DE-102024210595-A1 - Verfahren zum Betreiben eines Drehstrommotors

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Drehstrommotors (4) an einem mehrphasigen elektrischen Netz (5) mittels eines Motorsteuergerätes (1), mit dem eine oder mehr Netzphasen (a, b, c) des Netzes (5) jeweils durch Zuschaltung von leistungselektronischen Stellgliedern (3) schaltbar sind. Dabei wird neben einem netzbezogenen Zuschaltkriterium ein rotorflussbezogenes Zuschaltkriterium berücksichtigt.

Inventors

• HAUKE NANNEN

Assignees

• SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines Drehstrommotors (4) an einem mehrphasigen elektrischen Netz (5) mittels eines Motorsteuergerätes (1), mit dem eine oder mehr Netzphasen (a, b, c) des Netzes (5) jeweils durch Schalten von leistungselektronischen Stellgliedern (3) schaltbar sind, wobei neben einem netzbezogenen Zuschaltkriterium ein rotorflussbezogenes Zuschaltkriterium berücksichtigt wird, wobei ein netzbezogenes Abschaltkriterium berücksichtigt wird, wobei für eine Zuschaltentscheidung, dass eine Zuschaltmöglichkeit eines oder mehrerer leistungselektronischer Stellglieder (3) genutzt wird, sowohl das netzbezogene Zuschaltkriterium als auch das rotorflussbezogene Zuschaltkriterium erfüllt sein muss, wobei entweder 2-phasig oder 3-phasig zugeschaltet wird, wobei in einer Raumzeigerdarstellung eine 2-phasige Zuschaltung zu einem Stromvektor führt, der in seiner Ausrichtung fest und in seiner Amplitude pulsierend ist, und eine 3-phasige Zuschaltung zu einem rotierenden Stromvektor führt, wobei das netzbezogene Zuschaltkriterium erfüllt ist, wenn in einer Raumzeigerdarstellung der Stromvektor einer Zuschaltmöglichkeit von zwei oder mehr Netzphasen (a, b, c) innerhalb eines Zuschaltwinkelbereichs (11) liegt, der durch eine untere Zuschaltwinkelbereichsgrenze (α min ) und eine obere Zuschaltwinkelbereichsgrenze (α max ) in Bezug auf die Netzspannung und/oder den Netzstrom definiert ist, und wobei das rotorflussbezogene Zuschaltkriterium erfüllt ist, wenn in einer Raumzeigerdarstellung der Stromvektor einer Zuschaltmöglichkeit von zwei oder mehr Netzphasen (a, b, c) innerhalb eines Fluss- und Drehmomentwinkelbereichs (12) liegt, dessen Bereichsgrenzwerte (γ start ; γ end ) in Bezug auf den Rotorfluss definiert sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das netzbezogene Abschaltkriterium in Bezug auf ein leistungselektronisches Stellglied (3), das eine Netzphase (a, b, c) schalten kann, erfüllt ist, wenn ein Stromnulldurchgang in dieser Netzphase (a, b, c) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Vorliegen eines Zuschaltkriteriums anhand einer Raumzeigerdarstellung von Rotorfluss ( Ψ → 2 S ) , Netzspannung ( U → 1 S ) und Statorstrom ( I → 1 S ) geprüft wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fluss- und Drehmomentwinkelbereich (12) um einen Verdrehwinkel (δ rot ) verschoben wird, um einen Zeitverzug zwischen einer Zuschaltentscheidung und der Zuschaltung auszugleichen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drehstrommotor ein Asynchronmotor, Synchronmotor oder PM-Line-Start-Motor ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prüfung von netzbezogenen und rotorflussbezogenen Zuschaltkriterien ein Zeitabschnitt des Flussaufbaus vorgelagert ist, in dem durch Zuschaltungen von leistungselektronischen Stellgliedern Rotorfluss erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nur Zuschaltmöglichkeiten ermittelt werden, die negative Drehmomente zur Folge haben und damit den Drehstrommotor (4) aktiv bremsen.
8. Motorsteuergerät (1), das geeignet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
9. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass ein Motorsteuergerät (1) gemäß Anspruch 8 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.
10. Computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 gespeichert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Drehstrommotors. Ebenso betrifft die Erfindung ein Motorsteuergerät. Gleichermaßen betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, mit dem das Verfahren durchführbar ist. In der europäischen Patentanmeldung EP 3916998 A1 (Siemens AG) 01.12.2021 sowie in dem im Folgenden als „Nannen et al.“ referenzierten Konferenzpaper Nannen, Hauke; Zatocil, Heiko; Griepentrog, Gerd: Novel predictive start-up algorithm for soft starter driven induction motors, IECON 2020, 46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IES), 18-21 October 2020, Singapore, wird ein modellprädikatives Ansteuerverfahren für Asynchronmaschinen am Sanftstarter beschrieben, mit dem Motor- und Thyristorverluste gesenkt werden können. Ausgehend von gemessenen und/oder berechneten Zustandsgrößen wie Netzspannung, Netzfrequenz, Rotorgeschwindigkeit und Rotorfluss erfolgt mittels einer Echtzeitsimulation eine Prädiktion von Strom- und Drehmomentverläufen für alle möglichen Thyristorzündkombinationen. Diese Verläufe werden anhand von Entscheidungskriterien bewertet, um nutzbare Zündmöglichkeiten zu identifizieren. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Prädiktion des Motorverhaltens in Echtzeit eine hohe Rechenleistung erfordert; dies führt zu deutlichen Mehrkosten für den Prozessor oder Microcontroller. Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund des vorstehend beschriebenen Stands der Technik gemacht, wobei es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zu definieren, dass auf der einen Seite ein ähnliches Betriebsverhalten wie der modellprädiktive Ansatz bietet, auf der anderen Seite jedoch keine so hohe Rechenleistung erfordert. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, welches zum Betreiben eines Drehstrommotors an einem mehrphasigen elektrischen Netz dient. Das Betreiben erfolgt mithilfe eines dreiphasigen Motorsteuergerätes, mit dem eine oder mehr Netzphasen des Netzes jeweils durch Schalten von leistungselektronischen Stellgliedern (z. B. Mosfet, IGBT, JFET, etc.) schaltbar sind. Diese leistungselektronischen Stellglieder müssen nicht nur aktiv eingeschaltet werden, damit sie von einem hochohmigen, stromsperrenden Zustand in einen niedrigohmigen, stromleitenden Zustand gelangen (das sogenannte „Zuschalten“ eines leistungselektronischen Stellglieds), sondern auch wieder aktiv abgeschaltet werden, damit sie von dem niedrigohmigen, stromleitenden Zustand zurück in den hochohmigen, stromsperrenden Zustand gelangen (das sogenannte „Abschalten“ eines leistungselektronischen Stellglieds). Damit unterscheiden sich diese leistungselektronischen Stellglieder grundsätzlich von den bislang in Motorstartern eingesetzten Thyristoren, die man zwar aktiv zünden muss, damit sie in einen stromleitenden Zustand gelangen, die aber im darauffolgenden Stromnulldurchgang von selbst wieder stromsperrend werden. Vorzugweise erfolgt das Abschalten der leistungselektronischen Stellglieder gezielt im Stromnulldurchgang. Dadurch, dass das Verfahren mit elektronischen Stellgliedern arbeitet, die abschaltbar sind, wird ein signifikanter Vorteil erreicht: die Fähigkeit, einen Kurzschluss abzuschalten. Bei einem Motorsteuergerät, welches mit einem oder mehreren Thyristoren arbeitet, kann man in einem Moment, in dem ein Kurzschluss auftritt, während der Thyristor leitet, nur „zuschauen“, wie der Strom so extrem ansteigt, dass der Thyristor zerstört wird. Demgegenüber kann man bei einem Motorsteuergerät mit einem abschaltbaren elektronischen Stellglied den Strom gezielt abschalten, um einer Zerstörung des Motorsteuergerätes vorzubeugen. Das Betriebsverfahren berücksichtigt neben mindestens einem netzbezogenen Zuschaltkriterium zusätzlich mindestens ein rotorflussbezogenes Zuschaltkriterium. Das Betriebsverfahren berücksichtigt außerdem mindestens ein netzbezogenes Abschaltkriterium; das Betriebsverfahren berücksichtigt aber kein rotorflussbezogenes Abschaltkriterium. Unter „netzbezogenes Abschaltkriterium“ wird hier verstanden, dass der Abschaltzeitpunkt eine Funktion des Stroms ist, der vom elektrischen Netz in den Drehstrommotor fließt. Dabei wird entweder 2-phasig oder 3-phasig zugeschaltet, wobei in einer Raumzeigerdarstellung eine 2-phasige Zuschaltung zu einem Stromvektor führt, der in seiner Ausrichtung fest und in seiner Amplitude pulsierend ist, und eine 3-phasige Zuschaltung zu einem rotierenden Stromvektor führt. Die Erfindung basiert auf der Idee, dass eine Entscheidung, ein oder mehrere leistungselektronische Stellglieder zuzuschalten, mit Bezug auf ein netzbezogenes Zuschaltkriterium, z. B. die Lage des Spannungsvektors, und ein rotorflussbezogenes Zuschaltkriterium, z. B. die Lage des Rotorflussvektors, getroffen wird. In dieser Hinsicht unterscheidet sich das erfindungsgemäße Ansteuerverfahren grundsätzlich von herkömmlichen Ansteuerverfahren, bei denen der in der Drehstrommaschine generierte Rotorflu