DE69112413T2

DE69112413T2 - Verfahren zum erfassen der belastung eines, durch frequenzkonverter gespeisten, asynchronmotors und vorrichtung zum ausführen des verfahrens.

Info

Publication number: DE69112413T2
Application number: DE69112413T
Authority: DE
Inventors: Gettschald Viktor Mathi Bucher; Paulo Werle
Original assignee: Icotron S A Industria de Componentes Electronicos
Current assignee: Icotron S A Industria de Componentes Electronicos
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: AU8623791A; WO1992007130A1; ES2080337T3; DE69112413D1; EP0552184A1; TR26731A; US5444350A; EP0552184B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Belastungsermittlung eines über einen Frequenzumrichter gespeisten Asynchromotors gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11.
US Patent 4,779,430 offenbart eine vollautomatische Waschmaschine, wobei der Umfang des zu waschenden Objekts durch einen Kleidungsmengensensor gemessen wird. Diese Messung wird im ausgeschalteten Zustand des Motors durchgeführt.
Bei einem aus der DE 3101511 A1 bekannten Verfahren zur Belastungsermittlung von u.a. durch einen Asynchronmotor angetriebenen Geräten, insbesondere Haushaltsgeräten, die bei unterschiedlichen Belastungszuständen unterschiedliche Arbeitsprogramme abwickeln und bei denen die Betriebsspannung des Asynchronmotors mittels einer einen Mikrocomputer enthaltenden Regelelektronik geregelt wird, wird der das jeweilige Arbeitsprogramm bestimmende Belastungszustand durch Vergleich mindestens einer von der die Betriebsspannung des Asynchronmotors regelnden Elektronik gelieferten Größe und mindestens eines für den Asynchronmotor vorgegebenen Vergleichswertes ermittelt; als von der Regelelektronik gelieferte Größe ist die Phasendifferenz zwischen dem Betriebsspannungs- Nulldurchgang und dem Betriebsstrom-Nulldurchgang und als Stellwert die von der Regelelektronik gelieferte Breite des Impulsbreitensignals für den Leistungsteil des umrichtergespeisten Asynchronmotors verwendet. Im bekannten Fall wird der Null-Durchgang der Betriebsspannung durch einen Null-Durchgangs-Detektor und der Null-Durchgang des Betriebsstromes durch einen Hallgenerator ermittelt; der für die Belastung repräsentative Phasenverschiebungswinkel wird dann durch die bereits vorhandene, auch ohne Belastungsermittlung benötigte Regelelektronik ermittelt.
Ein demgegenüber mit geringerem Bauteileaufwand auskommendes und trotzdem eine sichere Belastungsermittlung gewährleistendes Verfahren ist ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Lehre des Anspruches 1 möglich; vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2-10; eine vorteilhafte Vorrichtung zur Belastungermittlung eines Asynchronmotors ist Gegenstand der Ansprüche 11-13.
Ausgehend von der Kenntnis des - z.B. aus dem üblichen Ersatzschaltbild bekannten - Aufbaus eines Asynchronmotors mit u.a. einer Hauptinduktivität und einem dazu parallelen schlupfabhängigen ohmschen Läuferwiderstand wird erfindungsgemäß die je nach Schlupf- und damit Belastungsgröße unterschiedliche Abfallzeit des Freilaufstromes einer Phase nach dessen Abschaltung von der speisenden Spannung dazu ausgenutzt, um ein belastungs-spezifisches Signal an die an sich vorhandene Regelelektronik zu geben und dort zur Regelung bzw. Steuerung des Asynchronmotors weiter zu benutzen. Der Bauteileaufwand zur Erfassung der Stromabfallzeit kann dadurch besonders gering gehalten werden, daß der Beginn der Stromabfallzeitmessung durch den Zeitpunkt der Spannungsunterbrechung festgelegt wird, da dieser Zeitpunkt durch die an sich vorhandene Regelelektronik bereits definiert ist.
Das Ende der Stomabfallzeit wird zweckmäßigerweise durch den Zeitpunkt des Endes des Freilaufstromes festgelegt, wobei als Stromabfall- Meßglied für diesen Zeitpunkt in besonders einfacher Weise lediglich an die für die Messung vorgesehene Phase ein zunächst abgeschalteter bzw. angeschalteter Spannungs-Transistor über die Spannungsteiler-Widerstände angeschlossen ist, der bei Nullerreichen des Freilaufstromes umschaltet und diesen Zeitpunkt als zeitspezifische Größe für das Ende der Stromabfallzeit an die Regelelektronik als Istwert weitergibt.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
FIG. 1 ein Gesamt-Prinzipschaltbild eines umrichtergespeisten Asynchronmotors mit Stromabfallzeit-Erfassung in einer Phase;
FIG. 2 das Taktdiagramm der drei Phasen des Asynchronmotors bei nichtkomplementärer Taktung;
FIG. 3 Spannungsverlauf und Stomverlauf einer Phase mit Stromabfall- Zeitmessung bei kleiner Last; und
FIG. 4 Spannungsverlauf und Stromverlauf einer Phase mit Stomabfall- Zeitmessung bei großer Last.
FIG. 1 zeigt einen über einen Frequenzumrichter mit einer Drehstrombrücke 5 mit je Phase zwei Transistor-Motorstellern T&sub1; bzw. T&sub2; und einen Gleichstromzwischenkreis 6 aus einem Einphasen-Wechselstromnetz R;Mp gespeisten Asynchronmotor 1. Auf die detaillierte Beschreibung der Funktion des, z.B. aus der EP-A2-0254709 bekannten, über einen Frequenzumrichter gespeisten Asynchronmotors kann hier verzichtet werden; anstelle der Schaltung mit drei phasenverschobenen Spannungen kann auch eine solche mit nur zwei phasenverschobenen Spannungen und entsprechend nur insgesamt vier Transistor-Motorstellern in nur zwei gesteuerten Halbbrücken ohne Anderung des Erfindungsgedankens vorgesehen werden.
Die nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehene Taktung der drei Phasen des Asynchronmotors 1 über jeweils jeder Phase zugeordnete Transistor-Motorsteller T&sub1; bzw. T&sub2; ist aus Fig. 2 ersichtlich. Fig. 2 beschreibt eine sogenannte nichtkomplementäre Taktung, bei der nicht die Motorsteller einer Phase zyklisch sondern in Taktungsabschnitten von je 180º el wechseln. Dies bedeutet, daß die Rückgabe der in den Induktivitäten des Motors gespeicherten Energie als Freilaufstrom über die volle gleichgerichtete Spannung erfolgt.
Die erfindungsgemäße Belastungserfassung durch die Messung der Stromabfallzeit des Freilaufstromes wird im folgenden insbesondere anhand der FIG. 3 und 4 beschrieben.
Bei einem Nulldurchgang der zur Stomabfallzeit vorgesehenen Phase, d.h. beim Umschalten von deren ersten Transistor-Motorsteller T&sub1; auf deren zweiten Transistor-Motorsteller T&sub2;, bzw. umgekehrt, geht der Strom dieser Phase in Abhängigkeit vom jeweiligen Schlupf des vorhergehenden Belastungszustandes mit mehr oder weniger großer Steilheit auf Null zurück. Diese Zeit liegt im Bereich von Mikrosekunden, z.B. für einen typischen, zum Antrieb eines Waschautomaten vorgesehenen Asynchronmotors zwischen 50 und 1000 us. Im Belastungszustand "Leerlauf" ist der Schlupf null, so daß der gemäß Ersatzschaltbild schlupfabhängige ohmsche Läuferwiderstand gegen unendlich tendiert; dem entspricht eine relativ lange Stromabfallzeit tI gemäß FIG. 3. Bei Vollast und somit großem Schlupf tendiert der schlupfabhängige ohmsche Läuferwiderstand gegen einen wesentlich kleineren Wert, so daß nunmehr eine entsprechende kürzere Stromabfallzeit tII gemäß FIG. 4 den Belastungszustand repräsentiert.
Für die jeweilige Messung der Stromabfallzeit können die Taktpausen der einzelnen Transistor-Motorsteller T&sub1; bzw. T&sub2; gemäß FIG. 2 genutzt werden, es kann aber auch während einer Unterbrechung der Taktimpulse eines Taktblockes jeweils die Stromabfallzeit gemessen und nach Ende der Messung wieder zur weiteren Taktung des zuvor unterbrochenen Transistor-Motorstellers übergegangen werden.
Mittels der Einschaltzeit der zweiten und dritten Transistoren TIR bzw. TIT, die im Vergleich mit der kürzeren Einschaltzeit des ersten Transistors vergrößert ist, ist die Entladungsspannung reduziert, während die Entladungszeit entsprechend erweitert ist.
Die Messung der Stromabfallzeit bzw. die Wiederaufbauzeit der Spannung in einer zur Messung vorgesehenen Phase nach Unterbrechung der Taktung wird in vorteilhafter Weise gemäß FIG. 1 mit nur einem einzigen Spannungstransistor TU zwischen Spannungsteiler-Widerständen 7; 8 in einem Strommeßpfad erreicht. Der Zeitpullkt t&sub1; des Beginns der Stromabfallzeitmessung ist in der Regelelektronik aufgrund des Umschaltens vom ersten Transistor-Motorsteller T&sub1; auf den zweiten Transistor- Motorsteller T&sub2; bekannt; der Zeitpunkt t des Endes der Stromabfallzeitmessung wird durch den Spannungstransistor TU an die zumindest aus einem Mikrocontroller 2 und einem Logikteil 3 bestehende Regelelektronik 2, 3 dadurch gemeldet, daß bei Nullerreichen des Freilaufstromes die Spannung am zuvor abgeschalteten bzw. durchgeschalteten Spannungstransistor TU nunmehr umgekehrt diesen durchschaltet bzw. abschaltet. Ein in FIG. 1 weiterhin dargestellter Strom-Transistor TI mit Spannungsteiler-Widerständen und einem Stromwiderstand R4 dient lediglich der Strombegrenzung bei einem z.B. aufgrund der Stromabfallzeiterfassung anschließenden Regelvorgang des Asynchronmotors im Fall einer mechanischen Überlast als ein Schutz gegen eine Stromüberlastung.
Zweckmäßigerweise werden die von dem Spannungs-Transistor Tu erfaßten einzelnen Stromabfallzeiten nach bekannten Verfahren gemittelt, um ggfs. Störeinflüsse eliminieren zu können; die möglichen Takt- und Meßzykluszeiten sind so kürz, daß eine hinreichende Ausregelung von unerwünschten Belastungszuständen jederzeit gewährleistet ist.
Die erfindungsgemaße, mit geringem Bauteileaufwand erzielbare Belastungserfassung durch Messung der Stromabfallzeiten wird nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung zur Spannungs- bzw. Drehzahlregelung des Asynchronmotors in Abhängigkeit von unerwünschten Belastungszuständen benutzt; dies ist insbesondere für eine Unwuchterfassung bzw. unwuchtausgleichende Spannungsregelung des Asynchronmotors in Abhängigkeit von einer unwuchtrepräsentanten Stromabfall-Schwanküng vorgesehen.
In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Stromabfallzeitmessung auch zur Waschtrommel-Beladungserfassung durch Vergleich der Stromabfallzeiten bei einer ersten, insbesondere Anlegedrehzahl der Wäsche und einer zweiten, mit konstanter Beschleunigung anschließend erreichten höheren Drehzahl benutzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Belastungsermittlung eines über einen Frequenzumrichter (5; 6) gespeisten Asynchronmotors (1), insbesondere zum Antrieb eines Waschautomaten, wobei Taktimpulse und zwischen diesen Taktimpulsen Taktpausen vorgesehen werden, mit einer Regelelektronik (2, 3), die in der Lage ist, die Betriebsspannung als eine Funktion eines Vergleichs eines von der Regelelektronik (2; 3) ermittelbaren belastungsspezifischen Stromsignals mit einem vorgegebenen Referenzwert zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß

die Stromabfallzeit (t&sub1;), während der sich ein Freilaufstrom um ein bestimmtes Maß abbaut, von einem Meßelement (Tu) während des Betriebs des Motors gemessen und als ein belastungsspezifisches Stromsignal benutzt wird. wobei der Freilaufstrom zum Abbau einer zuvor in einem Motorwicklungspfad gespeicherten magnetischen Energie nach einer Spannungsunterbrechung in dem Motorwicklungspfad des Motors während der folgenden Taktpause oder während der folgenden Unterbrechung der Taktimpulse fließt, nachdem Schaltungselemente (T1, T2) die Spannung des Motorwicklungspfades abgeschaltet haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Stromabfalizeit-Messung durch den Zeitpunkt (t&sub1;) der Spannungsunterbrechung festgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Stromabfallzeit-Messung durch den Zeitpunkt (t&sub2;) des Nullerreichens des Freilaufstromes festgelegt wird.

4. Verfahren mit einer je Phase durch einen ersten bzw. einen zweiten Transistor-Motorsteller (T1 bzw. T2) wechselweise getakteten Speisesparmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. daß der Beginn der Stromabfallzeit-Messung durch den Zeitpunkt (t&sub1;) des Überganges der Spannungstaktung von dem ersten 1otransistor-Motorsteller (T1) auf den zweiten Transistor-Motorsteller (T2) festgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine nichtkomplementäre Taktung der je Phase wechselweise über jeweils 180º el getakteten Transistor-Motorsteller (T1 bzw. T2).

6. Verfahren nach Anspruch 4. gekennzeichnet durch eine nichtkomplementäre Taktung mit einer Durchschaltzeit eines ersten Transistors (T&sub2;S), der die Motorwicklungspfade speist, wobei diese Durchschaltzeit sich von dem zweiten oder dritten Transistor (T&sub1;R und T&sub1;T unterscheidet, die gleichzeitig den Freilaufpfad des zuvor abgeschalteten Motorwicklungspfades schalten, mit der Wirkung einer Durchschaltzeit für den zweiten und dritten Transistor (T&sub1;R und T&sub2;T), die bezüglich der Durchschaltzeit des ersten Transistors (T&sub2;S) verlängert ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine nichtkomplementäre Taktung der Transistor-Motorsteller (T&sub1; und T&sub2;) während der Messung der Sromabfallzeit bei ansonsten komplementärer Taktung.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Spannungsregelung und/oder Drehzahlregelung des Asynchronmotors (1) in Abhängigkeit von der Stromabfallzeit (tI).

9. Verfahren für einen Waschautomaten nach einem der Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Unwuchterfassung bzw. unwuchtausgleichenden Spannungsregelung des Asynchronmotors (1) in Abhängigkeit von einer unwuchtdarstellenden Stronifabfallzeitschwankting.

10. Verfahren für einen Waschautomaten nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Waschtrommelbelastungserfassung durch Vergleich der Stromabfallzeiten oder entsprechender Spannungswerte des Asynchronmotors (1) bei einer ersten konstanten Drehzahl, insbesondere Anlege-Drehzahl, gegenüber einer zweiten. mit konstanter Beschleunigung anschließend erreichten Drehzahl.

11. Vorrichtung zur Belasrungsermittlung eines asynchronen Motors (1), der einen Frequenzumrichter (5, 6), eine Regelelektronik (2; 3) aufweist, die in der Lage ist, die Betriebsspannung als eine Funktion eines Vergleichs eines belastungsspezifischen Stromsignals, das von der Regelelektronik (2: 3) ermittelbar ist, mit einem vorbestimmten Referenzwert zu regeln und mit Schaltmitteln (T1, T2) zum Schalten der Spannung eines Motorwicklungspfades, dadurch ge kennzeichnet daß ein Stromabfallmeßelement (Tu) mit der Regelelektronik (2; 3) zum Messen des Freilaufstroms verbunden ist, wobei das Stromabfallmeßelement (Tu) wenigstens einem Motorwicklungspfad des Motors zugeordnet ist und nach Spannungsunterbrechung in einem Motorwicklungspfad aktiviert und nach Abfall des Freilaufstroms um ein bestimmtes Maß deaktiviert wird.

12. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 11 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelelektronik (2; 3) einen Mikrokontroller (2) aufweist.