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Title:
BRAKING METHOD FOR AN ELECTRIC MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/057309
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method (100) for breaking an electric motor (15) from an active operating state (10) which electric motor (15) is associated with a switching device (60). The method (100) comprises a step (110) in which at least one semiconductor switch (32, 34, 36) for reducing a current strength () in an electromechanical switch (33, 35, 37) which is arranged in parallel is activated. In a further step (120), the electromechanical switch (33, 35, 37) which is arranged in parallel is opened. In a subsequent step (130), the at least one semiconductor switch (32, 34, 36) is blocked for an adjustable period (54). Subsequently, in a fourth step (140), an electromotive force (79) of the electric motor (15) is determined, and an activation time (42), for breaking the electric motor (15) and activating the at least one semiconductor switch (32, 34, 36) at the activation time (42) is determined from a fifth step (150). According to the invention, the activation time (50) is determined on the basis of the electromotive force (79) of the electric motor (15), so that at the activation time (50) a resulting torque (48) which is directed counter to the present direction of rotation (12) of the electric motor (15) is present. The invention also relates to a computer program product (80) for implementing the method (100), a soft starter (60) which has a corresponding computer program product (80), and a system (90) with two computer program products (80, 85) which carry out the method (100) by interacting. The invention also relates to a corresponding electric motor arrangement (65).

Inventors:
NANNEN, Hauke (Ohmstraße 12, Nürnberg, 90443, DE)
ZATOCIL, Heiko (Germersheimerstraße 145, Nürnberg, 90469, DE)
Application Number:
EP2017/074204
Publication Date:
March 28, 2019
Filing Date:
September 25, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02P3/18; H02P6/182
Domestic Patent References:
WO2015184047A12015-12-03
WO2012065637A12012-05-24
WO2012065637A12012-05-24
Foreign References:
EP0512372A21992-11-11
US5003241A1991-03-26
GB2491198A2012-11-28
EP2016077201W2016-11-10
Other References:
ZHANG YONGCHANG ET AL: "An improved model predictive current control of permanent magnet synchronous motor drives", 2016 IEEE APPLIED POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND EXPOSITION (APEC), IEEE, 20 March 2016 (2016-03-20), pages 2868 - 2874, XP032899183, ISBN: 978-1-4673-8393-6, [retrieved on 20160510], DOI: 10.1109/APEC.2016.7468271
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren (100) zum Abbremsen eines Elektromotors (15) aus einem aktiven Betriebszustand (10), der mit einem Schalt- gerät (60) verbunden ist, umfassend die Schritte: a) Betätigen mindestens eines Halbleiterschalters (32, 34,

36) zur Verringerung einer Stromstärke () in einem parallel angeordneten elektromechanischen Schalter (33, 35,

37) ;

b) Öffnen des parallel angeordneten elektromechanischen

Schalters (33, 35, 37);

c) Sperren des mindestens einen Halbleiterschalters (32, 34, 36) für eine einstellbare Dauer (54);

d) Ermitteln eines resultierenden Drehmoments (48) des Elektromotors (15) ;

e) Ermitteln eines Betätigungszeitpunkts (42) zum Bremsen des Elektromotors (15) und Betätigen des zumindest einen Halbleiterschalters (32, 34, 36) im Betätigungszeitpunkt (42) , wobei der Betätigungszeitpunkt (50) anhand des resultierenden Drehmoments (48) des Elektromotors (15) ermittelt wird und im Betätigungszeitpunkt (50) das resultierende Drehmoment (48) der vorliegenden Drehrichtung (12) des Elektromotors (15) entgegen gerichtet ist.

2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) der Halbleiterschalter (32, 34, 36) für eine einstellbare Betätigungsdauer (56) in einen leitenden Zustand geschaltet wird.

3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungszeitpunkt (50) einem Zeitpunkt entspricht, ab dem für eine einstellbare Mindestdauer ein re¬ sultierendes Drehmoment (48) hervorgerufen wird, das der vor¬ liegenden Drehrichtung (12) des Elektromotors (15) entgegen gerichtet ist.

4. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Betätigungszeitpunkts (50) anhand eines Algorithmus und/oder einer Wertetabelle er¬ folgt .

5. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte d) und/oder e) wiederholt werden bis eine einstellbare Solldrehzahl (76) des Elektromo¬ tors (15) erreicht ist.

6. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt f) Halbleiterschalter (32, 34, 36) zu einem weiteren Abbremsen paarweise mit einem wählbaren kon- stanten Zündwinkel betätigt werden.

7. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (15) als Permanentmag¬ net-Synchronmotor ausgebildet ist.

8. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (32, 34, 36) als Thyristor oder als antiparalleles Thyristorenpaar ausgebildet ist .

9. Computerprogrammprodukt (80, 85) zur Speicherung und Aus¬ führung in einem Speicher eines Schaltgeräts insbesondere ei¬ nes Sanftstarters (60), das zu einem Ausgeben von Betäti¬ gungsbefehlen (45) an mindestens einen Halbleiterschalter (32, 34, 36) und zu einem Empfangen und Verarbeiten von Messwerten (18) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogrammprodukt (80) zur Durchführung eines Verfah¬ rens (100) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 ausge¬ bildet ist.

10. System (90), umfassend mindestens zwei Computerprogramm¬ produkte (80, 85), wobei ein erstes Computerprogrammprodukt (80) in einem Schaltgerät (60) ausgeführt wird und ein zwei- tes Computerprogrammprodukt (85) in einer übergeordneten Steuereinrichtung () ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Computerprogrammprodukte (80, 85) dazu ausgebildet sind, durch ihr Zusammenwirken ein Verfahren (100) nach min- destens einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.

11. System (90) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Steuereinrichtung () als Speicherpro¬ grammierbare Steuerung (), als Anlagenleitrechner, als Hand- gerät (), oder als Computer-Cloud () ausgebildet ist.

12. Sanftstarter (60) zur Steuerung eines Elektromotors (15), wobei der Sanftstarter (60) in zumindest einer Phase (22, 24, 26) einen Halbleiterschalter (32, 34, 36) und einen parallel geschalteten elektromechanischen Schalter (33, 35, 37) aufweist und eine interne Steuereinheit (40) umfasst, die zur Betätigung des Halbleiterschalters (32, 34 ,36) und des elek¬ tromechanischen Schalters (33, 35, 37) ausgebildet ist, da¬ durch gekennzeichnet, dass in einem Speicher des Sanftstar- ters (60) ein Computerprogrammprodukt (80, 85) ausführbar ge¬ speichert ist, das nach Anspruch 9 ausgebildet ist.

13. Elektromotoranordnung (65), umfassend einen Elektromotor (15), der zu seiner Steuerung mit einem Sanftstarter (60) verbunden ist, wobei der Sanftstarter (60) einen Speicher aufweist, in dem ein erstes Computerprogrammprodukt (80) aus¬ führbar gespeichert ist, und der Sanftstarter (60) mit einer übergeordneten Steuereinrichtung (42) verbunden ist, die einen Speicher aufweist, in der ein zweites Computerprogramm- produkt (85) ausführbar gespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Computerprogrammprodukte (80, 85) als ein Sys¬ tem (90) gemäß Anspruch 10 oder 11 zusammenwirken.

Description:
Beschreibung

Bremsverfahren für einen Elektromotor

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bremsen eines Elektromotors, sowie ein Computerprogrammprodukt zur Umsetzung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft auch ein System, das zwei Computerprogrammprodukte umfasst, die zur Durchführung des Verfahrens zusammenwirken. Ebenso betrifft die Erfindung ei ¬ nen Sanftstarter und eine Elektromotoranordnung, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt wird.

Aus WO 2012/065637 AI ist ein Verfahren zum Beenden eines Ab- bremsvorgangs eines dreiphasigen Drehstrommotors bekannt. Zum Abbremsen werden ein erster und ein zweiter Thyristor derart angesteuert, dass ein Bremsstrom hervorgerufen wird. Während des Bremsvorgangs wird der Bremsstrom nach einem Löschen des ersten Thyristors vom zweiten Thyristor übernommen.

Die bisher unveröffentlichte Internationale Anmeldung

PCT/EP2016/077201 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung ei ¬ ner elektromotorischen Kraft, die auf einer Erfassung einer Spannung eines Elektromotors basiert. Die Ermittlung der elektromotorischen Kraft wird zu einem Anfahren des Elektromotors genutzt und gewährleistet ein energieeffizientes An ¬ fahren .

In zahlreichen Anwendungsgebieten, beispielsweise in der Hyd- raulik oder der Fördertechnik, können in Anlagen Betriebssituationen auftreten, die ein schnelles Stoppen eines Elektromotors gebieten. Bekannte Verfahren zum Anhalten eines Elektromotors, beispielsweise gemäß Stopp-Kategorie 0, umfassen, dass die Stromversorgung des Elektromotors unterbrochen wird, was zu einem sogenannten Austrudeln des Elektromotors führt. Beim Austrudeln liegt jedoch noch eine unerwünschte Aktivität des Elektromotors vor. Es besteht Bedarf an einem Verfahren zum zügigen Abbremsen eines Elektromotors, das zuverlässig arbeitet, mit geringem Aufwand implementierbar ist und auch in bestehenden Anlagen einfach nachrüstbar ist.

Diese Aufgabenstellung wird durch das erfindungsgemäße Ver- fahren zum Abbremsen eines Elektromotors gelöst. Das Verfah ¬ ren geht von einem Elektromotor aus, der sich in einem aktiven Betriebszustand befindet und über einen Schaltgerät, ins ¬ besondere einem Sanftstarter, mit einer Stromversorgung verbunden ist. Das Schaltgerät weist zumindest einen Halbleiter- Schalter auf, zu dem parallel ein elektromechanischer Schalter in einer Phase zur Stromversorgung des Elektromotors angeordnet ist. Im aktiven Betriebszustand ist der Halbleiter ¬ schalter inaktiv und der elektromechanische Schalter geschlossen, so dass der Stromfluss zum Elektromotor aus- schließlich über den elektromechanischen Schalter erfolgt. In einem ersten Schritt wird der Halbleiterschalter betätigt und leitend gestellt. Hierdurch wird ein Teil in der entsprechenden Phase vorliegenden Stroms nunmehr durch den Halbleiterschalter und den elektromechanischen Schalter gleichzeitig geleitet. Somit wird eine im parallel angeordneten elektrome ¬ chanischen Schalter vorliegende Stromstärke verringert. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Öffnen des parallel ange ¬ ordneten elektromechanischen Schalters. Infolgedessen wird der in der Phase vorliegende Strom nunmehr ausschließlich über den Halbleiterschalter geleitet. In einem weiteren

Schritt wird ein sperrender Zustand des Halbleiterschalters für eine einstellbare Dauer herbeigeführt. Während der ein ¬ stellbaren Dauer wird eine elektromotorische Kraft ermittelt, die einer vom Elektromotor induzierten Spannung entspricht. Die Ermittlung der elektromotorischen Kraft beruht unter anderem auf einer erfassten Motorklemmenspannung. Basierend der elektromotorischen kraft wird ein zu einem künftigen Zeitpunkt vorliegendes ein resultierendes Drehmoment ermittelt. Die Dauer ist dabei durch eine Benutzereingabe, ein Computer- programmprodukt , und/oder eine übergeordnete Steuereinrich ¬ tung einstellbar. Das Ermitteln des resultierenden Drehmoments umfasst eine quantitative Ermittlung und auch eine Vor ¬ zeichenermittlung des resultierenden Drehmoments. Ein resul- tierendes Drehmoment mit negativem Vorzeichen ist dabei der im aktiven Betriebszustand vorliegenden Drehrichtung des Elektromotors entgegen gerichtet. Die Ermittlung des resul ¬ tierenden Drehmoments, bzw. der elektromotorischen Kraft, ba- siert auf dem entsprechenden Verfahren, das in der bisher unveröffentlichten Internationalen Anmeldung PCT/EP2016/077201 beschrieben ist. Der Offenbarungsgehalt von PCT/EP2016/077201 wird durch Verweisung in die vorliegende Anmeldung mit einbe ¬ zogen .

In einem weiteren Schritt wird ein Betätigungszeitpunkt für den Halbleiterschalter ermittelt, der zum Bremsen des Elektromotors geeignet ist, also ein Betätigungszeitpunkt, zu dem die vorliegende elektromotorische Kraft ein resultierendes Drehmoment hervorruft, das der Drehrichtung des Elektromotors entgegen gerichtet ist. Durch das Betätigen wird der Halblei ¬ terschalter leitend gestellt, so dass sich das resultierende Drehmoment am Elektromotor einstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein erhöhtes abbremsen ¬ des Drehmoment zur Verfügung und gewährleistet so ein schnel ¬ les Abbremsen des Elektromotors. Ferner ist das bremsende re ¬ sultierende Drehmoment auch in Abhängigkeit weiterer Vorga ¬ ben, zum Beispiel einer maximalen Bremsverzögerung des Elekt- romotors einstellbar. Dabei ist auch die maximale Stromstärke in einer stromführenden Phase beim Bremsvorgang einstellbar, so dass Überlastungen des Elektromotors oder seiner Leitungen vermieden werden. Darüber hinaus kommt das erfindungsgemäße Verfahren ohne zusätzliche Hardware aus und kann ohne Weite- res auch in bestehenden Sanftstartern implementiert werden.

In einer Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens wird der Halbleiterschalter für eine einstellbare Betätigungsdauer leitend geschaltet. Die einstellbare Betätigungsdauer korres- pondiert dabei vorzugsweise mit einer Dauer, während der ab dem Betätigungszeitpunkt durchgehend eine elektromotorische Kraft vorliegt, die dazu geeignet ist, ein resultierendes Drehmoment hervorzurufen, das der Drehrichtung des Elektromo- tors entgegen gerichtet ist. Diese Dauer wird im Zuge der Be ¬ rechnung der elektromotorischen Kraft mit berechnet.

Vorzugsweise entspricht der Betätigungszeitpunkt im Wesentli- chen dem Zeitpunkt, ab dem eine elektromotorische Kraft vor ¬ liegt, die dazu geeignet ist, ein resultierendes Drehmoment hervorzurufen, das der Drehrichtung des Elektromotors entgegen gerichtet ist. Die entsprechende Wahl des Betätigungs ¬ zeitpunkts und/oder der darauffolgenden Betätigungsdauer ist der Zeitraum, in dem ein bremsendes resultierendes Drehmoment erzielbar ist, weitestgehend ausnutzbar. Infolgedessen wird durch das beanspruchte Verfahren eine wirkungsvollere Brem ¬ sung des Elektromotors erzielt Ferner kann im beanspruchten Verfahren das Ermitteln des Betätigungszeitpunkts mittels eines Algorithmus oder anhand ei ¬ ner Wertetabelle erfolgen. Ebenso können ein Algorithmus und eine Wertetabelle hierzu auch in Kombination eingesetzt wer ¬ den. Ein Algorithmus erlaubt es, mit einer erhöhten Auflösung für jede erfasste Motorklemmenspannung des Elektromotors den Betätigungszeitpunkt exakt zu ermitteln. Eine Wertetabelle ermöglicht es, den notwendigen Rechenaufwand zu reduzieren und jedem Wert der Motorklemmenspannung schnell einen Betätigungszeitpunkt zuzuweisen. Infolgedessen kann das beanspruch- te Verfahren auch mit einfacher Hardware mit reduzierter Rechenleistung durchgeführt werden.

In einer weiteren Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens erfolgen das Erfassen der elektromotorischen Kraft des Elektromotors, und/oder das Ermitteln eines Betätigungszeit ¬ punkts, und/oder das Betätigungen des zumindest einen Halb ¬ leiterschalters mehrmals. So kann beispielweise nach einem erstmaligen Bremsen durch den mindestens einen Halbleiterschaltet erneut ein geeigneter Betätigungszeitpunkt ermittelt werden, zu dem der Elektromotor erneut in gleicher Weise gebremst wird. Die skizzierten Schritte werden einzeln oder in Kombination vorzugsweise solange wiederholt, bis die vorlie ¬ gende Drehzahl des Elektromotors eine einstellbare Solldreh- zahl unterschreitet. Die Solldrehzahl ist dabei durch eine Benutzereingabe, ein Computerprogrammprodukt, und/oder eine übergeordnete Steuereinrichtung einstellbar. Im Anschluss an die wiederholte Durchführung der beschriebe ¬ nen Verfahrensschritte kann zusätzlich unterhalb der Soll ¬ drehzahl beim Elektromotor nur noch die Halbleiterschalter in einem Phasenpaar mit wählbarem konstantem Zündwinkel betätigt werden, und so der Elektromotor weiter verzögert wird. Der Zündwinkel bleibt für die Halbleiterschalter für einen Abbremsvorgang konstant und ist beispielsweise durch eine Be ¬ nutzereingabe über die interne und/oder übergeordnete Steuer ¬ einheit wählbar. Diese Form des Bremsens stellt ein zuverläs ¬ siges und einfach durchführbares Bremsverfahren dar, das bei reduzierten Drehzahlen eine erhöhte Bremswirkung liefert. Ein solcher Bremsvorgang wird im Folgenden als Gleichstrombremsen bezeichnet .

In einer weiteren Ausführungsform des beanspruchten Verfah- rens ist der Elektromotor als Permanentmagnet-Synchronmotor, kurz PMSM, ausgebildet. PMSM gewährleisten ein hohes Maß an Energieeffizienz. Besonders beovrzugt ist der Elektromotor als PMSM mit Anlaufkäfig ausgebildet. Die Anwendung des bean ¬ spruchten Verfahrens auf einen PMSM erlaubt es, dessen Ener- gieeffizienz auch in bisher ineffizienten Betriebszuständen, wie beispielsweise bei einer Verzögerung, beizubehalten. Insgesamt wird so die Energieeffizienz über ein vergrößertes Be- triebszustandsspektrum verbessert . Ferner kann der mindestens eine Halbleiterschalter als Thyristor oder als Thyristorenpaar ausgebildet sein. Ebenso kann unter dem Halbleiterschalter jegliches halbleiterbasierte Schaltelement verstanden werden, das dazu in der Lage ist, mittels eines Betätigungsbefehls zwischen einem sperrenden und einem leitenden Zustand umgeschaltet zu werden. Mit einem Thyristorenpaar als Halbleiterschalter wird ein besonders hohes Maß an Spannungsfestigkeit, Zuverlässigkeit und Betäti ¬ gungsgeschwindigkeit erzielt. In einem Schaltgerät mit mehre- ren Halbleiterschaltern, beispielsweise in dreiphasigen

Sanftstartern, können die Halbleiterschalter sowohl bautypen- gleich als auch als Kombination von mehreren der skizzierten unterschiedlichen Bautypen sein.

Die oben beschriebene Aufgabenstellung wird auch durch das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt gelöst. Das Compu ¬ terprogrammprodukt ist zur Speicherung und Ausführung in ei ¬ nem Speicher eines Schaltgeräts und/oder einer übergeordneten Steuereinrichtung ausgebildet. Das Schaltgerät ist beispiels ¬ weise ein Sanftstarter. Unter einer übergeordneten Steuereinrichtung ist beispielsweise eine Speicherprogrammierbare Steuerung, ein Anlagenleitrechner, ein Handgerät, oder eine Computer-Cloud zu verstehen. Das Computerprogrammprodukt ist dazu ausgebildet, im Zusammenspiel mit dem Schaltgerät und/oder der übergeordneten Steuereinrichtung Betätigungsbefehle an mindestens einen Halbleiterschalter auszugeben.

Ebenso ist das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet, im Zusammenwirken mit dem Schaltgerät und/oder der übergeordne- ten Steuereinrichtung Messwerten, insbesondere zur Ermittlung einer Motorklemmenspannung eines Elektromotors, zu empfangen und zu verarbeiten. Die Verarbeitung umfasst dabei, ausgehend von den Messwerten, die Ermittlung eines Betätigungszeitpunkts für mindestens einen Halbleiterschalter, oder jeweils von separaten Betätigungszeitpunkten für eine Mehrzahl an

Halbleiterschaltern im Schaltgerät. Erfindungsgemäß ist das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet, mindestens eines der oben skizzierten Verfahren umzusetzen und so einen Elektromotor aus einem aktiven Betriebszustand abzubremsen. Ferner ist das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet, Eingaben zu empfangen und umzusetzen, die die Einstellung des Verfahrens betreffen. Dies umfasst die Dauer, für die der mindestens ei ¬ ne Halbleiterschalter gesperrt wird, und/oder die Solldrehzahl, bis zu der das beschriebene Verfahren zu wiederholen ist, und/oder die Dauer, für die der mindestens eine Halblei ¬ terschalter durch die Betätigung ab dem Betätigungszeitpunkt leitend gestellt wird. Das Computerprogrammprodukt setzt das beanspruchte Verfahren um, so dass die einzelnen Merkmale des Computerprogrammprodukts mit den Merkmalen des beschriebenen Verfahrens ohne Weiteres kombinierbar sind.

Gleichermaßen wird wie skizzierte Aufgabenstellung vom erfin- dungsgemäßen System von Computerprogrammprodukten gelöst. Das System umfasst mindestens zwei Computerprogrammprodukte, die kommunikativ miteinander interagieren . Ein erstes Computerprogrammprodukt ist in einem Schaltgerät ausführbar gespei ¬ chert und ein zweites Computerprogrammprodukt ist ein einer übergeordneten Steuereinrichtung ausführbar gespeichert. Erfindungsgemäß wirken das erste und zweite Computerprogramm ¬ produkt derart zusammen, dass zumindest eines der oben be ¬ schriebenen Verfahren umgesetzt wird. Dazu werden Funktionen und/oder Schritte des beanspruchten Verfahrens zwischen dem ersten und zweiten Computerprogrammprodukt aufgeteilt und durch geeignete Schnittstellen miteinander gekoppelt. Das erfindungsgemäße System wendet damit im Wesentlichen Ausführungsformen des oben beschriebenen Computerprogrammprodukts in Kombination auf einen Elektromotor an. Die Merkmale des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts sind deshalb auf das erste und zweite Computerprogrammprodukt des Systems übertragbar .

In einer bevorzugten Ausführungsform des beanspruchten Sys- tems ist die übergeordnete Steuereinrichtung als Speicherpro ¬ grammierbare Steuerung, kurz SPS, als Anlagenleitrechner, als Handgerät, insbesondere als Parametriergerät , oder als Compu- ter-Cloud ausgebildet. Die übergeordnete Steuereinrichtung kann auch als Komponente eines Zusatz-Sanftstarters ausgebil- det sein, der für andere Sanftstarter eine Kontrollfunktion ausführt. Das beschriebene Computerprogrammprodukt ist folg ¬ lich auf einer Vielzahl an Hardwareplattformen einsetzbar, so dass bei der Auslegung einer Elektromotoranordnung ein hohes Maß an Anpassbarkeit besteht.

Ebenso wird die zugrundeliegende Aufgabenstellung durch einen erfindungsgemäßen Sanftstarter gelöst, der zur Steuerung eines Elektromotors ausgebildet ist. Der Sanftstarter betätigt zumindest eine stromführende Phase, in der ein Halbleiter ¬ schalter angeordnet ist. Der Sanftstarter umfasst neben den Halbleiterschalter auch einen elektromechanischen Schalter, der parallel zum Halbleiterschalter geschaltet ist. Der

Sanftstarter verfügt auch über eine interne Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, Betätigungsbefehle an den Halblei ¬ terschalter und den zugehörigen elektromechanischen Schalter auszugeben. Ferner ist die interne Steuereinheit mit einer übergeordneten Steuereinrichtung koppelbar. Erfindungsgemäß ist in einem Speicher des Sanftstarters ein Computerprogrammprodukt ausführbar gespeichert, das dazu ausgebildet ist, zu ¬ mindest eines der oben skizzierten Verfahren auf dem

Sanftstarter umzusetzen. Dies erlaubt es insgesamt, einzelne Funktionen und/oder Schritte des zugrundeliegenden Verfahrens zweckmäßig auf unterschiedlichen Hardwareplattformen anzusiedeln und miteinander interagieren zu lassen.

[Anspruch 14] Gleichermaßen wird die beschriebene Aufgabenstellung durch die erfindungsgemäße Elektromotoranordnung ge- löst, die dazu ausgebildet ist, einen Elektromotor anzu ¬ steuern, der zu der Elektromotoranordnung gehört. Die erfindungsgemäße Elektromotoranordnung umfasst neben dem Elektromotor einen Sanftstarter, der einen Speicher aufweist. Der Speicher ist zur ausführbaren Speicherung eines ersten Compu- terprogrammprodukts ausgebildet. Ferner ist der Sanftstarter kommunikativ mit einer übergeordneten Steuereinrichtung verbunden, die ebenfalls einen Speicher aufweist. Der Speicher der übergeordneten Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, ein zweites Computerprogrammprodukt ausführbar zu speichern. Erfindungsgemäß wirken die beiden Computerprogrammprodukte als ein System zusammen, wie oben dargestellt. Eine solche Elektromotoranordnung erlaubt es, den eingesetzten Elektromotor schnell abzubremsen, wobei der Bremsvorgang ein hohes Maß an Energieeffizienz bietet. Ebenfalls erfordert das zum

Bremsvorgang notwendige Verfahren ein Minimum an Hardwareaufwand, da es im Wesentlichen auf Hardwarekomponenten basiert, die in einem Sanftstarter ohnehin vorhanden sind. Dadurch ist eine vorhandene Elektromotoranordnung einfach und schnell mit einem entsprechenden Sanftstarter und/oder das Aufspielen eines geeigneten Computerprogrammprodukts oder Systems von Com ¬ puterprogrammprodukten nachrüstbar, um so das entsprechende Verfahren umzusetzen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren einzelner Ausführungsformen beschrieben. Die Merkmale der Figuren sind dabei ohne Weiteres untereinander kombinierbar. Es zeigen im Einzelnen :

FIG 1 schematisch den Aufbau einer Ausführungsform der beanspruchten Elektromotoranordnung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist; FIG 2 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens;

FIG 3 einen Ablauf einzelner Verfahrensschritte einer

Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens.

In FIG 1 ist schematisch der Aufbau einer Elektromotoranord ¬ nung 65 dargestellt, auf die zumindest eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 anwendbar ist. Ein

Elektromotor 15, der als Permanentmagnet-Synchronmotor ausge- bildet ist, ist über einen Sanftstarter 60 mit einer dreipha ¬ sigen Stromversorgung 20 gekoppelt. Der Sanftstarter 60 ist jeweils mit den einzelnen Phasen 22, 24, 26 gekoppelt, die wiederum mit einzelnen Motorwicklungen des Elektromotors 15 verbunden sind. In jeder Phase 22, 24, 26 ist ein Halbleiter- Schalter 32, 34, 36 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, ei ¬ nen Stromfluss in einer der Phasen 22, 24, 26 von der dreiphasigen Stromversorgung 20 zum Elektromotor 15 zu unterbrechen. Die Halbleiterschalter 22, 24, 26 sind in FIG 1 als Paare antiparalleler Thyristoren ausgebildet. Jedem Halblei- terschalter 32, 34, 36 ist in der jeweiligen Phase 22, 24, 26 ein elektromechanischer Schalter 33, 35, 37 zugeordnet. Durch je einen elektromechanischen Schalter 33, 35, 37 ist ein Halbleiterschalter 32, 34, 36 überbrückbar. Der Sanftstarter 60 verfügt über eine interne Steuereinheit 40, die dazu aus ¬ gebildet ist, an die Halbleiterschalter 32, 34 ,36 Betäti ¬ gungsbefehle 45 auszugeben. Dadurch ist beispielsweise eine Phasenanschnittsteuerung oder eine Phasenabschnittsteuerung umsetzbar. Die interne Steuereinheit 40 ist auch dazu ausge ¬ bildet, an die elektromechanischen Schalter 33, 35, 37 Betätigungsbefehle 45 auszugeben. Die Betätigungsbefehle 45 wer ¬ den von einem ersten Computerprogrammprodukt 80, das in einem Speicher der internen Steuereinheit 40 ausführbar gespeichert ist, ermittelt. Dadurch ist die interne Steuereinheit 40 dazu geeignet, jeden elektromechanischen Schalter 33, 35, 37 und jeden Halbleiterschalter 32, 34, 36 separat zu betätigen. Die Elektromotoranordnung 65 verfügt auch über eine Messvorrichtung 17, die mit dem Elektromotor 15 gekoppelt ist. Die Mess- Vorrichtung 17 ist dazu ausgebildet, für die Phasen 22, 24, 26 separat physikalische Größen zu messen. Im Einzelnen ist durch die Messvorrichtung 17 in jeder Phase 22, 24, 26 eine vorliegende Motorklemmenspannung 28 und ein vorliegender Motorstrom 29 ermittelbar. Die bezeichneten Größen, also Motor- klemmenspannungen 28 und Motorströme 28, werden als Messwerten 18 an die interne Steuereinheit 40 weitergeleitet. Die Messwerte 18 dienen als Eingabewerte für das erfindungsgemäße Verfahren 100, das mittels des ersten Computerprogrammpro ¬ dukts 80 in der internen Steuereinheit 40 verwirklicht wird. Die interne Steuereinheit 40 ist über eine Kommunikationsver ¬ bindung 43 mit einer übergeordneten Steuereinheit 42 gekoppelt. In der übergeordneten Steuereinheit 42 ist in einem Speicher ein zweites Computerprogrammprodukt 85 ausführbar gespeichert. Über die Kommunikationsverbindung 43 sind Daten zwischen dem ersten und zweiten Computerprogrammprodukt 80, 85 im Betrieb des Sanftstarters 60 austauschbar. Einzelne Schritte und/oder Funktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 sind zwischen dem ersten und zweiten Computerprogrammpro ¬ dukt 80, 85 aufgeteilt. Durch die Kommunikationsverbindung 43 werden Resultate einzelner Schritte und/oder Funktionen ausgetauscht. Insgesamt bilden das erste und zweite Computerpro ¬ grammprodukt 80, 85 ein System 90, durch das das erfindungs- gemäße Verfahren 100 auf der Elektromotoranordnung 65 umgesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren 100 geht von einem aktiven Be- triebszustand 10 aus, in dem eine Drehung des Elektromotors 15 in eine betriebsmäßige Drehrichtung 12 mit einer Drehzahl 75 vorliegt. Die Drehrichtung 12 ist in FIG 1 durch den

Drehsinn des Pfeils 12 abgebildet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren 100 wird ein resultierendes Drehmoment 48 hervorge- rufen, durch das den Elektromotor 15 abbremst. Die Bremswirkung ist in FIG 1 durch den entgegengesetzten Drehsinn des Pfeils 48 dargestellt.

FIG 2 zeigt schematisch den Ablauf einer Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens 100, das mittels eines ersten Compu ¬ terprogrammprodukts 80 umgesetzt wird. Das Verfahren 100 geht von einem Ausgangszustand aus, in dem ein aktiver Betriebszu ¬ stand 10 eines Elektromotors 15 vorliegt. Der Elektromotor 15 weist dabei eine betriebsmäßige Drehrichtung 12 mit einer Drehzahl 75 auf. Der Elektromotor 15 ist ausgehend hiervon abzubremsen. In einem ersten Schritt 110 wird zumindest ein Halbleiterschalter 32, 34, 36 in einer Phase 22, 24, 26 des Elektromotors 15 betätigt und somit leitend gestellt. Eine Stromstärke in einem parallel zum mindestens einen Halblei- terschalter 32, 34, 36 elektromechanischen Schalter 33, 35 37 wird dadurch verringert und so ein lichtbogenfreies Schalten gewährleistet. In einem weiteren Schritt 120 erfolgt ein Öff ¬ nen des elektromechanischen Schalters 33, 35, 37. Infolgedes ¬ sen trägt der zumindest eine Halbleiterschalter 32, 34 ,36 den gesamten Motorstrom 29, der durch die jeweilige Phase 22, 24, 26 fließt.

Es folgt ein dritter Schritt 130, in dem der mindestens eine Halbleiterschalter 32, 34, 36 für eine einstellbare Dauer 54 gesperrt wird. Das Einstellen der Dauer 54, in der kein Strom durch den mindestens einen Halbleiterschalter 32, 34, 36 fließt, erfolgt beispielsweise durch eine Benutzereingabe über die interne und/oder übergeordnete Steuereinheit. Wäh- rend der einstellbaren Dauer 54 erfolgt in einem vierten Schritt 140 mittels der Messvorrichtung 17, die mit dem

Elektromotor 15 verbunden ist, ein Erfassen einer Motorklemmenspannung 28, die durch ein antriebsfreies Weiterdrehen des Elektromotors 15 hervorgerufen wird. Das Erfassen der Motorklemmenspannung 28 erfolgt in mindestens einer der Phasen 22, 24, 26, über die der Elektromotor 15 mit der Stromversorgung 20 verbunden ist. Die erfasste Motorklemmenspannung 28 wird in Form von Messwerten 18 an die interne Steuereinheit 40 weitergeleitet.

Während eines fünften Schritts 150 des Verfahrens 100 erfolgt ein Ermitteln eines Betätigungszeitpunkts 50. Dazu wird an ¬ hand der in zumindest einer Phase 22, 24 ,26 ermittelten Mo- torklemmenspannung 28 ein Verlauf einer elektromotorischen Kraft 79 durchgeführt. Die elektromotorische Kraft 79 ent ¬ spricht dabei der Kraft, die auf den Elektromotor 15 bei ge ¬ schlossenem Halbleiterschalter 32, 34, 36 einwirken würde. Je nach Vorzeichen der elektromotorischen Kraft 79 wird ein an- treibendes oder ein abbremsendes resultierendes Drehmoment 48 auf den Elektromotor 15 ausgeübt. Anhand des Verlaufs der elektromotorischen Kraft 79 während der einstellbaren Dauer 54, in der der zugehörige Halbleiterschalter 32, 34 ,36 gesperrt ist, erfolgt eine Prognose über den Verlauf der elektromotorischen Kraft 79 nach dem Betätigungszeitpunkt 50. Ab dem Betätigungszeitpunkt 50 wird zumindest ein Halbleiter ¬ schalter 32, 34, 26 leitend gestellt und somit ein abbremsendes resultierendes Drehmoment 48 auf den Elektromotor 15 aus ¬ geübt. Betätigungszeitpunkt 50 ist derart gewählt, dass für eine einstellbare Betätigungsdauer 56 ein abbremsendes resul ¬ tierendes Drehmoment 48 ausgeübt wird, und somit die Drehzahl 75 des Elektromotors 15 sinkt. Die Betätigungsdauer 56 ist dabei abhängig von der vorliegenden Drehzahl 75 des Elektromotors 15. Umso höher die Drehzahl 75 des Elektromotors 15 ist, umso länger ist die Betätigungsdauer 56, die auf den Be ¬ tätigungszeitpunkt 54 folgt. Im Anschluss daran erfolgt eine Verzweigung 155 des Verfah ¬ rens 100, in der geprüft wird, ob die vorliegende Drehzahl 75 des Elektromotors 15 eine einstellbare Solldrehzahl 76 unter ¬ schreitet. Liegt die Drehzahl 75 des Elektromotors 15 über der Solldrehzahl 76, erfolgt eine Rückführung 156 des Verfahrens 100 zum zweiten Verfahrensschritt 120. Ausgehend hiervon wird das Verfahren 100 ab dem zweiten Schritt 120 wiederholt.

Wenn in der Verzweigung 155 erfasst wird, dass die einstell- bare Solldrehzahl 76 durch die vorliegende Drehzahl 75 unterschritten wird, wird ein sechster Schritt 160 durchgeführt, in dem ein Gleichstrombremsen 62 durchgeführt wird. Durch das Gleichstrombremsen 62 wird die Drehzahl 75 des Elektromotors 15 bis zum Stillstand des Elektromotors 15 weiter reduziert. Mit dem Stillstand des Elektromotors 15 ist der Endzustand 200 des beanspruchten Verfahrens 100 erreicht.

FIG 3 zeigt schematisch den Verlauf einer ersten Ausführungs ¬ form des beanspruchten Verfahrens 100 anhand einer Mehrzahl an Diagrammen 70. Das Verfahren 100 wird mittels eines ersten und zweiten Computerprogrammprodukts 80, 85 umgesetzt, die auf einer internen Steuereinheit 40 und einer übergeordneten Steuereinheit 42 ausführbar gespeichert sind, und die als System 90 zusammenwirken. Die interne Steuereinheit 40 gehört dabei zu einem Sanftstarter 60. In den Diagrammen 70 bildet die horizontale Achse eine Zeitachse 72. Die vertikalen Ach ¬ sen bilden in den Diagrammen 70 Größenachsen 72, an denen jeweils unterschiedliche messbare bzw. abgeleitete Größen auf ¬ getragen sind. Die Zeitachsen 72 in den einzelnen Diagrammen 70 sind identisch, so dass in den einzelnen Diagrammen 70 vertikal untereinander liegende Größen zum selben Zeitpunkt vorliegen. Die Diagramme 70 zeigen das Verfahren 100 zum Abbremsen eines nicht näher dargestellten Elektromotors 15, der eine Drehzahl 75 in eine betriebsmäßige Drehrichtung 12 auf- weist. Das Verfahren 100 in FIG 1 geht davon aus, dass be ¬ reits eine Betätigung von Halbleiterschaltern 32, 34, 36 stattfindet. Zu einem Mess-StartZeitpunkt 49 wird durch einen Betätigungsbefehl 45 an die Halbleiterschalter 32, 34, 36 ein Stromfluss durch die drei Phasen 22, 24 ,26 unterbrochen. Wie im untersten Diagramm 70 in FIG 3 dargestellt, liegt nach dem Mess-StartZeitpunkt 49 kein Motorstrom 29 in den Phasen 22, 24, 26 mehr vor. Die Motorströme 29 in den einzelnen Phasen 22, 24, 26 ist über eine Messvorrichtung 17, die mit dem

Sanftstarter 60 zusammenwirkt, erfassbar und als Messwerte 18 an die interne Steuereinheit 40 des Sanftstarters 60 übermit ¬ telbar. Der Stromfluss durch die Phasen 32, 34, 36 wird dabei für eine einstellbare Dauer 54 unterbrochen. Die Länge der einstellbaren Dauer 54 ist durch eine Benutzereingabe, bei ¬ spielsweise über die interne Steuereinheit 40 eines Sanft ¬ starters 60 und/oder eine übergeordnete Steuereinheit 42 ein ¬ stellbar. Während der einstellbaren Dauer 54 wird eine Motorklemmenspannung 28 in den jeweiligen Phasen 22, 24, 26 des Elektromotors 15 ermittelt. Der Verlauf der Motorklemmenspan ¬ nungen 28 in den einzelnen Phasen 22, 24, 26 ist im zweiuntersten Diagramm 70 dargestellt. Auch die Motorklemmenspannungen 28 der Phasen 22, 24, 26 sind jeweils mit der Messvorrichtung 17 erfassbar und als Messwerte 18 an die interne Steuereinheit 40 des Sanftstarters 60 übermittelbar.

Während der einstellbaren Dauer 54 erfolgt ein Ermitteln eines Betätigungszeitpunkts 50 für zumindest einen Halbleiter ¬ schalter 32, 34, 36. Dazu wird auf Basis der Motorklemmen- Spannungen 28 in den Phasen 22, 24, 26 ermittelt, wann ein leitend gestellter Halbleiterschalter 32, 34, 36 zu einem abbremsenden resultierenden Drehmoment 48 führt. Während der einstellbaren Dauer 54 korrespondiert der Verlauf der

elektromotorischen Kraft 79, wie im mittleren Diagramm 70 dargestellt, mit dem Verlauf der Motorklemmenspannungen 28.

Der Betätigungszeitpunkt 50 für den mindestens einen Halblei ¬ terschalter 32, 34 ,36 wird so ermittelt, dass für eine ein ¬ stellbare Betätigungsdauer 56 einresultierendes Drehmoment 48 vorliegt, das in seiner Orientierung der vorliegenden Dreh- richtung 12 des Elektromotors 15 entgegen gerichtet ist. Im zweiten Diagramm 70 ist die Drehrichtung 12 der Elektromotors 15 als positiver Abschnitt der zugehörigen Größenachse 72 dargestellt. Das resultierende Drehmoment 48, das der vorlie- genden Drehrichtung 12 entgegen gerichtet ist, wird während des Verfahrens 100 dadurch ausgeübt, dass zumindest ein Halb ¬ leiterschalter 32, 34, 36 für die einstellbare Betätigungs ¬ dauer 56 leitend gestellt wird. Die abbremsenden resultieren- den Drehmomente 48 sind im zweiten Diagramm 70 als Negativwerte skizziert. Während des Schritts 150, in dem das abbrem ¬ sende resultierende Drehmoment 48 dem Betrag nach schwankend und führt zu einem im Wesentlichen linearen Absinken der Drehzahl 75 des Elektromotors 15.

Die Schritte 130, 140, 150, in denen die Halbleiterschalter 32, 34, 36 gesperrt werden, die Motorklemmenspannung 28 in mindestens einer Phase 22, 24, 26 gemessen wird, die elektro ¬ motorische Kraft 79 und das resultierende Drehmoment 48 er- mittelt werden, und die Halbleiterschalter 32, 34, 36 ab einem Betätigungszeitpunkt 50 leitend gestellt werden, werden in FIG 3 wiederholt. Solange die Drehzahl 75 des Elektromo ¬ tors 15 eine einstellbare Solldrehzahl 76 übersteigt, werden die Schritte 130, 140, 150 wiederholt durchgeführt. Sobald die Drehzahl 75 die einstellbare Solldrehzahl 76 unterschrei ¬ tet, erfolgt ein Schritt 160, in dem der Elektromotor 15 durch ein Gleichstrombremsen 62 zum Stillstand gebracht wird.