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Sichere Geschwindigkeitserfassung fuer geregelte Drehstromantriebe

IP.com Disclosure Number: IPCOM000173279D
Published in the IP.com Journal: Volume 8 Issue 8A (2008-08-12)
Included in the Prior Art Database: 2008-Aug-12
Document File: 5 page(s) / 308K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Elektrische Drehstromantriebe mit veraenderlicher Drehzahl, die in der Industrie z.B. fuer Werkzeug- oder Produktionsmaschinen eingesetzt werden, verfuegen meistens ueber eine integrierte Sicherheitstechnik zum Schutz von Mensch und Maschine. Diese Sicherheitstechnik umfasst beispielsweise auch die Funktion zur sicheren Begrenzung der Geschwindigkeit, welche jedoch bisher nur fuer Drehstromantriebssysteme verfuegbar ist, die mit einem Encoder (Geber) ausgefuehrt sind. Ein derartiges Antriebssystem ist beispielhaft in Abbildung 1 dargestellt. Der Encoder (Geber) wird bei umrichtergespeisten Drehstromantrieben fuer hochdynamische Anwendungen zur Lage- und Drehzahlerfassung sowie zur Stromregelung eingesetzt. Fuer die Funktion zur sicheren Begrenzung der Geschwindigkeit werden die Encoder-Signale in der Steuerung und Antriebsregelung ausgewertet und ueberwacht.

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Sichere Geschwindigkeitserfassung fuer geregelte Drehstromantriebe

Idee: Guenter Schwesig, DE-Erlangen; Ulrich Hahn, DE-Erlangen

Elektrische Drehstromantriebe mit veraenderlicher Drehzahl, die in der Industrie z.B. fuer Werkzeug- oder Produktionsmaschinen eingesetzt werden, verfuegen meistens ueber eine integrierte Sicherheitstechnik zum Schutz von Mensch und Maschine. Diese Sicherheitstechnik umfasst beispielsweise auch die Funktion zur sicheren Begrenzung der Geschwindigkeit, welche jedoch bisher nur fuer Drehstromantriebssysteme verfuegbar ist, die mit einem Encoder (Geber) ausgefuehrt sind. Ein derartiges Antriebssystem ist beispielhaft in Abbildung 1 dargestellt. Der Encoder (Geber) wird bei umrichtergespeisten Drehstromantrieben fuer hochdynamische Anwendungen zur Lage- und Drehzahlerfassung sowie zur Stromregelung eingesetzt. Fuer die Funktion zur sicheren Begrenzung der Geschwindigkeit werden die Encoder-Signale in der Steuerung und Antriebsregelung ausgewertet und ueberwacht.

Fuer bestimmte Maschinenkomponenten, wie beispielsweise Pumpen oder Luefter, mit geringen Anforderungen an die Dynamik, werden jedoch meistens geberlose Antriebe, vorzugsweise kostenguenstige Standard-Asynchronmotoren, eingesetzt. Bei diesen Drehstromantrieben, die keinen Encoder enthalten, ist die Funktion zur sicheren Begrenzung der Geschwindigkeit bisher nicht implementierbar.

Daher wird ein neuartiges Verfahren vorgeschlagen, welches die Ueberwachung und Auswertung geeigneter Parameter mittels der zwei standardgemaess vorhandenen Control-Units in Drehstrom- Antriebssystemen ohne Encoder vorsieht. Ausgehend von der in Abbildung 1 gezeigten Topologie besteht ein derartiges System aus einer Control-Unit A (CU-A), einer Control-Unit B (CU-B), einer Kommunikationsschnittstelle (COM), einem Wechselrichter mit Drehstrommotor ohne Encoder und Strom-Sensoren zur Erfassung der Motor-Phasenstroeme. Ist die Antriebsregelung im Leistungsteil, d.h. im Wechselrichter oder im Umrichter, integriert (modulare Topologie) steht jedoch nur eine Control-Unit zur Verfuegung. In diesem Fall wird zur Realisierung der Funktion zur sicheren Begrenzung der Geschwindigkeit eine zweite Control-Unit implementiert.

Vorschlagsgemaess werden zur geberlosen Drehzahlbestimmung die Frequenzwerte der Staenderspannung sowie die Frequenzwerte des Staenderstromes ermittelt und zur Ueberwachung der Geschwindigkeit genutzt. Hierfuer wird der im Standardbetrieb z.B. mittels Vector-Control erfasste Winkelsollwert der Staenderspannung (bezogen auf die Staenderachse)

innerhalb der CU-B differenziert, so dass sich daraus die Staenderfrequenz

ergibt. Der Wert dieser Staenderfrequenz wird mit einem geeigneten Grenzwert verglichen und innerhalb der CU-B ueberwacht (Ueberwachung 1, siehe Abb. 1). Bei Ueberschreiten des Grenzwertes erfolgt die Geschwindigkeitsbegrenzung beispiels...