Beschreibung

Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems sowie ein Motorsystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einer Treiberschaltung und einem Motor und weiterhin ein solches Motorsystem.

Je nach Einsatzgebiet werden Motorsysteme heute mit Einheiten versehen, die einen sanften Anlauf des Motors ermöglichen, um ein ruckartiges Anfahren des Motors z.B. bei sofortigem Anle ^¬ gen der maximalen Betriebsspannung zu vermeiden. Dazu wird der Motor üblicherweise mit einer Treiberschaltung versehen, die in geeigneter Weise, z. B. mit einer Phasenanschnittsteu ^¬ erung, durch eine Steuereinheit angesteuert wird, um ein langsames Ansteigen der Spannung, die dem Motor zugeführt wird, während einer Einschaltphase zu gewährleisten. Die Treiberschaltung weist üblicherweise Leistungshalbleiter auf, die einen Teil der dem Motor bereitgestellten Leistung aufnehmen und diese in Verlustwärme umwandeln.

Um den Leistungsverlust in der Treiberschaltung zu reduzie ^¬ ren, wird nach der Einschaltphase, d. h. bei Erreichen der maximalen Ansteuerung des Motors, die Treiberschaltung überbrückt, so dass die Verlustleistung in der Treiberschaltung, d. h. in deren Leistungshalbleiter, unterbunden wird. Dadurch wird die Verlustleistung im Dauerbetrieb, insbesondere bei Nennlast des Motors, erheblich reduziert, so dass die Schalt- Schrankklimatisierung erleichtert wird. Weiterhin kann dadurch auf groß dimensionierte Kühlelemente verzichtet werden, so dass ein kompakter Geräteaufbau möglich ist.

Wenn die Treiberschaltung überbrückt ist, wird der Motor üb- licherweise mit der maximalen verfügbaren Spannung angesteuert. Physikalisch bedingt reduziert sich bei einem Betrieb des Motors in einem Teillastbereich, d. h. einem Bereich, in dem die an dem Motor anliegende Last geringer ist als eine

Nennlast, der von dem Motor aufgenommene Strom nicht im glei ^¬ chen Maß. Dadurch entstehen im Motor jedoch höhere Wärmeverluste als nötig, so dass mehr Energie zum Betreiben des Mo ^¬ tors benötigt wird als notwendig. Wird der Motor bei Motor- Systemen, bei denen keine überbrückung der Treiberschaltung möglich ist, im Nennlastbereich betrieben, treten im Allgemeinen hohe Verluste in den Leistungshalbleitern der Treiberschaltung auf.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einem Motorsystem, bei dem ein Sanftanlauf des Motors realisiert ist, einen Betrieb des Motors zu ermöglichen, bei dem die Leistungsauf ^¬ nahme des Motors reduziert ist.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines

Motorsystems nach Anspruch 1 sowie durch das Motorsystem nach Anspruch 8 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems mit einer Treiberschaltung und einem Motor vorgesehen. Die Treiberschaltung wird während einer Einschaltphase betrieben, um einen Sanft ^¬ anlauf des Motors auszuführen. In einer Normalbetriebsphase ist die Treiberschaltung überbrückbar. Dabei wird in der Normalbetriebsphase die Treiberschaltung abhängig von einer Last, mit der der Motor betrieben wird, überbrückt.

Auf diese Weise kann ein Motorsystem mit einer Sanftanlaufop- tion in einem Energiesparbetrieb betrieben werden, indem in der Normalbetriebsphase der Motor nicht unabhängig von der angelegten Last angesteuert wird, wie es bei einem unbeding- ten überbrücken der Treiberschaltung nach der Einschaltphase der Fall wäre. Stattdessen wird das überbrücken der Treiberschaltung bedingt abhängig von der Last, die an dem Motor anliegt, durchgeführt.

Vorzugsweise wird die Last, mit der der Motor betrieben wird, detektiert, indem eine Messung eines Stromes durch den Motor durchgeführt wird. Die Strommessung ermöglicht das Ermitteln der Leistungsaufnahme des Motors, die wiederum zu der Last, die an dem Motor anliegt, in Beziehung steht.

Insbesondere wird, wenn die Last, mit der der Motor betrieben wird, größer ist als ein Schwelllastwert, die Treiberschal- tung überbrückt. Dabei wird vorzugsweise, wenn die Last, mit der der Motor betrieben wird, kleiner ist als der Schwelllastwert, kein überbrücken der Treiberschaltung durchgeführt und die Treiberschaltung so betrieben, dass der Motor mit Phasenanschnittbetrieb angesteuert wird. In diesem Betrieb wird dem Motor nur so viel Leistung zugeführt, wie zum Be ^¬ trieb des Motors an der Teillast erforderlich ist. Weiterhin wird vorzugsweise die Leistung abhängig von der Last, mit der der Motor betrieben wird, eingestellt (Energiesparbetrieb) .

Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in der Normalbetriebsphase die Treiberschaltung weiterhin abhängig von einer Temperatur in der Treiberschaltung überbrückt wird. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Treiberschaltung, die in der Regel bei einem Motorsystem mit einem Sanftanlaufbetrieb nur für geringe Belastungen ausgelegt ist, gegen ein überhitzen im Energiesparbetrieb geschützt werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Motorsystem mit einem Motor, einer Treiberschaltung zum Ansteuern des Motors, und einer Steuereinheit vorgesehen, die mit der Treiberschaltung verbunden ist, um die Treiberschaltung während einer Einschaltphase anzusteuern, so dass ein Sanftanlauf des Motors ausgeführt wird. Weiterhin ist eine überbrückungsschaltung vorgesehen, mit der in einer Normalbe- triebsphase die Treiberschaltung überbrückbar ist, wobei die Steuereinheit in der Normalbetriebsphase die Treiberschaltung abhängig von einer Last, mit der der Motor betrieben wird, mit Hilfe der überbrückungsschaltung überbrückt.

Vorzugsweise ist eine Detektionsschaltung vorgesehen, um die Last, mit der der Motor betrieben wird, zu detektieren, indem eine Messung eines Stromes durch den Motor durchgeführt wird.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung überbrückt die Steuereinheit, wenn mit Hilfe der Detektionsschaltung festge ^¬ stellt wird, dass die Last, mit der der Motor betrieben wird, größer ist als ein Schwelllastwert, die Treiberschaltung.

Ferner kann die Steuereinheit, wenn mit Hilfe der Detekti ^¬ onsschaltung festgestellt wird, dass die Last, mit der der Motor betrieben wird, kleiner ist als der Schwelllastwert, die Treiberschaltung ansteuern, um den Motor in einem Phasen- anschnittbetrieb zu betreiben.

Weiterhin kann die Steuereinheit die Treiberschaltung so betreiben, dass die Leistung abhängig von der Last, mit der der Motor betrieben wird, eingestellt wird (Energiesparbe- trieb) .

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinheit die überbrückungsschaltung in der Normalbetriebsphase ansteuern, so dass die Treiberschaltung abhängig von einer Temperatur in der Treiberschaltung überbrückt wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :

FIG 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Motorsystems;

FIG 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Betreiben eines Motorsystems in einer wei- teren Ausführungsform der Erfindung; und

FIG 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Motorsystems gemäß einer weiteren Ausfüh ^¬ rungsform der Erfindung.

In FIG 1 ist ein Blockschaltbild eines Motorsystems 1 darge ^¬ stellt, das einen Elektromotor 2, z. B. einen Asynchronmotor oder einen anderen bürstenlosen Motor aufweist. Der Motor 2 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Wech ^¬ selstromquelle 3 betrieben und ist mit dieser direkt über ei ^¬ ne überbrückungsschaltung 4, die z.B. als Schalter ausgebildet ist, verbindbar oder über eine Treiberschaltung 5, die abhängig von einem bereitgestellten Ansteuerwert S den Wech- selstrom aus der Wechselstromquelle 3 z. B. durch eine Pha ^¬ senanschnittssteuerung modifiziert, um eine Teilleistung an den Motor 2 anzulegen.

Die Ansteuergröße S wird von einer Steuereinheit 6 bereitge- stellt. Die Steuereinheit 6 ist weiterhin mit der überbrü ^¬ ckungsschaltung 4 verbunden, um diese zu schalten , so dass die Treiberschaltung 5 überbrück wird oder nicht. Weiterhin kann die Steuereinheit 6 mit einer Detektorschaltung 7 verbunden sein, die einen Strom in den Motor 2 misst, um daraus die Last an dem Motor 2 zu ermitteln. Ferner kann optional ein Temperatursensor 8 vorgesehen sein, der an der Treiberschaltung 5 angeordnet ist, um die Temperatur der Treiberschaltung 5 festzustellen und insbesondere um festzustellen, ob ein bestimmter Temperaturschwellwert überschritten wird. Die Temperatur und/oder das überschreiten des Temperaturschwellwertes wird der Steuereinheit 6 angezeigt.

In FIG 2 ist ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des Verfahrens zum Betreiben des Motorsystems 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Nach dem Einschalten des Motorsystems bzw. nach dem Signalisieren, dass der Motor 2 anlaufen soll wird der Motor gemäß einem Sanftanlaufprogramm mit ansteigender Leistung angesteuert, so dass der Motor ohne Rucken anläuft (Schritt Sl) . Anschließend, d.h. nach Beenden der Einschalt- phase, wird in einem Schritt S2 überprüft, ob die Last, mit der der Motor 2 betrieben wird, größer ist als ein Schwelllastwert. Dabei wird zunächst mit Hilfe der Detektorschaltung 7 die Last an dem Motor 2 bestimmt. Wenn die Last an dem Mo-

tor 2 größer ist als der Schwelllastwert (Schritt S3) , steu ^¬ ert die Steuereinheit 6 die überbrückungsschaltung 4 an, so dass der Motor 2 direkt über den geschlossenen Schalter der überbrückungsschaltung mit der Wechselstromquelle 3 verbunden wird und dadurch die Treiberschaltung 5 überbrückt wird.

Ist die Last, mit der der Motor betrieben wird, kleiner als der Schwelllastwert, so wird in Schritt S4 die überbrückungs ^¬ schaltung 4 durch die Steuereinheit 6 angesteuert, so dass die direkte Verbindung zwischen der Wechselstromquelle 3 und dem Motor 2 unterbrochen wird, und der Motor 2 nun über die Treiberschaltung 5 angesteuert wird (Schritt S5) . Die Steuer ^¬ einheit 6 steuert abhängig von der in Schritt S2 ermittelten Last an dem Motor 2 die Treiberschaltung 5 an, so dass dem Motor 2 nur eine Leistung zur Verfügung gestellt wird, die zum Betreiben der an dem Motor 2 angelegten Last ausreichend ist. Beispielsweise kann die Treiberschaltung 5 eine Phasenanschnittssteuerung des von der Wechselstromquelle 3 bereit ^¬ gestellten Wechselstroms anhand der Ansteuergröße S durchfüh- ren, die von der Steuereinheit 6 anhand des detektierten Stromes durch den Motor 2 ermittelt wird. Die Phasenan ^¬ schnittsteuerung bewirkt, dass die effektive Spannung, die an den Motor 2 angelegt wird, reduziert wird, so dass die Leis ^¬ tungsaufnahme des Motors 2, der, wie zuvor festgestellt wur- de, nur mit einer Teillast betrieben wird, geringer ist als bei einer überbrückten Treiberschaltung 5, bei der der Motor mit einer von der Wechselstromquelle bereitgestellten Maximalspannung betrieben wird.

In FIG 3 ist eine weitere Möglichkeit für ein Verfahren zum

Betreiben eines Motorsystems gemäß der Erfindung dargestellt. Identische Schritte des Verfahrens sind mit den gleichen Be ^¬ zugszeichen, wie in FIG 2, versehen. Im Wesentlichen unterscheidet sich das Verfahren der FIG 3 dadurch, dass nach dem Schritt S2, wenn die Last, mit der der Motor betrieben wird, kleiner ist als der Schwelllastwert, zunächst in einem Schritt S6 abgefragt wird, ob die Leistungshalbleiter der Treiberschaltung 5 eine höhere Temperatur aufweisen als der

Temperaturschwellwert. Dies kann durch den Temperaturdetektor 8 festgestellt werden, der entweder die Temperatur der Treiberschaltung 5 angibt und diese an die Steuereinheit 6 über ^¬ mittelt oder feststellt, dass der Temperaturschwellwert über- schritten worden ist, und dieses überschreiten an die Steuereinheit 6 signalisiert.

Wird festgestellt, dass der Temperaturschwellwert überschrit ^¬ ten wurde, führt das Verfahren als nächsten Schritt den Schritt S3 aus, bei dem die überbrückungsschaltung 4 ange ^¬ steuert wird, um die Treiberschaltung 5 zu überbrücken. Dadurch wird der Motor 2 direkt mit der Wechselstromquelle 3 verbunden und die Ansteuerung der Treiberschaltung 5 unterbleibt und wird vorzugsweise so durchgeführt, dass die Leis- tungshalbleiter in der Treiberschaltung 5 in einem ausgeschalteten Zustand sind.

Hat die Temperatur der Treiberschaltung 5 den Temperaturschwellwert nicht überschritten, so wird als nächstes der Schritt S4 ausgeführt, wobei die überbrückungsschaltung 4 de ^¬ aktiviert (geöffnet) wird, sofern sie noch nicht deaktiviert ist, und die Treiberschaltung 5 entsprechend dem oben be ^¬ schriebenen Schritt S5 angesteuert, um den Motor 2 optimal in dem Teillastbereich angepasst an die an dem Motor 2 angelegte Last (ermittelt in Schritt S2) zu betreiben.

Die Abfragen des Schrittes S2 und des Schrittes S6 werden wiederholt durchgeführt, so dass die Steuereinheit 6 auch während des laufenden Betriebs jederzeit entscheiden kann, zwischen dem Energiesparbetrieb, bei dem der Motor 2 nach der Einschaltphase mit einer Teillast betrieben wird und über die Treiberschaltung 5 angesteuert wird, und einem überbrückungs- betrieb, bei dem der Motor 2 direkt durch die Wechselstromquelle 3 versorgt wird, zu wechseln.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere Motor ^¬ systeme, bei denen die Treiberschaltung 5 ausgelegt ist, um lediglich einen Sanftanlauf des Motors zu gewährleisten. Ein

solcher Sanftanlauf findet nur kurzzeitig während einer Ein ^¬ schaltphase des Motors 2 statt, d. h. die Treiberschaltung ist entsprechend dieser Anforderung minimal dimensioniert und nicht für einen Dauerbetrieb des Motors 2 vorgesehen, da ent- weder die Leistungshalbleiter zu schwach ausgelegt sind, oder eine geeignete Wärmeabführung nicht vorgesehen ist. Insbesondere aus diesem Grunde ist der Schwelllastwert so zu wählen, dass ein Betrieb des Motors 2 in einem Teillastbereich nicht zu einem überlasten der Treiberschaltung 5 führt, was insbe- sondere bei dem Verfahren gemäß Figur 3 zu einem häufigen Hin- und Herschalten zwischen dem überbrückungsbetrieb und dem Energiesparbetrieb aufgrund des überschreitens des Tempe ^¬ raturschwellwerts führen würde. Ein Energiesparbetrieb ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Motor in Teillast (z. B. < 60 % der Motornennleistung) betrieben wird. Die Motornennleistung ist die maximale Leistung, mit der der Motor zuverlässig über eine unbegrenzte Zeitdauer betrieben werden kann. Um die Anzahl dieser Umschaltvorgänge zwischen dem Energie ^¬ sparbetrieb und dem überbrückungsbetrieb noch weiter zu redu- zieren, kann der Schwelllastwert auch so gewählt werden, dass der Energiesparbetrieb nur durchgeführt wird, wenn die Last des Motors zu einem Strom durch den Motor führt, der 20 % - 40 % des (von der Nennleistung abhängigen) Nennstromes des Motors beträgt.