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Title:
METHOD FOR HOLDING THE ROTARY POSITION OF A ROTOR OF A PERMANENTLY EXCITED THREE-PHASE MACHINE HAVING A SOFT STARTER, TO WHICH ROTOR AN EXTERNAL TORQUE IS APPLIED, AND THREE-PHASE MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/064099
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to achieve the energy efficiency class IE4 defined in IEC standard 60034, it is necessary to operate permanently excited synchronous machines directly from the mains. Since this is not readily possible, soft-starting devices come into consideration as cost-effective solutions. The invention relates to a method by means of which a rotor of a permanently excited three-phase machine (M), to which rotor an external torque is applied, can be held. In said method, two phases (U, V, W) have current pulses applied and at least one electric characteristic variable of the three-phase machine (M) is determined. The at least one electric characteristic variable is evaluated in order to draw conclusions about a static or a rotating state of the rotor (L), depending on a value or a time/value profile of the at least one electric characteristic variable. If it is determined that a rotating state of the motor (L) is present, countermeasures are initiated.

Inventors:
NANNEN HAUKE (DE)
ZATOCIL HEIKO (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/076126
Publication Date:
April 02, 2020
Filing Date:
September 26, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H02P27/18; H02P1/46; H02P3/02; H02P3/26; H02P6/182; H02P6/20
Domestic Patent References:
WO2018072810A12018-04-26
WO2006034977A12006-04-06
WO2018072810A12018-04-26
Foreign References:
EP0292685A11988-11-30
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Halten der Drehstellung eines mit einem ex ternen Moment beaufschlagten Läufers einer permanenterregten Drehstrommaschine (M) mit einem SanftStarter, mit den Schrit ten :

51) Beaufschlagen zweier Phasen (U, V, W) der Drehstromma schine (M) mit Strompulsen;

52) Ermittlung zumindest einer elektrischen Kenngröße der Drehstrommaschine (M) ;

S3 Auswertung der zumindest einen elektrischen Kenngröße, um abhängig von einem Wert oder einem zeitlichen Werteverlauf der zumindest einen elektrischen Kenngröße auf einen stati schen oder einen drehenden Zustand des Läufers (L) zu schlie ßen;

S4) wenn in Schritt S3 festgestellt wird, dass ein drehender Zustand des Läufers (L) vorliegt, Einleiten von Gegenmaßnah men .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Kenngröße die Amplitude der Strompulse ermit telt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Kenngröße eine in den Phasen (U, V, W) der Drehstrommaschine (M) induzierte Spannung ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass das Einleiten von Gegenmaßnahmen in

Schritt S4) das Erhöhen der Amplitude der Strompulse umfasst.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass das Einleiten von Gegenmaßnahmen in

Schritt S4) die Ausgabe eines Steuersignals zum Schließen ei ner mechanischen Bremse umfasst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass als Schritt Sla) zwischen Schritt Sl und S2 die Ausgabe eines Steuersignals zum Lösen der mechanischen Bremse erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schritte S1 bis S4 ausgeführt werden, wenn bei sich drehendem Läufer (L) eine vorgegebene Endlage detektiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn in Schritt S3 festgestellt wird, dass ein statischer Zu stand des Läufers (L) vorliegt, ein Steuersignal zum Schlie ßen der mechanischen Bremse ausgegeben wird.

9. Steuereinrichtung für eine Drehstrommaschine (M) mit

SanftStarter, dadurch gekennzeichnet, dass diese dazu einge richtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen .

10. Drehstrommaschine mit SanftStarter, dadurch gekennzeich net, dass ein Halten der Drehstrommaschine gemäß dem Verfah ren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8 erfolgt.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Halten der Drehstellung eines mit einem exter nen Moment beaufschlagten Läufers einer permanenterregten Drehstrommaschine mit einem Sanftstarter und Drehstrommaschi ne

Eine Drehstrommaschine wandelt mechanische Energie in Dreh strom oder Drehstrom in mechanische Energie um. Sie kann grundsätzlich als elektrischer Generator oder als Elektromo tor betrieben werden. Als Sanftanlauf werden Maßnahmen zur Leistungsbegrenzung beim Einschalten eines elektrischen Gerä tes, beispielsweise eines elektrischen Motors, bezeichnet.

Drehstrommaschinen werden gemäß der IEC-Norm 60034 anhand ih res Wirkungsgrades in verschiedene Energieeffizienzklassen eingeteilt. Gerade im unteren Leistungsbereich bis ca. 20kW lassen sich die gesetzlichen Wirkungsgrade für Elektroantrie be nur schwer einhalten, weshalb vermehrt die Verwendung von Permanentmagneten im Rotor angestrebt wird, z.B. als perma nenterregte Synchronmaschine (PMSM) .

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer solchen permanenterregten Synchronmaschine M, in der Ausführung als Innenpolmaschine mit einem Stator St und einem Läufer L. Der Läufer umfasst einen magnetischen Nordpol N und Südpol S. Der Stator St umfasst Wicklungsstränge U, V, W. Die Darstellung ist lediglich beispielhaft zu verstehen und hat keine ein schränkende Wirkung auf den Schutzbereich des beanspruchten Gegenstands .

Dieser Maschinentyp ermöglicht zwar hohe Energieeffizienzgra de, jedoch sind der Start sowie der Betrieb am starren Netz nicht ohne weiteres möglich.

Um dies zu ermöglichen, kann ein Dämpferkäfig im Läufer der Maschine vorgesehen werden, welcher zwar einen sicheren Hoch- lauf am starren Netz ermöglicht, jedoch das speisende Netz durch sehr hohe Anlaufströme stark belastet.

Ebenso ist der Betrieb an einem geeigneten leistungselektro nischen Stellglied, wie zum Beispiel einem Frequenzumrichter oder Sanftstarter möglich. Hier stellt insbesondere der Ein satz eines SanftStarter, auch Sanftanlaufgerät genannt, eine kostenfreundliche Lösung zum Hochlauf einer permanenterregten Synchronmaschine am starren Netz dar. Ein solcher Sanftstar ter reduziert beim Einschalten (z. B. mittels Phasenan schnitt) die Spannung und erhöht diese langsam bis zur vollen Netzspannung. Ein derartiger Sanftanlauf ist allerdings häu fig nur im lastlosen Zustand oder bei geringer Last möglich. Derzeit ist hierfür jedoch noch keine marktreife Lösung be kannt .

In der Dissertation von Dr. Marcel Benecke (Universität Mag deburg) mit dem Titel "Anlauf von energieeffizienten Syn chronmaschinen mit Drehstromsteller" wird eine Lösung zum Hochlauf der permanenterregten Synchronmaschine an einem Sanftstarter vorgestellt. Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren benötigt jedoch den aktuellen Polradwinkel der Ma schine, sodass die für die Arbeit verwendeten Motoren mit ei nem entsprechenden Gebersystem ausgestattet werden mussten. Unter einem Geber versteht man Drehzahl- und Lagegeber. Diese erfassen die mechanischen Größen Drehzahl und Lage. Ihre Sig nale sind erforderlich, um die Regler mit Istwerten zu ver sorgen und die vorhandenen Lage- und Drehzahlregelkreise zu schließen. Für die vektoriellen Regelverfahren bei Drehstro mantrieben dienen die Lage- und Drehzahlsignale auch als wichtige Eingangsgröße für den Stromregelkreis. Der Geber er fasst in diesem Fall die Drehzahl und/oder Lage unmittelbar an der Motorwelle.

Das Gebersystem wirkt sich negativ auf die Kosten und die Verfügbarkeit des Systems aus, was derzeit eine SanftStarter lösung für hocheffiziente Motoren unattraktiv macht. Aus die- sen Gründen ist ein Verfahren zum Hochlauf ohne Geber anzu streben .

Das benötigte Verfahren unterscheidet sich zu den im Stand der Technik bekannten geberlosen Verfahren dahingehend, dass es für einen Thyristorsteller und nicht einen Frequenzumrich ter verwendbar sein muss. Somit sind diese bekannten Verfah ren nicht anwendbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine ohne Geber anzugeben, das das Halten einer externen Last ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine permanenterregte Synchronmaschine ohne Geber anzugeben, welche mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren arbeitet.

Es wird ein Verfahren zum Halten der Drehstellung eines mit einem externen Moment beaufschlagten Läufers einer permanent erregten Drehstrommaschine mit einem Sanftstarter vorgeschla gen. Das externe Moment ist insbesondere ein konstant an dem Läufer (auch Rotor genannt) anliegendes Moment einer Last, z.B. eines Gewichts der Last oder eines Trägheitsmoments ei ner durch den Läufer bewegten Einrichtung.

Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Sl) Beaufschla gen zweier Phasen der Drehstrommaschine mit Strompulsen; S2) Ermittlung zumindest einer elektrischen Kenngröße der Dreh strommaschine; S3) Auswertung der zumindest einen elektri schen Kenngröße, um abhängig von einem Wert oder einem zeit lichen Werteverlauf der zumindest einen elektrischen Kenngrö ße auf einen statischen oder einen drehenden Zustand des Läu fers zu schließen; und S4) wenn in Schritt S3 festgestellt wird, dass ein drehender Zustand des Läufers vorliegt, Ein leiten von Gegenmaßnahmen.

Das Beaufschlagen zweier Phasen der Drehstrommaschine mit Strompulsen resultiert in einem Stromraumzeiger mit festem Winkel. Wird die Drehstrommaschine mit einem solchen pulsie- renden Stromraumzeiger bestromt, bringt sie ein Drehmoment auf, solange der Flusswinkel des Rotorflusses nicht mit dem Winkel des pulsierenden Ständerstromraumzeigers überein stimmt. Im Falle des durch die externe Last erzeugten, insbe sondere konstanten, Gegenmoments bedeutet dies, dass sich der Rotor, bedingt durch das Gegenmoment, soweit aus dem Winkel des Ständerstromraumzeigers herausbewegt bis das über eine Netzperiode gemittelte pulsierende Drehmoment dem Gegenmoment entspricht und die Drehstrommaschine bzw. der Läufer steht.

Durch das, vorzugweise kontinuierliche, Bestromen der zwei Motorphasen mit Hilfe des SanftStarters wird somit immer dann ein Gegenmoment erzeugt, wenn der Läufer aus der Ruheposition ausgelenkt wird.

Das Verfahren ermöglicht das, insbesondere kurzfristige, Hal ten einer Wellenposition einer mit dem Läufer drehfest ver bundenen Welle. Dies kann z.B. bei Hebevorgängen genutzt wer den, wenn eine mechanische Bremse geöffnet wird, aber noch nicht sicher vollständig gelöst ist. Hier kann die Welle kurzfristig elektrisch gehalten werden, um ein sicheres Öff nen der mechanischen Bremse zu ermöglichen. Ebenso kann das Verfahren dazu genutzt werden, eine mit dem Läufer drehfest verbundene Welle, deren Drehzahl auf Null gesenkt wird, vor dem Eingreifen einer mechanischen Bremse zu halten. Hierdurch kann der Verschleiß der mechanischen Bremse reduziert werden, da die Betätigung der mechanischen Bremse erst bei Stillstand des Läufers bzw. der Welle erfolgt.

Das Verfahren ermöglicht es somit den Übergang beim Öffnen oder Schließen der mechanischen Bremse zu verbessern. Das Verfahren kann bei der Bewegung von vertikalen oder horizon talen Lasten, z.B. bei einem Aufzug, einem Förderband oder einem Palettenförderer, zum Einsatz kommen.

Um auf einen statischen oder einen drehenden Zustand des Läu fers während des Haltens zu schließen, wird als elektrische Kenngröße die Amplitude der Strompulse ermittelt. Befindet sich der Läufer in einem statischen Zustand, so verändert sich die Amplitude der Strompulse nicht. Wird der Läufer hin gegen durch die externe Last gedreht, so macht sich dies in einer Veränderung der Stromamplitude bemerkbar. Die Auswer tung der zeitlichen Veränderung der Amplitude der Strompulse ermöglicht somit ohne weitere Sensorik den Rückschluss, ob der Läufer durch die externe Last gedreht wird oder nicht.

Alternativ oder zusätzlich wird als elektrische Kenngröße ei ne in den Phasen der Drehstrommaschine induzierte Spannung ermittelt. Befindet sich der Läufer in einem statischen Zu stand, so kann während der Prinzip bedingten Sperrzeit der Thyristoren des SanftStarters keine Spannung in den Phasen der Drehstrommaschine gemessen werden. Andererseits wird bei einer durch die externe Last hervorgerufenen Drehung des Läu fers in den Phasen der Drehstrommaschine eine Spannung indu ziert, deren Vorhandensein und Höhe ermittelt wird. Die Aus wertung des Vorhandenseins und der zeitlichen Veränderung der induzierten Spannung ermöglicht somit ebenfalls ohne weitere Sensorik den Rückschluss, ob der Läufer durch die externe Last gedreht wird oder nicht.

Die Ermittlung der elektrischen Kenngröße erfolgt bevorzugt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, in welcher das „Ein schwingen" des Systems erfolgt. Die vorgegebene Zeit kann z.B. zwischen 50 msec und 200 msec betragen.

Beide genannten Verfahren können miteinander kombiniert wer den, um die Sicherheit der Entscheidung über einen statischen oder drehenden Läufer zu erhöhen.

Das Einleiten von Gegenmaßnahmen in Schritt S4), d.h. bei der Feststellung einer durch die externe Last hervorgerufenen Drehung des Läufers, umfasst das Erhöhen der Amplitude der Strompulse. Dadurch kann dem extern durch die Last erzeugten Moment entgegengewirkt werden, so dass das Halten der Last ohne mechanische Bremse ermöglicht oder zumindest versucht wird . Das Einleiten von Gegenmaßnahmen in Schritt S4) kann alterna tiv die Ausgabe eines Steuersignals zum Schließen der mecha nischen Bremse umfassen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass als Schritt Sla zwischen Schritt S1 und S2 die Ausgabe eines Steuersignals zum Lösen der mechanischen Bremse erfolgt. Diese Ausgestal tung ist zweckmäßig, wenn der Läufer vom Stillstand in einen drehenden Zustand übergehen soll, z.B. beim Anfahren eines Aufzugs oder Förderbands.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Schritte S1 bis S4 ausgeführt werden, wenn bei sich drehendem Läufer eine vorgegebene Endlage detektiert wird. Diese Ausgestaltung ist zweckmäßig, wenn der Läufer von einem drehenden Zustand in den Stillstand übergehen soll, z.B. beim Abbremsen eines Auf zugs oder Förderbands .

Um das Halten der Last nach dem Erreichen des Stillstands zu verlässig sicher zu stellen, kann, wenn in Schritt S3 festge stellt wird, dass ein statischer Zustand des Läufers vor liegt, ein Steuersignal zum Schließen der mechanischen Bremse ausgegeben werden.

Es wird ferner eine Steuereinrichtung für eine Drehstromma schine mit Sanftstarter vorgeschlagen, die sich dadurch aus zeichnet, dass diese dazu eingerichtet ist, das hierin be schriebene Verfahren durchzuführen. Hiermit sind die gleichen Vorteile verbunden wie diese in Verbindung mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.

Weiter wird eine Drehstrommaschine mit Sanftstarter vorge schlagen. Diese ist zur Durchführung des hierin beschriebenen Verfahrens ausgebildet, wodurch ein Halten der Drehstromma schine ermöglicht ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher er läutert : Fig. 1 einen Schnitt durch eine beispielhafte Drehstrom- Maschine;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen

Aufbaus ;

Fig. 3 ein Diagramm der Stromrichtung mit diskreten Strom raumzeigern;

Fig. 4 zeitliche Verläufe der Netzspannung, des Motor

stroms, des mechanischen Rotorwinkels, der Rotor drehzahl und des elektrisch erzeugten Drehmoments einer Drehstrommaschine mit Sanftstarter im Halte betrieb bei einem konstanten Gegenmoment;

Fig. 5 zeitliche Verläufe der Netzspannung, des Motor

stroms, des mechanischen Rotorwinkels, der Rotor drehzahl und des elektrisch erzeugten Drehmoments einer Drehstrommaschine mit Sanftstarter im Halte betrieb bei einem konstanten Gegenmoment, wenn das Gegenmoment zu einer Verdrehung des Rotors führt; und

Fig. 6 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 2 zeigt den prinzipiellen gewünschten Aufbau der als permanenterregte Synchronmaschine M ausgebildeten Drehstrom maschine mit Sanftstarter SS (Z.B. Sirius-SanftStarter) ohne Geber und mit Geber G links. Wie eingangs beschrieben, kann die Drehstrommaschine z.B. als eine Innenpolmaschine mit ei nem Stator St und einem Läufer L ausgebildet sein. Der Läufer L umfasst einen magnetischen Nordpol N und Südpol S. Der Sta tor St umfasst Wicklungsstränge U, V, W. Der Läufer L kann z.B. drehfest (oder über ein Getriebe) mit einer nicht darge stellten Welle verbunden sein, welche von einer externen Last mit einem, insbesondere konstanten, Moment beaufschlagt ist. Mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen Verfahrens kann die Last durch Ansteuerung der Drehstrommaschine M mittels des SanftStarters SS gehalten werden. Das Verfahren kann bei der Bewegung von vertikalen oder horizontalen Lasten, z.B. bei einem Aufzug, einem Förderband oder einem Palettenförderer, zum Einsatz kommen. Das Verfahren ermöglicht einen verbesser ten Übergang beim Öffnen oder Schließen einer mechanischen Bremse .

Das nachfolgend genauer beschriebene Verfahren nutzt ein in der WO 2018/072810 Al beschriebenes Verfahren der Anmelderin, mit dem mit Hilfe des SanftStarters SS ein Stromraumzeiger mit festem Winkel und pulsierender Amplitude erzeugt werden kann, um ein Drehmoment aufzubringen, das in der Größe dem der externen Last entspricht und diesem entgegenwirkt.

Hierzu wird die Maschine mit pulsenden Strömen in definierter Richtung beaufschlagt und durch diese in eindeutiger Richtung ausgerichtet. Ebenso wird der Stromverlauf analysiert, sodass ermittelt werden kann, ob sich die Maschine überhaupt bewegt. Im Folgenden werden die einzelnen Schritte genauer erläutert.

Während des gesamten Ablaufs werden immer lediglich zwei Ven tile, bestehend aus zwei antiparallelen Thyristoren des

SanftStarters , gezündet, sodass nur zwei Motorphasen strom durchflossen sind. Die dritte Motorphase führt keinen Strom, da das entsprechende Ventil des SanftStarters SS sperrt. Fol gerichtig gilt für diesen Zustand, dass die beiden strom durchflossenen Phasen dem Betrage nach denselben Strom füh ren, jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen. Dies hat zur Folge, dass der Stromraumzeiger in einem ständerfesten Koor dinatensystem lediglich auf drei festen Achsen verlaufen kann und die Stromraumzeigerlänge sich zeitabhängig ändert.

Berücksichtigt man die Stromrichtung, sind insgesamt sechs (6) diskrete Stromraumzeiger möglich, wie die strichlierten Linien in Fig. 3 zeigen. In Quadrant I sind die Phasen V und W gezündet, in Quadrant II die Phasen U und W, und in Quad rant IV die Phasen U und V.

Durch den Stromfluss in eine der sechs möglichen Richtungen wird ein ebenso ausgerichtetes Feld in der Maschine aufge baut. Ist die Flussachse der Maschine nicht in dieser durch den Strom determinierten Richtung, entsteht ein Drehmoment und die Maschine beginnt sich in Richtung des Ständerstrom raumzeigers zu drehen - sie richtet sich also von alleine in Stromrichtung aus. Sobald die Flussachse der Maschine mit der Stromrichtung zusammenfällt, entsteht kein Drehmoment mehr.

Wenn sichergestellt werden soll, dass dem externen Moment ein maximales Drehmoment entgegengesetzt wird, wird zunächst der optimale Zündwinkel ermittelt. Dieser wird bei allen weiteren Ausrichtvorgängen verwendet.

Hierfür werden zwei Thyristoren bei einem sehr großen Zünd winkel (z.B. 180°) lediglich einmalig gezündet und der

Amplitudenwert der Phasenströme ermittelt. Durch den großen Zündwinkel sind die an der Maschine wirksame Spannungszeit fläche und damit das Maximum des resultierenden Stroms sehr gering. Ist die Stromamplitude geringer als ein definierter Maximalwert, wird der Zündwinkel des Thyristorstellers lang sam von z.B. 180° verringert und der Stromamplitudenwert wie der mit dem Maximalwert verglichen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Amplitudenwert ausreichend nahe am Maximalwert liegt. Bei allen weiteren Messungen muss der Amplitudenwert der Ströme kontinuierlich überwacht und gege benenfalls der optimale Zündwinkel nochmals angepasst werden. Vereinfachend wird im Weiteren vorausgesetzt, dass dies nicht nötig ist.

Eine Berechnung kann dabei wie folgt aussehen:

Phase U und V werden gezündet und der Strom in Phase U ist positiv. So ist der Winkel im Vektor -30°. Bei Anwendung der bekannten Clarke/Park Transformation mit dem elektrischen Winkel der Maschine f kann der den Drehmoment bildende Strom I q berechnet werden:

Folglich wird das Drehmoment berechnet als (L d = L q )

Drehmoment wird 0 wenn der elektrische Winkel = -30° ist.

Während der Ermittlung des optimalen Zündwinkels hat sich die Maschine aufgrund der pulsierenden Ströme bereits ausrichten können. Es ist jedoch hiermit noch nicht sichergestellt, dass die Maschine bereits vollständig ausgerichtet ist. Aus diesem Grund werden die Thyristoren des SanftStarters noch mehrmals (die Anzahl ist kalibrierbar) mit dem ermittelten optimalen Zündwinkel gezündet, sodass am Ende davon ausgegangen werden kann, dass sich die Maschine nicht mehr bewegt und somit aus gerichtet ist. Abschließend wird der Verlauf des Stromraum zeigers während eines Zündvorgangs aufgezeichnet und bei den nachfolgenden Messungen als Referenzverlauf verwendet.

Der Motor wird also mit einem Stromraumzeiger mit festem Win kel und pulsierender Amplitude bestromt, indem die Thyristo ren lediglich zweier Motorphasen gezündet werden, während die dritte Phase nicht gezündet wird. Anhand des Ansteuerwinkels kann die Amplitude des Stromraumzeigers eingestellt werden.

Wird die Maschine mit einem solchen pulsierenden Stromraum zeiger bestromt, bringt sie ein Drehmoment auf, solange der Flusswinkel nicht mit dem Winkel des pulsierenden Ständer stromraumzeigers übereinstimmt. Im Falle eines konstanten Ge genmoments bedeutet dies, dass sich der Rotor, bedingt durch das Gegenmoment, soweit aus dem Winkel des Ständerstromraum zeigers herausbewegt, bis das über eine Netzperiode gemittel te pulsierende Drehmoment dem Gegenmoment entspricht und die Maschine steht.

Fig. 4 zeigt zeitliche Verläufe der Netzspannung U N , des Mo torstroms I M , des mechanischen Rotorwinkels m , der Rotor drehzahl n m und des elektrisch erzeugten Drehmoments M M einer Drehstrommaschine mit Sanftstarter im Haltebetrieb bei einem konstanten Gegenmoment in Höhe von lONm, was in erster Nähe rung dem Nennmoment der Drehstrommaschine entspricht. Bei t = 0 wird die Drehstrommaschine mit dem beschriebenen Stromraum zeiger mit pulsierender Amplitude beaufschlagt. Der mechani sche Winkel ändert sich innerhalb von t = 0,1 sec = 100ms auf den stationären Endwert, bei dem die Drehstrommaschine im zeitlichen Mittel das notwendige Gegenmoment aufbringt.

Die Änderung der mechanischen Rotorwinkels m ist erkennbar an der sich im Zeitraum zwischen 0 < t < 0,1 sec ändernden Amplitude des Motorstroms I M . Ab dem Erreichen des stationä ren Zustands bleibt die Amplitude des Motorstroms I M dann gleich. Die Auswertung des Motorstroms I M als elektrische Kenngröße ermöglicht damit eine Bestimmung, ob der Haltezu stand erreicht ist (d.h. der Läufer L dreht sich nicht) oder ob der Haltezustand nicht erreicht ist (d.h. eine Drehung liegt vor) .

Alternativ oder zusätzlich kann als elektrische Kenngröße ei ne in den Phasen der Drehstrommaschine induzierte Spannung ermittelt werden, um zu bestimmen, ob der Haltezustand des Läufers L erreicht ist oder nicht. Befindet sich der Läufer L in einem statischen Zustand, so kann während der prinzipbe dingten Sperrzeit der Thyristoren des SanftStarters SS keine Spannung in den Phasen der Drehstrommaschine gemessen werden. Andererseits wird bei einer durch die externe Last hervorge rufenen Drehung des Läufers in den Phasen der Drehstromma schine eine Spannung induziert, deren Vorhandensein und Höhe ermittelt wird. Die Auswertung des Vorhandenseins und der zeitlichen Veränderung der induzierten Spannung ermöglicht somit ebenfalls ohne weitere Sensorik den Rückschluss, ob der Läufer durch die externe Last gedreht wird oder nicht.

In der Praxis bewegt sich im stationären Zustand der Läufer L der Drehstrommaschine leicht, da der Motor in den Pulspausen durch das Gegenmoment in die eine und bei Bestromung in die andere Richtung beschleunigt wird. Der hierdurch entstehende Rippel des mechanischen Winkels beträgt im beschriebenen Fall ca. 6 Grad.

Ist das externe Drehmoment bei gegebenem Aussteuerwinkel zu hoch, kann der Motor die Last nicht mehr halten und kippt. Diese Situation ist in Fig. 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt wie der zeitliche Verläufe der Netzspannung U N , des Motorstroms I M , des mechanischen Rotorwinkels m , der Rotordrehzahl n m und des elektrisch erzeugten Drehmoments M M einer Drehstromma schine mit Sanftstarter im Haltebetrieb bei einem konstanten Gegenmoment in Höhe von 12Nm. Aufgrund der durch das zu hohe externe Moment verursachten Drehung des Läufers L der Dreh strommaschine werden im Ständer Spannungen induziert, die maßgeblichen Einfluss auf die Ständerströme haben. Anhand der Abweichungen des zeitlichen Verlaufs der Stromamplituden von dem erwarteten Stromverlauf kann ein Drehen des Läufers L (sog. Wegkippen) erkannt und beispielsweise mit einer Erhö hung des Phasenstromes durch Anpassung des Ansteuerwinkels entgegengewirkt werden. Alternativ kann eine mechanische Bremse aktiviert werden.

Fig. 6 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfah rens. In Schritt S1 werden zwei der drei Phasen U, V, W der Drehstrommaschine M mit Strompulsen beaufschlagt. In Schritt S2 erfolgt die Ermittlung zumindest einer elektrischen Kenn größe der Drehstrommaschine M, wie z.B. der Amplitude der Strompulse und/oder von induzierten Spannungen in den Strom phasen. In Schritt S3 erfolgt die Auswertung der zumindest einen elektrischen Kenngröße, um abhängig von einem Wert oder einem zeitlichen Werteverlauf der zumindest einen elektri- sehen Kenngröße auf einen statischen oder einen drehenden Zu stand des Läufers L zu schließen. Wenn in Schritt S4 festge stellt wird, dass ein drehender Zustand des Läufers L vor liegt, werden Gegenmaßnahmen, wie z.B. eine Erhöhung der Amplitude der Strompulse oder das Schließen einer mechani schen Bremse eingeleitet.

Das beschriebene Verfahren basiert alleine auf den in einem Seriengerät bereits vorhandenen Messwerten und benötigt keine zusätzliche Sensorik. Es ist somit möglich, ein bestehendes

Produkt alleine durch eine Softwarelösung für den Betrieb ei nes IE4-Motors zu erweitern.