solches gattungsgemäßes System
ist prinzipiell in der Veröffentlichung
JP 56 035 696 A mit englischer
Zusammenfassung aus Patent Abstracts of Japan beschrieben. Es handelt
sich um eine Steuerschaltung für
einen Synchronmotor, wobei in einem Fehlerfall (Außer-Tritt-Fallen)
eine Auslösewicklung über ein
Oder-Glied erregt wird. Ein Außer-Tritt-Fallen wird über ein
Relais festgestellt. Dies wird von einer Speichereinheit gespeichert,
und es wird ein „field
cutting device" ausgelöst. Dabei
werden ein Kontakt geschlossen und ein Zeitgeber eingeschaltet.
Wenn der Motor dann nicht innerhalb einer durch den Zeitgeber vorgegebenen
Zeit startet, wird die Auslösewicklung
durch den Ausgang des Zeitgebers eingeschaltet. Somit ist in dieser
Veröffentlichung ausschließlich eine
Fehlerbehandlung mit Startversuch beschrieben, wie aber weitere
Vorgänge
verlaufen, bleibt völlig
offen.
-
Die
JP 62 077 086 A beschreibt
lediglich ein Alarmgerät
zur Anzeige eines Außer-Tritt-Fallens eines Synchronmotors.
Mehr ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen. Insbesondere wird
nichts darüber
gesagt, was mit dem Motor geschieht, wenn er nicht mit Synchrondrehzahl
betrieben werden kann.
-
Die
US 4,430,681 A beschreibt
einen Reihenschlussmotor mit Bürsten,
also einen mechanischen Kommutator, über den eine korrekte Kommutierung
stets sichergestellt ist. In einem Überlastfall erfolgt lediglich
eine Absenkung der Spannung, wobei sich die Drehzahl reduziert.
Auf Grund des mechanischen Kommutators ist der Kommutierungszeitpunkt
immer noch richtig. Ein Außer-Tritt-Fallen
ist hier nicht möglich.
Insofern stellt sich hier gar nicht die Problematik, eine von der
Synchrondrehzahl abweichende Drehzahl auszuregeln.
-
Aus
dem
DE 299 17 700
U1 ist es bei einer elektronischen Starteinrichtung für Synchronmotoren ebenfalls
bekannt, eine Überwachung
des Synchronbetriebes vorzunehmen. Im Falle einer Abweichung der
jeweiligen Motordrehzahl von der Synchrondrehzahl, einem sog. Außer-Tritt-Fallen,
wird ein erneuter Anlauf mit dem Ziel versucht, den Motor wieder
in den Synchronismus zurückzuführen. Nach
einem vergeblichen Startversuch können auch periodisch weitere
Startversuche durchgeführt
werden, und zwar stets mit dem Ziel, wieder den Synchronbetrieb zu
erreichen. Zudem kann der betroffene Motor eventuell auch nach einer
gewissen maximalen Anzahl von vergeblichen Anlaufversuchen gänzlich abgeschaltet
werden. Es können
Betriebsbedingungen vorliegen, die ein Erreichen des Synchronismus
unmöglich
machen. Deshalb würden
die bekannten Maßnahmen
nach einer bestimmten Zeit letztendlich doch zwangsläufig zum
vollständigen
Abschalten des Motors führen.
-
Bei
vielen Anwendungen, beispielsweise in der Kältetechnik, wäre aber
eine völlige
Abschaltung des Motors mit Nachteilen durch beispielsweise zusätzlich erforderliche Überwachungseinrichtungen oder
Redundanz verbunden.
-
Auch
aus der
EP 0 666 639
A1 ist es bekannt, eine nicht korrekt im Synchronismus
laufende Maschine wieder bis zur Synchrondrehzahl zu beschleunigen.
Reicht die Versorgungsspannung für den
Synchronbetrieb nicht aus oder ist die Belastung zu hoch, bleibt
der Motor in diesem Beschleunigungsbetrieb, ohne aber tatsächlich beschleunigen zu
können.
Dies kann in bestimmten Fällen
zu einer thermischen Überbelastung
und so zum Ausfall führen.
-
Aus
der
EP 0 872 949 A2 ist
es bekannt, den Anlaufvorgang eines Synchronmotors in 4 Phasen aufzuteilen:
- 1. Ausrichten des Rotors in eine definierte
Drehstellung,
- 2. Starten des Rotors zur anfänglichen Rotation in eine gewünschte Drehrichtung
durch Ansteuerung mit Spannungs-(oder Strom-)Impulsen,
- 3. Stabilisierungsphase mit einer unterhalb des Synchronismus
liegenden Drehzahl und
- 4. Synchronisierungsphase.
-
Dabei
ist die 3. Phase optional und wird eingefügt, falls die Last eine anfängliche
Stabilisierung bei einer kleineren Drehzahl als die Synchrondrehzahl
erfordert. Als Beispiel für
eine solche Last wird eine Pumpe genannt. Offensichtlich wird diese
dritte Betriebsphase zum Zweck einer Optimierung des Hochlaufs des
Motors bei bestimmten Lasten eingeführt. Jedenfalls laufen die
drei oder vier Phasen stets sukzessive nacheinander ab mit dem Ziel,
den Motor jedenfalls bis in den Synchronismus zu bringen.
-
Die
DE 197 018 56 A1 beschreibt
eine weitere elektronische Anlauf- und Betriebssteuerung für einen
Einphasen-Synchronmotor. Auch hierbei sind verschiedene Betriebsphasen
definiert, und zwar Anlauf, Hochlauf und Synchronlauf. Bei einem
Auftreten einer Überlastung
im Synchronlauf kann die Drehzahl absinken. In diesem Fall sollen
die Steuergesetze des Synchronlaufes abgeschaltet und die des Hochlaufes
eingeschaltet werden. Eventuell wird nachfolgend noch auf die Steuergesetze
für den
Anlauf umgeschaltet. Somit soll auch hier der Motor wieder beschleunigt
und in den Synchronismus zurückgeführt werden.
-
In
der
EP 0 574 823 B1 ist
eine Startvorrichtung für
einen Synchronmotor beschrieben, wobei der Anlauf über einen
entsprechend gesteuerten statischen Schalter, z. B. Triac, erfolgt.
Der Motorfluß kann
optional dadurch vergrößert werden,
daß die Versorgungsspannung
während
der Anlaufphase an eine Anzapfung der Motorwicklung geschaltet wird. Nach
einer vorgegebenen Zeit wird der entsprechende Schalter abgeschaltet,
und der Schalter, der die ganze Motorwicklung ans Netz schaltet,
wird eingeschaltet. Ein Lagesensor ermöglicht auch die Überwachung
der Drehzahl. Nach dem Ablauf der vorgegebenen Anlaufzeit wird die
Drehzahl kontrolliert. Wurde die Synchrondrehzahl nicht erreicht,
wird der Motor vom Netz getrennt. Um den Motor nachfolgend noch
einmal starten zu können,
muß das
Motorsystem und die elektronische Schaltung für eine kurze Zeitspanne ganz
von der Wechselspannungsspeisequelle abgetrennt werden.
-
Schließlich beschreibt
auch die
EP 0 682 404 A2 eine
Anlaufsteuerung für
einen einphasigen Synchronmotor mit Permanentmagneten. Durch eine
bestimmte Ansteuerung soll der Motor beschleunigt werden, bis die
Synchronisation mit der Netzspannung und damit die maximale Drehzahl
erreicht ist, die bekanntlich eine Funktion der Netzfrequenz und der
Polzahl des Motors ist. Dabei wird erwähnt, daß es möglich ist, mit einer bestimmten
Ansteuerung die Drehzahl zu reduzieren und auf einer geringeren Synchrondrehzahl
zu stabilisieren. Mögliche
Synchrondrehzahlen ergeben sich durch Division der maximalen Synchrondrehzahl
durch eine ganze Zahl (2, 3, ...)
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungssystem
der genannten Art zu schaffen, mit dem auch in problematischen Betriebssituationen,
insbesondere bei Überlast,
ein vollständiger
Ausfall des Motors bzw. ein zwangsweises Abschalten weitgehend vermieden
wird.
-
Erfindungsgemäß wird dies
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht. Demnach ist der
Synchronmotor dazu konzipiert, mittels des Rotors eine Last anzutreiben,
deren Drehmoment progressiv mit der Drehzahl steigt. Dies ist insbesondere bei
Ventilatoren und Pumpen der Fall. Dazu ist die Steuereinheit derart
ausgelegt, dass nach einer bestimmten Zeit einer Abweichung der
Istdrehzahl von der Synchrondrehzahl der Motor in einem asynchronen
Notbetrieb mit einer bezüglich
seiner Synchrondrehzahl reduzierten Drehzahl betrieben wird, wobei der
Notbetrieb mit einem gegenüber
dem Synchronbetrieb reduzierten Wicklungsstrom erfolgt, wobei die Reduzierung
des Wicklungsstromes durch eine Reduzierung der Wicklungsspannung
infolge drehzahlabhängiger
Phasenanschnittsteuerung sowie Ausblendung von bestimmten, z. B.
zweiten oder dritten Netzhalbwellen und/oder durch eine Wicklungsumschaltung
auf eine größere Windungszahl
erfolgt, wobei die Steuereinheit den Motor über mindestens einen statischen
Schalter, wie Triac und/oder Thyristor, ansteuert und zumindest
während
des Notbetriebs eine von der Rotorlage bezüglich der aktuellen Phasenlage
der Netzfrequenz abhängige
Ansteuerung des statischen Schalters durch die Steuereinheit im
Sinne einer Drehmomentbildung in die gewünschte Richtung erfolgt.
-
Die
Steuereinheit überwacht
somit den Anlauf und den Synchronbetrieb und greift dann ein, wenn
beim Start die Synchrondrehzahl nicht erreicht wird oder der Motor
später
aus dem Synchronismus fällt.
Die Steuereinheit kann dann eventuell noch eine bestimmte Anzahl
von Anlaufversuchen unternehmen. Wenn es aber auch dann nicht möglich ist,
den Motor in den Synchronismus zu bringen bzw. im Synchronismus
zu halten, schaltet die Steuereinheit erfindungsgemäß auf Notbetrieb
um. In diesem Betrieb arbeitet der Motor asynchron, ähnlich wie
beim Anlauf, jedoch nicht mit dem Ziel, bis zur Synchrondrehzahl
zu beschleunigen. Um in diesem erfindungsgemäßen Notbetrieb eine Überhitzung
zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Notbetrieb mit einem
gegenüber
der Beschleunigungsphase reduzierten Wicklungsstrom erfolgt. Diese
Reduzierung des Wicklungsstromes kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung
durch eine insbesondere durch Phasenanschnitt bewirkte Reduzierung
der Wicklungsspannung erfolgen. Alternativ oder aber zusätzlich kann eine
Reduzierung des Stroms auch durch eine Wicklungsumschaltung auf
eine größere Windungszahl erfolgen.
-
Der
erfindungsgemäße Notbetrieb
eines netzgeführten
Synchronmotors betrifft somit in erster Linie Anwendungen im Bereich
Ventilatoren und Pumpen. Hier steigt das Drehmoment mit der dritten Potenz
der Drehzahl, weshalb im Bemessungspunkt des Motors, d. h. bei höchster Drehzahl,
das größte Drehmoment
auftritt. Bei nicht erreichbarem Synchronismus ist dadurch ein Betrieb
bei kleinerer Drehzahl möglich,
ohne den Motor thermisch zu überlasten.
-
Man
ist hinsichtlich des Erreichens eines hohen Motorwirkungsgrades
bestrebt, die Motordimensionierung so vorzunehmen, daß der Wirkungsgrad beim
Bemessungsmoment maximal wird. Dies hat jedoch zur Folge, daß die Sicherheit
gegenüber
einem Außer-Tritt-Fallen
des Motors bei kurzzeitiger Überlastung
oder kurzzeitigem Absinken der Netzspannung verhältnismäßig klein ist.
-
Eine Überdimensionierung
des Motors zur sicheren Vermeidung solcher Fälle hätte eine Verschlechterung des
Motorwirkungsgrades zur Folge. Der Motorwirkungsgrad ist jedoch
einer der entscheidenden Vorteile eines permanenterregten netzgeführten Synchronmotors.
Besonders bei Synchronmotoren kleiner Leistung, die mit kostengünstigen Spaltpol-
oder Kondensatormotoren konkurrieren müssen, wäre eine solche Maßnahme neben
der Reduzierung des Wirkungsgrades mit einem wirtschaftlichen Nachteil
durch einen größeren Materialeinsatz verbunden.
-
Durch
den erfindungsgemäßen Notbetrieb können die
genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Der
Motor kann mit minimaler Reserve für einen maximalen Wirkungsgrad unter
Nennbedingungen ausgelegt werden. Ist der Synchronbetrieb durch
kurzzeitige Überlast
oder zu kleine Netzspannung nicht mehr möglich, dann wird in den beschriebenen
Notbetrieb mit verminderter Drehzahl und Drehmoment übergegangen.
In diesem temporären
Fehlerfall sinkt zwar der Wirkungsgrad gegenüber dem Synchronbetrieb, der
Motor ist jedoch noch in der Lage, auch hier die geforderte minimale
(Luft-)Leistung zu liefern.
-
Die
Erfindung hat demnach wesentliche technische und wirtschaftliche
Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in den Unteransprüchen sowie
in der folgenden Beschreibung enthalten.
-
Anhand
der Zeichnung soll die Erfindung beispielhaft genauer erläutert werden.
Dabei zeigen:
-
1 ein
schematisches Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems
in einer ersten Ausführungsform
eines netzgeführten,
permanenterregten Synchronmotors,
-
2 ein ähnliches
Prinzipschaltbild mit einem Synchronmotor mit einer Wicklungsanzapfung für den Hochlauf,
-
3 ein
Diagramm des Wicklungsstrom-Verlaufs in einem möglichen quasisynchronen Betriebspunkt
für den
Notbetrieb (beispielsweise 16 2/3 Hz) und
-
4 ein
beispielhaftes Flußdiagramm
zur Erläuterung
der Funktionen des erfindungsgemäßen Systems.
-
In
den 1 und 2 ist von einem permanenterregten
Wechselstrom-Synchronmotor jeweils die Motorwicklung 2 und
der permanentmagnetische Rotor 1 dargestellt. Bei der Ausführung nach 1 liegt
ein statischer Schalter Tr1 in Reihe zu
der Motorwicklung 2, und diese Reihenschaltung liegt an
einer Netz-Wechselspannung, d. h. an einem Phasenleiter L1 und einem Null-Leiter N. Der statische
Schalter Tr1 wird von einer Steuereinheit 4 angesteuert.
Bei der Ausführung
nach 2 besitzt die Motorwicklung 2 eine Anzapfung 6, über die
ein Teil der Motorwicklung 2 mittels eines ersten statischen
Schalters Tr1 ansteuerbar ist. Die gesamte
Motorwicklung 2 ist über einen
zweiten statischen Schalter Tr2 ansteuerbar. Beide
Schalter Tr1 und Tr2 werden wahlweise
von der Steuereinheit 4 angesteuert. Bei den statischen Schaltern
kann es sich insbesondere um Triac oder Thyristoren handeln.
-
Zur
Erfassung der Rotordrehzahl ist ein Rotor-Positionssensor 3 vorgesehen,
bei dem es sich vorzugsweise um einen Hall-Sensor handelt, der das magnetische
Feld des Rotors erfasst.
-
Die
Ermittlung der Rotordrehfrequenz ist nicht, wie vereinfachend in 1 oder 2 dargestellt,
auf die Anwendung eines Rotorpositionssensors beschränkt, sondern
kann auch sensorlos geschehen. Bei dieser Ausführungsform ist anstatt des Rotorpositionssensors
(3) eine geeignete sensorlose Erfassungsschaltung vorgesehen,
die der Steuereinheit (4) Informationen über die
Drehfrequenz des Rotors liefert, indem eine direkte Messung des
Verlaufs der vom rotierenden permanentmagnetischen Polrad (1)
in der Motorwicklung (2) induzierten Spannung erfolgt,
oder indem eine indirekte Bestimmung über die Messung von Wicklungsströmen und
Spannungen vorgesehen ist.
-
In
Anlehnung an das in 4 dargestellte Flußdiagramm
soll zunächst
die Erfindung für
die Ausführung
nach 1 ohne Wicklungsanzapfung für den Hochlauf-Vorgang erläutert werden.
-
Für den Hochlauf
eines netzgeführten,
permanenterregten Synchronmotors ist im Allgemeinen ein höherer Fluß erforderlich
als für
den Synchronbetrieb. Die Wicklungsauslegung des Motors muß deshalb
so erfolgen, daß bei
maximal zulässiger
mechanischer Last und bei minimal zulässiger Netzspannung der Hochlauf
noch sicher möglich
ist. Der Hochlauf ist ein temporärer
Vorgang, der im Allgemeinen nicht lange andauert. In vielen Fällen erfolgt
die Auslegung der Wicklung daher so, daß der Hochlauf einen Überlastfall
darstellt. Der für
den Hochlauf erforderliche große
Fluß wird
im Synchronbetrieb, um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, durch
Phasenanschnitt der Netzspannung vermindert. Vorteilhaft wird die
effektive Wicklungsspannung lastabhängig angepaßt, so daß in einem weiten Bereich ein
hoher Wirkungsgrad erzielt wird.
-
Bei
zu großer
mechanischer Belastung und/oder bei einer zu kleinen Netzspannung
kann der Motor außer
Tritt fallen. Ein solcher Fall wird erfindungsgemäß von der
Steuereinheit 4 erkannt. Vorteilhaft kann dies erfolgen,
indem ein Vergleich der z. B. über
den Rotorpositionssensor 3 erfassten Drehfrequenz des Motors
mit der Netzfrequenz der Versorgungswechselspannung erfolgt und
eine Abweichung festgestellt wird. Daraufhin können zunächst erneute Hochlaufversuche
eingeleitet werden.
-
Hochlaufversuche und Überwachung
-
Ein
Hochlaufversuch mit hohem Fluß erfolgt solange,
bis eine vorgegebene Zeitdauer t1 verstrichen
ist und die Synchrondrehzahl nS während dieser Zeit
nicht erreicht werden konnte. Daraufhin wird der Motor für eine festgelegte
Zeitdauer t2 vom Netz getrennt, um eine Überhitzung
der Wicklung zu vermeiden. Nach dem Ablauf von t2 wird
ein erneuter Hochlauf mit hohem Fluß durchgeführt. Konnte nach einer festgelegten
Anzahl Z1 von nacheinander ausgeführten Hochlaufversuchen
die Synchrondrehzahl nicht erreicht werden, was über den Vergleich der Rotordrehfrequenz,
die z. B. über
den Rotorpositionssensor 3 erfasst wird, mit der bekannten
Netzfrequenz festgestellt wird, so wird der erfindungsgemäße Notbetrieb
aktiviert. Insbesondere bei Anwendungen des Motors als Antrieb für Gebläse oder
Pumpen ist es vorteilhaft, wenn trotz eines bestehenden Fehlerfalls, z.
B. mechanische Überlast
oder Netzunterspannung, noch eine gewisse, vom jeweiligen Fehlerfall abhängige Förderleistung
erbracht wird, d. h. der Motor nicht ganz ausfällt. Beim Notbetrieb erfolgt
eine Ansteuerung des Motors derart, daß im asynchronen, d. h. untersynchronen
Betrieb die Wicklung trotz eines eventuell bestehenden Überlastfalls
nicht unzulässig
hohe Temperaturen annimmt. Dies geschieht bevorzugt durch Reduzierung
der angelegten Wicklungsspannung. Bevorzugt wird die Wicklungsspannung über Phasenanschnitt
der Netzspannung gegenüber
dem regulären
Hochlaufvorgang vermindert. Gemäß dem gewünschten
Phasenanschnitt wird von der Steuereinheit 4 der statische
Schalter Tr1 angesteuert. Der Phasenanschnittwinkel
wird hierbei vorteilhafterweise als Funktion der Drehzahl des Motors
bei der maximal zulässigen
Netzspannung so festgelegt, daß die
Motorwicklungen keine unzulässig
hohe Temperatur annimmt. Jeder Motordrehzahl, d. h. bestimmten Drehzahlbereichen,
wird so ein bestimmter Phasenanschnittwinkel zugeordnet, bei dem
die Wicklung gerade noch nicht überhitzt.
Diese Zuordnung wird in der Steuereinheit 4, vorzugsweise
in einem Mikrocontroller in Form einer Drehzahl-Anschnittwinkel-Tabelle abgelegt. Während des
Notbetriebs wird die aktuelle Motordrehzahl von der Steuereinheit 4 fortlaufend über den
Rotorpositionssensor 3 erfasst und der entsprechende Phasenanschnittwinkel
zur Reduzierung der an die Wicklung geschalteten Spannung angewendet.
Auf diese Weise kann trotz sich ändernder
Belastung eine Überhitzung
der Motorwicklung während
des Notbetriebs in einem weiten Lastbereich vermieden werden.
-
Zusätzlich wird
eine untere Grenzdrehzahl nGrenz1 definiert,
um den Motor während
des Notbetriebs auch gegenüber
starker Überlastung
zu schützen.
Sinkt die Motordrehzahl infolge eines großen Lastmomentes unterhalb
nGrenz1, dann erfolgt die Abschaltung des
Motors und ggf. ein neuer Anlaufversuch.
-
Besonders
günstig
für den
beschriebenen Notbetrieb sind sog. quasisynchrone Drehzahlen, beispielsweise
1/2 oder 1/3 Synchrondrehzahl (vgl. dazu 3). Hier
arbeitet der Motor mit einem besseren Wirkungsgrad als bei den sonstigen
untersynchronen Drehzahlen. Bei dieser Ausführung werden zusätzlich zur
Reduzierung der effektiven Wicklungsspannung, z. B. wie oben beschrieben über Phasenanschnitt,
Netzhalbwellen von der Steuereinheit 4 gezielt ausgeblendet,
um eine Grundschwingung mit niedriger Frequenz als die Netzspannung
zu erzeugen. Dadurch ergibt sich eine kleinere Drehzahl des Motors
als bei Synchronismus mit der Netzfrequenz und – unter Annahme eines mit der
Drehzahl steigenden Lastmomentes, wie es stets bei Lüftern oder
Gebläsen
vorliegt – eine
kleinere Belastung des Motors. Für
halbe Netzfrequenz können
z. B. zwei aufeinanderfolgende, auch angeschnittene Netzhalbwellen auf
die Motorwicklung geschaltet werden, wohingegen die beiden nachfolgenden
Netzhalbwellen gesperrt werden. Dieses Verfahren wird vorteilhaft
für den
Notbetrieb eingesetzt.
-
Anlaufversuche und Überwachung
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Hochlaufversuch
noch durch eine im folgenden beschriebene Maßnahme ergänzt, um auch extreme Überlastfälle während des
Anlaufs sicher abzudecken. Ist der Rotor stark gebremst oder gar
vollständig
blockiert, was von der Steuereinheit 4 dadurch erkannt
wird, daß trotz
Bestromung der Wicklung, während
einer festgelegten Zeitdauer t3 die kürzer als
t1 ist, eine untere Grenzdrehzahl nGrenz2, die wiederum kleiner als nGrenz1 ist, nicht erreicht werden kann, so
wird der Motor abgeschaltet. Hierbei erfolgen in wiederkehrenden
Zeitabständen
t4 erneute Anlaufversuche. Kann nach einer
Anzahl Z2 aufeinanderfolgend ausgeführter Anlaufversuche
keine Drehzahl größer nGrenz2 erreicht werden, so wird der Motor
dauerhaft abgeschaltet. Kann aber innerhalb von t3 die
Grenzdrehzahl nGrenz2 überschritten werden, erfolgen
Hochlaufversuche und eine Überwachung nach
dem oben bereits beschriebenen Verfahren.
-
Erneute Hochlaufversuche nach
dauerhafter Abschaltung oder bei Notbetrieb
-
Erneute
Anlauf- und Hochlaufversuche werden erst dann wieder gestartet,
wenn die Betriebsspannung kurzzeitig ausgeschaltet wird, oder wenn – wie bei
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung realisiert – über einen
in 1 und 2 nicht dargestellten Stelleingang
der Steuereinheit 4 ein entsprechender Befehl hierfür gegeben
wird.
-
Periodisch initiierte Hochlaufversuche
-
Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführung unterbricht die Steuereinheit 4 periodisch
den Notbetrieb oder die Abschaltung des Motors in festgelegten Intervallen
t5 bzw. t6, die
länger
sind als t2 und t3,
und leitet erneute Start- bzw. Hochlaufversuche ein. Gelingt es
weiterhin nicht, die Synchrondrehzahl zu erreichen, setzt die Steuereinheit 4 den
Notbetrieb fort oder schaltet den Motor wieder ab, je nach vorliegendem
Lastfall.
-
Zu
den bisherigen Erläuterungen
wird nochmals auf das Flußdiagramm
in 4 hingewiesen, worin die beschriebenen Abläufe und
Bedingungen veranschaulicht sind.
-
Es
wird jetzt die Erfindung für
die Ausführung nach 2 mit
Wicklungsanzapfung 6 für
den Hochlaufvorgang beschrieben.
-
Wie
bereits erwähnt
wurde, ist für
den Hochlauf eines netzgeführten,
permanenterregten Synchronmotors ein höherer Fluß erforderlich als für den Synchronbetrieb.
Dazu kann die Wicklungsanzapfung 6 vorgesehen sein. Der
Hochlaufvorgang wird dann mit kleinerer Windungszahl über die
Anzapfung 6 durchgeführt,
wodurch ein größerer Fluß entsteht. Um
eine gute Motorausnutzung zu erreichen, erfolgt üblicherweise die Auslegung
der Wicklung so, daß der
Betrieb während
des Hochlauf mit der kleineren Windungszahl einen Überlastfall
darstellt. Bei Synchronbetrieb wird dann die gesamte Wicklung eingeschaltet.
Aufgrund der größeren Windungszahl
ergibt sich dann ein kleinerer Wicklungsstrom und dadurch ein kleinerer
Fluß als
beim Hochlauf, woraus ein hoher Wirkungsgrad resultiert.
-
Die
oben beschriebenen Maßnahmen
zur Überwachung
des Synchronbetriebs und des Anlaufs bzw. Hochlaufs können uneingeschränkt auch
für diesen
Motortyp mit Anzapfung 6 angewandt werden. Kann der Motor
seine Synchrondrehzahl nicht erreichen, wird der Notbetrieb aktiviert,
bei dem er mit geringerer Drehzahl, d. h. mit geringerer mechanischer Belastung,
arbeitet, wenn ein mit der Drehzahl ansteigendes Lastmoment vorliegt.
Um die Wicklung bei untersynchronem Betrieb, wobei der Motor einen schlechteren
Wirkungsgrad besitzt als bei Synchronbetrieb, vor einer Überhitzung
zu schützen,
müssen die
Ströme
begrenzt werden. Dies kann entweder wie oben beschrieben durch Reduzierung
der Wicklungsspannung oder hier durch eine größere Windungszahl erreicht
werden. Erfindungsgemäß kann auch beides
erfolgen, d. h. eine Reduzierung der Wicklungsspannung und eine
Vergrößerung der
Windungszahl zur Begrenzung der Wicklungsströme während des Notbetriebs bei untersynchronen
Drehzahlen.
-
Bei
dem aktiven Notbetrieb (untersynchrone Drehzahl) kann bevorzugt
eine Bestromung der gesamten Motorwicklung wie beim Synchronbetrieb
erfolgen anstatt nur eines Wicklungsteils über die Anzapfung wie beim
Hochlauf. Durch die größere Windungszahl
(= größere Impedanz
und Polradspannung) werden die Ströme in der Wicklung gegenüber dem
Hochlaufvorgang reduziert.
-
Für Motoren
mit kleinerer Leistung ist diese Maßnahme in vielen Fällen ausreichend,
um die Ströme
auf einen genügend
kleinen Wert zu bringen, damit der Motor in Verbindung mit dem oben
beschriebenen Verfahren vor Überhitzung
geschützt
werden kann. Für
Motoren mit größerer Leistung
wird zusätzlich
die Wicklungsspannung vermindert, um den Strom weiter zu verkleinern.
-
Zur
Durchführung
der erfindungsgemäßen Maßnahmen
weist die Steuereinheit 4 eine entsprechende Steuerlogik
auf, die z. B. einen programmierbaren Baustein, Mikroprozessor oder
Mikrocontroller enthalten kann.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungs-
und Anwendungsbeispiele beschränkt,
sondern umfaßt
auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen.