Dokumentenidentifikation |
DE102005036802B3 19.04.2007 |
Titel |
Verfahren und Vorrichtung zur Steigerung der Effizienz eines Elektromotors |
Anmelder |
Gattner, Jürgen, 91154 Roth, DE; Nitz, Bernd, 19086 Plate, DE |
Erfinder |
Gattner, Jürgen, 91154 Roth, DE; Nitz, Bernd, 19086 Plate, DE |
Vertreter |
Küchler, S., Dipl.-Ing. (Univ.), Pat.-Anw., 90402 Nürnberg |
DE-Anmeldedatum |
02.08.2005 |
DE-Aktenzeichen |
102005036802 |
Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
19.04.2007 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
19.04.2007 |
IPC-Hauptklasse |
H02P 25/26(2006.01)A, F, I, 20060306, B, H, DE
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Zusammenfassung |
Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steigerung der Effizienz eines Elektromotors, anhand einer Regelung mit Erfassung wenigstens eines Motorstroms und mit Einflussnahme auf wenigstens eine Motorspannung; die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aus durch einen Baustein zur Ermittlung wenigstens einer Motorgröße mit Einfluss auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung, einen Baustein zur Bestimmung der zeitlichen Änderung der ermittelten Motorgröße, sowie einen Regelbaustein, der auf das Stellglied derart einwirkt, dass die Motorgröße mit Einfluss auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung derart verstellt wird, dass die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung minimal wird; das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Ermittlung wenigstens einer Motorgröße mit Einfluss auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung, Bestimmung der zeitlichen Änderung der ermittelten Motorgröße, sowie Verstellung der Motorspannung derart, dass die Motorgröße mit Einfluss auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung derart verstellt wird, dass die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung minimal wird.
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Steigerung der Effizienz eines Elektromotors, umfassend eine Regelung mit Erfassung
wenigstens eines Motorstroms und mit Einflußnahme auf wenigstens eine Motorspannung.
Nach einem in der deutschen Offenlegungsschrift DE
100 61 293 A1 offenbarten Prinzip kann die Effizienz eines Asynchronmotors
dadurch gesteigert werden, dass dessen Schlupf auf einen optimalen Wert geregelt
wird, der vom Motortyp abhängig ist. Der Wert des optimalen Schlupfes muß
dabei vorgegeben werden; die Schaltung kann diesen nicht selbst bestimmen. Der Asynchronmotor
wird aus einem Wechselrichter gespeist, dessen Spannung und Strom im Gleichspannungskreis
gemessen werden, um daraus bspw. die aufgenommene Wirkleistung bestimmen zu können
und Rückschlüsse auf den Belastungsfall zu erhalten. Durch zusätzliche
Erfassung des Stroms in einer Motorphase können weitere Erkenntnisse gewonnen
werden, bspw. über den Leistungsfaktor. Aus diesen Werten wird sodann ein geschätzter,
tatsächlicher drehmomenterzeugender Stromwert berechnet und mit dem anhand
des optimalen Schlupfes ebenfalls geschätzten, optimalen drehmomenterzeugenden
Stromwert verglichen. Sind beide gleich, so wird die Motorspannung konstant gehalten;
ansonsten wird sie verstellt, um den tatsächlichen drehmomenterzeugenden Stromwert
dem geschätzten, drehmomenterzeugenden Stromwert bei optimalem Schlupf nachzuführen.
Diese Vorgehensweise leidet an einer Reihe von Nachteilen. Erstens
ist der optimale Schlupf eines Motors meistens nicht bekannt. Der optimale Schlupf
ist kein Motorparameter, wie er in Datenblättern auftaucht, sondern muß
durch aufwendige Messungen ermittelt werden. Solche Messungen können nur von
Spezialisten vorgenommen werden, was sehr kostenintensiv ist, so dass die Nachrüstung
bestehender Motoren ebenso wenig möglich ist wie das Anbieten eines universellen
Steuergerätes, welches in der Lage wäre, sich selbst auf den jeweils angeschlossenen
Motor einzustellen. Darüber hinaus benötigt das vorbekannte Verfahren
Informationen über die aufgenommene Wirkleistung, was sich nur über eine
Messung entsprechender Parameter des Gleichstromkreises erreichen läßt.
Damit sind nicht nur eine Vielzahl von teuren Meßeinrichtungen
erforderlich, sondern auch ein Wechsel- oder gar Umrichter, also ein teures Gerät,
das sich überdies aus, Platzgründen mit einem Motor nicht integrieren
läßt, so dass eine bauliche Vereinigung eines solchen Steuergerätes
mit einem Motor nicht möglich ist. Aus allen diesen Gründen folgt, dass
die vorbekannte Motoreffzienzschaltung sehr hohe Kosten mit sich bringt, so dass
der Stromspareffekt zunichte gemacht wird.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE
32 45 395 A1 offenbart ein Verfahren zum Verringern der Leistungsaufnahme
eines zum Antrieb veränderlicher Lasten dienenden elektrischen Antriebssystems,
vorzugsweise mindestens einer Asynchronmaschine, wobei die Speisespannung des Antriebssystems
selbsttätig so verstellt wird, dass der Speisestrom des Antriebssystems entsprechend
der momentanen Last im wesentlichen seinen kleinstmöglichen Wert erreicht.
Zu diesem Zweck ist zur Regelung eines Motors an einem 3-phasigen Netz ein Minimalstromregler
vorgesehen, der einen Eingang für den von einem Stromfühler gefühlten
Istwert des Speisestroms des Motors aufweist. Dieser Istwert wird mittels eines
Meßumformers gleichgerichtet und sodann dem Regler zugeführt. Damit wird
die Phaseninformation des Stroms vernichtet, und es ist – selbst in Kenntnis
der Motorspannung – nicht mehr möglich, die Aufteilung der aufgenommenen
Motorleistung in Wirk- und Blindleistung zu ermitteln. Demzufolge kann mit einem
solchen Verfahren zwar der aufgenommene Motorstrom minimiert werden, nicht aber
die aufgenommene Wirkleistung, welche maßgebenden Einfluß auf die Effizienz
eines Elektromotors hat.
Ähnliches gilt für die Lehre gemäß der
DE 693 18 126 T3, einer deutschen
Übersetzung der geänderten Patentschrift EP
0 605 328 B2. Diese betrifft ein ähnliches Regelverfahren wie die
DE 32 45 395 A1, läßt
aber offen, welcher Motorparameter erfaßt und zu Regelungszwecken herangezogen
werden soll. Stets ist jedoch das Ziel der Regelung eine Minimierung der von der
Last, also vorzugsweise einem Motor, aufgenommenen Leistung, nicht jedoch eine gezielte
Minimierung der aufgenommenen Wirkleistung. Damit kann die Effizienz eines Motors,
nämlich dessen Verhältnis von abgegebener Wirkleistung zu aufgenommener
Wirkleistung, nicht gezielt optimiert werden; allenfalls wird die Gesamtleistung
minimiert. Die Wirkleistung muß jedoch in dem solchermaßen angepeilten
Arbeitspunkt keineswegs minimal sein.
Aus diesen Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert
das die Erfindung initiierende Problem, durch eine geeignete Maßnahme die Effizienz
eines Elektromotors so weit als möglich zu steigern, vorzugsweise derart, dass
bei einem gegebenen Belastungsfall die verbrauchte Wirkleistung minimal ist, gleichzeitig
sollen die mit dieser Maßnahme einhergehenden Kosten möglichst gering
sein, so dass der Strom- bzw. Energiespareffekt auch unter den wirtschaftlichen
Gesichtspunkten einer Gesamtbetrachtung zu einem Spareffekt führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steigerung der Effizienz
eines Elektromotors, anhand einer Regelung mit Erfassung wenigstens eines Motorstroms
und mit Einflußnahme auf wenigstens eine Motorspannung zeichnet sich aus durch
folgende Verfahrensschritte:
- a) Ermittlung von zwei verschiedenen Motorgrößen, welche beide unterschiedlichen
Einfluß auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung (PW,
PB) haben, wobei die eine der ermittelten Motorgrößen dem Effektivwert
(Ieff) oder der Amplitude (I^
) des Stroms oder dem Betrag (|I|) des komplexen Stromzeigers entspricht,
und die andere der ermittelten Motorgrößen der Phasenlage (&phgr;) oder
dem Leistungsfaktor (cos &phgr;) des Stroms oder des komplexen Stromzeigers;
- b) Bestimmung der zeitlichen Änderung einer ermittelten Motorgröße;
- c) Verstellung der Motorspannung derart, dass eine Motorgröße mit
Einfluß auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung (PW,
PB) derart verändert wird, dass die von dem Motor aufgenommene Wirk-
und/oder Blindleistung (PW, PB) minimal wird,
- d) wobei in dem Fall, wenn sich eine Motorgröße nicht oder nur gering
geändert hat, die jeweils andere als Regelgröße herangezogen wird.
Dieses Verfahren ist für die praktische Anwendung optimal geeignet:
Es ist nicht erforderlich, irgendeinen Motorparameter zu kennen oder vorab zu ermitteln;
der Absolutwert der Wirkleistung PW ist ebenfalls nicht erforderlich,
so dass keinerlei Einschränkungen hinsichtlich des Stellgliedes zu beachten
sind und vielmehr die einfachste und preiswerteste Ausführungsform realisiert
werden kann; dennoch wird für jeden beliebigen Belastungsfall die jeweils günstigste,
d.h. energiesparendste und/oder motorschonendste Einstellung gefunden.
Sowohl bei Wechselstrom- als auch bei Drehstrommotoren ist sowohl
die (quadratische) Summe der Teilleistungen als auch deren Verhältnis keineswegs
konstant, sondern stets von dem betreffenden Arbeitspunkt bzw. Belastungsfall abhängig.
Der Arbeitspunkt ist daher immer nur durch zwei Parameter bzw. Motorgrößen
eindeutig beschrieben. Deshalb werden zwei verschiedene Motorgrößen ermittelt,
welche beide Einfluß auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung
PW, PB oder Gesamtleistung P haben. Dabei hat es sich bewährt,
dass die eine der ermittelten Motorgrößen dem Effektivwert Ieff
oder der Amplitude I^
des Stroms oder dem Betrag |I| des (komplexen) Stromzeigers entspricht,
und die andere der ermittelten Motorgrößen der Phasenlage &phgr; und/oder
dem Leistungsfaktor (cos &phgr;) des (komplexen) Stromzeigers, denn wie weiter
oben bereits ausgeführt, verhalten sich die strom- und phasenabhängigen
Motorgrößen unterschiedlich, weil der komplexe Stromzeiger sich einerseits
in seiner Länge verändern kann und – völlig unabhängig
davon – andererseits auch in seiner Richtung. Die Ermittlung zweier (oder
mehrerer) Motorgrößen bietet den Vorteil, dass in dem Fall, wenn sich
eine Motorgröße nicht oder nur wenig geändert hat, die jeweils andere
(oder eine der anderen) Motorgröße(n) als Regelgröße herangezogen
werden kann. Da sich derart verschiedene Motorgrößen teilweise völlig
unterschiedlich verhalten, d.h., wenn eine Motorgröße konstant geblieben
ist, muß dies für die andere überhaupt nicht gelten, kann anhand
der letzteren dann eine weitere Optimierung vorgenommen werden mit dem Ziel, nicht
nur einen relativ optimalen Arbeitspunkt einzustellen, sondern den bei der betreffenden
Belastung absolut optimalsten.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das/die Strom- und/oder Spannungsmeßsignal(e)
in Digitalwerte gewandelt werden. Eine digitale Verarbeitung hat gegenüber
der durchaus auch möglichen Realisierung im Rahmen einer Analogschaltung den
Vorteil einer größeren Präzision und geringerer Störanfälligkeit.
Ein zusätzlicher Vorteil der digitalen Signalverarbeitung ist,
dass jede beliebige Motorgröße mit Einfluß auf die von dem Motor
aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung aus einem oder mehreren Meßwerten
ggf. auch unter Zuhilfenahme komplizierter Formeln berechnet werden kann.
Weiterhin kann die berechnete Motorgröße mit Einfluß
auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung gespeichert werden,
vorzugsweise als Digitalwert in einem Digitalspeicher. Diese Maßnahme schafft
die Grundlage für vergleichende Betrachtungen zwischen verschiedenen Arbeitspunkten
des Motors.
Durch einen solchen Vergleich des aktuell berechneten Wertes der Motorgröße
mit einem zuvor berechneten und abgespeicherten Wertes derselben Motorgröße
ergibt sich die (zeitliche) Änderung einer Motorgröße. Hierbei ist
jedoch der Absolutwert der verglichenen Größen ebensowenig von Bedeutung
wie der Absolutwert der Änderung bzw. deren Schnelligkeit. Wichtig ist vielmehr,
ob sich die Motorgröße überhaupt geändert hat und in welcher
Richtung.
Um die richtige Verstellung vorzunehmen, also eine solche Verstellung,
welche sich minimierend auf die Wirk- und/oder Blindleistungsaufnahme auswirkt,
wird eine Relation zwischen der Änderung einer Motorgröße einerseits
und der Änderung des Ansteuersignals für das Stellglied andererseits gebildet.
Daran läßt sich erkennen, ob sich die Regelstrecke regelungstechnisch
eher proportional, d.h. wie eine Mitkopplung verhält (gleichphasige Änderungen von
Stell- und Motorgröße) oder invertierend, d.h. wie eine Gegenkopplung
(entgegengesetzte Änderungen), oder ob sich die Regelstrecke – bezüglich
der betrachteten Motorgröße – (näherungsweise) in einem Gleichgewichtszustand
befindet (keine oder nur geringe Veränderung der Motorgröße).
Ferner entspricht es der Lehre der Erfindung, dass die Ansteuerung
des Stellgliedes nach Art einer Phasenanschnittsteuerung erfolgt. Dieses Schaltprinzip
erfordert keine Wechsel- oder Umrichtung mit einem Gleichstromzwischenkreis, sondern
schaltet die primäre Versorgungsspannung ggf. direkt zum Motor durch. Dadurch
ist der konstruktive Aufwand minimal. Die damit erzielbaren Ergebnisse sind im Rahmen
des vorliegenden Regelungsprinzips völlig ausreichend.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lösung des gestellten
Problems umfaßt folgende Bausteine:
- a) einen oder mehrere Bausteine) zur Ermittlung von zwei Motorgrößen,
welche beide unterschiedlichen Einfluß auf die von dem Motor aufgenommene Wirk-
und/oder Blindleistung (PW, PB), haben, welcher (welche) Bausteine)
derart ausgebildet ist (sind), dass der Effektivwert (Ieff) oder die
Amplitude (I^
) des Stroms oder der Betrag (|I|) des komplexen Stromzeigers einerseits
gebildet wird, sowie die Phasenlage (&phgr;) oder der Leistungsfaktor (cos &phgr;)
des Stroms oder des komplexen Stromzeigers andererseits;
- b) einen Baustein (11) zur Bestimmung der zeitlichen Änderung
einer ermittelten Motorgröße;
- c) einen Regelbaustein (11), der auf das Stellglied derart einwirkt,
dass eine Motorgröße mit Einfluß auf die von dem Motor aufgenommene
Wirk- und/oder Blindleistung (PW, PB) derart verändert
wird, dass die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung (PW,
PB) minimal wird;
- d) wobei ein Baustein vorgesehen ist zur Umschaltung der Regelung von einer
Motorgröße auf eine andere, wenn bei der ersten keine Änderung erkennbar
ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt also keinerlei
Informationen über den angeschlossenen Motor wie etwa einen optimalen Schlupfwert.
Vielmehr ermittelt sie aus ihr zur Verfügung stehenden Meßwerten ein Kriterium
für eine Zu- oder Abnahme der von dem Motor aufgenommenen Wirk- und/oder Blindleistung.
Der aktuelle Wert dieses Kriteriums wird mit dem vorangehend ermittelten Wert des
selben Kriteriums verglichen, um Rückschlüsse darüber zu erhalten,
ob die aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung zu- oder abgenommen hat. Sodann
wird ermittelt, wie die Motorspannung verstellt werden muß, um durch Minimierung
des Kriteriums eine weitere Abnahme der Wirk- und/oder Blindleistung zu erzielen.
Dabei werden mehrere Kriterien, d.h. Motorgrößen ermittelt, so dass bei
Erreichen eines etwa konstanten Wertes eines Kriteriums, wo dieses sich für
eine weitere Regelung nicht mehr eignet, auf ein anderes, in dem betreffenden Arbeitspunkt
deutlicher beobachtbares Kriterium umgeschaltet werden kann. Dabei sollte wenigstens
ein Baustein zur Motorgrößen-Ermittlung derart ausgebildet sein, dass
der Effektivwert Ieff, die Amplitude I^
oder der Betrag |I| des (komplexen) Stromzeigers gebildet wird. Gemäß
der Formel PW = U·I·cos &phgr; und PB = U·I
sin &phgr;, wobei P2 = PW
2 + PB
2 geht der Strom I sowohl in die aufgenommene Wirkleistung PW
als auch in die aufgenommene Blindleistung PB ein und eignet sich daher
aufgrund dieses starken Einflusses sehr gut für die erfindungsgemäße
Regelung. Dabei ist die Auswirkung des Motorstroms I auf die Wirk- und Blindleistungen
PW, PB gleichsinnig, d.h., steigender Strom erhöht sowohl
die Wirk- als auch die Blindleistung und damit insbesondere auch die Gesamtleistung
P. Hierbei ist zu bedenken, dass der Betrag |I| des komplexen Stromzeigers
dem (radialen) Abstand der auf dem Osannakreis liegenden Stromzeigerspitze vom Ursprung
des komplexen Stromdiagramms entspricht; eine reine Veränderung von |I|
folgt daher einem Radialstrahl durch den Ursprung. Ferner ist wenigstens ein Baustein
zur Motorgrößen-Ermittlung derart ausgebildet, dass die Phasenlage &phgr;
oder der Leistungsfaktor (cos &phgr;) des (komplexen) Stromzeigers gebildet wird.
Aufgrund der obigen Beziehungen beeinflussen diese Größen zwar nicht den
Absolutwert der Gesamtleistung P, wohl aber deren Aufteilung in Wirk- und Blindleistung
PW, PB. Wenn daher – bspw. anhand des Motorstroms I
– die Gesamtleistung P minimiert wurde, kann – ggf. in einem zweiten
Schritt – gezielt noch die Blindleistung PB minimiert werden,
insbesondere durch Minimierung von &phgr; bzw. Maximieren des Leistungsfaktors
(cos &phgr;). Natürlich könnte auch nur eine Minimierung der Blindleistung
PB erfolgen ohne Betrachtung der Gesamtleistung P. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass der Phasenwinkel &phgr; dem Winkel zwischen dem komplexen Stromzeiger und
dem (vertikalen) Spannungszeiger des komplexen Zeigerdiagramms entspricht; bei einer
reinen Veränderung von &phgr; folgt die Spitze des Stromzeigers daher einem
Kreisbogen um den Ursprung. Dabei dient ein Baustein zur Umschaltung der Regelung
von einer Motorgröße auf eine andere, wenn bei der ersten keine Änderung
erkennbar ist. Wäre also bspw. |I| näherungsweise konstant geblieben,
so kann entweder der optimale Regelungspunkt gefunden sein, oder aber es ist eine
weitere Verstellung des Phasenwinkels &phgr; möglich, um – bei konstantem
|I| – eine zusätzliche Optimierung vorzunehmen, insbesondere
den Anteil der Blindleistung PB an der Gesamtleistung P zu minimieren.
Der Schlupf des Motors ist für eine solche Regelung völlig unbeachtlich,
so dass keine kostenintensiven Messungen an dem betreffenden Motor durchzuführen
sind. Vielmehr werden insbesondere aus einem erfaßten Motorstrom
von der erfindungsgemäßen Motoreffizienzschaltung selbst leicht bestimmbare
Kriterien verwendet, welche einen Einfluß auf die von dem Motor aufgenommene
Wirk- und/oder Blindleistung haben und daher eine Abschätzung der zeitlichen
Entwicklung dieser Leistungen) erlauben. Infolge des Vergleichs mit einer oder mehreren
vorangehenden Berechnungen kann die Erkenntnis, welcher Arbeitspunkt der bessere
ist/war und in welche Richtung daher ggf. die Motorspannung zu verstellen ist, ohne
genaue Bestimmung der aufgenommenen Wirkleistung erfolgen, so dass Messungen in
einem Gleichstromkreis und damit ein Gleichstromkreis überhaupt entbehrlich
sind. Daher kann die Ansteuerschaltung erheblich vereinfacht werden, wodurch sich
die Herstellungskosten drastisch senken lassen. Insgesamt ergibt sich eine billige
und universelle Schaltung, die einfach zwischen Stromversorgung (Dreh- oder Wechselstromnetz)
und einem dafür geeigneten Motor (Drehstrom- oder Wechselstrommotor) geschalten
wird und die dem Motor zugeführte Spannung derart beeinflußt, dass dieser
stets unter optimalen Bedingungen, d.h., mit größtmöglicher Effizienz,
arbeitet. Geeignet ist eine solche Schaltung vor allem für einfache Antriebe
ohne Drehzahl- oder Lageregelung. Dabei kann sich der Schlupf des Motors je nach
Belastungsfall frei einstellen und gewährleistet daher aufgrund der statischen
Drehmomentkurve, dass mit zunehmender Belastung auch die abgegebene Leistung entsprechend
nachgeführt wird. Eine dabei evtl. leicht nachgebende Drehzahl ist in vielen
derartigen Anwendungsfällen unerheblich. Zu denken ist bspw. an die Antriebsmotoren
der Kompressoren von Kühlaggregaten, an Lüftermotoren, Umwälzpumpen,
etc. Die eingesparte Energie kann je nach Belastungsfall bei bis zu 70 % liegen;
die größte Einsparung ergibt sich im Leerlauf; selbst bei voller Belastung
werden immer noch etwa 4 % Energie gespart. Damit werden nicht nur die Energiekosten
gesenkt; als positiver Nebeneffekt wird dabei auch ein Beitrag zur Einsparung von
Energie geleistet und somit die Umwelt entlastet, insbesondere von den mit der Stromerzeugung
einhergehenden Treibhausgasen. Außerdem wird der Blindstromanteil erheblich
reduziert und speziell im Leerlauf werden Vibrationen minimiert, so dass der Entstehung
von Lagerschäden vorgebeugt wird und damit die Betriebsdauer des Motors erhöht
wird.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass der Elektromotor ein Asynchronmotor
ist. Insbesondere Asynchronmotoren mit Käfigläufer haben einen sehr einfachen
Aufbau; sie sind robust, preiswert und benötigen neben der ständerseitigen
Speisung keine zusätzliche Hilfsenergie oder Steuerung. Zusammen mit der ebenfalls
robusten und preiswerten Motoreffizienzschaltung gemäß der Erfindung ergibt
sich damit ein in der Anschaffung, gerade aber auch im Betrieb äußerst
preiswerter Antrieb.
Obzwar die Erfindung auch bei Linearmotoren mit Erfolg eingesetzt
werden kann, liegt der hauptsächliche Anwendungsbereich bei den in der Praxis
weitaus häufigeren Elektromotoren mit einem Rotor als Abtrieb.
Besondere Vorteile bietet eine Meßeinrichtung zur Erfassung des
Stroms in einer Motorphase. Hierbei handelt es sich um einen Anschluß, der
mit der Stelleinrichtung verbunden ist und daher dem erfindungsgemäßen
Steuergerät ohnehin zur Verfügung steht. Außerdem kann – auch
bei einem intakten Drehstrommotor – hieraus ohne weiteres auf alle Ströme
in einem Motor geschlossen werden, weil die Stromverteilung auf die verschiedenen
Phasen üblicherweise symmetrisch ist (Phasenverschiebung von 120°).
Eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Spannung zwischen zwei
Motorphasen erlaubt die Erkennung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung
und damit die Unterscheidung von Wirk- und Blindstromkomponente.
Zur Steigerung der Effizienz eines Drehstrommotors hat es sich bewährt,
dass die Meßeinrichtung zur Erfassung des Stroms an einer Motorphase angeschlossen
ist und die Meßeinrichtung zur Erfassung der Spannung zwischen den beiden anderen
Motorphasen. Die verkettete Spannung zwischen zwei Phasen hat gegenüber der
Mittelpunktspannung an der dritten Phase eine Phasenverschiebung von 90°. Daraus
läßt sich bei symmetrischen Komponenten sehr einfach die Mittelpunktspannung
an derjenigen Phase bestimmen, wo der Motorstrom gemessen wird, und demzufolge auch
die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung.
Die Meßeinrichtung(en) zur Erfassung des Motorstroms und/oder
der Motorspannung und/oder zur Weiterleitung der gemessenen Größen sollten
als Meßwandler, Hallgeneratoren, Optokoppler, etc. ausgebildet sein, weil dadurch
hohe Spannungen von einer Regelelektronik ferngehalten werden und damit einerseits
Fehlfunktionen ausgeschlossen werden, wie auch die Gefahr der Verletzung von Personen.
Eine galvanische Entkopplung läßt sich bevorzugt dadurch
realisieren, dass der/die Meßwandler eine Primärwicklung und eine induktiv
angekoppelte Sekundärwicklung aufweist (-en), wo eine zu der/dem Primärspannung/-strom
proportionale Ausgangsspannung abgegriffen werden kann.
Wenigstens ein Stellglied findet seinen Platz zwischen wenigstens
einem Anschluß einer Stromversorgung bzw. wenigstens einem äußeren
Motoranschluß einerseits und wenigstens einem (inneren) Motoranschluß
andererseits, wo es vorzugsweise nach Art eines Schalters verwendet werden kann,
um nach dem erfindungsgemäßen Regelalgorithmus die Versorgungsspannung
an die betreffende(n) Motorphase(n) durchzuschalten oder abzutrennen.
Die Effizienz eines Drehstrommotors läßt sich dadurch steigern,
dass als Stellglied zwischen jeder Phase einer Stromversorgung bzw. jedem äußeren
Motorphasenanschluß einerseits und je einem (inneren) Motorphasenanschluß
wenigstens je ein steuerbares Schaltelement eingeschalten ist. Damit läßt
sich jede Phase des Motors in die erfindungsgemäße Regelung mit einbeziehen,
so dass dessen Verhalten nach wie vor symmetrisch ist (Phasenverschiebung von 120°)
und daher die statischen Charakteristika anwendbar bleiben.
Wenigstens ein Schaltelement des Stellgliedes kann eine von der anliegenden
Spannungsrichtung abhängige Schaltcharakteristik aufweisen, d.h., dass es –
ähnlich einer Diode – nur einen Stromfluß in einer Richtung bzw.
bei einer bestimmten Spannungspolarität zuläßt. Damit kann ein Schaltvorgang
– wahlweise Ein- oder Ausschalten bzw. Durchschalten oder Sperren –
den Ventilen selbst überlassen erden, wodurch sich die Ansteuerelektronik wesentlich
vereinfacht:
Indem wenigstens ein Schaltelement des Stellgliedes selbstsperrend ausgebildet ist,
d.h. mit einem hochohmigen Schaltausgang bei fehlender Steuerspannung, erfolgt spätestens
nach je einer Halbwelle automatisch ein Sperren des Ventils und die Schaltung ist
dadurch äußerst stabil, weil bspw. beim Wegfall von Ansteuerimpulsen die
Ventile selbst den Stromfluß löschen.
Im Rahmen des Stellgliedes haben sich ein oder mehrere aktive, d.h.
steuerbare Halbleiterschalter bewährt. Diese sind schnell genug, um pro Periode
der Netzspannung wenigstens einmal betätigt werden zu können. Moderne
Halbleiterventile sind sogar so schnell, dass die durch den Schaltvorgang, während
dem Strom und Spannung in dem Ventil gleichzeitig von Null deutlich verschieden
sind, in dem Ventil in Wärme umgesetzte Verlustleistung sehr gering ist.
Die Erfindung läßt sich dahingehend weiterbilden, dass wenigstens
ein Schaltelement des Stellgliedes als Thyristor oder Triac ausgebildet ist. Dadurch
genügt ein kurzer Zündimpuls, und das Stellglied bleibt anschließend
offen bis zur nächsten Halbwelle der Spannung. Die Ansteuerleistung ist daher
sehr gering und belastet die Steuerelektronik kaum. Zusätzlich kann eine derart
geringe Leistung leicht über induktive Übertrager od. dgl. geführt
werden, so dass sich mit geringem Aufwand auch zwischen den Stellgliedern und der
Steuerelektronik eine galvanische Trennung realisieren läßt.
Vorzugsweise ist der Baustein zur Ermittlung wenigstens einer Motorgröße
mit Einfluß auf die von dem Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung
derart ausgebildet, dass zu je einer (Halb-) Periode der Versorgungsspannung pro
Motorgröße je ein Wert ermittelt wird. Eine solche Vorgehensweise ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn pro (Halb-) Periode nur ein einziger Eingriff
an dem Stellglied stattfindet, bspw. das (verzögerte) Öffnen eines Ventils.
Die Ansteuerungen für die anderen beiden Phasen eines Drehstrommotors können
ggf. nach den selben Kriterien verstellt werden, nur um 120° zeitversetzt,
so dass alle drei Motorphasen nach einem Regelzyklus sich wieder in einem symmetrischen
Zustand (Phasenverschiebung jeweils 120° bzw. 240°) befinden. Da solchenfalls
bei einem 50 Hz-Motor das Regelprogramm 50 mal pro Sekunde abgearbeitet wird, also
nach jeweils 20 ms, kann dabei – unter Vernachlässigung von dynamischen
Übergängen – von jeweils statischen Verhältnissen ausgegangen
werden, so dass die Motorwerte aus dem letzten Regelzyklus durchaus noch typisch
für den gegenwärtigen Belastungsfall sind und mit den aktuellen Motorwerten
verglichen werden können.
Dies wird bewerkstelligt, indem der Baustein zur Bestimmung der zeitlichen
Änderung der ermittelten Motorgröße derart ausgebildet ist, dass
die Änderung einer Motorgröße während einer (Halb-) Periode
der Versorgungsspannung gegenüber der vorangehenden (Halb-) Periode der Versorgungsspannung
bestimmt wird. Für die erfindungsgemäße Regelung ist diese Änderung
weitaus wichtiger als die jeweiligen Absolutwerte der Motorgrößen, welche
sich je nach Belastungsfall völlig unterschiedlich einstellen können.
Der auf das Stellglied einwirkende Regelbaustein sollte eine Einrichtung
aufweisen zur Bildung der Relation zwischen der zeitlichen Änderung der ermittelten
Motorgröße und der zeitlichen Änderung der Stellglied-Ansteuerung.
Dadurch läßt sich zu jedem Zeitpunkt neuerlich feststellen, ob in dem
gegenwärtigen Arbeitspunkt die Strecke ein gleichsinniges oder gegensinniges
Verhalten zwischen Eingang (Stellglied) und Ausgang (Motorgröße) zeigt.
Daraus läßt sich die Erkenntnis ableiten, wie das Stellglied ggf. verstellt
werden muß, um eine weitere Reaktion der Motorgröße in dem gewünschten
Sinn zu erhalten.
Bevorzugt verfügt der auf das Stellglied einwirkende Regelbaustein
über eine Einrichtung, die anhand der Änderung der Stellglied-Ansteuerung
und der aus der entsprechenden Veränderung der ermittelten Motorgröße
resultierenden Veränderung der von dem Motor aufgenommenen Wirk- und/oder Blindleistung
feststellt, welche Art der Stellglied-Ansteuerung (Vergrößern oder Verkleinern
wenigstens einer Motorspannung) einen minimierenden Einfluß auf die von dem
Motor aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung hat. Zu diesem Zweck genügt die
Vorgabe, ob eine besstimmte Motorgröße minimiert (bspw. |I|) oder
maximiert (bspw. (cos &phgr;)) werden soll, je nach dem Einfluß der betreffenden
Motorgröße auf die Wirk- und/oder Blindleistung PW, PB.
Der Regelbaustein wirkt auf das Stellglied ein mittels einer Einrichtung,
die ein Steuersignal erzeugt, das einer Stellglied-Ansteuerung (Vergrößerung
oder Verkleinerung wenigstens einer Motorspannung) mit einer prognostizierten Minimierung
der von dem Motor aufgenommenen Wirk- und/oder Blindleistung entspricht. Die Art
der Ansteuerung richtet sich einerseits nach dem Typ des Stellgliedes – vorzugsweise
Halbleiterschalter – sowie nach der Art (Schaltungsanordnung) des Stellgliedeingrifts.
Eine besonders einfache Schaltungsanordnung des Stellgliedes ergibt
sich bei Realisierung einer Phasenanschnittsteuerung. Solchenfalls ergibt sich der
Grad der Verstellung durch die zeitliche Verzögerung des Ansteuersignals. Zu
diesem Zweck weist der auf das Stellglied einwirkende Regelbaustein ein Verzögerungsglied
auf, welches das Einschalt- bzw. Ansteuersignal wenigstens eines Schaltelements
des Stellgliedes gegenüber dem Nulldurchgang der betreffenden Phasenspannung
verzögert, vorzugsweise entsprechend dem aktuellen Steuersignal für die
Stellglied-Ansteuerung.
Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Basis
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild
der Erfindung.
Darin sind eine dreiphasige Netzspannung 1 mit den Phasen
L1, L2, L3 zu erkennen, ferner ein ebenfalls dreiphasiger Hauptschalter
2, an dessen sekundärseitigen Anschlüssen die Eingänge
3 einer ebenfalls dreiphasigen Motoreffizienzschaltung 4 gemäß
der Erfindung angeschlossen sind. An den drei Ausgängen 5 dieser Motoreffizienzschaltung
4 ist je eine Phase M1, M2, M3 des Drehstrommotors 6 angeschlossen.
Die Motoreffizienzschaltung 4 hat die Struktur einer Regelschaltung.
Ein erster induktiver Meßwandler 7 ist primärseitig
in die zur Motorphase M2 führende Leitung eingeschleift und liefert an seinem
Sekundärausgang 8 ein zu dem Strom i2 in der Motorphase
M2 proportionales Ausgangssignal, das galvanisch von der Phase M2 entkoppelt ist.
Ein zweiter Meßwandler 9 ist primärseitig zwischen
den mit den anderen beiden Motorphasen M1 und M3 verbundenen Leitungen angeschlossen
und liefert an seinem Sekundärausgang 10 ein zu der verketteten Spannung
u13 zwischen den Motorphasen M1 und M3 proportionales Ausgangssignal,
das galvanisch von den Phasen M1 und M3 entkoppelt ist.
Die Meßsignale 8, 10 verarbeitet ein Regelbaustein
11, der mit seinen Steuerausgängen 12 auf eine Stelleinrichtung
13 einwirkt. Diese besteht aus insgesamt sechs Thyristoren 14,
wovon jeweils zwei zwischen eine Netz-Phase L1, L2, L3 und die betreffende Motorphase
M1, M2, M3 eingeschleift sind. Die beiden jeweils der selben Phase M1, M2, M3 zugeordneten
Thyristoren 14 sind jeweils antiparallel nebeneinander geschalten, so dass
der Strom i1, i2, i3 in jeder Motorphase M1, M2,
M3 in beiden Stromrichtungen fließen kann und dabei jeweils von unterschiedlichen
Thyristoren 14 geleitet wird.
Die Steueranschlüsse je eines einer gemeinsamen Motorphase M1,
M2, M3 zugeordneten Thyristorpaares 14 können miteinander verbunden
sein, so dass sich jeweils die Struktur eines Triacs ergibt; dies ist allerdings
nicht zwingend.
Mit der Stelleinrichtung 13 lassen sich die Motorspannungen
u12, u13, u23 und damit die Motorströme i1,
i2, i3 beeinflussen, indem die Thyristoren 14 erst
mit einer steuerbaren Verzögerung gegenüber dem betreffenden Nulldurchgang
einer Spannung ein-, d.h. durchgeschalten werden, so dass der Effektivwert der Spannung(sgrundwelle)
mehr oder weniger stark reduziert wird (Phasenanschnittsteuerung).
Die Ansteuersignale 12 werden von dem Regelbaustein
11 wie folgt erzeugt:
Die Meßsignale 8, 10 werden zunächst über einen
Zeitraum hinweg – bspw. eine (Halb-) Periode der Spannung – aufgezeichnet.
Sodann wird daraus je ein für die jeweilige Grundwelle charakteristischer Wert
generiert, bspw. durch Aufladen eines Kondensators entsprechend eines zu dem betreffenden
Meßsignal proportionalen Stroms, oder durch Integration der digital gewandelten
Meßsignale 8, 10. Damit kann ein stromproportionaler Wert,
bspw. Ieff, erzeugt werden als erste charakteristische Motorgröße.
Anhand der Zeitverschiebung zwischen den Nulldurchgängen von
Strom i2 und Spannung u13 wird als zweite charakteristische
Motorgröße ein phasenabhängiger Wert ermittelt, bspw. &phgr; oder
(cos &phgr;).
Diese Motorgrößen werden zusammen mit dem betreffenden Steuersignal
12 bzw. der daraus resultierenden Motorspannung(samplitude) gespeichert,
entweder als Ladung in je einem Kondensator oder als Digitalwert in einem Digitalspeicher.
Für eine folgende Regelsequenz wird das Steuersignal
12 verstellt, bspw. in Richtung zu einer niedrigeren Motorspannung(samplitude),
und abermals werden der Motorstrom i2 und die verkettete Spannung u13
gemessen.
In einem weiteren Schaltungs- oder Programmteil werden die Änderungen
der berechneten Motorgrößen ermittelt sowie die Änderung der Motorspannung(samplitude)
bzw. des jeweils vorgegebenen Steuersignals 12.
Im Rahmen einer hardwaremäßig oder programmtechnisch nachgeschalteten
Auswertung wird der Einfluß der Verstellung des Steuersignals 12 bzw.
der Motorspannung(samplitude) auf die berechneten Motorgrößen ermittelt.
Anhand des bekannten Einflusses der betrachteten Motorgrößen auf die zu
optimierende Wirk- und/oder Blindleistung PW, PB des Motors
6 wird sodann das Steuersignal 12 derart verstellt, dass die Wirk-
und/oder Blindleistung PW, PB des Motors 6 in dem
gewünschten Sinne beeinflußt, d.h., minimiert werden.
Zum Abschluß einer Regelsequenz werden die bisher gespeicherten
Werte der Motorgrößen und der Steuerspannung durch die zuletzt aktuellen
Werte überschrieben, um Vergleichswerte für die anschließend folgende
Regelsequenz zu erhalten.
Der Regelbaustein 11 ist zur Ein- und Ausgabe mit einem Kommunikationsbaustein
15 gekoppelt, dessen Aufgabe darin besteht, einen Informationsaustausch
zwischen dem Regelbaustein 11 und weiteren Einheiten, bspw. einer übergeordneten
Steuerungs- oder Beobachtungseinrichtung zu ermöglichen. Damit kann bspw. von
außen die Motoreffizienzschaltung 4 abgeschalten werden, so dass dann
die Thyristoren 14 jeweils unverzögert gezündet werden und sich
die selben Verhältnisse ergeben, als ob die Motorphasen M1, M2, M3 direkt an
die Netzspannung L1, L2, L3 angeschlossen wären. Dies kann vorteilhaft sein,
wenn vorübergehend – bspw. während eines Hochlaufs – der
Motor 6 mit seiner maximalen Leistung betrieben werden soll.
Die Information, dass der Motor 6 sich in einem Hochlauf
befindet und daher mit maximaler Leistung betrieben werden soll, kann der Regelbaustein
11 aber auch durch seine eigene Spannungsversorgung erhalten, indem diese
direkt an die Eingänge 3 der Motoreffizienzschaltung 4 angeschlossen
ist. Der Einschalt- und Hochlaufmoment kann dann an dem Anstieg der Stromversorgungsspannung
der Elektronik verfolgt werden. Dabei läßt sich ein Zeitglied starten,
das vorübergehend die Steuerimpulse 12 in die Nulldurchgänge
der betreffenden Spannungen verschiebt.
Schließlich kann der Kommunikationsbaustein 15 auch
verwendet werden, um Daten aus dem Regelbaustein 11 auszulesen, bspw. aktuelle
Werte und/oder Durchschnittswerte von Meß- und/oder Motorgrößen,
Fehlermeldungen, etc. Dieser Kommunikationsbaustein 15 kann auch für
eine Datenfernübertragung geeignet sein, um bspw. über das Internet zu
kommunizieren.
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Anspruch[de] |
Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors (6) bei gesteigerter
Effizienz, umfassend eine Regelung mit Erfassung wenigstens eines Motorstroms und
mit Einflußnahme auf wenigstens eine Motorspannung, mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Ermittlung von zwei verschiedenen Motorgrößen, welche beide unterschiedlichen
Einfluß auf die von dem Motor (6) aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung
(PW, PB) haben, wobei die eine der ermittelten Motorgrößen
dem Effektivwert (Ieff) oder der Amplitude (I^
) des Stroms oder dem Betrag (|I|) des komplexen Stromzeigers entspricht,
und die andere der ermittelten Motorgrößen der Phasenlage (&phgr;) oder
dem Leistungsfaktor (cos &phgr;) des Stroms oder des komplexen Stromzeigers;
b) Bestimmung der zeitlichen Änderung einer ermittelten Motorgröße;
c) Verstellung der Motorspannung derart, dass eine Motorgröße mit Einfluß
auf die von dem Motor (6) aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung (PW,
PB) derart verändert wird, dass die von dem Motor (6) aufgenommene
Wirk- und/oder Blindleistung (PW, PB) minimal wird,
d) wobei in dem Fall, wenn sich eine Motorgröße nicht oder nur gering
geändert hat, die jeweils andere als Regelgröße herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Strom-
und/oder Spannungsmeßsignal(e) (8, 10) in Digitalwerte gewandelt
werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
eine Motorgröße mit Einfluß auf die von dem Motor (6) aufgenommene
Wirk- und/oder Blindleistung (PW, PB) aus einem oder mehreren
Meßwerten (8, 10) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die bestimmte, insbesondere berechnete Motorgröße mit Einfluß
auf die von dem Motor (6) aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung (PW,
PB) gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die zeitliche Änderung einer Motorgröße durch Vergleich des
aktuell berechneten Wertes der Motorgröße mit einem zuvor berechneten
und abgespeicherten Wert derselben Motorgröße erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Relation zwischen der Änderung einer Motorgröße einerseits
und der Änderung des Ansteuersignals (12) für das Stellglied
(13) andererseits gebildet wird, um festzustellen, ob es sich regelungstechnisch
um eine Mitkopplung (gleichphasige Änderungen) oder um eine Gegenkopplung (entgegengesetzte
Änderungen) oder (näherungsweise) um einen Gleichgewichtszustand (keine
oder nur kleine Veränderung der Motorgröße) handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Ansteuerung des Stellgliedes (13) nach Art einer Phasenanschnittsteuerung
erfolgt.
Vorrichtung (4) zur Steigerung der Effizienz eines Elektromotors
(6), bestehend aus einem Regelkreis mit einem Baustein (7) zur
Erfassung wenigstens eines Motorstroms und mit einem Stellglied (13) zur
Einflußnahme auf wenigstens eine Motorspannung, mit
a) einem oder mehreren Bausteinen) (11) zur Ermittlung von zwei Motorgrößen,
welche beide unterschiedlichen Einfluß auf die von dem Motor (6) aufgenommene
Wirk- und/oder Blindleistung (PW, PB), haben, welcher (welche)
Bausteine) (11) derart ausgebildet ist (sind), dass der Effektivwert (Ieff)
oder die Amplitude (I^
) des Stroms oder der Betrag (|I|) des komplexen Stromzeigers einerseits
gebildet wird, sowie die Phasenlage (&phgr;) oder der Leistungsfaktor (cos &phgr;)
des Stroms oder des komplexen Stromzeigers andererseits;
b) einem Baustein (11) zur Bestimmung der zeitlichen Änderung einer
ermittelten Motorgröße;
c) einem Regelbaustein (11), der auf das Stellglied (13) derart
einwirkt, dass eine Motorgröße mit Einfluß auf die von dem Motor
(6) aufgenommene Wirk- und/oder Blindleistung (PW, PB)
derart verändert wird, dass die von dem Motor (6) aufgenommene Wirk-
und/oder Blindleistung (PW, PB) minimal wird;
d) wobei ein Baustein vorgesehen ist zur Umschaltung der Regelung von einer Motorgröße
auf eine andere, wenn bei der ersten keine Änderung erkennbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor
(6) ein Wechselstrom- oder Drehstrommotor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Elektromotor (6) ein Asynchronmotor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromotor (6) einen Rotor aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch
eine Meßeinrichtung (7) zur Erfassung des Stroms in einer Motorphase
(M1, M2, M3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch
eine Meßeinrichtung (9) zur Erfassung der Spannung zwischen zwei Motorphasen
(M1, M2, M3).
Vorrichtung nach Anspruch 12 in Verbindung mit Anspruch 13, zur Steigerung
der Effizienz eines Drehstrommotors (6), dadurch gekennzeichnet, dass die
Meßeinrichtung (7) zur Erfassung des Stroms an einer Motorphase (M2)
angeschlossen ist und die Meßeinrichtung (9) zur Erfassung der Spannung
zwischen den beiden anderen Motorphasen (M1, M3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Meßeinrichtung(en) (7, 9) zur Erfassung des Motorstroms
und/oder der Motorspannung und/oder zur Weiterleitung der gemessenen Größen
durch Meßwandler, Hallgeneratoren, Optokoppler oder Ähnlichem gebildet
sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Meßwandler
(7, 9) eine Primärwicklung und eine induktiv angekoppelte
Sekundärwicklung (8, 10) aufweist (-en).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellglied (13) zwischen wenigstens einem Anschluß (L1, L2,
L3) einer Stromversorgung (1) bzw. wenigstens einem äußeren Motoranschluß
(3) einerseits und wenigstens einem (inneren) Motoranschluß (M1, M2,
M3) eingeschalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, zur Steigerung der Effizienz eines Drehstrommotors
(6), dadurch gekennzeichnet, dass als Stellglied (13) zwischen
jeder Phase (L1, L2, L3) einer Stromversorgung (1) bzw. jedem äußeren
Motorphasenanschluß (3) einerseits und je einem (inneren) Motorphasenanschluß
(M1, M2, M3) wenigstens je ein steuerbares Schaltelement (14) eingeschalten
ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Schaltelement (14) des Stellgliedes (13) eine
von der anliegenden Spannungsrichtung abhängige Schaltcharakteristik aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
ein Schaltelement (14) des Stellgliedes (13) selbstsperrend ausgebildet
ist, d.h. mit einem hochohmigen Schaltausgang bei fehlender Steuerspannung (12).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (13) wenigstens einen aktiven,
d.h. steuerbaren Halbleiterschalter (14) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
ein Schaltelement (14) des Stellgliedes (13) als Thyristor oder
Triac ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet,
dass der Baustein (11) zur Ermittlung wenigstens einer Motorgröße
mit Einfluß auf die von dem Motor (6) aufgenommene Wirk- und/oder
Blindleistung derart ausgebildet ist, dass zu je einer (Halb-) Periode der Versorgungsspannung
pro Motorgröße je ein Wert ermittelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet,
dass der Baustein (11) zur Bestimmung der zeitlichen Änderung der
ermittelten Motorgröße derart ausgebildet ist, dass die Änderung
einer Motorgröße während einer (Halb-) Periode der Versorgungsspannung
gegenüber der vorangehenden (Halb-) Periode der Versorgungsspannung bestimmt
wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet,
dass der auf das Stellglied (13) einwirkende Regelbaustein (11)
eine Einrichtung aufweist zur Bildung der Relation zwischen der zeitlichen Änderung
der ermittelten Motorgröße und der zeitlichen Änderung der Stellglied-Ansteuerung
(12) oder der Stellgröße.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 25, dadurch gekennzeichnet,
dass der auf das Stellglied (13) einwirkende Regelbaustein (11)
eine Einrichtung aufweist, um anhand der Änderung der Stellglied-Ansteuerung
(12) und der aus der entsprechenden Veränderung der ermittelten Motorgröße
resultierenden Veränderung der von dem Motor (6) aufgenommenen Wirk-
und/oder Blindleistung PW, PB festzustellen, welche Art der
Stellglied-Ansteuerung (Vergrößern oder Verkleinern wenigstens einer Motorspannung)
einen minimierenden Einfluß auf die von dem Motor 6 aufgenommene Wirk-
und/oder Blindleistung (PW, PB) hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 26, dadurch gekennzeichnet,
dass der auf das Stellglied (13) einwirkende Regelbaustein (11)
eine Einrichtung aufweist, um ein Steuersignal (12) zu erzeugen, das einer
Stellglied-Ansteuerung (Vergrößerung oder Verkleinerung wenigstens einer
Motorspannung) mit einer prognostizierten Minimierung der von dem Motor (6)
aufgenommenen Wirk- und/oder Blindleistung (PW, PB) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 27, dadurch gekennzeichnet,
dass der auf das Stellglied (13) einwirkende Regelbaustein (11)
ein Verzögerungsglied aufweist, welches das Einschalt- bzw. Ansteuersignal
(12) wenigstens eines Schaltelements (14) des Stellgliedes (13)
gegenüber dem Nulldurchgang der betreffenden Phasenspannung verzögert,
vorzugsweise entsprechend dem aktuellen Steuersignal für die Stellglied-Ansteuerung.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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