DE3150396C2 - Control method for braking a three-phase motor - Google Patents

Abstract

Beim frequenzgeführten Abbremsen eines Drehstrommotors (3), der von einem Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis (10), vorzugsweise einem Pulsumrichter (2) gespeist wird, soll die entstehende Bremsenergie ohne zusätzliche Bremseinrichtungen im Starkstromteil im Motor in Wärme umgesetzt werden. Dazu wird infolge einer festgestellten überhöhten Zwischenkreisspannung beim Abbremsen so lange die Frequenz des Umrichters erhöht, bis die Zwischenkreisspannung abgebaut ist. Dieser Vorgang wird während des Bremsens ständig wiederholt.During frequency-controlled braking of a three-phase motor (3) that is fed by a converter with a DC intermediate circuit (10), preferably a pulse converter (2), the braking energy generated should be converted into heat without additional braking devices in the high-current section of the motor. To do this, the frequency of the converter is increased as a result of an excessive intermediate circuit voltage being detected during braking until the intermediate circuit voltage is reduced. This process is repeated continuously during braking.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Steuerungsverfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to control methods according to the preamble of claim 1 and an arrangement for carrying out the method.

In der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde liegenden Zeitschrift "Feinwerktechnik und Meßtechnik", 88 (1980), Heft 4, Seiten 183 bis 188, sind bereits ein Verfahren und eine Anordnung der genannten Art beschrieben. Dabei wird bei einem einen nicht rückspeisefähigen Netzgleichrichter aufweisenden Umrichter mit eingeprägter Zwischenkreisspannung an einem Zwischenkreiskondensator die Frequenz erhöht, wenn beim Abbremsen infolge des generatorischen Betriebes des Motors die Spannung am Zwischenkreiskondensator einen Grenzwert übersteigt. Die Bremsenergie wird dabei im Motor selbst entsprechend den bei normalen Leerlauf entstehenden Verlusten in Wärme umgewandelt.A method and an arrangement of the type mentioned have already been described in the magazine "Feinwerktechnik und Meßtechnik", 88 (1980), issue 4, pages 183 to 188, which is the basis for the generic term of claim 1. In a converter with a non-regenerative mains rectifier and impressed intermediate circuit voltage on an intermediate circuit capacitor, the frequency is increased if the voltage on the intermediate circuit capacitor exceeds a limit value during braking as a result of the generator operation of the motor. The braking energy is converted into heat in the motor itself in accordance with the losses that occur during normal idling.

Ein derartiges frequenzgeführtes Abbremsen nimmt bei Schwungmassenantrieben kostbare Zeit in Anspruch. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, durch das ohne zusätzliche Bremseinrichtungen und unter Vermeidung einer wesentlichen Spannungserhöhung im Zwischenkreis der Abbremsvorgang des Motors stärker verkürzt wird, als es über die Leerlaufverluste des Antriebssystems möglich ist.Such frequency-controlled braking takes up valuable time in flywheel drives. The invention is therefore based on the object of specifying a method of the type described at the beginning, by means of which the braking process of the motor is shortened more than is possible via the idle losses of the drive system, without additional braking devices and while avoiding a significant increase in voltage in the intermediate circuit.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features characterized in claim 1.

Durch die jeweils kurzzeitige starke Frequenzerhöhung beim Wechselrichter wird die erhöhte Spannung im Zwischenkreis ohne den Einsatz einer zusätzlichen Bremseinrichtung schnell abgebaut; wegen des großen Schlupfes und des damit verbundenen kleinen Drehmotors kommt es dabei zu keiner spürbaren Drehzahlerhöhung beim Drehstrommotor.Due to the short-term strong frequency increase in the inverter, the increased voltage in the intermediate circuit is quickly reduced without the use of an additional braking device; due to the large slip and the associated small rotary motor, there is no noticeable increase in speed in the three-phase motor.

Vorteilhafte Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.Advantageous arrangements for carrying out the method according to the invention are characterized in claims 2 and 3.

Die Erfindung soll im folgenden für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungsfigur erläutert werden.The invention will be explained below for an embodiment with reference to the drawing figure.

Die Zeichnungsfigur zeigt das Prinzipschaltbild eines drehzahlveränderlichen Drehstromantriebs mit einem Pulsumrichter. Der Umrichter besteht aus einem Netzstromrichter 1 (zumeist eine Diodenbrücke), einem Gleichspannungszwischenkreis 10 mit einem Stützkondensator 11 sowie einem Pulswechselrichter 2, der einen Drehstrommotor 3 speist.The drawing shows the basic circuit diagram of a variable speed three-phase drive with a pulse converter. The converter consists of a mains converter 1 (usually a diode bridge), a DC intermediate circuit 10 with a backup capacitor 11 and a pulse inverter 2 that feeds a three-phase motor 3 .

An einem Potentiometer 5 wird die Führungsgröße W _n für die Drehzahl des Drehstrommotors 3 eingestellt und einem Steilheitsbegrenzer zugeführt, der entsprechend den technologischen Gegebenheiten die Frequenzänderungsgeschwindigkeit auf einen bestimmten Wert begrenzt. Die Ausgangsspannung des Steilheitsbegrenzers 6 dient sowohl einem Spannungs-/ Frequenzumsetzer 7 als auch einem Spannungs- und Stromregler 8 als Führungsgröße. Die Regelgrößen für den Regler 8 werden über Wandler an den Klemmen des Drehstrommotors 3 abgegriffen. Die Ausgangssignale vom Spannungs-/Frequenzumsetzer 7 und vom Regler 8 werden in einem Verknüpfungsglied 9 zu Aussteuerbefehlen für den Pulswechselrichter 2 verarbeitet. Wird bei laufendem Antrieb die Führungsgröße W _n verringert, so wird die kinetische Energie der Schwungmassen des Drehstrommotors 3 in elektrische Energie umgesetzt, die den Kondensator 11 im Gleichspannungszwischenkreis 10 auflädt.The reference variable W _n for the speed of the three-phase motor 3 is set on a potentiometer 5 and fed to a slope limiter which limits the rate of frequency change to a certain value in accordance with the technological conditions. The output voltage of the slope limiter 6 serves as a reference variable for both a voltage/frequency converter 7 and a voltage and current regulator 8. The control variables for the regulator 8 are tapped off via converters at the terminals of the three-phase motor 3. The output signals from the voltage/frequency converter 7 and from the regulator 8 are processed in a logic element 9 to form control commands for the pulse inverter 2. If the reference variable W _n is reduced while the drive is running, the kinetic energy of the flywheel masses of the three-phase motor 3 is converted into electrical energy which charges the capacitor 11 in the DC voltage intermediate circuit 10 .

Um zu hohe Überspannungen im Zwischenkreis 10, bzw. am Kondensator 11 zu vermeiden, wird die Spannung im Zwischenkreis 10 über eine Erfassungseinrichtung 12 als Istwert X _u mit dem zulässigen Sollwert W _u der Zwischenkreisspannung verglichen. Eine überhöhte Spannung kippt eine eine Schalthysterese aufweisende, im Zweipunktbetrieb arbeitende Kippstufe 4. Die Kippstufe 4 bewirkt mit ihrem Ausgangssignal dann über den Spannungs-/Frequenzumsetzer 7 eine starke Frequenzerhöhung beim Pulswechselrichter 2. Die Frequenzerhöhung (z. B. von 50 Hz auf 150 Hz) besorgt eine Entladung des Zwischenkreiskondensators 11, ohne daß es zu einer spürbaren Drehzahlerhöhung kommt, denn der Schlupf ist groß und das zugehörige Drehmoment klein. Die Frequenzerhöhung bleibt bestehen, solange die Kippstufe 4 infolge der überhöhten Spannung aufgrund ihrer Hysterese gekippt bleibt.In order to avoid excessive overvoltages in the intermediate circuit 10 or at the capacitor 11 , the voltage in the intermediate circuit 10 is compared via a detection device 12 as the actual value X _u with the permissible setpoint value W _u of the intermediate circuit voltage. An excessive voltage tips over a flip-flop 4 which has a switching hysteresis and operates in two-point operation. The flip-flop 4 then uses its output signal to cause a strong increase in frequency in the pulse inverter 2 via the voltage/frequency converter 7. The increase in frequency (e.g. from 50 Hz to 150 Hz) discharges the intermediate circuit capacitor 11 without resulting in a noticeable increase in speed, because the slip is large and the associated torque is small. The increase in frequency remains as long as the flip-flop 4 remains tipped over due to its hysteresis as a result of the excessive voltage.

Gleichzeitig wird das Ausgangssignal der Kippstufe 4 dem als Integrator arbeitenden Steilheitsbegrenzer 6zugeführt und bewirkt bei diesem bei überhöhter Zwischenkreisspannung einen Integrationsstop. Mit Hilfe des Integrationsstops wird die Ausgangsspannung des Steilheitsbegrenzers 6 konstant gehalten, so daß keine großen Differenzen zwischen Drehzahl-Soll- und Istwert entstehen.At the same time, the output signal of the flip-flop 4 is fed to the slope limiter 6 , which works as an integrator, and causes an integration stop if the intermediate circuit voltage is too high. The integration stop keeps the output voltage of the slope limiter 6 constant so that no large differences arise between the speed setpoint and the actual value.

Ist die Zwischenkreisspannung unter einen gewissen Wert abgesunken, d. h. die Kippstufe 4 wieder auf ihrem unteren Hysteresezweig, wird wieder ein frequenzgeführter Bremsbetrieb eingeleitet, bis wiederum die Kippstufe 4 eine zu große Spannung anzeigt. Dieses Verhalten erfolgt während des Bremsvorgangs pulsend, so daß merkliche Drehzahlschwangungen nicht auftreten. Überströme werden von der schnellen Stromregelung des Pulswechselrichters 2 verhindert.If the intermediate circuit voltage has fallen below a certain value, ie the flip-flop 4 is back on its lower hysteresis branch, a frequency-controlled braking operation is initiated again until the flip-flop 4 indicates a voltage that is too high. This behavior occurs in pulses during the braking process, so that noticeable speed fluctuations do not occur. Overcurrents are prevented by the fast current control of the pulse inverter 2 .

Claims (3)

1. Steuerungsverfahren zum Abbremsen eines Drehstrommotors, der über einen nicht rückspeisefähigen Netzgleichrichter, einen Zwischenkreis mit eingeprägter Gleichspannung an einem Zwischenkreiskondensator und einen Wechselrichter, vorzugsweise Pulswechselrichter gespeist wird und bei dem zum Abbremsen eine Umsetzung der Bremsenergie in Wärme im Motor selbst erfolgt, wobei die Frequenz erhöht wird, wenn die Spannung am Zwischenkreiskondensator einen Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselrichters bei Überschreiten des Grenzwertes der Zwischenkreiskondensatorspannung stark, d. h. bis in den Motorbereich größeren Schlupfes erhöht wird und daß dieser Vorgang in Form einer Zweipunktregelung während der Dauer des Abbremsens wiederholt wird. 1. Control method for braking a three-phase motor which is fed via a non-regenerative mains rectifier, an intermediate circuit with impressed direct voltage on an intermediate circuit capacitor and an inverter, preferably a pulse inverter, and in which the braking energy is converted into heat in the motor itself, the frequency being increased when the voltage on the intermediate circuit capacitor exceeds a limit value, characterized in that the frequency of the inverter is increased sharply when the limit value of the intermediate circuit capacitor voltage is exceeded, ie up to the motor range of greater slip, and that this process is repeated in the form of a two-point control during the duration of the braking. 2. Anordnung zur Durchführung des Steuerungsverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Schalthysterese aufweisende, in Form eines Zweitpunktbetriebes arbeitende Kippstufe (4) vorgesehen ist, an deren Eingang die beim Abbremsen auftretende Spannungserhöhung im Gleichspannungszwischenkreis gelegt ist und deren Ausgang über einen Spannungs-/Frequenzumsetzer (7) mit der Steuereinrichtung für den Wechselrichter (2) verbunden ist. 2. Arrangement for carrying out the control method according to claim 1, characterized in that a flip-flop ( 4 ) having a switching hysteresis and operating in the form of a two-point operation is provided, to whose input the voltage increase in the DC voltage intermediate circuit occurring during braking is applied and whose output is connected to the control device for the inverter ( 2 ) via a voltage/frequency converter ( 7 ). 3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Führungsgröße für die Drehzahl des Drehstrommotors zur Ansteuerung des Wechselrichters über einen Steilheitsbegrenzer geführt ist, der die Frequenzänderungsgeschwindigkeit begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Kippstufe (4) zusätzlich mit dem Steilheitsbegrenzer (6) derart verbunden ist, daß dessen Ausgangsspannung während der erhöhten Zwischenkreisspannung konstant gehalten wird. 3. Arrangement according to claim 2, in which the reference variable for the speed of the three-phase motor for controlling the inverter is guided via a slope limiter which limits the rate of change of frequency, characterized in that the output of the flip-flop ( 4 ) is additionally connected to the slope limiter ( 6 ) in such a way that its output voltage is kept constant during the increased intermediate circuit voltage.