DE19641713A1 - Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines Elektromotors - Google Patents
Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines ElektromotorsInfo
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/10—Commutator motors, e.g. repulsion motors
- H02P25/14—Universal motors
- H02P25/145—Universal motors whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value, speed feedback
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines
Elektromotors, der von einer elektrischen Versorgungseinrichtung betrie
ben und dessen Drehmoment von der vorgegebenen Solldrehzahl und von
dem von der Versorgungseinrichtung gelieferten Antriebsstrom geregelt
wird.
Zum Betreiben eines Elektromotors dient eine Versorgungseinrichtung, die
über einen Regler betrieben wird, in den der Drehzahl-Sollwert und der
Drehzahl-Istwert eingespeist werden. Dabei wird der Drehzahl-Istwert von ei
nem Drehzahlmesser geliefert, der meist als Tachometermaschine ausgebil
det ist. Dem Motor ist normalerweise noch ein Getriebe nachgeschaltet, an
dessen Spindel das Abgabedrehmoment zum Betreiben einer Last abgenom
men wird. Als Stromversorgungseinrichtung für z. B. einen Gleichstrommo
tor dient in der Regel ein Stromrichter-Stellglied bzw. Thyristor-Steller, des
sen Abgabestrom über eine Phasenanschnittsteuerung einstellbar ist. Hierzu
wird beispielsweise auf das Buch von O. Föllinger "Regelungstechnik" der
Firma AEG-Telefunken verwiesen.
Der Regler sorgt dafür, daß der Motor bei einer vorgegebenen Solldrehzahl
läuft. Es gibt Anwendungsfälle, wie z. B. den Einsatz eines Motors bei einer
Bohrmaschine, bei denen die Forderung zu erfüllen ist, daß der Motor bei ei
nem vorgegebenen Drehmoment, den Abschalt-Drehmoment, abschaltet.
Dazu ist eine Abschaltvorrichtung vorgesehen, die den Antriebsstrom unter
bricht. Um den Motor bei einem vorgegebenen Abschalt-Drehmoment abzu
schalten, ist es notwendig, sowohl die Drehzahl als auch den Strom-Istwert
meßtechnisch zu erfassen. Insbesondere die Messung des Strom-Istwertes
hängt von mehreren Parametern, wie z. B. der Temperatur, ab und wird von
daher als aufwendig angesehen, da die Einzelparameter konstant gehalten
werden müssen. Die Erfassung der Drehzahlen über eine Tachometermaschi
ne ist dagegen weniger problematisch.
Die Erfindung verfolgt den Zweck, ein Verfahren zur Drehmoment-Abschal
tung eines Elektromotors verfügbar zu machen, das gegenüber den bekann
ten Verfahren einen geringeren Aufwand erfordert und durch eine genaue
re Stromwerterfassung für eine zuverlässige Abschaltung bei einem vorge
gebenen Drehmoment ermöglicht.
Die Erfindung besteht darin, daß der Strom stufenweise in Abhängigkeit von
der über einen Drehzahlmesser erfaßten Drehzahl des Motors eingestellt
bzw. eingeregelt wird, daß ständig der einer Drehzahl zugeordnete Istwert
des Motorstroms durch Vergleich mit einem vorgegebenen, den
Abschalt-Drehmoment entsprechenden Abschaltstrom überwacht und abgeschaltet
wird, wenn der Istwert des Stroms mit dem Abschaltstrom übereinstimmt.
Während also die Drehzahl bzw. die Solldrehzahl wie bisher über eine Tacho
metermaschine festgestellt wird, wird der Stromwert, bei dem die Abschal
tung erfolgen soll, festgelegt und die Abschaltung erfolgt dann, wenn der
Strom-Istwert mit dem Stromabschaltwert übereinstimmt, was durch ständi
gen Vergleich der beiden Stromwerte festgestellt wird. Bei diesem Verfah
ren entfällt also die meßtechnische Erfassung des Motorstroms. Der wesent
liche Vorteil besteht darin, daß der Strom nicht mehr gemessen wird und da
mit die Aufwendungen entfallen, um die Parameter konstant zu halten, die
den Stromwert beeinflussen.
Da zur Stromversorgung üblicherweise Stromrichter-Stellglieder oder für
den Betrieb von Gleichstrommotoren bekannte Thyristor-Steller verwendet
werden, die über den Phasenwinkel der Thyristoren angesteuert werden,
kann das Verfahren dahingehend abgewandelt werden, daß anstelle des Ist
stroms und des Abschaltstroms die jeweiligen Phasenwinkel herangezogen
werden.
Ferner wird als weitere Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 8 beansprucht.
Das Wesen der Erfindung soll anhand eines in den Zeichnungen dargestell
ten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Tabelle, in der für vorgegebene Motor-Solldrehzahlen und
vorgegebene Abschalt-Drehmomente die zugehörigen Phasen
winkel eingetragen sind;
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Abschaltvorgangs und
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer beispielsweisen Anordnung zur Durch
führung des Verfahrens.
Die Tabelle gemäß Fig. 1 dient zur Durchführung der Abschaltung des Mo
tors und ist so organisiert, daß als Spaltenvektor die Motor-Solldrehzahl und
als Zeilenvektor das Abschalt-Drehmoment aufgetragen ist. In den Spalten
und Zeilen sind die zugehörigen Phasenwinkel eingetragen, die bei vorgege
bener Solldrehzahl das vorgegebene Abschalt-Drehmoment bestimmen.
Zum Betrieb des Thyristor-Stellers werden diese über eine Steuerung Pha
senwinkel eingegeben. Wie bereits erwähnt, ist bei vorgegebener
Motor-Solldrehzahl und einem gewünschten Abschalt-Drehmoment ein bestimmter
Phasenwinkel festgelegt, der sich aus der Tabelle ermitteln läßt. Das Verfah
ren wird so durchgeführt, daß die in die Steuerung eingegebenen Phasen
winkel ständig mit den Phasenwinkeln verglichen werden, bei denen die Ab
schaltung erfolgen soll. Wenn beide Phasenwinkel übereinstimmen, erfolgt
die Abschaltung sofort.
Zur Erläuterung des Verfahrens kann auch Fig. 2 herangezogen werden,
welche die Netzspannung in Abhängigkeit von dem Strom bzw. dem Phasen
winkel für eine positive Halbwelle darstellt. Als Beispiel sei angenommen,
daß ein X-Vektor mit dem Wert 2 und ein Y-Vektor mit dem Wert 5 vorgege
ben wird. Daraus läßt sich ein Phasenwinkel von 58,46° ermitteln. Bei diesem
Wert erfolgt der Phasenanschnitt des Stellers, wie es in Fig. 2 eingetragen
ist. Läuft der Motor bei Phasenwinkeln, die auf der rechten Seite des Phasen
anschnittswerts liegen, dann ist das von dem Motor abgegebene Drehmo
ment größer als das Abschaltmoment und der Motor läuft in Normalbetrieb.
Für Phasenwinkel, die kleiner als der Phasenwinkel ist, der für die Motorab
schaltung gewählt wurde, erfolgt die sofortige Abschaltung des Motors. Die
ser Bereich kann als "Moment-Abschaltung" bezeichnet werden.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, die geeignet ist, das Verfahren gemäß der Er
findung durchzuführen. Dem Motor 1 ist ein Steller 2 mit einer Phasenan
schnittsteuerung vorgeschaltet, während der Motor 1 auf das Getriebe 3 ar
beitet, an dessen Spindel 4 das Abgabedrehmoment für die Last auftritt. Zur
Messung der Drehzahl ist eine Tachometermaschine 5 vorgesehen. Die An
ordnung enthält ferner einen Mikroprozessor 6. Dem Mikroprozessor wird
über eine Signalaufbereitung 7 die von der Tachometermaschine abgegebe
ne Drehzahl eingegeben. Der Mikroprozessor führt u. a. die Funktion eines
PI-Reglers aus. Damit die Abschaltung bei einem vorgegebenen Phasenwin
kel erfolgen kann, werden dem Mikroprozessor sowohl die Solldrehzahl als
auch das Abschaltmoment zugeführt. Die Eingabe der Solldrehzahl erfolgt
über das Potentiometer 8 und den Analog-/Digital-Wandler 9, während für
die Eingabe des Abschalt-Drehmoments das Potentiometer 10 und der Ana
log-/Digital-Wandler 11 vorgesehen sind. Der Mikroprozessor ist so ausgelegt,
daß er ständig die Phasenwinkel, welche an die Anschnittsteuerung
ausgegeben werden, mit dem Phasenwinkel vergleicht, bei dem die Ab
schaltung erfolgen soll. Wird Übereinstimmung der beiden Phasenwinkel
festgestellt, veranlaßt der Mikroprozessor die Abschaltung des Motors.
Um die Abschaltung unabhängig von Netzschwankungen, die auf den Pha
senwinkel Einfluß nehmen, zu machen, ist zusätzlich vorgesehen, die Netz
spannung über eine Signalaufbereitung 12 und einen Analog-/Digital-Wand
ler 13 dem Mikroprozessor einzugeben. Der Mikroprozessor führt dann einen
Vergleich mit einer vorgegebenen Referenzspannung, beispielsweise 230 V,
durch, und führt bei einer Abweichung von dieser Referenzspannung eine
entsprechende Korrektur durch.
Wie bereits erläutert, ist zur Durchführung des Verfahrens eine Tabelle erfor
derlich, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Diese Tabelle wird in einem ROM ab
gespeichert und die Werte für die Durchführung des Verfahrens abgerufen.
Es hat sich herausgestellt, daß bei hohem Abschaltmoment und/oder hoher
Solldrehzahl, die bei der zugehörigen Last einen maximalen Phasenanschnitt
erfordern, der gleiche Tabellenwert für verschiedene Abschaltmomente ste
hen. Um diese Ungenauigkeit zu beseitigen, ist in diesen Fällen in der Tabelle
anstelle des minimalen Phasenwinkels die Motor-Istdrehzahl eingetragen,
bei der das zulässige, an die Last abgegebene Drehmoment erreicht wird.
Das Verfahren zur Motorabschaltung bei vorgegebenem Abschalt-Drehmo
ment hat mehrere Vorteile. So kann das Eindrehen von gleichen Schrauben
ohne besondere Beachtung oder Schwierigkeiten dadurch durchgeführt
werden, daß das Drehmoment eingestellt wird, welches beim Anlegen des
Schraubenkopfes an das Material auftritt. Damit werden alle Schrauben mit
dem gleichen Drehmoment auch gleich tief in das Material geschraubt.
Claims (9)
1. Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines Elektromotors, der von ei
ner elektrischen Versorgungseinrichtung betrieben und dessen Drehmo
ment von der vorgegebenen Solldrehzahl und von dem von der Versor
gungseinrichtung gelieferten Antriebsstrom geregelt wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Strom stufenweise in Abhängigkeit von der über ei
nen Drehzahlmesser erfaßten Drehzahl des Motors eingestellt bzw. geregelt
wird, daß ständig der einer Drehzahl zugeordnete Istwert des Motorstroms
durch Vergleich mit einem vorgegebenen, dem Abschalt-Drehmoment ent
sprechenden Abschaltstrom überwacht und abgeschaltet wird, wenn der
Istwert des Stroms mit dem Abschaltstrom übereinstimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines
Stromrichter-Stellgliedes als Versorgungseinrichtung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver
sorgungseinrichtung mittels einer Phasenanschnittsteuerung betrieben und
anstelle des Iststromes und des Abschaltstroms der jeweilige Phasenwinkel
herangezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchfüh
rung des Abschaltvorgangs die Solldrehzahl, das Abschalt-Drehmoment und
der Phasenwinkel tabellarisch derart festgelegt werden, daß
- a) als Zeilenvektor die Solldrehzahl des Motors in vorbestimmten Stu fenschritten aufgetragen ist,
- b) das Abschalt-Drehmoment in Stufenschritten als Spaltenvektor aufge tragen ist, und daß
- c) in den Spalten und Zellen die Phasenwinkel eingetragen sind, die bei gegebener Solldrehzahl die Abschaltung des Motors bei dem ge wünschten Abschalt-Drehmoment bewirken.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß
der Phasenwinkel größer als der Phasenwinkel ist, bei dem der Elektromotor
abgeschaltet werden soll, der Motor in Normalbetrieb arbeitet, und bei Pha
senwinkeln unterhalb des Abschaltphasenwinkels der Motor abgeschaltet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei ho
hen Abschalt-Drehmomenten und/oder hoher Solldrehzahl in der Tabelle an
stelle der Phasenwinkel die Werte der entsprechenden Istdrehzahlen des
Elektromotors eingetragen sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver
sorgungseinrichtung mittels einer Wellenpaketsteuerung betrieben wird.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 6 mit einem bei einem vorgegebenen Drehmoment abzuschaltenden Mo
tor, einer Steuereinrichtung zur Einstellung des den Antriebsstrom bestim
menden Phasenwinkels, einem PI-Regler und einer Abschaltvorrichtung, ge
kennzeichnet durch einen Mikroprozessor 6, dem über jeweils einen
Analog-/Digital-Wandler 7, 11 die Solldrehzahl und das Abschalt-Drehmoment einge
geben werden, dem ferner ein Drehzahlmesser 5 nach Aufbereitung der
analogen Drehzahl ein der Istdrehzahl entsprechender Wert zugeführt wird,
der über eine Verbindung zu der Steuereinrichtung des Stromrichter-Stell
gliedes 2 die Phasenwinkel für den Antriebsstrom ausgibt, der einen ROM
enthält, in dem die Tabelle nach Anspruch 3 gespeichert ist, und daß der
Mikroprozessor so ausgelegt ist, daß er die Drehzahlregelung sowie den Ver
gleich des bei vorgegebenen Drehzahl-Sollwert und Drehzahl-Abschaltmo
ment festgelegten Abschalt-Phasenwinkel mit dem Strom-Istwert-Phasen
winkel durchführt und bei Übereinstimmung dieser beiden Phasenwinkel
die Abschaltung des Motors veranlaßt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikropro
zessor zur Korrektur von Netzschwankungen über eine Einrichtung zur Si
gnalaufbereitung mit dem Netz in Verbindung steht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996141713 DE19641713A1 (de) | 1996-10-10 | 1996-10-10 | Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines Elektromotors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996141713 DE19641713A1 (de) | 1996-10-10 | 1996-10-10 | Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines Elektromotors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19641713A1 true DE19641713A1 (de) | 1998-04-23 |
Family
ID=7808328
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996141713 Withdrawn DE19641713A1 (de) | 1996-10-10 | 1996-10-10 | Verfahren zur Drehmoment-Abschaltung eines Elektromotors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19641713A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6970093B1 (en) | 1999-05-29 | 2005-11-29 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Method for configuring the alarm device of an electrical motor and motor for implementing said method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4648003A (en) * | 1984-02-08 | 1987-03-03 | L. Schuler Gmbh | Electrical circuit arrangement for the protection of presses |
-
1996
- 1996-10-10 DE DE1996141713 patent/DE19641713A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4648003A (en) * | 1984-02-08 | 1987-03-03 | L. Schuler Gmbh | Electrical circuit arrangement for the protection of presses |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
O. FÖLLINGER, Regelungstechnik, Hüthig Buch Verlag Heidelberg, 1990, 6.Aufl., S.128-133 u. 288-291 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6970093B1 (en) | 1999-05-29 | 2005-11-29 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg | Method for configuring the alarm device of an electrical motor and motor for implementing said method |
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