Bei verschiedenen Antriebsaufgaben ist es erwünscht, einen Asynchronmotor mit einer im Vergleich zur Nenndrehzahl niedrigeren Drehzahl und dabei verschiedenen Drehrichtungen zu betreiben, ohne die Drehrichtung des speisenden Netzes zu ändern. Hierzu können kostengünstig herkömmliche Drehstrom- stellern, wie beispielsweise elektronische Motorschaltgeräte oder sogenannte Sanftstarter, mit zusätzlichen Funktionalitä- ten versehen werden. Potentielle Anwendungsfälle sind bei- spielsweise bei der Positionierung von Transportgütern oder bei elektrisch betriebenen Toren gegeben.

Aus der US 4 791 341 A, der US 4 524 361 A und der US 4 461 985 A ist es bereits bekannt, einen Drehstromsteller mit insgesamt fünf Paaren antiparalleler Thyristoren aus- zurüsten. Damit kann ohne Änderung des Drehsinns des spei- senden Netzes eine Drehrichtungsumkehr der angeschlossenen Asynchronmaschine erreicht werden. Weiterhin ist aus der US 4 481 456 A bekannt, insgesamt neun Paare antiparalleler Thyristoren derart einzusetzen, dass jeder Außenleiter des speisenden Netzes mit jedem Anschluss der dreiphasigen Asyn- chronmaschine über ein Paar der Thyristoren verbunden werden kann. Mit dieser Anordnung wird ein sogenannter Matrix- Direkt-Umrichter realisiert.

Daneben ist aus der EP 0 408 045 B1 ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Motorkontrolle bekannt, bei dem ein Pulsmuster angegeben wird, mit denen Grundwellen solcher Frequenz erzeugt werden können, die 1/ (6n+1) der Netzfrequenz des speisenden Netzes entspricht, wobei n eine natürliche Zahl ist. Hier sind also Grundwellen erzeugbar, deren Fre- quenz 1/7,1/13,1/19 etc. der Netzfrequenz entsprechen. Eine Möglichkeit zur Drehrichtungsumkehr ist hiermit allerdings nicht verbunden. Schließlich ist aus der DE 25 58 113 bereits der Vorschlag bekannt, 1/ (6n+1) der Netzfrequenz durch ge- zielte Impulse zu erzeugen. Hier werden zur Drehrichtungs- umkehr entweder zwei weitere Paare antiparalleler Thyristoren oder mechanische Umschalteinrichtungen benötigt.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ohne zusätzlichen Aufwand an leistungselektronischen Bauelementen, insbesondere Stromrich- terventilen, und zusätzlichen Schaltelementen allein mittels eines Drehstromstellers mit drei oder zwei Paaren antiparal- leler Thyristoren ein Betrieb einer Asynchronmaschine mit beliebigen Grundwellen zu erzeugen. Insbesondere soll die Grundwelle 1/k der Netzfrequenz entsprechen, wobei k eine Zahl 2 3 ist. Weiterhin soll gleichzeitig eine beliebige Drehrichtung möglich sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Abfolge der Ver- fahrensschritte gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildun- gen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine zu- gehörige Einrichtung zur Steuerung eines Asynchronmotors entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ist im Patent- anspruch 10 angegeben.

Bei der Erfindung werden zunächst alle potentiell möglichen Zündimpulse bestimmt, die sich zum Nulldurchgang der verket- teten Spannung abzüglich eines Winkels (p ergeben. Für die Zündung des Thyristorpaares im Außenleiter A ergeben sich beispielsweise dann potentielle Zündimpulse, wenn sich die

Phasenlage des speisenden Netzes um den Winkel ç vor dem Nulldurchgang der verketteten Spannung (UAB) oder der ver- ketteten Spannung (UCA) befindet. Der Winkel (p liegt dabei betragsmäßig vorzugsweise zwischen 30 und 60°.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst für alle drei Außenleiter die Grundwellen definiert, die der gewünsch- ten Drehzahl und Drehrichtung des Motors entsprechen. Ins- besondere bei einem Drehstromsteller, der drei Paare anti- paralleler Thyristoren enthält, werden dann paarweise nur die potentiellen Zündimpulse genutzt und damit jeweils zwei Thyristorpaare gezündet, deren resultierender Stromfluss eine der definierten Grundwellen entsprechende Polarität besitzt.

Ganz entsprechend werden bei einem Drehstromsteller, der nur zwei Paare antiparalleler Thyristoren enthält, bei dem also nur in zwei Außenleitern Thyristoren eingesetzt und der dritte Außenleiter überbrückt ist, darüber hinaus diejenigen Zündpulspaare ausgeschlossen, die einen Stromfluss aus- schließlich zwischen den nicht überbrückten Außenleitern verursachen. Somit wird ein unkontrollierbarer Strom im überbrückten Außenleiter, dessen Polarität nicht der der definierten Grundwelle entspricht, vermieden.

Bei der Erfindung ist besonders vorteilhaft, dass beliebige Drehzahlen mit 1/k der Nenndrehzahl erzeugt werden können, wobei k eine Zahl > 3 ist. Vorteilhaft ist weiterhin, dass allein durch Variation des Winkels ç das mit der Frequenz der definierten Grundwelle abgegebene Drehmoment beeinflusst werden kann.

Das beschriebene Verfahren wird insbesondere softwaremäßig realisiert. Es kann daher einfach in bestehenden Drehstrom- steller ohne zusätzlichen Aufwand an Bauelementen implemen- tiert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungs-

beispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigen Figur 1 eine Einrichtung zur Steuerung eines Asynchronmotors mit Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 Diagramme zur Verdeutlichung des Verfahrens bei rechtsdrehendem Motor, Figur 3 einen Ausschnitt aus Figur 2 zur Verdeutlichung des Einflusses des Zündwinkels, Figur 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Verfahrens bei linksdrehendem Motor, Figur 5 eine Einrichtung entsprechend Figur 1 speziell zur zweiphasigen Ansteuerung eines Motors, Figur 6 ein Diagramm des Verfahrens mit zwei Paaren anti- paralleler Thyristoren und Figur 7 und Figur 8 Flussdiagramme zur softwaremäßigen Ermittlung der Zündzeitpunkte für die einzelnen Phasen.

In Figur 1 und Figur 5 ist jeweils eine Induktionsmaschine 2, beispielsweise eine Drehstrom-Asynchronmaschine, über einen dreiphasigen Wechselstromsteller 4 als sogenannter Drehstrom- steller an die Phasen des Netzes angeschlossen. Letzteres sind in Figur 1 die Phasen A, B und C eines dreiphasigen Netzes und in Figur 4 die Phasen A und B eines zweiphasigen Netzes.

Jeder der Phasen ist eine Ventilanordnung zugeordnet, bei- spielsweise in Figur 1 jeder Phase A, B und C eine Ventil- anordnung V1, V2, V3, und in Figur 5 der Phase A und B eine Ventilanordnung V1 und V2. Die Ventilanordnungen bestehen aus jeweils zwei antiparallel geschalteten Thyristoren 6. Die Zündelektroden der Thyristoren 6 sind an eine Steuereinrich- tung angeschlossen, mit der die zum Zünden der Thyristoren 6 erforderlichen Zündsignale in einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge bereitgestellt werden.

Zwischen zwei Außenleitern des Netzes, beispielsweise zwischen den Klemmen A und B des Netzes in Figur 1, ist eine Spannungsmesseinrichtung 10 geschaltet, an deren Ausgang die zwischen diesen beiden Klemmen A und B auftretenden Netz- spannung UAB bereitsteht. Weiterhin ist eine Steuereinrich- tung 8 zur Steuerung des Phasenanschnittswinkels zwecks Sanftauslauf des Motors vorhanden. Eine solche Steuerein- richtung wird vorzugsweise durch einen Mikrocontroller realisiert.

In vorliegendem Fall dient die Steuereinrichtung 8 dazu, ein geeignetes Programm zu bearbeiten, mit dem rein softwaremäßig der Betrieb der Einrichtung erfolgen kann. Dabei liegt ein einheitliches Verfahren zugrunde, mit dem beliebige Teile der Nenndrehzahl (> = 3) bei beliebiger Motordrehrichtung für zwei-und dreiphasige Sanftstarter erreicht werden können.

Die Steuereinrichtung kann auch ein bereits für den Motor vorhandener Mikrocontroller sein.

In den Figuren 2 und 4 sind die einzelnen Signale s bei einer Drehzahl von 1/9 der Nenndrehzahl dargestellt. Speziell Figur 2 gibt die Situation bei rechtsdrehendem Motor und speziell Figur 4 die Situation bei linksdrehendem Motor wieder.

In den graphischen Darstellungen haben die Signale folgende Bedeutung : -VAB = Spannung der Phase A-B aus Figur 1. Das Signal wird als Referenz für die berechneten Zeitpunkte zur Zündung der Thyristoren verwendet.

-IA = Strom in der Phase A bei einer Zündung von 30° vor dem Nulldurchgang der verketteten Spannung.

Da immer ein Strom in zwei Phasen fließen muss, gibt es zu jedem Stromimpuls in einer Phase einen Strom mit entgegen- gesetzter Polarität in einer anderen Phase, welche mit IB und IC bezeichnet sind. Die Grundwelle des Stromes bei 1/k

der Nenndrehzahl wird für die einzelnen Phasen mit FA, FB und FC bezeichnet. Aus der Grundwelle lassen sich jeweils potentielle Zündzeitpunkte PFA, PFB und PFC ableiten. Die endgültigen Zündzeitpunkte sind mit DFA, DFB und DFC bezeichnet.

Zur Generierung der Zündzeitpunkte wird in einzelnen Schrit- ten vorangegangen : Zunächst wird für die Phase A eine Grund- welle mit der gewünschten Frequenz entsprechend 1/k der Motorendrehzahl definiert. Die Phasenverschiebung ist dabei nicht wesentlich. Bei Rechtsdrehsinn wird für die Phase B eine Grundwelle definiert, welche die gleiche Frequenz wie die der Phase A hat, zu dieser aber 120°-bezogen auf die geteilte Frequenz-zeitverzögert ist. Für die Phase C gilt das gleiche wie für die Phase A, wobei hier die Verschiebung 240° besteht.

Im zweiten Schritt werden für jede Phase die Zündzeitpunkte markiert, deren dazugehöriger Strom die gleiche Polarität wie die jeweilige Grundwelle hat. Im darauffolgenden Schritt können von den potentiellen Zündzeitpunkten für jede Phase diejenigen verwendet werden, zu denen es einen potentiellen Zündzeitpunkt in einer der beiden anderen Phasen gibt. Diese Zündzeitpunkte werden als tatsächliche Zündzeitpunkte zum Betrieb des Drehstromstellers verwendet.

In Figur 3 ist dargestellt, wie der Zündwinkel (p das Dreh- moment des Asynchronmotors bestimmt. Bei beliebigen Teilern der Nenndrehzahl kann der Zündwinkel 9 > 0 vorzugsweise zwischen 30 und 60° verstellt werden, womit sich ein vor- einstellbares Drehmoment ergibt.

Um eine Drehbewegung des Motors in inverse Richtung zu er- reichen, wird gemäß dem anhand Figur 2 beschriebenen Verfah- ren die Lage der Grundwellen der Außenleiter B und C ver- tauscht. Die Auswahl und Bestimmung der Zündzeitpunkte ver-

läuft ansonsten in identischer Weise wie in Figur 2, was anhand der Figur 4 wiedergegeben ist.

In Figur 5 ist ein Stator für ein zweiphasiges Netz mit zwei Paaren antiparalleler Thyristoren 6 ausgebildet, wobei der dritte Außenleiter permanent gebrückt ist. Wenn die beiden Thyristorpaare angesteuert werden, würde auch in diesem Außenleiter ein Strom fließen. Aus diesem Grund werden die- jenigen Zündimpulse entfernt, die nur die beiden mit Thyri- storen bestückten Außenleiter betreffen.

Letzteres ist anhand der Figur 6 dargestellt, bei der wieder- um von 1/9 der Nenndrehzahl ausgegangen wird. Für den Fall, dass die Phase A gebrückt ist, werden die Zündimpulse, die nur die Außenleiter B und C betreffen, entfernt.

Mit der Steuereinrichtung 8 aus Figur 1 und Figur 5 erfolgt zu geeigneten Zeitpunkten die Ansteuerung der jeweiligen Thyristoren zur Einstellung einer vorgegebenen Drehzahl. Dazu umfasst die Steuereinrichtung 8 eine Recheneinheit, die nachfolgend auch mit 8a bezeichnet wird und ein bei einem zeitgemäßen Drehstromsteller üblicherweise vorhandener Mikrocontoller MC sein kann, zur softwaremäßigen Bestimmung der Zündzeitpunkte. Es wird dabei auf das Diagramm der Figur 4 Bezug genommen, bei der eine komplette Periode aus neun Einzelperioden dargestellt ist. Es sind Zähler SC, FC und CC vorhanden, welche die einzelnen Zeitpunkte aufzählen.

Jede einzelne Netzperiode wird in 60-Grad-Abschnitten unter- teilt. Diese werden mit dem Zähler SC durchgezählt. Der Zähler FC zählt die 60-Grad-Abschnitte innerhalb einer Grund- wellen Periode. Mit dem Zähler CC werden die Netzperioden innerhalb einer Grundwellenperiode gezählt.

Bei jedem 60-Grad-Abschnitt werden 2 Funktionen benutzt, welche die Polarität des Stromes in der jeweiligen Phase und die der Grundwelle berechnen.

In der nachfolgenden Tabelle ist die Ermittlung der Polarität der Stromes (Function signOfCurrent) dargestellt : Ergebnis :-1 Vorzeichen negativ 0 Null 1 Vorzeichen positiv CC 0 1 2 3 4 5 Phase A-1-1 0 1 1 0 B 1 0-1-1 0 1 <BR> <BR> C 0 1 1 0-1-1 Anhand Figur 7 wird die Ermittlung der Polarität der Grund- welle verdeutlicht, wobei ein Geschwindigkeitsfaktor (Speed- factor) SF = 9 benutzt wird : In Position 50 wird von einem Zählwert x = FC ausgegangen, der 60°-Abschnitten innerhalb einer Grundwellenperiode entspricht. Mit 100 ist die Phase A, mit 200 die Phase B und mit 300 die Phase C bezeichnet. In den Entscheidungsgliedern 101,201 und 301 wird geprüft, welchen Wert die Größe x hat. Ist der Wert erfüllt, wird an den Positionen 102,202 und 302 ein entsprechender Wert bezogen auf den Ausgangswert FC angegeben. Im anderen Fall wird an der Position 103,203 und 303 ein um die Geschwin- digkeit 6 x SF erhöhter Wert ausgegeben. In den einzelnen Phasen erfolgt jeweils eine entsprechende Verschiebung. In den Positionen 104,204 und 304 werden die Werte überlagert und das Summensignal auf die Position 305 gegeben. Bei 310 wird über den Geschwindigkeitswert entschieden und anhand der Vorzeichen die Polarität der Ströme ausgegeben.

Für das Zünden der Thyristoren 6 wird derart vorgegangen, dass obige Prozedur alle 60 Grad bezogen auf VAB aufgerufen wird. Der exakte Aufrufzeitpunkt liegt um eine einstellbare Zeit vor der 60-Grad-Marke. Die Größe dieses zeitlichen Abstandes bestimmt die an den Motor zugeführte Leistung und damit das vom Motor entwickelte Drehmoment. Anhand von CC, SC

damit das vom Motor entwickelte Drehmoment. Anhand von CC, SC und FC wird für jedes Phasenpaar entschieden, ob eine Zündung in den jeweiligen Phasen erfolgen soll.

In Figur 8 wird anhand der Entscheidungsrauten in Abhängig- keit von den Vorzeichen der einzelnen Phasen entschieden, welche Thyristoren zünden sollen. Position 400 bezieht sich auf die Phasen A und B, Position 410 auf die Phasen B und C und Position 420 auf die Phasen A und C. In Abhängigkeit von den festgestellten Vorzeichen anhand Figur 7 wird in den Positionen 401,411 und 421 jeweils das Signal für ein geeignetes Zünden der den einzelnen Phasen zugeordneten Thyristoren gegeben.

Bei den Beispielen gemäß den Figuren wird davon ausgegangen, dass die Zündung 30° vor dem Nulldurchgang der jeweils ver- ketteten Spannung liegt. Um das Motormoment zu erhöhen, kann die Zündung vorgezogen werden, womit für jede Zündung eine längere Stromflusszeit erreicht wird. Die Zündung kann vor- zugsweise 30 bis 60° vor dem Nulldurchgang der verketteten Spannung erfolgen.