DE69115311T2 - Steuergerät für einen Elektromotor mit Überbrückungsschaltschütz - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die Erfindung betrifft Systeme zum Steuern der Anwendung von Energie an elektrische Wechselstrommotoren und befaßt sich insbesondere mit solchen Geräten, die ein kontrolliertes Starten und Anhalten des Motors vorsehen.
• Eine herkömmliche Motorsteuerung hat Thyristoren, über die die Motorwicklungen mit Wechselstromversorgungsleitungen verbunden sind. Bei einem Dreiphasenmotor ist jede Wechselstromphasenleitung normalerweise mit jeweils einer separaten Wicklung des Motors verbunden, und zwar entweder über einen Triac oder ein Paar antiparallel geschalteter gesteuerter Siliciumgleichrichter. Eine in der Steuerung vorgesehene Schaltung legt den geeigneten Zeitpunkt zum Triggern der Thyristoren während jeder Halbperiode der Versorgungsleitungsspannung fest. Die Thyristoren werden in Aufeinanderfolge getriggert, wie es durch die Phasenbeziehung der Spannung an jeder Versorgungsleitung festgelegt ist. Die Aufeinanderfolge wird reihum derart ausgeführt, daß nach der sequentiellen Triggerung aller Thyristoren der Triggervorgang der Thyristoren in derselben Reihenfolge wiederholt wird. Ein getriggerter Thyristor bleibt solange im leitenden Zustand, bis der durch ihn fließende Wechselstrom auf Null abfällt. Danach muß der Thyristor erneut getriggert werden, damit er erneut in den leitenden Zustand gelangt. Durch Beeinflussung beziehungsweise Regelung der Triggerzeitpunkte der Thyristoren in Bezug auf die Stromnulldurchgänge beziehungsweise die Zeitpunkte des Nullwerdens des Stromes können die Zeitintervalle verändert werden, während denen die Thyristoren leitend sind, um auf diese Weise das Ausmaß der an den Motor gelegten Spannung zu steuern.
• Zum Starten des Motors verändern herkömmliche Motorsteuerungen die Thyristortriggerzeiten in einer solchen Weise, daß die Spannung allmählich zunimmt. Zu diesem Zweck werden die Thyristoren anfangs relativ spät in jeder Spannungshalbperiode getriggert, so daß sie lediglich für eine kurze Zeitspanne leitend sind. Die Triggerzeitpunkte treten dann zunehmend früher in jeder Halbperiode auf, so daß die Thyristoren länger leitend sind und dem entsprechend größere Spannungsbeträge zum Motor gelangen.
• Mit zunehmend früherer Triggerung der Thyristoren in jeder Halbperiode während des Startvorgangs erhöht sich die Motordrehzahl, bis schließlich die volle Drehzahl erreicht ist. Zahlreiche herkömmliche Motorsteuerungen benutzen auch die Thyristoren, um während des vollen Drehzahlbetriebs die Elektrizität zuzuführen, wobei dann die Thyristoren ständig im leitenden Zustand sind. Bei voller Drehzahl des Motors erzeugen die Thyristoren eine beachtliche Wärmemenge, die vernichtet werden muß. Beim kontinuierlichen Betrieb ist daher eine beachtlich große Wärmesenke erforderlich, und es mag eine Zwangsbelüftung notwendig sein, damit sich im Gehäuse der Steuerung keine übermäßige Wärme aufbaut.
• Um die Größe der Wärmesenke und die Anforderungen an die Kühlung so klein wie möglich zu machen, wurden bereits Hybridanordnungen aus Festkörpersteuerungen und Schaltschützsystemen vorgeschlagen. Ein solches System ist in der US-Patentschrift Nr. 4 100 469 beschrieben. Dieses System hat eine Beschleunigungsschaltung, die den Motor in einer solchen Weise startet, daß in der zuvor beschriebenen Weise das Triggern der Thyristoren geregelt wird. Erreicht allerdings der Motor seine volle Synchrondrehzahl, wird eine den Thyristoren parallel geschaltete Schaltschützgruppe geschlossen, und die Triggerung der Thyristoren wird unterbunden. Dem zufolge fließt bei voller Drehzahl der Motorstrom durch die Schaltschütze und nicht mehr durch die Thyristoren, so daß in diesem Betriebszustand die Thyristoren keine Wärme erzeugen, die sonst abgeführt beziehungsweise vernichtet werden müßte.
• In jüngster Zeit wurden Festkörper-Motorsteuerungen entwikkelt, die zum Anhalten des Motors einen besonderen Vorgang vorsehen. So wird beispielsweise vorgeschlagen, ein Thyristortriggerungsverfahren einzusetzen, das umgekehrt zu demjenigen ist, das zum Starten des Motors verwendet wird. Dies bedeutet, daß die Thyristoren aufeinanderfolgend später während jeder Spannungshalbperiode getriggert werden, um dem Motor zunehmend kleinere Energiemengen zuzuführen. Alternativ kann man eine Technik einsetzen, bei der zum Vermindern der Motordrehzahl Perioden ausgeblendet oder übersprungen werden. Diese Verzögerungsverfahren konnte man bisher nur bei solchen Steuerungen leicht und einfach einsetzen, die auch während des Betriebs mit voller Drehzahl die Thyristoren triggerten. Sobald in einem Hybridsystem das Schaltschütz geschlossen und die Thyristortriggerung unterbunden worden ist, verliert die Steuerschaltung die Sychronisation mit der Wechselstromversorgungsspannung. Dies hat zum Ergebnis, daß die Steuerschaltung zum ruckfreien Bremsen des Motors nicht eingesetzt werden kann, da sie nicht weiß, wo sie zu Beginn der Verzögerung mit dem Muster für die Thyristortriggerung beginnen soll. Solange die Steuerung nicht weiß, bei welchem Punkt der Sequenz die Triggerung der Thyristoren einsetzen soll, kann ein glatter Übergang zur Thyristorsteuerung nicht erfolgen, und es besteht die Gefahr, daß der Motor die von ihm angetriebene Last mit Stößen beaufschlagt.
Kurze Darlegung der Erfindung
• Eine Steuerung regelt das Anlegen von Elektrizität zum Abbremsen eines Motors vom vollen Drehzahlbetrieb bis hin zu einem allmählichen Anhalten. Eine Thyristorschalteranordnung koppelt den Motor mit jeder Phase der elektrischen Versorgung. Die Thyristoren werden von einer Steuerschaltung in den leitenden Zustand getriggert, um dem Motor Elektrizität zuzuführen. Durch sequentielle Änderung der relativen Zeiten, zu denen während jeder Halbperiode der Versorgungsspannung die Thyristoren getriggert werden, können ihre Stromführungsperioden verändert werden, um eine gesteuerte Zunahme oder Abnahme der Motordrehzahl vorzusehen. Ferner ist eine zu der Thyristorschalteranordnung parallel geschaltete Schaltschützanordnung vorgesehen, über die der Motor mit jeder Phase der elektrischen Versorgung verbunden ist.
• Die Motorsteuerung kann den Motor dadurch starten, daß die Thyristoren in einer solchen Weise getriggert werden, daß die dem Motor zugeführte Spannung zunehmend ansteigt. Sobald der Motor seine volle Drehzahl erreicht hat, aktiviert die Steuerschaltung die Schaltschützanordnung und unterbindet die Triggerung der Thyristorschalteranordnung. Sobald die Energie dem Motor über die Schaltschützanordnung zugeführt wird, wird in der Thyristorschalteranordnung keine Wärme mehr erzeugt. Es entfällt daher auch die Abführung oder Vernichtung dieser Wärme.
• Empfängt die Motorsteuerung ein Signal zum Anhalten des Motors, wird die Schaltschützanordnung deaktiviert, um den Motor von der Versorgung zu trennen. Ein Mechanismus überprüft die Spannung über der Thyristorschalteranordnung von jeder elektrischen Phase, um die tatsächliche Trennung des Motors von der Schaltschützanordnung festzustellen. Sobald dieser Umstand festgestellt worden ist, triggert die Steuerschaltung kurz alle Thyristoren in der Schalteranordnung.
• Die Spannung an den Thyristoren jeder elektrischen Versorgungsphase wird von einer Einrichtung abgetastet, die feststellen soll, welche Phase der Schalteranordnung als erste nicht leitend wird. Die Steuerschaltung triggert dann die Thyristoren der Schalteranordnung für diese Phase. Die Ermittlung der Phase, die als erste nicht leitend wird, wird herangezogen, um den Punkt zu bestimmen, bei dem mit der Thyristortriggerungssequenz begonnen werden soll, um einen ruckfreien Übergang von der Schaltschützanordnungssteuerung zur Thyristorschaltersteuerung bezüglich des Anlegens von Elektrizität an den Motor zu gewährleisten.
• Ein allgemeines Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Hybridmotorsteuerung die sowohl eine Schaltschütz- als auch eine Thyristorschalteranordnung zum Anlegen von Elektrizität an den Motor hat und die, bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, einen Mechanismus zum weichen Anhalten des Motors aufweist.
• Dem entsprechend löst die Erfindung wie sie im Anspruch 1 oder im Anspruch 3 definiert ist, die Aufgabe, eine Einrichtung vorzusehen, die einen Ubergang vom Anlegen der Elektrizität an den Motor durch das Schaltschütz zum Anlegen der Elektrizität an den Motor durch die Thyristorschalteranordnung bewerkstelligt. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Ubergang in einer solchen Art und Weise erfolgt, daß die vom Motor angetriebene Last mit einer plötzlichen Motordrehmomentänderung nicht konfrontiert wird.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, in die Motorsteuerung die Fähigkeit einzubeziehen, daß das Triggern der Thyristoren mit der Versorgungsleitungsphasenspannung zur Zeit des Ubergangs synchronisiert wird, wenn das Schaltschütz mit dem Anlegen von Elektrizität an den Motor aufhört.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Motorsteuerungsschaltung zum Ausüben der Erfindung, und
• Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm des Betriebs der Motorsteuerungsschaltung beim Ubergang von der Schaltschützsteuerung zur Mikrocomputersteuerung beim Anhalten des Motors.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Die Erfindung soll anhand einer in Fig. 1 dargestellten Motorsteuerung 20 beschrieben werden, die ein Ausführungsbeispiel darstellt. Ein elektrischer Wechselstrommotor 10 hat drei Motorstatorwicklungen 11-13, die über ein Thyristorschaltmodul 14 an die drei Versorgungsleitungen A, B und C einer dreiphasigen Elektrizitätsquelle angeschlossen sind.
• Das Schaltmodul 14 hat drei Paare antiparallel geschalteter Thyristoren 16, 17 und 18. Die Thyristoren jedes Paares verbinden eine der Versorgungsleitungen A, B oder C mit jeweils einer anderen Statorwicklung 11, 12 beziehungsweise 13. In Abhängigkeit von der Höhe des zu steuernden Stromes kann man anstelle jedes Thyristorpaares einen Triac verwenden.
• Die Thyristorpaare 16-18 werden von einer Steuerschaltung angesteuert, die einen Mikrocomputer 21, Spannungsvergleicher 22, 23, 24 und 55, einen Nullspannungsdurchgangsdetektor 60 und einen Differenzenverstärker 50 enthält. Der Mikrocomputer 21 kann von handelsüblicher Bauart sein und im selben integrierten Schaltungspack eine Zeitgeberschaltung, einen Festwertspeicher und einen Direktzugriffsspeicher enthalten. Das Programm zur Steuerung der Betriebsweise der Motorsteuerung 20 ist im Festwertspeicher abgelegt und wird noch im einzelnen unter Bezugnahme auf die Arbeitsweise der Motorsteuerung beschrieben.
• Der Mikrocomputer 21 erzeugt an drei Leitungen 26, 27 und 28 eines parallelen Ausgabeport zu geeigneten Zeitpunkten auftretende Thyristortriggerimpulse. Jeder Triggerimpuls ist von relativ kurzer Dauer, die gerade ausreicht, um den entsprechenden Thyristor in einen leitenden Zustand zu versetzen, in welchem er solange bleibt, bis der durch den Thyristor fließende Wechselstrom auf Null abfällt. Die erste Ausgangsleitung 26 ist über einen ersten Impulstransformator 31 mit den Steueranschlüssen des ersten Thyristorpaares 16 verbunden, das der Elektrizitätsversorgungsleitung A zugeordnet ist. Die anderen Triggerausgangsleitungen 27 und 28 sind über ähnliche Impulstransformatoren 32 und 33 mit den Steueranschlüssen des zweiten beziehungsweise dritten Thyristorpaares 17 und 18 verbunden, die den Elektrizitätsversorgungsleitungen B und C zu geordnet sind.
• An drei Anschlüssen 41, 42 und 43 sind die Statorwicklungen 11-13 an die Motorsteuerung 20 angeschlossen. Drei gleich große Widerstände 34-36 sind mit den Anschlüssen 41-43 unter Ausbildung einer Sternschaltung verbunden, wobei der gemeinsame Knoten 37 des Sternpunkts an die Masse der Steuerschaltung angeschlossen ist. Die Spannung an jedem der Widerstände 34, 35 und 36 gleicht der Spannung an der jeweiligen Wicklung der drei Statorwicklungen 11, 12 und 13. Das Potential am gemeinsamen Knoten 37 der Widerstandssternschaltung entspricht demjenigen des neutralen oder Null-Punktes 15 der Motorwicklungen, also im wesentlichem dem Massepotential.
• Drei Vergleicher 22, 23 und 24 fühlen die Spannung an den Statorwicklungen 11-13 ab. Der nicht invertierende Eingang jedes Spannungsvergleichers 22, 23 beziehungsweise 24 ist jeweils über einen Spannungsteiler 44, 45 beziehungsweise 46 mit einer der Statorwicklungsanschlüsse 41, 42 und 43 verbunden. Die Spannungsteiler 44-46 vermindern die Statorwicklungsspannungen auf Pegel, die mit den Vergleicher 22, 23 und 24 kompatibel sind. Die invertierenden Eingänge der drei Spannungsvergleicher sind direkt an Schaltungsmasse angeschlossen. Die Ausgänge der Vergleicher 22, 23 und 24 sind über separate Leitungen mit einem parallelen Eingabeport des Mikrocomputers 21 verbunden.
• Die Versorgungsleitungen A und B sind getrennt über Widerstände 51 beziehungsweise 52 mit dem nicht invertierenden und invertierenden Eingang eines Differenzenverstärkers 50 verbunden. Der nicht invertierende Eingang ist darüberhinaus über einen Widerstand 53 an Schaltungsmasse angeschlossen. Ein Rückführwiderstand 54, ist zwischen den Ausgang des Differenzenverstärkers 50 und seinen invertierenden Eingang geschaltet. Der Ausgang des Differenzenverstärkers 50 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Spannungsvergleichers 55 verbunden, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 56 an Masse angeschlossen ist. Der Ausgang des Spannungsvergleichers 55 ist mit einer anderen Leitung des parallelen Eingabeports des Mikrocomputers verbunden. Der Pegel an diesem Eingang gibt die Polarität der Spannung Vab über den Versorgungsleitungen A und B bezüglich Masse an. Der Ausgang des Differenzenverstärkers 50 ist ferner an einen Nulldurchgangsdetektor 60 angeschlossen, der einen Nullspannungsdurchgang der Ausgangsspannung des Differenzenverstärkers und damit der Spannung Vab über den Versorgungsleitungen A und B feststellt. Das Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors 60 ist mit einem Unterbrechungseingang IRQ des Mikrocomputers 21 verbunden. Da die Wechselspannung an den Versorgungsleitungen B-C und A-C in einer festen Phasenbeziehung zu der Spannung an den Versorgungsleitungen A-B steht, können die Zeitpunkte, zu denen die anderen Spannungen Nulldurchgänge haben, vom Mikrocomputer aus dem Signal an seinem Unterbrechungseingang leicht abgeleitet werden.
• Der Motor 10 ist auch über ein Dreiphasenschaltschütz 15 mit drei Sätzen normalerweise geöffneter Kontakte RC2, RC3 und RC4 an die Versorgungsleitungen A, B und C angeschlossen. Diese drei Kontakte werden durch eine erste Relaisspule RC betätigt, die auch einen weiteren Satz Kontakte RC1 betätigt. Die erste Relaisspule RC ist mit den normalerweise geöffneten Kontakten RC1 und darüberhinaus mit einem weiteren Satz normalerweise geöffneter Kontakte RR2 zwischen der Schaltungsmasse und einer Quelle 30 positiver Steuerspannung V+ in Reihe geschaltet. Eine zweite Relaisspule RR ist mit einem normalerweise geschlossenen Drucktastenschalter 57 und einem normalerweise geöffneten Drucktastenschalter 58 zwischen die Schaltungsmasse und die Spannungsquelle 30 in Reihe geschaltet. Ein Satz normalerweise geöffneter Relaiskontakte RR1 ist dem normalerweise geöffneten Schalter 58 parallel geschaltet. Die Kontaktsätze RR1 und RR2 werden von der zweiten Relaisspule RR aktiviert.
• Die zweite Relaisspule RR aktiviert auch einen dritten Satz normalerweise geöffneter Kontakte RR3, die zwischen die Schaltungsmasse und einen Eingang 61 des Mikrocomputers 21 geschaltet sind. Dieser Eingang 61 ist auch über einen Hochziehwiderstand 62 mit der positiven Spannungsquelle 30 verbunden. Der Mikrocomputer 21 hat eine Ausgangsleitung 19, die mit einer dritten Relaisspule RM verbunden ist, welche einen Satz Kontakte RM1 aktiviert, die dem Satz normalerweise geöffneter Kontakte RC1 parallel geschaltet sind.
• Wenn der Benutzer den Motor 10 zu starten wünscht, schließt er den Drucktastenschalter 58, so daß die Relaisspule RR Strom führt. Die auf diese Weise erregte Relaisspule RR schließt die Kontakte RR1, die den Startschalter kurzschließen und auf diese Weise die Relaisspule im erregten Zustand halten. In diesem Zustand veranlaßt die erregte Relaisspule RR auch das Schließen der Kontakte RR2, wohingegen zu diesem Zeitpunkt die beiden Kontaktsätze RC1 und RM1 in ihrem normalerweise geöffneten Zustand bleiben.
• Die erregte Relaisspule RR schließt auch die Kontakte RR3, wodurch dem Mikrocomputer 21 signalisiert wird, mit der Ausführung einer herkömmlichen Motorstartsoftwareroutine zu beginnen. Während des Motorstartvorganges werden die Thyristorpaare in einer definierten umlaufenden Sequenz gemäß den Phasenbeziehungen der Spannung an den drei Versorgungsleitungen getriggert. Die Softwareroutine triggert fortlaufend jedes der Thyristorpaare 16-18 zunehmend früher in jeder Halbperiode der Spannung der Versorgungsleitungen A, B und C, mit denen die einzelnen Thyristorpaare verbunden sind. Schließlich werden alle Thyristorpaare in einer solchen Weise getriggert, daß sie im wesentlichen während derjenigen gesamten Halbperiode der Versorgungsleitungsspannung im leitenden Zustand sind, in der sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. Wenn dies auftritt, hat der Motor im wesentlichen seine volle Drehzahl erreicht.
• Zu dieser Zeit legt der Mikrocomputer 21 einen hohen logischen Pegel an seine Ausgangs leitung 19, wodurch die Relaisspule RM erregt und die Kontakte RM1 geschlossen werden. Da die Kontakte RR2 bereits geschlossen sind, veranlaßt das Schließen der Kontakte RM1, daß Strom durch die Relaisspule RC fließt. Die auf diese Weise erregte Relaisspule RC veranlaßt das Schließen der Kontakte RC1, so daß der Stromfluß durch die Relaisspule unabhängig vom Zustand des Signals an der Mikrocomputerausgangsleitung 19 und dem Zustand der durch dieses Signal angesteuerten Kontakte RM1 andauert. Die Aktivierung der Relaisspule RC veranlaßt auch das Schließen der Schaltschützkontakte RC2, RC3 und RC4. Die Kontakte des Schaltschützes 15 sehen Stromführungspfade für die Elektrizität von den Versorgungsleitungen A, B und C zum Motor 10 vor, wobei das Thyristorschaltmodul 14 kurzgeschlossen wird.
• Danach überprüft der Mikrocomputer 21 unmittelbar vor der Ausgabe eines Triggersignals an ein Thyristorpaar 16, 17 oder 18 ein Signal, das von einem Optokoppler 64, 65 oder 66 erzeugt wird, der dem betreffenden Thyristorpaar parallel geschaltet ist. Jeder Optokoppler erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das zugeordnete Thyristorpaar 16-18 und die zugeordneten Schaltschützkontakte RC2-RC4 nicht leitend sind (das heißt, daß an den Thyristoren eine hohe Spannung auftritt) . Das Feststellen einer hohen Spannung an einem Thyristorpaar durch die Optokoppler 64-66 bedeutet, daß wenigstens ein Satz der Kontakte RC2, RC3 oder RC4 des Schaltschützes 15 nicht geschlossen ist und deshalb keinen elektrischen Kurzschlußpfad vorsieht. In diesem Fall fährt deshalb der Mikrocomputer 21 damit fort, sequentiell Triggersignale über die Leitungen 26-28 an das Thyristorschaltmodul 14 auszusenden. Sobald alle Optokoppler 64-66 eine Anzeige von Null Volt an allen Thyristorpaaren liefern, beendet der Mikrocomputer die Thyristortriggerung und legt ein Signal mit einem niedrigen logischen Pegel an die Leitung 19, wodurch die Kontakte RM1 geöffnet werden. Da die Kontakt RC1 derzeit geschlossen sind, bleibt die Relaisspule RC im erregten Zustand und hält das Schaltschütz 15 geschlossen. Alternativ kann der Mikrocomputer 21 mit dem Anlegen eines nohen Pegels an die Leitung 19 fortfahren, um die Kontakte RM1 im geschlossenen Zustand zu halten. Bei dieser Alternative werden die Kontakte RC1 nicht benötigt. Der Motor 10 ist jetzt direkt mit jeder der Versorgungsleitungen A, B und C über die Kontaktsätze RC2, RC3 und RC4 verbunden.
• Der Mikrocomputer 21 schreitet dann von der Ausführung der Motorstartsoftwareroutine zur Ausführung einer Routine voran, die als Flußdiagramm in Fig. 2 dargestellt ist. Die Ausführung dieser zuletzt genannten Routine beginnt mit einer Programmschleife, die ausgeführt wird, während sich die Motorsteuerung 20 in der Thyristorkurzschlußbetriebsart befindet, in der das Schaltschütz 15 den Motor mit den Versorgungsleitungen verbindet. Obgleich in dieser Betriebsart der Mikrocomputer die Thyristoren nicht triggert, fährt er damit fort, die Nulldurchgänge der Versorgungsleitungsspannung Vab abzufühlen, die am Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 60 angezeigt werden, und die Polarität der Versorgungsleitungsspannung abzufühlen, die am Ausgang des Vergleichers 55 angezeigt wird.
• Die Nulldurchgangsanzeige als auch die Polaritätsanzeige der Versorgungsleitungsspannung werden dazu verwendet, um bei einem Schritt 100 Variable zu aktualisieren, die bei einer Thyristortriggersubroutine verwendet werden. Obgleich eine Triggerung der Thyristoren nicht stattfindet, werden somit dennoch die Variablen bezüglich des zeitlichen Auftretens und der Phase der Leitungsspannung aktualisiert, so daß das System mit der Versorgungsleitungsspannung in einem synchronen Zustand bleibt. Die anderen elektrischen Parameter, wie beispielsweise die Stromnulldurchgänge beziehungsweise das Nullwerden des Stromes in jeder Phase, werden zu dieser Zeit nicht abgefühlt.
• In der Thyristorkurzschlußbetriebsart überprüft der Mikrocomputer 21 periodisch den Eingang 61, an den die Relaiskontakte RR3 angeschlossen sind, um bei einem Schritt 102 festzustellen, ob der Benutzer den Schalter 57 zum Anhalten des Motors 10 betätigt hat. Solange der Schalter 57 nicht betätigt worden ist, bleibt die Motorsteuerung 20 in der Thyristorkurzschlußbetriebsart, und die Programmausführung kehrt zum Schritt 100 zurück, um erneut die Variablen zu aktualisieren.
• Zum Anhalten des Motors 10 wird der Schalter 57 kurzzeitig geöffnet, um die Stromzufuhr zur Relaisspule RR zu unterbrechen. Dadurch werden die Kontakte RR1 und RR3 geöffnet, wobei gleichzeitig die Relaisspule RR entsperrt und dem Mikrocomputer 21 signalisiert wird, daß der Motor 10 angehalten werden soll. Der Mikrocomputer spricht darauf in einer solchen Weise an, daß er die Abschaltung der Erregerung an der Relaisspule RM veranlaßt, und zwar bei einem Schritt 104, sofern diese Relaisspule noch aktiviert war. Gleichzeitig öffnen sich die Kontakte RR2, so daß der Stromfluß durch die Relaisspule RC unterbrochen wird. Die Folge davon ist, daß sich die Kontakte RC2, RC3 und RC4 des Schaltschützes 15 öffnen. Dadurch wird die Zufuhr von Elektrizität zum Motor 10 unterbunden.
• Das Öffnen des Schaltschützes 15 erfolgt jedoch nicht augenblicklich und muß deshalb bei Schritten 106 und 108 erfaßt werden, bevor weitere Schritte eingeleitet werden. Bei dem ersten Schritt 106 überprüft der Mikrocomputer 21 jeden seiner Eingänge von den drei Optokopplern 64-66. Zeigen diese Eingänge an, daß keiner der Optokoppler einen relativ hohen Spannungsabfall an einem der Thyristorpaare 16, 17 oder 18 erfaßt, dann befindet sich noch keiner der Kontaktsätze des Schaltschützes 15 im geöffneten Zustand. Wenn sich deshalb beim Schritt 108 alle Thyristorpaare noch in einem vom Schaltschütz kurzgeschlossenen Zustand befinden, kehrt die Programmausführung zum Schritt 106 zurück und fährt mit der Überprüfung der Eingänge von den Optokopplern fort. Einer oder mehrere der Kontakte des Schaltschützsatzes 15 gelangen schließlich in den geöffneten Zustand, so daß an den entsprechenden Thyristorpaaren eine relativ hohe Versorgungsleitungsspannung auftritt. Stellt der zugeordnete Optokoppler diesen Zustand fest, verläßt die Programmausführung die oben erlauterte Schleife und geht vom Schritt 108 zu einem Schritt 110 über.
• Obgleich einige der Variablen, die bei der Thyristortriggerroutine verwendet werden, periodisch aktualisiert worden sind, muß der Mikrocomputer 21 die Ausführung der Thyristortriggerroutine bezüglich der von den drei Leitungen A, B und C bereit gestellten Dreiphasenelektrizität erneut synchronisieren. Um dies zu tun, werden bei einem Schritt 110 alle drei Thyristorpaare 16, 17 und 18 gleichzeitig getriggert, und zwar dadurch, daß an allen Ausgangsleitungen 26, 27 und 28 im wesentlichen gleichzeitig Triggersignale erzeugt werden. Danach liefert das Thyristorpaar, das als erstes nicht leitend wird, ein Synchronisierkennzeichen, das heran gezogen werden kann, um festzulegen, wo in die Triggersequenz einzutreten ist, damit ein glatter Übergang zwischen der Kurzschlußbetriebsart und der Anhaltebetriebsart erfolgt. Ohne einen solchen glatten Übergang könnte sich das Motordrehmoment abrupt ändern und die angetriebene Last Stößen ausgesetzt sein.
• Sobald alle Thyristoren getriggert worden sind, tritt die Ausführung der in Fig. 2 dargestellten Softwareroutine in eine andere Schleife ein, die aus Entscheidungsschritten 112, 114 und 116 besteht. Bei jedem dieser Schritte wird der Ausgang eines anderen Optokopplers 64, 65 oder 66 vom Mikrocomputer 21 überprüft, um festzustellen, ob das zugeordnete Thyristorpaar nicht leitend ist. Das Programm durchläuft diese Schleife mit den drei Entscheidungsschritten 112-116 solange, bis einer der Optokoppler anzeigt, daß ein Thyristorpaar einer elektrischen Versorgungsphase nicht mehr leitend ist. Beim Auftritt dieses Ereignisses zweigt die Programmausführung vom zugeordneten Entscheidungsschritt 112, 114 oder 116 zu einem Schritt 118, 120 beziehungsweise 122 ab. Bei dem ausgewählten der zuletztgenannten Schritte werden die Variablen der Thyristortriggersequenz so gesetzt, daß das Thyristorpaar, das als nicht leitend erfaßt wurde, das nächste Thyristorpaar ist, das vom Mikrocomputer 21 getriggert wird. Nachdem die Thyristortriggervariablen durch einen der Schritte 118, 120 oder 122 gesetzt worden sind, ruft der Mikrocomputer bei einem Schritt 124 die Thyristortriggersubroutine auf, so daß das Thyristorpaar, das jetzt nicht leitend ist, getriggert wird. Auf diese Weise wird damit fortgefahren, dem Motor Elektrizität zuzuführen und zwar in einer solchen Weise, als sei der Schaltschützsatz 15 im geschlossenen Zustand geblieben.
• Das erste Thyristorpaar, das im Anschluß an den Schritt 110 in den gesperrten Zustand gerät, zeigt auch an, wie in die umlaufende Thyristortriggersequenz einzutreten ist, damit eine Synchronisation mit den Versorgungsleitungsphasen erreicht wird. Bei einem Schritt 126 setzt der Mikrocomputer die Variablen für die Triggersubroutine. Dabei ist die Subroutine derart konfiguriert, daß als nächstes das Thyristorpaar getriggert wird, das in der definierten Triggersequenz dem beim Schritt 124 getriggerten Thyristorpaar folgt. Das nächste Thyristorpaar wird getriggert, wenn sein Phasenstrom auf Null geht. Die Programmausführung kann für eine kurze Zeitperiode beim Schritt 126 bleiben, bei dem die Thyristoren so getriggert werden, daß die volle Leitungsspannung dem Motor zu geführt wird. Dadurch wird der Motor für eine kurze Zeitspanne im vollsynchronen Drehzahlbetrieb gehalten, um sicher zu stellen, daß die Triggersequenz in geeigneter Weise mit der dreiphasigen Versorgungsleitungsspannung synchronisiert ist.
• Danach beginnt der Mikrocomputer 21 mit der Ausführung eines der zahlreichen bekannten Steuerungsverfahren, die den Motor zum Anhalten bringen. Bei einem solchen Verfahren kann beispielsweise die dem Motor 10 zugeführte Spannung betragsmäßig allmählich vermindert werden, und zwar dadurch, daß die Thyristorpaare wahrend jeder Halbperiode der Versorgungswechselspannung zunehmend später getriggert werden. Durch dieses Verfahren wird die dem Motor zugeführte effektive Spannung vermindert. Alternativ kann man auch ein Motorbremsverfahren verwenden, bei dem Perioden ausgeblendet oder übersprungen werden, wie es in der US-Patentschrift Nr. 4 996 470 mit dem Titel "Vorrichtung und Verfahren zur Drehzahlsteuerung eines Elektromotors" beschrieben ist.
• Die Erfindung sieht somit einen glatten beziehungsweise ruckfreien Übergang vom Anlegen von Elektrizität an den Motor durch einen Schaltschützmechanismus zum Anlegen der Elektrizität mit Hilfe einer thyristorentriggernden Festkörper- Motorsteuerung vor. Dieser Mechanismus stellt einen glatten Übergang zwischen dem Schaltschützbetrieb und dem Motorsteuerungsbetrieb in einer solchen Weise sicher, daß die vom Motor angetriebene Last zur Zeit des Übergangs keine abrupten Drehmomentänderungen durch den Motor erfährt. Somit sieht die Steuerung 20 für einen Motor ein Steuerungssystem vor, das während des vollen Drehzahlbetriebs von einem Schaltschützmechanismus Gebrauch macht, so daß keine Notwendigkeit besteht, die Steuerschaltung und ihr Gehäuse so zu konstruieren, daß während dieses Betriebs eine relativ große Wärmemenge abgeführt beziehungsweise vernichtet werden kann, und das dennoch die Fähigkeit einer Festkörper-Motorsteuerung zum Anhalten des Motors hat.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern eines Elektromotors (10), der mit einer Dreiphasenquelle (A, B, C) wechselnder Elektrizität über ein Schaltschütz (15) und drei Thyristorschalt- Vorrichtungen (16, 17, 18), die dem Schaltschütz parallelgeschaltet sind, wahlweise verbunden ist, welches Verfahren die folgenden Schritte enthält:

Aktivieren des Schaltschützes (15) zum Verbinden des Motors (10) mit der Quelle (A, B, C),

Deaktivieren des Schaltschützes (15) als Antwort auf einen Befehl zum Anhalten (57) des Motors, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

Triggern aller Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) nach der Deaktivierung des Schaltschützes (15),

Ermitteln derjenigen der getriggerten Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18), die als erste nichtleitend wird,

erneutes Triggern dieser ersten der Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18), die aufgrund der Ermittlung als erste nichtleitend geworden ist, und

danach sequentielles Triggern jeder der Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) in einem die Drehzahl des Motors (10) vermindernden Muster.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim zuletzt genannten Schritt die Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) in einer umlaufenden Sequenz getriggert werden, wobei der Schritt des Eintretens in die Sequenz bei einem Punkt erfolgt, der durch diese erste der Thyristorschaltvorrichtungen festgelegt wird, die aufgrund der Ermittlung als erste nichtleitend geworden ist.

3. berät zum Steuern eines Elektromotors (10), der von einer Dreiphasenquelle (A, B, C) wechselnder Elektrizität gespeist ist, welches aerät enthält:

eine Schaltschützanordnung (15), die als Antwort auf ein Steuersignal jede Phase der Quelle (A, B, C) wechselnder Elektrizität mit dem Motor (10) verbindet,

drei Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18), die zu der Schaltschützanordnung parallelgeschaltet sind und von denen jede eine Phase der Quelle mit dem Motor verbindet, wenn sie durch ein Triggersignal in den leitenden Zustand geschaltet wird,

eine Steuerschaltung (21) zum Betreiben der Schaltschützanordnung (15) und der drei Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18), wobei die Steuerschaltung Mittel zum Unterbrechen des Anlegens des Steuersignals an die Schaltschützanordnung (15) als Antwort auf einen Befehl zum Anhalten des Motors (10) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (21) ferner enthält:

Mittel (64, 65, 66) zum Abfühlen des Verbundenseins von nicht wenigstens einer Phase der Quelle mit dem Motor durch die Schaltschützanordnung (15),

Mittel (21, 31, 32, 33) zum im wesentlichen gleichzeitigen Triggern der drei Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) als Antwort auf die Mittel zum Abfühlen,

Mittel (64, 65, 66) zum Ermitteln des Nichtleitens von Elektrizität von einer der Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) nach deren Triggerung, und Mittel (21, 31, 32, 33) zum Triggern jeder der Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) in einer vorgegebenen Sequenz zum Vermindern der Drehzahl des Motors (10), wobei dieses Triggern bei einem Punkt in der Sequenz beginnt, bei dem die eine Thyristorschaltvorrichtung zuerst getriggert wird.

4. Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Mittel (21, 31, 32, 33) zum Triggern jeder der Thyristorschaltvorrichtungen in einer vorgegebenen Sequenz zum Vermindern der Drehzahl des Motors (10) eine Triggersignalfolge erzeugen, die während zunehmend kürzerer Intervalle bei jeder Halbperiode der Wechselspannung die Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) in einen leitenden Zustand versetzt.

5. Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Mittel (21, 31, 32, 33) zum Triggern jeder der Thyristorschaltvorrichtungen in einer vorgegebenen Sequenz zum Vermindern der Drehzahl des Motors (10) ein Spannungsperiodenüberspringen verwenden, um die Motordrehzahl zu vermindern.

6. Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Steuerschaltung (21) das Steuersignal in einer solchen Weise erzeugt, daß die Schaltschützanordnung (15) nur dann aktiviert wird, wenn der Motor oberhalb einer vordefinierten Drehzahl arbeitet.

7. Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Steuerschaltung (21) zum Betreiben der Schaltschützanordnung (15) und der Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) eine erste Betriebsart hat, bei der zum Starten des Motors (10) eine Triggersignalfolge erzeugt wird, die die Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) während zunehmend längerer Intervalle bei Halbperioden der Wechselspannung in einen leitenden Zustand versetzt, eine zweite Betriebsart hat, bei der die Triggersignale nicht erzeugt werden und die Steuerschaltung das Steuersignal erzeugt, das das Verbinden der Quelle (A, B, C) wechselnder Elektrizität mit dem Motor (10) durch die Schaltschützanordnung (15) verursacht, und eine dritte Betriebsart hat, bei der zum Anhalten des Motors (10) die Schaltschützanordnung (15) deaktiviert ist und die Thyristorschaltvorrichtungen (16, 17, 18) in der vorgegebenen Sequenz zum Vermindern der Drehzahl des Motors getriggert werden, und enthaltend eine Motoranhalteausloseeinrichtung (21) zum Überführen der Steuerschaltung von der zweiten Betriebsart zu der dritten Betriebsart.