Stand der Technik Weiters wird eine Synchronmaschine zur Durchführung des Verfahrens mit einem beispielsweise permanenterregten Rotor und mit einer kurzschließbaren Ankerwicklung vorgeschlagen, die an einen Stromrichter angeschossen ist, der je eine über Leistungsschalter schaltbare Halbbrücke für positive und negative Halbwellen des Stromes aufweist.

Bei Überbelastungen, Netzspannungsausfall, Zwischenkreisüberspannung, Verlust der Positions-bzw. Geschwindigkeitsinformation kann es für Syn- chronmaschinen notwendig sein, einen sofortigen Notstop einzuleiten. Dieser Notstop kann entweder durch Energietrennung der Ankerwicklungen vom Netz oder durch eine aktive Bremsung erfolgen. Eine besonders einfache Möglich- keit einer aktiven Bremsung für Synchronmotoren ist die Kurzschlußbremsung, bei der die Klemmen der Ankerwicklungen über einen Leistungsschalter, gege- benenfalls unter Zwischenschaltung von Bremswiderständen, kurzgeschlossen werden. Der erzielbare Bremsmomentverlauf über der Drehzahl entspricht in diesem Fall ungefähr dem des Drehmomentenverlaufes einer Asynchronma- schine. Soll eine Bremsung einer Synchronmaschine eingeleitet werden, muß zuvor der Wechselrichter deaktiviert werden, um eine Zwischenkreiskurzschluß zu vermeiden, wonach der Leistungsschalter die Ankerwicklungen, gegebenen- falls unter Zwischenschaltung von Bremswiderständen, kurzschließt. Werden im Kurzschlußkreis keine zusätzlichen Bremswiderstände vorgesehen, variiert das Bremsmoment während des Abbremsvorganges besonders stark über der Drehzahl. So steigt das zu Beginn der Bremsung verhältnismäßig geringe Bremsmoment erst verhältnismäßig spät zu seinem Maximalwert an, um gleich danach steil gegen Null abzufallen. Der Nachteil liegt somit in dem verhältnis- mäßig kleinen Anfangbremsmoment und im nicht über den gesamten Dreh- zahlbereich konstanten Bremsmoment. Soll der Anfangswert des Bremsmo- mentes angehoben werden, ist im Kurzschlußkreis ein zusätzlicher Bremswi- derstand vorzusehen, wodurch das Bremsmoment ähnlich der Momentkennli- nie des Asynchronmotors verschoben und die Gleichförmigkeit des Bremsmo- mentes verbessert werden kann. Ein wesentlicher Nachteil bei der Verwendung von Bremswiderständen liegt darin, daß zusätzliche Komponenten vorgesehen werden müssen, die zudem einer starken thermischen Belastung unterliegen, was es in Abhängigkeit der Dimensionierung der Bremswiderstände nicht immer ermöglicht, sofort nach einer durchgeführten Kurzschlußbremsung eine erneute Kurzschlußbremsung einzuleiten. Zwischen zwei Kurzschlußbremsun- gen muß somit eine vorbestimmte Zeit abgewartet werden, bis sich die Brems- widerstände wieder abgekühlt haben. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der Kurzschlußbremsung liegt darin, daß der Kurzschlußstrom hohe Spitzenwerte erreichen kann, was gegebenenfalls eine dauerhafte Schädigung des Motors, insbesondere eine Entmagnetisierung von Permanentmagneten einer perma- nenterregten Synchronmaschine, zur Folge hat, wenn ein maximal zulässiger Strom überschritten wird.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Bremsen einer Synchronmaschine der eingangs geschilderten Art anzugeben, mit dem der Kurzschlußstrom sicher begrenzt und das zu erzielende Bremsmoment möglichst über das gesamte Drehzahlband auf einem nahezu konstanten Wert geregelt werden können soll. Weiters soll eine Synchronmaschine zur Durch- führung des Verfahrens geschaffen werden, die über eine möglichst einfache Bremseinrichtung verfügt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Kurzschlußstrom durch eine Pulsweitenmodulation in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem dem Sollwert des Bremsmomentes entsprechenden Sollwert des Kurzschlußstro- mes und dem Istwert des Kurzschlußstromes geregelt wird.

Erfindungsgemäß wird der Kurzschlußstrom in den Ankerwicklungen pulswei- tenmoduliert geregelt, was beispielsweise dadurch erreicht wird, daß Lei- stungsschalter die Ankerwicklungen in Abhängigkeit der jeweils von der Rege- lung vorgegebenen Kurzschlußdauer kurzschließen. Mit Hilfe der Pulsweiten- modulation kann der Kurzschlußstrom derart vorgegeben werden, daß sich das gewünschte Bremsmoment auf besonders einfache Weise einstellt. Damit ist es nicht nur Möglich das Bremsmoment über den gesamten Drehzahlbereich nahezu konstant zu halten, sondern ergibt sich auch die Möglichkeit auf be- sonders einfache Weise mit jedem kleineren, als dem maximalen Drehmoment abzubremsen, da es bei manchen Anwendungen durch eine zu starke Ab- bremsungen zu Schäden in der über die Motorwelle der Synchronmaschine angekoppelten Mechanik kommen kann. Ein übermäßig starkes Ansteigen des Kurzschlußstromes kann mit der erfindungsgemäßen Regelung ebenfalls elegant behoben werden, wodurch ein Überschreiten des zulässigen Kurz- schlußstromes und somit beispielsweise ein entmagnetisieren von Perma- nentmagneten sicher verhindert werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfin- dungsgemäßen Regelung liegt darin, daß nach einer erfolgten. Kurzschluß- bremsung unmittelbar wieder eine Kurzschlußbremsung eingeleitet werden kann und keine Auskühlzeit abgewartet werden muß, wie dies bei einer Wider- standsbremsung gemäß dem Stand der Technik der Fall ist.

Eine erfindungsgemäße Synchronmaschine zur Durchführung des Verfahrens mit einem Rotor und mit einer kurzschließbaren Ankerwicklung, die an einen Stromrichter angeschlossen ist, der je eine über Leistungsschalter schaltbare Halbbrücke für positive und negative Halbwellen des Stromes aufweist, zeich- net sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die die Ankerwicklungen kurz- schließenden Leistungsschalter zumindest einer Halbbrücke des Stromrichters über eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem dem Sollwert des Bremsmomentes entsprechenden Sollwert des Kurzschluß- stromes und dem Istwert des Kurzschlußstromes ansteuerbar sind. Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Synchronmaschine wird der Kurzschluß in den Ankerwicklungen über den Wechselrichter erzeugt, so daß keine zusätzlichen Leistungshalbleiterbauteile notwendig sind. Zum Abbremsen der Synchronma- schine werden die Schaltzeiten für die Leistungsschalter nicht mehr von einer den Betrieb der Synchronmaschine steuernden Vektorregelung, sondern von einem Momentenregler bestimmt, der die Ankerwicklungen in Abhängigkeit des zu erzielenden Kurzschlußstromes ansteuert.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die die Ankerwicklungen kurzschlie- ßenden Leistungsschalter zweier Halbbrücken des Stromrichters abwechselnd über eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem dem Sollwert des Bremsmomentes entsprechenden Sollwert des Kurzschluß- stromes und dem Istwert des Kurzschlußstromes ansteuerbar sind. Dadurch können sowohl die Halbbrücke für positive Halbwellen als auch die Halbbrücke für negative Halbwellen des Stromrichters als Kurzschlußelemente verwendet werden wodurch eine bessere thermische Auslastung der Leistungsschalter gewährleistet ist. Die Bremsleistung wird gemäß dieser Ausgestaltungsform der Erfindung somit in besonders einfacher Weise über den im allgemeinen thermi- schen hochbelastbaren Stromrichter, die Ankerwicklung und einen gegebenen- falls vorgesehenen Bremswiderstand abgeführt, wodurch der. Bauaufwand minimiert wird und nur geringe zusätzliche Maßnahmen für den Bremsbetrieb einer erfindungsgemäßen Synchronmaschine vorgesehen werden müssen.

Alternativ zur vorgenannten Ausgestaltungsform einer Synchronmaschine kann sich eine Synchronmaschine mit einem Rotor und mit einer gegebenenfalls über einen Bremswiderstand kurzschließbaren Ankerwicklung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung dadurch auszeichnen, daß die Ankerwicklungen an eine über einen Leistungsschalter kurzschließbare Gleichrichterschaltung angeschlossen sind und daß der Leistungsschalter über eine Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem dem Sollwert des Bremsmomentes entsprechenden Sollwert des Kurzschlußstro- mes und dem Istwert des Kurzschlußstrómes ansteuerbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Synchronmaschine wird der Kurschluß für die Ankerwicklungen über eine gesonderte Leistungshalbleiter- schaltung erzeugt. Der Kurzschlußstrom der Ankerwicklungen wird in der Gleichrichterschaltung gleichgerichtet und die Ausgänge für positive und nega- tive Halbwellen des Gleichrichters anschließend über einen Leistungsschalter und gegebenenfalls einen Bremswiderstand kurzgeschlossen. Ein wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Synchronmaschine liegt darin, daß die Funk- tion der Bremseinrichtung auf besonders einfache Art und Weise ständig bzw. in gewissen Abständen geprüft werden kann, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn an die ständige Verfügbarkeit der Bremseinrichtung besonders hohe Anforderungen gestellt werden. So kann eine eigens vorgesehene Steue- rung jederzeit, also auch während des Betriebes der Synchronmaschine kurz- fristig für einen Kurzschluß im Gleichrichterschaltkreis sorgen und eine eigens vorgesehene Überwachungseinrichtung die ordnungsgemäße Funktion der Bremseinrichtung, beispielsweise über eine Strommessung im Kurzschluß- kreis, gewährleisten. Dieser Funktionstest kann, wie erwähnt, auch im Betrieb des Wechselrichters erfolgen, wodurch alle Komponenten und Funktionen der Bremseinrichtung laufend überprüft werden können. Durch die Zweikanaligkeit zwischen Bremseinrichtung und Stromrichter sowie die ständige Prüfbarkeit der Bremseinrichtung kann eine besonders hohe Sicherheitsklasse erreicht wer- den.

Kurze Beschreibung der Zeichnung In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schema- tisch dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 und 2 je eine Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Syn- chronmaschine, Fig. 3 und 4 zwei Regelkonzepte für die Kurzschlußbremsung, Fig. 5 und 7 Diagramme bezgl. des Drehmomenten bzw. Drehzahlverlaufes einer Kurzschlußbremsung gemäß des Standes der Technik und Fig. 6 und 8 Diagramme bezgl. Drehmomenten und Drehzahlverlaufes einer erfindungsgemäßen Kurzschlußbremsung.

Weg zur Ausführung der Erfindung Eine permanenterregte Synchronmaschine 1 umfaßt Ankerwicklungen u, v, w, die über eine Bremseinrichtung 2 zwei kurzschließbar sind. Für den normalen Betrieb der Synchronmaschine 1 ist ein Stromrichter 3 vorgesehen der über eine Ansteuereinheit 4 in üblicher Weise angesteuert wird.

Die Ansteuereinheit 4 umfaßt unter anderem einen Drehwinkel und Drehge- schwindigkeitsgeber 5, einen Positionsregler 6, einen Geschwindigkeitsregler 7, einen Stromregler 8 sowie Wandler für mathematische Transformationen 9, eine Raumzeigermodulation 10 und einen zwei aus drei Wandler 20.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gehört der Bremseinrichtung 2 ein Drehmomentregler 11 zu, der die Leistungsschaltelemente 12 und 13 in Fall einer Bremsung vorzugsweise abwechselnd kurzschließt. Zuvor muß allerdings eine Ansteuerung der Leistungsschalter 12 und 13 durch die An- steuereinheit 4 unterbunden werden, wozu die Schalter 14 in diesem Fall ge- öffnet werden. Zum Abbremsen der Synchronmaschine 1 werden die die An- kerwicklungen u, v, w kurzschließenden Leistungsschalter-12, 13 zumindest einer Halbbrücke 15,16 des Stromrichters 3 abwechselnd über den Regler 11 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem dem Sollwert des Bremsmo- mentes entsprechenden Sollwert des Kurzschlußstromes und dem Istwert des Kurzschlußstromes angesteuert. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gehört der Bremseinrichtung eine Gleichrichterschaltung 26 zu, die an die Ankerwicklungen u, v, w angeschlos- sen ist. Zum Abbremsen der Synchronmaschine 1 ist die an die Ankerwicklun- gen u, v, w angeschlossene Gleichrichterschaltung 26 über einen Leistungs- schalter 17 und einen Bremswiderstand 18 kurzschließbar, wobei der Lei- stungsschalter 17 über den Regler 11 in Abhängigkeit von der Differenz zwi- schen dem dem Sollwert des Bremsmomentes entsprechenden Sollwert des Kurzschlußstromes und dem Istwert des Kurzschlußstromes ansteuerbar ist.

Um die ordnungsgemäße Funktion der Bremseinrichtung 2 jederzeit überprüfen zu können, ist ein Steuergerät 19 vorgesehen, mit dem die Funktion der Bremseinrichtung auch während des Betriebes des Wechselrichters überprüft werden kann, indem dieser den Leistungsschalter 17 über den Regler 11 für einen vorbestimmten Zeitraum kurzschließt und dabei den im Kurzschlußkreis fließenden Kurzschlußstrom mißt.

Den Fig. 3 und 4 sind Regelkonzepte für die Kurzschlußbremsung zu entneh- men, wobei der Kurzschlußstrom ik der Ankerwicklungen u, v, w und das Soll- bremsmoment Mbr, sou stets als Eingangsgröße für die Regelung dient und die Regeleinrichtung am Ausgang Schaltzeiten Tk, on (Schalter ein) und Tk, off (Schalter aus) für die Leistungschalter 12,13, 17 liefert.

Fig. 5 und 6 zeigen einen Bremsmomentenverlauf über der Drehzahl bei einer Kurzschlußbremsung mit Bremswiderstand gemäß dem Stand der Technik (Fig. 5) und mit einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung (Fig. 6). Die Fig. 7 und 8 zeigen die den Fig. 5 und 6 zugehörigen Drehzahlverläufe über der Zeit.