DE19734405B4 - Three-phase machine and method for operating a three-phase machine - Google Patents

Three-phase machine and method for operating a three-phase machine Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer von einem Umrichter (5) mit einem Gleichspannungszwischenkreis (3) gespeisten Drehstrommaschine (61) mit einer an den Gleichspannungszwischenkreis (3) angeschlossenen elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse mit einer Erregerspule (62), welche bei Bestromung die Bremse lüftet und wobei beim Abbremsen der Drehstrommaschine (61) von dieser im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie der Erregerspule (62) zugeführt wird, wobei bei einem starken Abbremsen im generatorischen Betrieb der Erregerspule (62) ein Strom zugeführt wird, der wesentlich größer ist als der zum Lüften oder Halten der Bremse zugeführte Strom.method for operating one of a converter (5) with a DC intermediate circuit (3) powered three-phase machine (61) with a to the DC link (3) connected electromagnetically actuated, mechanical brake with an excitation coil (62) which releases the brake when energized and wherein when braking the three-phase machine (61) of this in the regenerative Operation generated electrical energy of the excitation coil (62) is supplied in case of a strong deceleration in regenerative operation of the Excitation coil (62), a current is supplied, which is much larger as the one to air or holding the brake supplied Electricity.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Drehstrommaschine, umfassend eine elektromagnetisch betätigte, mechanische Bremse mit einer Erregerspule und einem Umrichter zum Betreiben der Drehstrommaschine an Wechsel- bzw. Drehstromnetzen, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Drehstrommaschine mit einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse.The The invention relates to a three-phase machine comprising an electromagnetic actuated mechanical brake with an exciter coil and a converter for Operating the three-phase machine on AC or three-phase networks, and a method for operating a three-phase machine with a Electromagnetically actuated, mechanical brake.

Elektrische Maschinen lassen sich sehr gut in ihrer Drehzahl steuern. Durch die heute vorliegenden Möglichkeiten der Elektronik können derartige Maschinen über Umrichter an Wechsel- bzw. Drehstromnetzen betrieben werden. Um die an sich schon gute Steuerbarkeit insbesondere beim Abbremsen zu verbessern, wie dies für viele Anwendungsfälle derartiger Maschinen gefordert wird, ist es bekannt, die Maschine als Generator zu betreiben und die beim Abbremsen erzeugte Energie über einen (Last-)Widerstand in Wärme zu verwandeln. Ein solcher zusätzlicher Lastwiderstand erfordert einen gewissen Kosten- und Konstruktionsaufwand, wobei darüber hinaus die erzeugte Wärme über entsprechende zusätzliche Einrichtungen abgeführt werden muß.electrical Machines can be controlled very well in their speed. By the possibilities available today the electronics can such machines over Inverter to change or Three-phase networks are operated. In itself good controllability especially when braking to improve, as is the case for many Use cases of such Machinery is required, it is known the machine as a generator to operate and the energy generated during deceleration via a (load) resistance in heat to transform. Such an additional Load resistance requires a certain cost and design effort, being about it In addition, the heat generated via appropriate additional Facilities dissipated must become.

Weiterhin ist es bei derartigen, vorwiegend als Elektromotoren betriebenen Maschinen bekannt, mechanische Bremsen vorzusehen, die über eine Elektromagnet-Anordnung gelöst bzw. gelüftet werden können. Man bestromt also die Erregerspule der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse zusammen mit dem Elektromotor, so daß der Motor im unbestromten Zustand festgehalten wird.Farther It is in such, operated mainly as electric motors Machines are known to provide mechanical brakes that have an electromagnet arrangement solved or ventilated can be. The energizing coil of the electromagnetically actuated, mechanical brake together with the electric motor, so that the engine is held in the de-energized state.

Eine derartige Anordnung ist aus der JP 63 310 386 A bekannt. Sie vermeidet allerdings nicht die mit dem zusätzlichen Lastwiderstand verbundenen Nachteile.Such an arrangement is known from JP 63 310 386 A known. However, it does not avoid the disadvantages associated with the additional load resistance.

Die GB 23 07 118 A offenbart einen Gleichstrommotor mit einer mechanischen Arretierung, in der im generatorischen Betrieb eine Erregerspule bestromt wird, um das Einfallen der Arretierung bei zu großer Drehzahl zu verhindern, damit die Arretierung nicht mechanisch zerstört wird. Dieser durch die Erregerspule fließende Strom ist aber zu klein, als daß damit die Aufgabe des Lastwiderstandes und die damit verbundenen Nachteile vermieden werden könnten.The GB 23 07 118 A discloses a DC motor with a mechanical lock in which an excitation coil is energized in generator operation to prevent the collapse of the lock at too high a speed, so that the lock is not mechanically destroyed. However, this flowing through the field coil current is too small, so that so that the task of load resistance and the associated disadvantages could be avoided.

Auch die US 40 90 117 A offenbart eine Anordnung, durch die das Einfallen einer Bremse bei zu hoher Drehzahl verhindert wird. Damit wird die Notwendigkeit, die in der Schwungmasse gespeicherte mechanische Energie beispielsweise über einen Lastwiderstand in Wärme umzuwandeln, nicht verhindert.Also the US 40 90 117 A discloses an arrangement by which the engagement of a brake is prevented at too high speed. Thus, the need to convert the stored in the flywheel mechanical energy, for example, via a load resistor into heat, not prevented.

Die US 5 247 140 A offenbart eine Maschine, bei der im generatorischen Betrieb durch Bestromung einer Erregerspule zusätzliche Bremskraft zur Verfügung gestellt wird. Dadurch wird aber die beim Abbremsen erzeugte Energie nicht abgebaut, so dass wiederum beispielsweise ein Lastwiderstand mit den damit verbundenen Nachteilen notwendig wird.The US 5 247 140 A discloses a machine in which additional braking force is provided in generator mode by energizing an exciter coil. As a result, however, the energy generated during deceleration is not degraded, so that in turn, for example, a load resistance with the associated disadvantages is necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehstrommaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Drehstrommaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Abbremsvorgang mit einfachen Mitteln verbessert werden kann.Of the Invention is based on the object, a three-phase machine and a method for operating a three-phase machine of the aforementioned Training further to the effect that the deceleration process with simple Means can be improved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 bzw. eine Drehstrommaschine nach Patentanspruch 7 gelöst.These Task is achieved by a method according to claim 1 or a Three-phase machine according to claim 7 solved.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß die im generatorischen Betrieb während des Bremsvorgangs erzeugte elektrische Energie in der Erregerspule der elektromagnetisch lösbaren mechanischen Bremse in Wärme umgesetzt wird. Diese Idee ist insofern besonders überraschend, als während eines mechanischen Bremsens, wie es bei derartigen Elektromotoren bisher bekannt ist, der Erregerspule eben keine Energie zugeführt wird. Durch die erfindungsgemäße Idee gelingt es aber, ohne einen Bremswiderstand auszukommen und noch dazu die Speicherfunktion der Spuleninduktivität, also ihre besondere dynamische Wirkung auszunützen, welche diese Spule gegenüber einem zusätzlichen, üblicherweise verwendeten Ohmschen Widerstand aufweist.One essential point of the invention is that in the generator mode during the Braking process generated electrical energy in the excitation coil of the Electromagnetically releasable mechanical Brake in heat is implemented. This idea is particularly surprising insofar as while a mechanical braking, as is the case with such electric motors previously known, the excitation coil just no energy is supplied. By the idea according to the invention but manages to get along without a braking resistor and still to the memory function of the coil inductance, so their special dynamic Exploit effect, which opposite this coil an additional, usually having used ohmic resistance.

Dabei wird bei einem starken Abbremsen im generatorischen Betrieb der Erregerspule ein Strom zugeführt, der wesentlich größer ist als der zum Lüften oder Halten der Bremse zugeführte Strom. Dies bedeutet, daß elektrische Eigenschaften der Spule ausgenützt werden, die im normalen Betrieb, beim üblichen Lüften der Bremse, nicht ausgenützt werden. Der Erregerspule kann jedoch für eine gewisse Zeitdauer ein erheblich größerer Strom zugeführt werden, als dieser zum Lüften oder gar zum Halten der Bremse im normalen Betrieb zugeführt wird.there is at a strong deceleration in regenerative operation of the Excitation coil fed a current, which is much bigger as the one to air or holding the brake supplied Electricity. This means that electrical Properties of the coil exploited which are not used during normal operation, when the brake is normally released. However, the exciter coil can be used for a significantly longer amount of power is supplied for a certain period of time, as this one for airing or even for holding the brake in normal operation is supplied.

Vorzugsweise stellt man die thermische Belastung der Erregerspule fest und begrenzt den ihr zugeführten Strom auf einen vorbestimmten Betrag, wenn die thermische Belastung einen vorbestimmten (Temperatur-)Wert überschreitet. Dadurch kann sichergestellt werden, daß keine Schäden durch Überhitzung auftreten. Vorzugsweise wird bei Gefahr einer thermischen Überlastung der Strom auf den Haltestrom der Erregerspule begrenzt, also auf den Strom, der im Dauerbetrieb der Drehstrommaschine fließt und auf den die Erregerspule "zugeschnitten" ist.Preferably, the thermal load of the excitation coil is determined and limits the current supplied to it to a predetermined amount when the thermal load exceeds a predetermined (temperature) value. This can ensure that no damage due to overheating occur. Preferably, at the risk of thermal overload, the current is limited to the holding current of the exciting coil, that is to say to the current which flows in continuous operation of the three-phase machine and to which the exciting coil is "cut to size". is.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Feststellung der thermischen Belastung die Temperatur der Erregerspule gemessen. Bei dieser Art der Belastungsmessung kann mit besonders genauen Ergebnissen gerechnet werden. Bei einer alternativen, ggf. aber auch zusätzlich anzuwendenden Ausführungsform der Erfindung werden Strom- und/oder Spannung der Erregerspule überwacht und derart mit Parametern, die für die Erregerspule spezifisch sind, insbesondere mit der thermischen Zeitkonstante der Erregerspule zur Feststellung der thermischen Belastung verrechnet, daß nicht nur die jeweils momentane thermische Belastung feststellbar ist, sondern vielmehr auch jederzeit "hochgerechnet" werden kann, wie lange die Erregerspule noch mit der momentan anliegenden Bremsleistung beaufschlagt werden kann, bevor der Erregerstrom verringert werden muß. Dadurch kann ein optimales Bremsverhalten eingestellt werden.at a preferred embodiment The invention is to determine the thermal load the Temperature of the exciter coil measured. In this type of load measurement can be expected with particularly accurate results. At a alternative, but possibly also in addition applicable embodiment The invention monitors the current and / or voltage of the exciter coil and so with parameters for the excitation coil are specific, in particular with the thermal Time constant of the exciter coil for determining the thermal Load charged that not only the momentary thermal load can be determined but rather can be extrapolated at any time, such as long the exciter coil still with the currently applied braking power can be applied before the excitation current can be reduced got to. Thereby an optimal braking behavior can be set.

Vorzugsweise wird zusätzlich zur Feststellung der thermischen Belastung der Erregerspule auch noch die Umgebungstemperatur festgestellt. Die Sicherheit vor Überlastung der Erregerspule wird dadurch erhöht. Gleiches gilt für eine Feststellung der Temperatur am Elektromotor durch einen entsprechenden, meist ohnehin schon vorhandenen Temperaturfühler. Nachdem die Bremse samt ihrer Erregerspule am Elektromotor befestigt ist und ein Wärmefluß stattfindet, gibt auch die Temperatur am Elektromotor einen Meßwert dafür, welche Wärme der Erregerspule noch zuführbar ist.Preferably will be added for detecting the thermal load of the exciter coil also still the ambient temperature detected. The security against overload the exciter coil is thereby increased. The same applies to a statement the temperature at the electric motor by a corresponding, usually already existing temperature sensor. After the brake velvet its excitation coil is attached to the electric motor and a heat flow takes place, Also, the temperature at the electric motor gives a reading of which Heat the Exciting coil can still be fed is.

Nachfolgend werden zur Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele anhand von Abbildungen beschrieben.following will be explained the invention embodiments described by illustrations.

Hierbei zeigenin this connection demonstrate

1 eine Grundschaltung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a basic circuit for carrying out the method according to the invention,

2 eine Prinzipschaltung der in 1 angedeuteten Leistungselektronik, 2 a basic circuit of in 1 indicated power electronics,

3 die Schaltung einer Ansteuereinheit, 3 the circuit of a drive unit,

4 die Schaltungseinzelheiten der Schaltung gemäß 3, 4 the circuit details of the circuit according to 3 .

5 eine weitere Ausführungsform einer Ansteuereinheit, 5 a further embodiment of a drive unit,

6 eine dritte Ausführungsform einer Ansteuereinheit, und 6 a third embodiment of a drive unit, and

7 und 8 zwei prinzipielle Darstellungen zur Erläuterung der Berechnung und/oder Messung der thermischen Belastung von Erregerspulen. 7 and 8th two schematic diagrams for explaining the calculation and / or measurement of the thermal load of excitation coils.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.In The following description will be for the same and equivalent Parts used the same reference numerals.

Bei der in 1 gezeigten Prinzipschaltung ist mit der Bezugsziffer 1 das Wechsel- oder Drehstromnetz bezeichnet, das auf einen Gleichrichter 2 geführt ist, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung auf einen Gleichspannungszwischenkreis 3 geführt ist. Am Ausgang des Gleichspannungszwischenkreises 3 sind Eingangsklemmen einer Bremssteuereinheit 4 parallel zu Eingangsklemmen eines Umrichters 5 angekoppelt.At the in 1 shown principle circuit is indicated by the reference numeral 1 the alternating or three-phase network referred to a rectifier 2 is guided, whose rectified output voltage to a DC voltage intermediate circuit 3 is guided. At the output of the DC voltage intermediate circuit 3 are input terminals of a brake control unit 4 parallel to the input terminals of an inverter 5 coupled.

Ausgangsklemmen der Bremssteuereinheit 4 sind mit einer Erregerspule 62 einer elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse verbunden, die im bestromten Zustand einen Motor 61 frei laufen läßt und diesen im stromlosen Zustand abbremst.Output terminals of the brake control unit 4 are with an exciter coil 62 an electromagnetically actuated mechanical brake connected in the energized state of a motor 61 Run free and slows down in the de-energized state.

Der Motor 61 wird in an sich bekannter Weise vom Umrichter 5 angesteuert.The motor 61 is in a conventional manner from the inverter 5 driven.

Der Elektromotor 6 bildet zusammen mit dem Gleichrichter 2, der Bremssteuereinheit 4, der Erregerspule 62 und dem Umrichter 5 vorzugsweise eine gerätetechnische Einheit 8, insbesondere mit einem gemeinsamen Gehäuse.The electric motor 6 forms together with the rectifier 2 , the brake control unit 4 , the exciter coil 62 and the inverter 5 preferably a device-technical unit 8th , in particular with a common housing.

Die Bremssteuereinheit 4 umfaßt, wie in 2 gezeigt, bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein elektronisches Einwegeventil 41, das über eine Ansteuereinheit 42 ein- und ausschaltbar ist. Dieses Einwegeventil 41 bildet mit der Erregerspule 42 eine Reihenschaltung, welche an den Ausgangsklemmen des Gleichspannungszwischenkreises 3 liegt. Die Klemmen der Erregerspule 62 sind über eine umgekehrt zum Einwegeventil gepolte Freilaufdiode 7 verbunden.The brake control unit 4 includes, as in 2 shown in a first embodiment of the invention, a one-way electronic valve 41 that has a drive unit 42 can be switched on and off. This one-way valve 41 forms with the exciter coil 42 a series circuit connected to the output terminals of the DC intermediate circuit 3 lies. The terminals of the exciter coil 62 are over a reversed to one-way valve poled freewheeling diode 7 connected.

In 2 sind der durch die Erregerspule 62 fließende Strom mit IB und die über den Klemmen der Erregerspule 62 liegende Spannung mit UB bezeichnet. Die Betriebsweise der Anordnung wird nachfolgend erläutert.In 2 are the ones through the exciter coil 62 flowing current with I B and the over the terminals of the exciter coil 62 lying voltage with U B designated. The operation of the arrangement will be explained below.

Der zum Lüften der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderliche Gleichstrom hat den Wert I1. Wenn dieser Strom fließt, so fällt über die Erregerspule 62 eine Spannung U1 ab.The DC current required to ventilate the electromagnetically actuated mechanical brake has the value I 1 . When this current flows, it falls over the exciter coil 62 a voltage U 1 from.

Wenn der Strom I1 eingeschaltet wird, so vergeht eine Zeitdauer t1 bis zum vollständigen Lüften der Bremse. Zum Halten der Bremse im gelüfteten Zustand ist nur ein Gleichstrom I2 notwendig, der im allgemeinen kleiner oder aber gleich I1 ist. Die hierbei längs der Erregerspule 62 abfallende Spannung hat den Wert U2.When the current I 1 is turned on, a time t 1 passes until the brake is fully released. To hold the brake in the released state only a DC current I 2 is necessary, which is generally smaller or equal to I 1 . The case along the exciter coil 62 decreasing voltage has the value U 2 .

Aus der in 2 gezeigten Schaltung ist nun ersichtlich, daß das elektronisch ein- und ausschaltbare Einwegeventil 41 über die Ansteuereinheit 42 derart geschaltet werden kann, daß die gesamte Ausgangsspannung UZ des Gleichspannungszwischenkreises 3 an die Erregerspule 62 angelegt werden kann. Die dadurch mögliche Betriebsweise wird nachfolgend erläutert.From the in 2 shown circuit can now be seen that the electronically switched on and off one-way valve 41 via the control unit 42 can be switched so that the entire output voltage U Z of the DC intermediate circuit 3 to the exciter coil 62 can be created. The possible mode of operation is explained below.

Betriebszustand A: Dem Motor 61 wird vom Umrichter 5 kein Strom zugeführt. Die Erregerspule 62 ist ebenfalls stromlos. In diesem Betriebszustand steht der Motor festgebremst.Operating condition A: The engine 61 is from the inverter 5 no power supplied. The exciter coil 62 is also de-energized. In this operating state, the engine is stalled.

Betriebszustand B: Zu Beginn des Motobetriebs, also wenn der Umrichter 5 beginnt, dem Motor 61 Strom zuzuführen, führt die Bremssteuereinheit 4 der Erregerspule 62 für die Zeitdauer t1 einen Gleichstrom IB = I1 zu, um die Bremse zu lüften.Operating state B: At the beginning of the motor operation, ie when the inverter 5 starts, the engine 61 Supplying power, performs the brake control unit 4 the exciter coil 62 for the time t 1, a DC I B = I 1 to release the brake.

Betriebszustand C: Während des motorischen (ungebremsten) Betriebs des Motors 61 führt die Bremssteuereinheit 4 den zum Halten der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderlichen Gleichstrom IB = I2 durch die Erregerspule 62, wobei dieser Gleichstrom I2 kleiner sein kann als der Gleichstrom I1. Wenn der Haltestrom I2 gleich dem zum Lüften notwendigen Strom I1 ist, entfällt natürlich der zuvor beschriebene Betriebszustand B.Operating condition C: During motor (unrestrained) operation of the motor 61 leads the brake control unit 4 the required for holding the electromagnetically actuated mechanical brake DC current I B = I 2 through the excitation coil 62 , wherein this direct current I 2 may be smaller than the direct current I 1 . If the holding current I 2 is equal to the need for ventilation current I 1 , of course, the previously described operating state B.

Betriebszustand D: Wenn der (laufende) Motor 61 gebremst werden soll, also in den generatorischen Betrieb überführt wird, so leitet die Bremssteuereinheit 4 den zum Halten der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderlichen Gleichstrom IB = I2 durch die Erregerspule 62, sofern die vom Umrichter 5 in den Gleichspannungszwischenkreis 3 zurückgespeiste Leistung nicht größer ist als die zum Halten der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderliche Leistung.Operating state D: When the (running) motor 61 should be braked, so is transferred to the generator mode, so the brake control unit 4 the required for holding the electromagnetically actuated mechanical brake DC current I B = I 2 through the excitation coil 62 , provided by the inverter 5 in the DC voltage intermediate circuit 3 returned power is not greater than the power required to hold the electromagnetically operated mechanical brake.

Betriebszustand E: Übertrifft die vom Umrichter 5 in den Gleichspannungszwischenkreis 3 zurückgespeiste Leistung aufgrund einer erhöhten Bremsleistung bzw. generatorischen Leistung die zum Halten der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderliche Leistung, so leitet die Bremssteuereinheit 4 die gesamte zurückgespeiste Leistung des Elektromotors 61 in die Erregerspule 62. Dieser Strom ist natürlich erheblich größer als die vorgenannten Werte I1 und I2.Operating state E: Exceeds that of the inverter 5 in the DC voltage intermediate circuit 3 fed back power due to an increased braking power or generator power required for holding the electromagnetically actuated mechanical brake power, so passes the brake control unit 4 the entire feedback power of the electric motor 61 into the exciter coil 62 , Of course, this current is considerably greater than the aforementioned values I 1 and I 2 .

Betriebszustand F: Übersteigt die thermische Belastung durch den zugeführten Strom einen, für die Erregerspule 62 maximal zulässigen Wert, so reduziert die Bremssteuereinheit 4 den der Erregerspule 62 zugeführten Strom IB auf den zum Halten der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderlichen Gleichstrom IB = I2.Operating condition F: If the thermal load of the supplied current exceeds one, for the exciting coil 62 maximum permissible value, this reduces the brake control unit 4 that of the exciter coil 62 supplied current I B to the required for holding the electromagnetically actuated mechanical brake DC current I B = I 2 .

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung für eine Bremssteuereinheit 4 anhand der 3 und 4 beschrieben.Hereinafter, a preferred embodiment of the circuit for a brake control unit 4 based on 3 and 4 described.

Wie in 3 angedeutet, umfaßt die Ansteuereinheit 42 einen Signalerzeuger 421, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Pulsweitenmodulators (PWM) 422 verbunden ist. Der Ausgang des PWM 422 ist auf den Eingang einer Übersteuereinheit 423 geführt, deren Ausgang auf den Steuereingang des elektronisch ein- und ausschaltbaren Einwegeventils 41 geführt ist. Die gesamte Anordnung wird von den Ausgangsklemmen des Gleichspannungszwischenkreises 3 gespeist.As in 3 indicated, includes the drive unit 42 a signal generator 421 whose output is connected to one input of a pulse width modulator (PWM) 422 connected is. The output of the PWM 422 is on the input of an override unit 423 whose output is connected to the control input of the electronically switched on and off one-way valve 41 is guided. The entire arrangement is from the output terminals of the DC link 3 fed.

Die Ansteuerung durch die Übersteuereinheit 423 erfolgt nun derart, daß – bis auf den Betriebszustand E – die Übersteuereinheit 423 das Ausgangssignal des PWM 422 an das elektronische ein- und ausschaltbare Einwegeventil 41 leitet. Das relative Einschaltverhältnis bzw. Tastverhältnis λ des PWM 422 bestimmt in diesem Fall direkt den Gleichspannungsmittelwert UB an der Erregerspule 62. Es gilt: UB = λ·UZ, wobei UZ die Ausgangsklemmenspannung des Gleich spannungszwischenkreises 3 ist. Der Signalerzeuger 421 erzeugt den Vorgabewert für die Spannung UB.The control by the override unit 423 Now takes place such that - except for the operating state E - the override unit 423 the output signal of the PWM 422 to the electronic one-way valve which can be switched on and off 41 passes. The relative duty ratio λ of the PWM 422 determines in this case directly the DC voltage value U B at the exciter coil 62 , The following applies: U B = λ * U Z , where U Z is the output terminal voltage of the DC voltage intermediate circuit 3 is. The signal generator 421 generates the default value for the voltage U B.

Übertrifft beim Bremsen im Betriebszustand E die vom Umrichter 5 in den Gleichspannungszwischenkreis 3 zurückgespeiste Leistung die zum Halten der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremse erforderliche Leistung, so beginnt die Zwischenkreisspannung UZ über den Wert der gleichgerichteten Netzspannung hinauszusteigen. Überschreitet UZ dabei einen Grenzwert U3, so wird das ein- und ausschaltbare Einwegeventil 41 von der Übersteuereinheit 423 in den leitenden Zustand versetzt, und zwar unabhängig von der Vorgabe des Pulsweitenmodulators 422.Exceeds when braking in operating state E from the inverter 5 in the DC voltage intermediate circuit 3 fed back power required for holding the electromagnetically actuated, mechanical brake power, the intermediate circuit voltage U Z begins to rise above the value of the rectified mains voltage. If U Z exceeds a limit value U 3 , then the one-way valve which can be switched on and off is switched on 41 from the override unit 423 placed in the conductive state, regardless of the default of the pulse width modulator 422 ,

Der Grenzwert U3 ist nun so bemessen, daß er einerseits (nennenswert) oberhalb der gleichgerichteten Netzspannung und andererseits (nennenswert) unterhalb der maximal zulässigen Spannungsbelastbarkeit des Gleichrichters 2, des Gleichspannungszwischenkreises 3, der Bremssteuereinheit 4, des Umrichters 5, des Motors 61 sowie der Erregerspule 62 liegt.The limit value U 3 is now dimensioned so that it (noteworthy) on the one hand above the rectified mains voltage and on the other hand (appreciably) below the maximum allowable voltage capacity of the rectifier 2 , the DC link 3 , the brake control unit 4 , the inverter 5 , of the motor 61 as well as the exciter coil 62 lies.

Übersteigt während des Betriebszustands E ein durch einen Temperaturfühler erzeugtes Signal ϑB für die thermische Beanspruchung der Erregerspule 62 – wie dies weiter unten näher erläutert wird – den für diese maximal zulässigen Wert ϑBmax, so wird der Betriebszustand F eingeleitet. In diesem Fall leitet die Übersteuereinheit 423 das Ausgangssignal des PWM 422 wieder an das elektronische, ein- und ausschaltbare Einwegeventil 41 derart, daß der der Erregerspule 62 zugeführte Strom IB = I2 wird, der Strom also auf den Wert gesenkt wird, den die Erregerspule 62 im Dauerbetrieb des Elektromotors 61 "aushält".Exceeds a generated by a temperature sensor signal θ B for the thermal stress of the excitation coil during the operating state E. 62 - As will be explained in more detail below - the maximum permissible value θ B max, the operating state F is initiated. In this case, the override unit initiates 423 the output signal of the PWM 422 back to the electronic, on and off one-way valve 41 such that the excitation coil 62 supplied current I B = I 2 , the Current is thus reduced to the value that the exciter coil 62 in continuous operation of the electric motor 61 "Endures".

Der obige Sachverhalt ist in 4 in Form eines Regelkreises dargestellt. Hierbei umfaßt die Übersteuereinheit 423 eine erste Vergleichseinrichtung, welche dann ein positives (digitales) Ausgangssignal abgibt, wenn die Spannung UZ an den Ausgangsklemmen des Gleichspannungszwischenkreises 3 eine vorbestimmte Spannung U3 übersteigt. Dieser Grenzwert U3 wurde oben bereits definiert.The above facts are in 4 represented in the form of a control loop. In this case, the override unit comprises 423 a first comparison device, which then outputs a positive (digital) output signal when the voltage U Z at the output terminals of the DC intermediate circuit 3 exceeds a predetermined voltage U 3 . This limit value U 3 has already been defined above.

Eine zweite Vergleichereinrichtung ist vorgesehen, welche einen aktuellen Temperaturwert ϑB mit einem maximal zulässigen Temperaturwert ϑBmax vergleicht und dann ein positives (digitales) Ausgangssignal abgibt, wenn der aktuelle Wert den Maximalwert überschreitet.A second comparator device is provided, which compares a current temperature value θ B with a maximum permissible temperature value θ B max and then outputs a positive (digital) output signal when the current value exceeds the maximum value.

Der Ausgangswert der ersten Vergleicherschaltung wird einem nicht-invertierenden Eingang eines UND-Gatters, der Ausgangswert der zweiten Vergleicherschaltung einem invertierenden Eingang des selben UND-Gatters zugeführt. Der Ausgang des UND-Gatters ist auf einen Eingang eines ODER-Gatters geführt, dessen anderer Eingang auf dem Ausgang des PWM 422 liegt. Der Ausgang des ODER-Gatters ist auf den Steuereingang des elektronischen ein- und ausschaltbaren Einwegeventils 41 geführt. Wie für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, führt diese Schaltungsanordnung das soeben im Zusammenhang mit 3 beschriebene Verfahren aus.The output value of the first comparator circuit is fed to a non-inverting input of an AND gate, and the output value of the second comparator circuit to an inverting input of the same AND gate. The output of the AND gate is fed to one input of an OR gate, the other input to the output of the PWM 422 lies. The output of the OR gate is on the control input of the electronic one-way valve which can be switched on and off 41 guided. As will be readily apparent to one skilled in the art, this circuitry will just do so in the context of 3 described method.

In 5 ist nun nochmals angedeutet, daß die zum Strom IB durch die Erregerspule 62 gehörige Spannung aus dem Signalerzeuger 421 dem PWM 422 zugeführt werden kann, wobei dieser Spannungswert UB, der zum Strom IB gehört, den Wert Null während des Betriebszustandes A, den Wert U1 (gehörend zum Strom I1) während des Betriebszustandes B und den Wert U2 (gehörend zum Strom I2) während der Betriebszustände C, D, E und F hat.In 5 is now again indicated that the current I B through the exciter coil 62 associated voltage from the signal generator 421 the PWM 422 can be supplied, wherein this voltage value U B , which belongs to the current I B , the value zero during the operating state A, the value U 1 (belonging to the current I 1 ) during the operating state B and the value U 2 (belonging to the current I 2 ) during the operating states C, D, E and F.

Es ist auch möglich, die Anordnung über eine Stromvorgabe bzw. Stromregelung zu betreiben, wie dies in 6 angedeutet ist. Hierbei umfaßt der Signalerzeuger 421 einen Profilgenerator 4211, dessen Ausgangssignal einem Vergleicher zugeführt wird, dessen Ausgang auf den Eingang einer Regeleinheit 4212 im Signalerzeuger 421 geführt ist. Dem Vergleicher wird ein zum Strom IB durch die Erregerspule 62 proportionales Signal zuge führt, so daß das Ausgangssignal des Vergleichers dem Differenzwert (Regelabweichung) zwischen dem Ausgangswert (Sollwert) aus dem Profilgenerator 4211 und dem Strom-proportionalen Wert (Istwert) aus dem in 6 angedeuteten Stromfühler entspricht.It is also possible to operate the arrangement via a current specification or current regulation, as described in US Pat 6 is indicated. Here, the signal generator includes 421 a profile generator 4211 , whose output signal is fed to a comparator whose output to the input of a control unit 4212 in the signal generator 421 is guided. The comparator becomes a current I B through the exciting coil 62 proportional signal leads, so that the output signal of the comparator the difference value (control deviation) between the output value (setpoint) from the profile generator 4211 and the current-proportional value (actual value) from the in 6 indicated current sensor corresponds.

Bei allen hier gezeigten Anordnungen ist es nun von großem Vorteil, wenn der thermische Zustand bzw. die thermische Beanspruchung der Erregerspule 62 überwacht werden. Hierzu kann nun – wie in 7 angedeutet – aus einem Momentanwert pB der Verlustleistung in der Erregerspule 62 unter dessen Verrechnung mit einer thermischen Zeitkonstante τB der Erregerspule 62 das Signal ϑB durch Verrechnung (Addition) mit einer Größe ϑUBmax (entsprechend der maximalen Umgebungstemperatur der Erregerspule 62) gewonnen werden. Diese Größe ϑB wird dann, wie in 4 gezeigt, weiter verrechnet, um die Erregerspule 62 vor Überhitzung zu schützen.In all arrangements shown here, it is now of great advantage if the thermal state or the thermal stress of the exciter coil 62 be monitored. This can now - as in 7 indicated - from an instantaneous value p B of the power loss in the exciter coil 62 with its compensation with a thermal time constant τ B of the exciter coil 62 the signal θ B by offsetting (adding) having a size UB θ max (corresponding to the maximum ambient temperature of the excitation coil 62 ) be won. This size θ B will then, as in 4 shown, further charged to the exciter coil 62 to protect against overheating.

Der Momentanwert der Verlustleistung in der Erregerspule 62, die Größe pB wird rechnerisch ermittelt, und zwar aus dem (gemessenen) Strom bzw. der (gemessenen) Spannung durch die bzw. an der Erregerspule 62 und deren Ohmschen Widerstand, oder aus dem Steuersignal eines elektronischen ein- und ausschaltbaren Einwegeventils 41, dem (Meß-)Wert der Spannung an den Ausgangsklemmen des Gleichspannungszwischenkreises 3 und dem Meßwert für den Strom durch die Erregerspule 62 bzw. deren Ohmschen Widerstand oder aber aus dem Meßwert für die Spannung an der Erregerspule 62 und dem Meßwert für den Strom durch die Erregerspule 62. Der sich ergebende Wert ϑB gemäß 7 wird dann in der Schaltung gemäß 4 weiterverwendet.The instantaneous value of the power loss in the exciter coil 62 , the size p B is determined by calculation, namely from the (measured) current or the (measured) voltage through or on the exciter coil 62 and their ohmic resistance, or from the control signal of an electronic on and off one-way valve 41 , the (measuring) value of the voltage at the output terminals of the DC intermediate circuit 3 and the measured value of the current through the exciting coil 62 or their ohmic resistance or else from the measured value for the voltage at the exciter coil 62 and the measured value of the current through the exciting coil 62 , The resulting value θ B according to 7 is then in the circuit according to 4 on.

Die Anordnung nach 8 unterscheidet sich von der nach 7 dadurch, daß nicht die fest vorgegebene maximale Umgebungstemperatur ϑUBmax der Erregerspule 62, sondern vielmehr eine Temperatur ϑM mit in die Berechnung einfließt, welche einer am Motor 6 gemessenen Temperatur entspricht. Diese wiederum gibt ein Bild dafür ab, welche Temperatur die elektromagnetisch betätigte, mechanische Bremse bzw. die Erregerspule 62 aufweist, da die Bremse am Motor 61 in wärmeleitender Verbindung befestigt ist. Diese Motortemperatur ϑM erlaubt noch eine bessere Ausnutzung der Erregerspule 62, da in der Regel die Umgebungstemperatur ϑUB der Erregerspule 62 betriebsmäßig unterhalb des oben angenommenen Maximalwertes ϑUBmax liegt. Der Faktor Kϑ, mit welchem die Motortemperatur ϑM gemäß 8 versehen wird, ist so bemessen, daß die Größe Kϑ·ϑM ungefähr der tatsächlichen Umgebungstemperatur ϑUB der Erregerspule 62 entspricht.The arrangement after 8th is different from the after 7 in that not the fixed maximum ambient temperature θ UB max of the exciting coil 62 but rather a temperature θ M is included in the calculation, which is one on the engine 6 measured temperature corresponds. This in turn gives an image of what temperature the electromagnetically actuated, mechanical brake or the exciter coil 62 has, as the brake on the engine 61 is attached in heat-conductive connection. This engine temperature θ M allows even better utilization of the exciter coil 62 , as a rule, the ambient temperature θ UB of the excitation coil 62 is operationally below the maximum value θ UB max assumed above. The factor Kθ, with which the engine temperature θ M according to 8th is sized so that the size K θ · θ M is approximately equal to the actual ambient temperature θ UB of the exciting coil 62 equivalent.

11
Netznetwork
22
Gleichrichterrectifier
33
GleichspannungszwischenkreisDc link
44
BremssteuereinheitBrake control unit
55
Umrichterinverter
66
Elektromotor mit elektromagnetisch betätigter, mechanischer Bremseelectric motor with electromagnetically actuated, mechanical brake
77
FreilaufdiodeFreewheeling diode
88th
gerätetechnische Einheitdevice-related unit
4141
elektronisches ein- und ausschaltbares Einwegeventilelectronic On and off switchable one-way valve
4242
Ansteuereinheitcontrol unit
421421
Signalerzeugersignal generator
42114211
Profilgeneratorprofile generator
42124212
Regeleinheit für den Stromcontrol unit for the electricity
422422
PulsweitenmodulatorPulse width modulator
423423
ÜbersteuereinheitVia control panel
6161
Elektromotorelectric motor
6262
Erregerspule der elektromagnetisch betätigten, mechanischen Bremseexcitation coil the electromagnetically actuated, mechanical brake

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben einer von einem Umrichter (5) mit einem Gleichspannungszwischenkreis (3) gespeisten Drehstrommaschine (61) mit einer an den Gleichspannungszwischenkreis (3) angeschlossenen elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse mit einer Erregerspule (62), welche bei Bestromung die Bremse lüftet und wobei beim Abbremsen der Drehstrommaschine (61) von dieser im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie der Erregerspule (62) zugeführt wird, wobei bei einem starken Abbremsen im generatorischen Betrieb der Erregerspule (62) ein Strom zugeführt wird, der wesentlich größer ist als der zum Lüften oder Halten der Bremse zugeführte Strom.Method for operating one of a converter ( 5 ) with a DC voltage intermediate circuit ( 3 ) powered three-phase machine ( 61 ) with a to the DC voltage intermediate circuit ( 3 ) connected electromagnetically actuated, mechanical brake with an excitation coil ( 62 ), which releases the brake when energized and wherein when braking the three-phase machine ( 61 ) of this electrical energy generated in the generator operation of the exciter coil ( 62 ) is supplied, wherein in a strong deceleration in generator operation of the exciter coil ( 62 ) a current is supplied which is substantially greater than the current supplied to ventilate or hold the brake. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine thermische Belastung der Erregerspule (62) festgestellt und der ihr zugeführte Strom auf einen vorbestimmten Betrag, vorzugsweise auf den Haltestrom, dann begrenzt wird, wenn die thermische Belastung einen vorbestimmten Betrag überschreitet.Method according to claim 1, wherein a thermal load of the exciting coil ( 62 ) and the current supplied thereto is limited to a predetermined amount, preferably to the holding current, when the thermal load exceeds a predetermined amount. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zur Feststellung der thermischen Belastung die Temperatur der Erregerspule (62) gemessen wird.Method according to Claim 2, in which the temperature of the excitation coil ( 62 ) is measured. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei Strom und/oder Spannung der Erregerspule (62) überwacht und mit Erregerspulen-spezifischen Parametern, insbesondere ihrer thermischen Zeitkonstante zur Feststellung der thermischen Belastung verrechnet werden.Method according to one of claims 2 or 3, wherein current and / or voltage of the exciting coil ( 62 ) are monitored and charged with exciter coil-specific parameters, in particular their thermal time constant for determining the thermal load. Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, wobei zur Feststellung der thermischen Belastung die Umgebungstemperatur festgestellt wird.Method according to one of claims 2-4, wherein for detection the thermal load the ambient temperature is detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 2–5, wobei zur Feststellung der thermischen Belastung die Temperatur an der Drehstrommaschine (61) gemessen wird.Method according to one of claims 2-5, wherein for determining the thermal load, the temperature at the three-phase machine ( 61 ) is measured. Drehstrommaschine (61), die von einem Umrichter (5) mit einem Gleichspannungszwischenkreis (3) gespeist wird, – mit einer elektromagnetisch betätigbaren, mechanischen Bremse mit einer Erregerspule (62) und – einer an den Gleichspannungszwischenkreis (3) angeschlossenen Bremssteuereinheit (4), die derart steuerbar ausgebildet und mit der Erregerspule (62) verbunden ist, daß beim Abbremsen der Drehstrommaschine (61) von dieser im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie der Erregerspule (62) zugeführt wird, wobei bei einem starken Abbremsen im generatorischen Betrieb der Erregerspule ()62) ein Strom zugeführt wird, der wesentlich größer ist als der zum Lüften oder Halten der Bremse zugeführte Strom.Three-phase machine ( 61 ) generated by a converter ( 5 ) with a DC voltage intermediate circuit ( 3 ), - with an electromagnetically actuated, mechanical brake with an exciting coil ( 62 ) and - one to the DC voltage intermediate circuit ( 3 ) connected brake control unit ( 4 ) formed so controllable and with the excitation coil ( 62 ) is connected, that when braking the three-phase machine ( 61 ) of this electrical energy generated in the generator operation of the exciter coil ( 62 ) is supplied, wherein in a strong deceleration in the generator operation of the exciter coil () 62 ) a current is supplied which is substantially greater than the current supplied to ventilate or hold the brake. Drehstrommaschine nach Anspruch 7, wobei Feststellungseinrichtungen zur Feststellung einer thermischen Belastung der Erregerspule (62) vorgesehen sind, die derart ausgebildet und mit der Bremssteuereinheit (4) verschaltet sind, daß eine thermische Belastung der Erregerspule (62) festgestellt und der ihr zugeführte Strom auf einen vorbestimmten Betrag, vorzugsweise auf den Haltestrom dann begrenzt wird, wenn die thermische Belastung einen vorbestimmten Betrag überschreitet.Three-phase machine according to claim 7, wherein detecting means for detecting a thermal load of the exciting coil ( 62 ) are provided, which are designed in such a way and with the brake control unit ( 4 ) are connected, that a thermal load of the exciter coil ( 62 ) and the current supplied to it is limited to a predetermined amount, preferably to the holding current, when the thermal load exceeds a predetermined amount. Drehstrommaschine nach Anspruch 8, wobei die Feststellungseinrichtungen Temperaturfühler umfassen, welche die Temperatur an der Erregerspule (62) und/oder in deren Umgebung, insbesondere an der Drehstrommaschine (61) messen.A three-phase machine according to claim 8, wherein the detection means comprise temperature sensors which measure the temperature at the exciter coil (10). 62 ) and / or in their environment, in particular on the three-phase machine ( 61 ) measure up. Drehstrommaschine nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Feststellungseinrichtungen derart ausgebildet sind, daß Strom und/oder Spannung der Erregerspule (62) überwacht und mit Erregerspule-spezifischen Parametern, insbesondere ihrer thermischen Zeitkonstante, zur Feststellung der thermischen Belastung verrechnet werden.Three-phase machine according to one of claims 8 or 9, wherein the detection means are designed such that current and / or voltage of the exciter coil ( 62 ) are monitored and charged with exciter coil-specific parameters, in particular their thermal time constant, to determine the thermal load. Drehstrommaschine nach einem der Ansprüche 7–10, wobei die Drehstrommaschine (61) zusammen mit einem Gleichrichter (2), der Bremssteuereinheit (4), der Erregerspule (62), und dem Umrichter (5) eine gerätetechnische Einheit (8) bildet.Three-phase machine according to one of claims 7-10, wherein the three-phase machine ( 61 ) together with a rectifier ( 2 ), the brake control unit ( 4 ), the exciter coil ( 62 ), and the inverter ( 5 ) a device-technical unit ( 8th ). Drehstrommaschine nach einem der Ansprüche 7–11, wobei die Ausgangsspannung des Gleichrichters (2) auf den Gleichspannungszwischenkreis (3) geführt ist, an den die Bremssteuereinheit (4) und der Umrichter (5) angekoppelt sind.Three-phase machine according to one of claims 7-11, wherein the output voltage of the rectifier ( 2 ) to the DC link ( 3 ) to which the brake control unit ( 4 ) and the inverter ( 5 ) are coupled.
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