DE69016115T2 - Verfahren und Gerät zur Drehzahlregelung von Elektromotoren. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren zum Andern der Drehzahl eines Elektromotors, um beispielsweise den Motor zu einem allmählichen kontrollierten Anhalten zu bringen. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Verfahren und Geräte zu deren Ausführung, die eine Kombination aus dynamischer Bremsung und "periodenüberspringender" Drehzahlsteuerung bzw. Drehzahlregelung anwenden.
• Wird ein Elektromotor zum Antreiben von Elementen oder Komponenten einer automatisierten Fertigungsanlage eingesetzt, muß der Motor oft präzise beeinflußt (gesteuert, geregelt) werden, um ein Werkstück in bezug auf andere Komponenten der Fertigungsanlage genau zu positionieren. Als Beispiel sei an eine Fertigungsstraße gedacht, bei der ein Werkstück von einer Arbeitsstation unter Verwendung eines Transportbandes oder einer ähnlichen Vorrichtung zu einer anderen Station gebracht werden soll. Wenn sich das Werkstück der nächsten Station nähert, muß der Motor in einer solchen Weise zum Stillstand gebracht werden, daß die Fertigungsstraße das Werkstück bezüglich der nächsten Arbeitsstation genau positioniert.
• Um eine maximale Betriebseffizienz der Fertigungsstraße zu erreichen, ist es erwünscht, die Werkstücke so schnell wie möglich zwischen den verschiedenen Arbeitsstationen zu bewegen. Je höher die Motordrehzahl ist, um so größer ist die Ungenauigkeit beim Anhalten des Motors zum Zwecke des Positionierens des Werkstücks bei der nächsten Station. Der Konstrukteur einer Fertigungsstraßensteuerung muß daher einen Kompromiß treffen zwischen hoher Weitergabegeschwindigkeit mit relativ geringer Positioniergenauigkeit und hoher Positioniergenauigkeit durch Herabsetzen der Werkstückweitergabegeschwindigkeit
• Es sind bereits verschiedenartige Motorbremsverfahren eingesetzt worden, die einen Elektromotor in einer solchen Weise sehr schnell zum Stillstand bringen sollen, daß dieser Vorgang in einem gewissen Ausmaß beeinflußbar bzw. kontrollierbar ist. Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist in der US-Patentschrift Nr. 4 833 386 mit dem Titel "Apparatus and Method for Braking an Electric Motor" (Gerät und Verfahren zum Abbremsen eines Elektromotors) offenbart, die der EP-A-0 310 131 entspricht und die denselben Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung hat. Diese Art dynamischer Bremsung geschah durch das Anlegen von Wechselstromimpulsen von einer Motorversorgung an die Motorwicklungen zu ausgewählten Zeitpunkten, und zwar mit dem Ziel, eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die zu der elektromagnetischen Kraft aufgrund des Magnetismus des Motorrotors entgegengesetzt ist. Die entgegengesetzten Magnetfelder erzeugen im Motor ein negatives Drehmoment, das die Motordrehzahl vermindert.
• Obgleich diese Art und Weise der dynamischen ßremsung ein höheres Ausmaß an Steuerung bezüglich der Positionierung der Werkstücke als ein bloßes Auslaufenlassen des Motors bis zum Stillstand vorsieht, tritt dennoch ein gewisses Maß an Ungenauigkeit auf, wenn die Werkstücke mit einer relativ hohen Geschwindigkeit weitergegeben werden. In Abhängigkeit von den Toleranzen, die bei der Bearbeitung längs der Fertigungsstraße einzuhalten sind, kann es selbst bei Anwendung einer dynamischen Bremsung zu einer unannehmbar großen Positionierungstoleranz kommen. Darüber hinaus kann eine dynamische Bremsung für sich alleine eine Abbremsung des Motors bewirken, die nicht die erforderliche Gleichförmigkeit hat.
• In Fertigungsstraßen werden typischerweise Wechselstrominduktions- oder Wechselstromasynchronmotoren verwendet, deren ßetriebsdrehzahl mit der Frequenz (50 oder 60 Hz) des dem Motor zugeführten Wechselstroms synchronisiert ist. Eine reine Steuerung der dem Motor zugeftihrten Spannung oder des dem Motor zugeführten Stroms ist nicht hinreichend wirksam, um die Motordrehzahl zu ändern, da die Drehzahl von der Frequenz des Wechselstroms abhängt, die trotz Schwankungen in der Spannung konstantbleibt, bis der Motor abreißt bzw. zum Stillstand gebracht wird. Um die Drehzahl eines Asynchronmotors zu beeinflussen, hat man bereits verschiedenartige Verfahren zum Ändern der Frequenz des dem Motor zugeführten Stroms angewandt. Viele dieser Verfahren erfordern den Einsatz von relativ komplexen elektronischen Steuer- bzw. Regelschaltungen, um die genormte Wechselstromversorgungsfrequenz in unterschiedliche Frequenzen umzusetzen, die dann zum Steuern der Motordrehzahl eingesetzt werden.
• Als Alternative zu der relativ mühsamen und aufwendigen Wechselstromfrequenzumsetzung wurde bereits eine Technik entwickelt, auf die unter der Bezeichnung "Periodenüberspringen" oder "Periodenauslassen" Bezug genommen wird. Bei dieser Technik ist der Motor über Thyristoren mit der Wechselstromquelle verbunden, und diese Thyristoren werden zu geeigneten Zeitpunkten geschaltet, um eine fundamentale Frequenzkomponente des Versorgungswechselstroms zu erzeugen. Ein Beispiel dieser Periodenüberspringungsmethode ist in der US-Patentschrift Nr. 4 176 306 mit dem Titel "Speed Control Apparatus" (Drehzahlregelvorrichtung) offenbart. Die in diesem Patent beschriebene Technik triggert den Thyristor für eine Phasenleitung der Wechselstromversorgung während einiger aufeinanderfolgender positiver Halbperioden der Wechselstromspannung für diese Versorgungsleitung, und anschließend wird der Thyristor für eine oder mehrere Perioden der Versorgungsspannung nicht getriggert. Als nächstes wird der Thyristor während einiger aufeinanderfolgender negativer Halbperioden der Versorgungsleitungsspannung getriggert. Dieses Muster wird wiederholt mit einer aus einer oder mehreren Perioden bestehenden Pause zwischen aufeinanderfolgenden Mustern. Die Thyristoren für die anderen beiden Phasenleitungen eines Dreiphasensystems werden im selben Muster gezündet, allerdings mit einer gegenseitigen Phasenversetzung von jeweils 120º. Das Muster liefert an den Motor Strom mit einer effektiven Frequenz, die ein ßruchteil der Wechselstromversorgungsfrequenz ist. Der Motor synchronisiert auf diese niedrigere Frequenz und läuft mit einer geringeren Drehzahl.
• Die bloße Änderung der Thyristorzündung auf ausschließlich ein Periodenüberspringmuster ist jedoch unzureichend, um eine Verminderung in der Drehzahl des Asynchronmotors hervorzurufen, da die durch das Periodenüberspringen erzeugte Schwingungsform des Stromes immer noch eine Komponente der ursprünglichen Versorgungsfrequenz (50 oder 60 Hz) hat. Um den Motor aus dem Synchronismus mit der Wechselstromversorgungsfrequenz herauszubrechen, ist die Motorsteuerschaltung mit einem Schaltermechanismus versehen, beispielsweise einem Schaltschütz, um die Verbindungen der dreiphasigen Wechselstromversorgungsleitungen zum Motor umzukehren. Der Schaltschützmechanismus muß so geschaltet werden, daß die Versorgungsleitungsverbindungen zum Motor gemäß dem Modus geändert werden, mit dem die Thyristoren gesteuert werden.
Kurze Darlegung der Erfindung
• Ein System zum ßeeinflussen der Drehzahl eines elektrischen Induktions- oder Asynchronmotors wird dadurch verbessert, daß ein Mechanismus zum Vermindern der Drehzahl des Motors ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Schaltervorrichtung zur Umkehr der Verbindungen des Motors zur Wechselstromversorgungsquelle einbezogen wird.
• Ist eine Drehzahlverminderung erwünscht, tritt die Steuerung zunächst in einen dynamischen Bremsmodus ein. In dieser Betriebsphase werden an den Motor Elektrizitätsimpulse von der Versorgungsquelle zu solchen Zeitpunkten gelegt, daß ein negatives Drehmoment hervorgerufen wird. Diese Zeitpunkte werden dadurch bestimmt, daß die Polarität der Versorgungsquellenspannung mit derjenigen der Spannung verglichen wird, die in einer Wicklung des Motors durch eine elektromotorische Gegenkraft (Gegen-EMK) induziert wird. Die bremsende Elektrizität wird angelegt, wenn diese Spannungspolaritäten einander entgegengesetzt sind.
• Bei auftretender Verlangsamung des Motors wird die Elektrizität häufiger angelegt. Sobald die bremsende Elektrizität wenigstens einmal während einer vorgegebenen Anzahl von Perioden der Versorgungswechselspannung angelegt wird, wird die dynamische Bremsung nicht weitergeführt, und es wird in einen Wechselstromperiodenüberspringungsmodus eingetreten. während dieser Phase wird durch jede Motorwicklung Strom in einem spezifischen Muster geschickt, um die Elektrizität mit einer effektiven Frequenz anzulegen, die eine fundamentale oder Grundkomponente der Wechselstromversorgungsfrequenz ist. In diesen Modus kann erst eingetreten werden, nachdem die dynamische Bremsung die Drehzahl auf einen Wert verlangsamt hat, bei dem der Motor- mit der Wechselstromversorgungsfrequenz nicht mehr synchronisiert bleibt. Diese Drehzahl wird festgelegt aus dem Intervall zwischen den Stromimpulsen im dynamischen Bremsmodus.
• Falls ein fortgesetzter Betrieb mit dieser niedrigeren Drehzahl erwünscht ist, wird mit dem Periodenüberspringungsmodus für unbestimmte Zeit fortgefahren. Eine Anwendung der vorliegenden Technik ist es allerdings, die Drehzahl des Motors zu verringern, bevor er zum vollständigen Stillstand gebracht wird. Diese Vorverringerung der Drehzahl gestattet eine bessere Beeinflussung des Anhaltevorgangs, so daß das vom Motor angetriebene Element genauer positioniert werden kann.
• Bei dieser Anwendung der vorliegenden Technik wird der Motor auf die Grundkomponentenfrequenz synchronisiert, die durch das Wechselstromperiodenüberspringen erzeugt wird. Im Anschluß daran, wenn das angetriebene Element dicht bei der gewünschten Position ist, triggert ein Sensor die Motorsteuerung, um in eine zweite dynamische Bremsung einzutreten. In dieser Phase wird dann der Motor dadurch zum Stillstand gebracht, daß während jeder folgenden positiven oder negativen Halbperiode der Wechselstromversorgungsspannung Strom von der Versorgungsquelle zugeführt wird. Diese letzte Phase dauert für einen vorgegebenen Zeitraum an oder so lange, bis der Stillstand des Motors durch irgendeine Einrichtung festgestellt wird.
• Somit ist es ein Ziel der vorliegenden im Anspruch 1 oder im Anspruch 6 beanspruchten Erfindung, einen Mechanismus vorzusehen, der unter Anwendung des Periodenüberspringens eine Motordrehzahlverminderung gestattet, ohne daß zusätzliche Schalter in der Motorschaltung verwendet werden.
• Ein weitergehendes Ziel ist die Einbeziehung dynamischer ßremsung, um den Motor auf eine Drehzahl zu vermindern, bei der er nicht mit der Frequenz der Wechselstromquelle synchronisiert bleibt, wenn das Periodenspringen angewendet wird.
• Ein noch weitergehendes Ziel der Erfindung ist das Vorsehen einer Maßnahme, die den Motor zu einem vollständigen Anhalten in einer Weise bringt, daß das vom Motor angetriebene Element genau positioniert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• FIG. 1 ist ein prinzipielles Schaltbild, das einen Elektromotor und eine Motorsteuerung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.
• FIG. 2 ist ein Schaubild, das die Motordrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.
• FIG. 3 ist eine konzeptionelle Darstellung der Spannungsschwingungsform einer Phase der Wechselstromversorgung für den Motor und von Schwingungsformen des zum ßremsen des Motors angewendeten Stroms bei drei zunehmend kleineren Motordrehzahlen.
• FIG. 4A, 4B und 4C bilden ein Flußdiagramm des Programms der Motorsteuerung zur Durchführung der Drehzahlverminderung.
• FIG. 5 ist ein Stromphasendiagramm zur Darstellung der Zeitbeziehungen, zu denen die Thyristoren gezündet werden.
• FIG. 6 ist eine Darstellung der elektrischen Stromschwingungsformen für jede Wechselstromphasenleitung, mit der der Motor verbunden ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Zunächst wird auf FIG. 1 Bezug genommen. Ein dreiphasiger Elektromotor 10 hat drei Statorwicklungen 11, 12 und 13. Das Anlegen von Elektrizität an den Motor 10 wird durch eine Motorsteuerung 20 und ihr Thyristorschaltmodul 14 bewerkstelligt. Das Schaltmodul 14 enthält drei Paare Thyristoren (gesteuerte Siliciumgleichrichter) 16, 17 und 18, wobei die Thyristoren jedes Paares umgekehrt parallel zueinander geschaltet sind. Jedes Thyristorpaar verbindet eine der Statorwicklungen 11, 12 oder 13 mit einer Versorgungsleitung A, B oder C einer dreiphasigen Quelle wechselnder Elektrizität. Die Spannung zwischen jedem möglichen Versorgungsleitungspaar hat eine Frequenz von 50 oder 60 Hz.
• Die Thyristorpaare 16 bis 18 werden von einer Steuerschaltung getriggert oder gezündet, die einen Mikrocomputer 21, drei Nulldurchgangsdetektoren 22, 23 und 24 sowie zwei Spannungsvergleicher 25 und 29 enthält. Bei dem Mikrocomputer 21 kann es sich um einen von Hitachi America, Ltd., angebotenen Typ 6801 handeln, der einen Mikroprozessor, Zeitgeberschaltungen, einen Festwertspeicher und einen Direktzugriffsspeicher im selben integrierten Schaltungspack enthält. Ein Computerprogramm, das den Betrieb der Motorsteuerung 20 definiert, ist im Festwertspeicher des Computers gespeichert. Dieses Programm ist mit solchen Programmen ähnlich, die für herkömmliche programmierbare Motorsteuerungen verwendet werden, und zwar insoweit, als Funktionen des Anlaufens und Betreibens des Motors 10 bei normaler Laufdrehzahl betrachtet werden. Wie es noch im einzelnen erläutert wird, enthält das Programm eine neuartige Routine zum Vermindern der Drehzahl des Motors 10 und zum Verlangsamen des Motors bis zum Stillstand.
• Der Mikrocomputer 21 erzeugt mit geeignetem Zeittakt Thyristortriggersignale an drei Leitungen 26, 27 und 28 eines parallelen Ausgabeports. Die erste Ausgabeleitung 26 ist über einen herkömmlichen ersten Trenntransformator 31 mit den Steueranschlüssen des ersten Thyristorpaares 16 für die Eletrizitätsversorgungsleitung A verbunden. Die anderen Triggersignalausgabeleitungen 27 und 28 sind über ähnliche Trenntransformatoren 32 und 33 mit den Steueranschlüssen des zweiten bzw. dritten Thyristorpaares 17 und 18 für die Elektrizitätsversorgungsleitungen B bzw. C verbunden
• Drei Anschlüsse 41, 42 und 43 verbinden die Statorwicklungen 11, 12 und 13 mit der Motorsteuerung 20. Drei gleich große Widerstände 34 bis 36 sind mit den Anschlüssen 41 bis 43 in einer Y-Schaltung verbunden, wobei der gemeinsame Y- Knoten 37 mit Masse der Steuerschaltung verbunden ist. Die Spannung an jedem der Widerstände 34, 35 und 36 ist gleich der Spannung Va, Vb bzw. Vc an den drei Statorwicklungen 11, 12 bzw. 13. Das Potential des gemeinsamen Knotens 37 der Y-Widerstandsverbindung ist dasselbe wie dasjenige des neutralen Knotens 35 der Motorwicklungen, das im wesentlichen gleich dem neutralen Potential der Wechselstromversorgung ist.
• Der erste Spannungsvergleicher 25 fühlt die Spannung Vc an der dritten Statorwicklung 13 ab. Der nicht invertierende Eingang des Spannungsvergleichers 25 ist mit dem dritten Statorwicklungsanschluß 43 über einen Spannungsteiler 30 verbunden, der die Statorwicklungsspannung auf einen Wert vermindert, der mit dem Vergleicher kompatibel ist. Der invertierende Eingang des Spannungsvergleichers 25 ist mit Schaltungsmasse verbunden. Der Spannungsvergleicher 25 erzeugt ein Ausgangssignal, das die Polarität der Gegen-EMK-Spannung an der dritten Motorwicklung 13 angibt, d.h. ob die Spannung oberhalb oder unterhalb des neutralen Potentials ist, wie es noch beschrieben wird. Der Ausgang des ersten Vergleichers 25 ist an eine Paralleleingabeportleitung des Mikrocomputers 21 angeschlossen.
• Der zweite Spannungsvergleicher 29 ist über einen Spannungsteiler 38 mit dem ersten Anschluß 41 verbunden, um in ähnlicher Weise die Polarität der Spannung Va an der ersten Statorwicklung 11 abzutasten. Der Ausgang des zweiten Spannungsvergleichers ist mit einer anderen Leitung des parallelen Mikrocomputereingangports verbunden, um eine Anzeige der Gegen-EMK-Spannung an der ersten Statorwicklung vorzusehen, wie es noch beschrieben wird.
• Die Versorgungsleitungen A, B und C sind über jeweils separate Widerstände 45, 46 und 47 mit den Eingängen der drei Nulldurchgangsdetektoren 22, 23 und 24 verbunden. Drei zusätzliche Widerstände 48, 49 und 50 verbinden die Eingänge der Nulldurchgangsdetektoren mit der Steuerungsschaltungsmasse, und bilden auf diese Weise Spannungsteiler mit den Widerständen 45 bis 47. Der erste Nulldurchgangsdetektor 22 ist mit den Widerständen 45 und 46 verbunden, um einen Durchgang durch Null der Spannung Vab an den Versorgungsleitungen A und B abzufühlen. In ähnlicher Weise ist der zweite Nulldurchgangsdetektor 23 mit den Widerständen 46 und 47 verbunden, um Nulldurchgänge der Spannung Vbc zwischen den Versorgungsleitungen B und C festzustellen, während der dritte Detektor 24 die Nulldurchgänge der Spannung Vac zwischen den Versorgungsleitungen A und C abfühlt. Jeder der Nulldurchgangsdetektoren 22 bis 24 hat zwei Ausgänge, die mit dem Mikrocomputer 21 verbunden sind. Einer dieser Ausgänge zeigt einen Übergang der zugehörigen Spannung vom Negativen ins Positive an, wohingegen der andere Ausgang einen Übergang vom Positiven zum Negativen angibt.
• Zusätzliche Eingabeportleitungen des Mikrocomputers 21 sind an einen Handtastenschalter 52 angeschlossen und an zwei Grenzschalter 53 und 54. Diese Eingabeportleitungen sind auch über drei Hochziehwiderstände 56 bis 58 an die positive Versorgungsspannung der Motorsteuerung 20 angeschlossen. Die Aktivierung einer der Schalter 52 bis 54 zieht die entsprechende Mikrocomputereingabeleitung auf Masse. Der Tastenschalter 52 wird durch einen Benutzer aktiviert, um den Motor 10 zu starten, und er erzeugt ein mit START bezeichnetes Signal, das dazu führt, daß der Mikrocomputer 21 eine herkömmliche Softwareroutine zum Starten und zum Steuern des normalen Laufes des Motors 10 ausführt. Die beiden Grenzschalter 53 und 54 befinden sich beispielsweise an einer Fertigungsstraße, um festzustellen, wann ein Werkzeug eine vorgegebene Position längs der Straße einnimmt, und um die Motorbremsfunktion zu steuern, wie es noch beschrieben wird.
• FIG. 2 zeigt in einer Graphik die Drehzahl des Motors bzw. die Geschwindigkeit eines vom Motor angetriebenen Elements, beispielsweise einer Fördervorrichtung für eine Fertigungsstraße. Anfangs, vor einem Zeitpunkt T&sub0;, arbeitet der Motor bei voller Drehzahl. In dieser Betriebsart sind die Thyristoren 16 bis 18 der Motorsteuerung während der gesamten Halbperiode der entsprechenden Wechselstromversorgungsspannungen leitend, während denen sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind. Zum Zeitpunkt T&sub0; wird der erste Grenzschalter 53 an der Fertigungsstraße durch ein Werkstück geschlossen, das sich an einer Position vorbeibewegt, bei der der Grenzschalter angeordnet ist. Der Mikrocomputer 21 spricht auf das Schließen des ersten Grenzschalters dadurch an, daß er mit der dynamischen Bremsung des Elektromotors beginnt.
• Die dynamische Bremstechnik besteht darin, daß zu bestimmten Zeiten Stromimpulse an den Motor 10 gelegt werden, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das ein negatives Motordrehmoment hervorruft, wodurch der Rotor des Motors abgebremst wird. Man hat herausgefunden, daß dies dadurch erreicht werden kann, daß dann Elektrizität an den Motor angelegt wird, wenn die Polarität der augenblicklichen Elektrizitätsspannung entgegengesetzt zu der Polarität der im Motor induzierten Gegen-EMK ist (das bedeutet, daß eine dieser Spannungen positiv und die andere negativ in bezug auf das neutrale Potential der Versorgung ist). Die Gegen-EMK ergibt sich aus dem Magnetismus des Rotors und des rotierenden Magnetfeldes, das von diesem Magnetismus erzeugt wird, solange sich der Rotor dreht. Der hier benutzte Ausdruck "GEGEN- EMK-Spannung" bezieht sich auf diejenige Spannung, die in einer Wicklung des Motors durch dieses rotierende Magnetfeld während solcher Zeiträume erzeugt wird, zu denen von den Versorgungsleitungen keine Elektrizität an den Motor gelegt wird.
• Unter Bezugnahme auf FIG. 1 sei ausgeführt, daß die Gegen-EMK-Spannung Vc an der dritten Statorwicklung 13 vom ersten Spannungsvergleicher 25 abgefühlt wird. Der Ausgang des Spannungsvergleichers 25 stellt die Polarität der abgefühlten induzierten Gegen-EMK-Spannung dar. Die Polarität der Wechselversorgungsspannung Vab zwischen den Leitungen A und B erscheint an der Ausgangsleitung des AB-Nulldurchgangsdetektors 22, der aktiv ist. Nach jedem Nullspannungsdurchgang der Versorgungsspannung Vab überprüft der Mikrocomputer 21 die Polarität der beiden abgefühlten Spannungsproben. Sind die Polaritäten zueinander entgegengesetzt (d.h. eine ist positiv und die andere ist negativ in bezug auf Schaltungsmasse), werden die paarweise angeordneten Thyristoren 16 und 17 für die Versorgungsleitungen A und B durch einen kurzen Impuls getriggert, der im Anschluß an eine feste Verzögerung vom Auftreten des Nulldurchgangs an ihren Zünd- oder Steuerelektroden zugeführt wird. Die Verzögerung kann auf einen Zeitraum bis hin zu beinahe einer halben Periode der Wechselstromversorgungsspannung eingestellt werden. Je kürzer die Verzögerung ist, um so mehr Strom wird dem Motor 10 zugeführt und um so größer ist die Bremswirkung. Nach der Triggerung liefern die Thyristorpaare an den Motor so lange Strom, bis der Versorgungswechselstrom Iab durch Null geht. Zu diesem Zeitpunkt werden die Thyristoren automatisch gesperrt und bleiben so lange gesperrt, bis sie erneut vom Mikrocomputer 21 getriggert werden.
• Bei der Drehzahlabnahme des Motors 10 ändert sich die Phasenbeziehung zwischen der Gegen-EMK-Spannung Vc und der Versorgungsleitungsspannung Vab. Das Ergebnis davon ist, daß die Thyristorpaare 16 und 17 immer häufiger getriggert werden, wodurch die Bremswirkung zunimmt. Die Schwingungsformen oder Signalverläufe I und II nach FIG. 3 zeigen im Prinzip den Strom Iab, der durch die erste und zweite Statorwicklung 11 und 12 während des Bremsvorgangs bei zwei zunehmend geringeren Drehzahlen fließt. Bei der Schwingungsform I werden das erste und zweite Thyristorpaar 16 und 17 nur gelegentlich während einer positiven Halbperiode der Versorgungsleitungsspannung Vab getriggert. Wird der Motor langsamer, tritt die Triggerung häufiger auf, wie es bei der Schwingungsform II gezeigt ist. Zusätzliche Thyristorstrommuster treten zwischen denjenigen auf, die in FIG. 3 dargestellt sind.
• Die dynamische Bremsung dauert bis zu einem Zeitpunkt T&sub1; nach FIG. 2 an, zu dem die Motordrehzahl auf näherungsweise 80% der Drehzahl abgesunken ist, die vor dem Zeitpunkt T&sub0; auftrat. Diese abgesunkene Drehzahl wird dadurch angezeigt, daß die Thyristoren mit einem gewissen zeitlichen Abstand getriggert werden (beispielsweise alle fünf Perioden der Wechselstromversorgungsspannung, wie es bei der Schwingungsform 11 in FIG. 3 gezeigt ist). Bei dieser abgesunkenen Drehzahl kann man mit dem Wechselstromperiodenüberspringen beginnen, ohne Gefahr zu laufen, daß der Motor 10 mit der Frequenz der Wechselstromversorgungsspannung synchronisiert bleibt. Somit wird beim Zeitpunkt T&sub1; die dynamische ßremsung beendet, und die Steuerung beginnt mit dem Wechselstromperiodenüberspringen, um die Drehzahl des Motors weiter herabzusetzen. Diese Herabsetzung dauert bis zu einem Zeitpunkt T&sub2; an, bei dem der Motor mit der Grundfrequenzkomponente des Stromes synchronisiert wird, der beim Periodenüberspringen erzeugt wird. Danach arbeitet der Motor mit einer konstanten Drehzahl, die durch diese Grundfrequenz bestimmt ist.
• Zu einem Zeitpunkt T&sub3; schließt das Werkstück den zweiten Grenzschalter 54, wobei ein aktives Signal LS2 zum Mikrocomputer 21 gelangt. Dadurch wird die Steuerung veranlaßt, den Periodenüberspringungsmodus aufzugeben und in eine zweite Phase einer dynamischen Bremsung einzutreten, bei der während jeder Periode Impulse der Wechselstromversorgungsspannung an die Wicklungen des Motors 10 gelegt werden. Nach einem kurzen Zeitraum gelangt der Motor 10 zu einem vollkommenen Stillstand zum Zeitpunkt T&sub4;.
• Wie es der Darstellung nach FIG. 2 entnommen werden kann, vermindert die vorliegende ßremstechnik anfangs die Drehzahl des Motors von voller Drehzahl auf eine relativ niedrige Drehzahl. Ist die Position oder Lage eines Gegenstands auf einer Fertigungsstraße dicht bei der gewünschten endgültigen Position, veranlaßt das Schließen des zweiten Grenzschalters eine weitere Verminderung der Motordrehzahl bis auf Null. Durch Anwenden einer Kombination aus einer dynamischen Motorbremsung, um den Motor aus dem Synchronismus mit der Versorgungsleitungsfrequenz herauszubrechen, und aus einem Wechselstromperiodenüberspringen, um die Motordrehzahl auf einen relativ niedrigen Wert zu vermindern, wird der Motor auf eine Drehzahl abgesenkt, aus der heraus ein sehr genaues endgültiges Anhalten erfolgen kann, so daß das Werkstück genau positioniert werden kann.
• Die Drehzahlverminderung und das Anhalten des Elektromotors werden von der Motorsteuerung 20 vorgenommen, die eine Drehzahlverminderungs-Softwareroutine ausführt, welche als Flußdiagramm in FIG. 4A bis C dargestellt ist. Wenn zum Zeitpunkt T&sub0; der erste Grenzschalter 53 geschlossen wird (Signal LSI), ruft der Mikrocomputer 21 die Motordrehzahlverminderungsroutine auf und beginnt mit der Ausführung eines Schritts 70. Hierbei initialisiert der Mikrocomputer die Intervallvariablen und Zähler, die bei der Ausführung der Routine verwendet werden. Anschließend, bei einem Schritt 72, werden die Eingaben vom AB-Nulldurchgangsdetektor 22 überprüft, um festzustellen, ob die Spannung Vab zwischen den Versorgungsleitungen A und B einen Nulldurchgang gemacht hat. Ist ein Nulldurchgang nicht aufgetreten, läuft die Programmausführung kontinuierlich durch den Schritt 72. Wird hierbei ein Spannungsnulldurchgang erfaßt, dann wird im Mikrocomputerspeicher eine Flagge oder ein Kennzeichen gesetzt, das anzeigt, ob der Nulldurchgang steigend oder fallend war, d.h. ob die Spannung Vab jetzt negativ oder positiv ist. Die Programmausführung schreitet dann zu einem Schritt 74 voran.
• Beim Schritt 74 legt der Mikrocomputer 21 eine vorbestimmte Zeitpause ein, die eine herkömmliche Phasenwinkelverzögerung vorsieht, bevor die geeigneten Thyristoren im Schaltmodul 14 getriggert werden. Zur Festlegung der Triggerzeit wird dem gegenwärtigen Wert des Zeitgebers des Mikrocomputers ein Verzögerungsintervall hinzugefügt. Die Programmausführung hält beim Schritt 74 so lange inne, bis die Zeit zum Zünden der Thyristoren gekommen ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Wert des Zeitgebers des Mikrocomputers gleich dem durch die Hinzufügung entstandenen Wert.
• Zu diesem Zeitpunkt tastet dann der Mikrocomputer die Polarität der Gegen-EMK-Spannung Vc an der dritten Wicklung 13 des Motors 10 ab. Die Abtastung wird dadurch vorgenommen, daß der Ausgang des Spannungsvergleichers 25 überprüft wird und bei einem Schritt 76 der Ausgang in einem Speicherplatz des Mikrocomputers 21 gespeichert wird. Die Polarität der abgetasteten Gegen-EMK-Spannung wird dann mit der Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab bei einem Schritt 78 verglichen. Stimmen die beiden Spannungspolaritäten miteinander überein, sind also beide positiv oder negativ im Vergleich zum Potential am neutralen Knotenpunkt 15 des Motors, zweigt die Programmausführung zu einem Schritt 79 ab, bei dem der Mikrocomputer den Inhalt einer Zähleradresse in seinem Speicher inkrementiert. Dieser Adreßplatz speichert einen Zählwert der Halbperioden der Versorgungsleitungsspannung, die zwischen dem Zünden der Thyristoren im dynamischen ßremsmodus auftreten. Die Programmausführung kehrt dann zum Schritt 72 zurück, um einen anderen Nulldurchgang der Spannung Vab abzuwarten.
• Ist die Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab entgegengesetzt zu der Polarität der Gegen-EMK-Spannung an der dritten Wicklung 13, werden die Thyristorpaare 16 und 17 getriggert, um einen Strom Iab durch die Motorwicklungen 11 und 12 fließen zu lassen, wobei ein negatives Drehmoment erzeugt wird. In diesem Fall entgegengesetzter Polarität schreitet die Programmausführung zu einem Schritt 80 voran, bei dem der Mikrocomputer 21 den Inhalt des Halbperiodenzählers überprüft, um festzustellen, ob dieser Zähler einen Zählwert hat, der kleiner als 11 ist. Während der Anfangsphase der Motordrehzahlverminderung (zwischen den Zeitpunkten T&sub0; und T&sub1;) hat der beim Schritt 80 überprüfte Zählwert einen Wert, der stets größer als 11 ist. Dies veranlaßt die Programmausführung zu einem Schritt 82 voranzuschreiten, bei dem der Halbperiodenzähler auf Null zurückgestellt wird. Bei einem Schritt 84 erzeugt dann der Mikrocomputer Ausgangssignale an den Leitungen 26 und 27, um die Thyristorpaare 16 und 17 für die Versorgungsleitungen A und B zu triggern. Diese Triggerung der Thyristoren erzeugt einen Strom Iab in den Wicklungen 11 und 12 des Motors, der ein Magnetfeld hervorruft, welches zu dem Magnetfeld des Rotors des Motors 10 entgegengesetzt ist. Die einander entgegengesetzten Magnetfelder rufen eine Verminderung in der Drehzahl des Motors hervor.
• Wie es in den Schwingungsformen nach FIG. 3 dargestellt ist, erzeugt der durch Triggerung der Thyristorpaare 16 und 17 angelegte Strom in dieser Anfangsphase der Motordrehzahlverminderung Stromimpulse, wie sie beispielsweise in der Schwingungsform I zu sehen sind. In dieser Phase treten die Stromimpulse in Abständen auf, die größer als fünf Perioden der Versorgungsleitungsspannung Vab sind. Das Ergebnis davon ist, daß der Wert des Halbperiodenzählers unmittelbar vor der Thyristortriggerung elf oder mehr beträgt. Mit geringer werdender Motordrehzahl nimmt der Abstand zwischen den Zeitpunkten, zu denen die Wechselstromversorgungsleitungsspannung und die Gegen-SMK-Spannung entgegengesetzte Polarität haben, ab, so daß der Abstand zwischen dem Triggern der Thyristoren kürzer wird. Schließlich werden die Thyristoren alle fünf Perioden der Versorgungsleitungsspannung Vab oder in einem noch kürzeren Abstand gezündet, wie es bei der Schwingungsform 11 nach FIG. 3 dargestellt ist. Dies tritt zum Zeitpunkt T&sub1; auf, der bei der Darstellung nach FIG. 2 als ein Zeitpunkt gekennzeichnet ist, bei dem die Motordrehzahl sich annähernd auf 80% der vollen Drehzahl vermindert hat, die vor dem Zeitpunkt T&sub0; vorhanden war. Deshalb hat jetzt vom Zeitpunkt T&sub1; an, der Halbperiodenzähler einen Wert, der kleiner als 11 ist. Dies wird beim Schritt 80 der in FIG. 4A dargestellten Motordrehzahlverminderungsroutine erfaßt. Deshalb zweigt die Programmausführung vom Schritt 80 zu einem Schritt 86 in FIG. 4B ab.
• Beim Programmabzweig zum Zeitpunkt T&sub1; wird in einen Betriebsmodus eingetreten, bei dem die dynamische Bremsung aufhört und die weitere Verminderung der Drehzahl des Motors durch Wechselstromperiodenüberspringen erfolgt. In diesem Modus werden alle Thyristorpaare 16 bis 18 wahlweise in einem Muster getriggert, welches an den Motor wirksam Elektrizität mit einer Grundkomponentenfrequenz anlegt, die gleich ein siebtel der Versorgungsleitungsfrequenz ist. Beispielhafte Muster dieser Triggerung sind in FIG. 6 dargestellt.ßezüglich der gezeigten Schwingungsform A sei bemerkt, daß das erste Thyristorpaar 16 anfangs getriggert wird, um zwei aufeinanderfolgende positive Stromimpulse 61 und 62 in der Versorgungsleitung A fließen zu lassen. Im Anschluß an den Impuls 62 wird das erste Thyristorpaar 16 während der nächsten vollständigen Periode der Elektrizität an der Versorgungsleitung A überhaupt nicht getriggert. Im Anschluß an diese Lücke beim Triggern wird das erste Thyristorpaar 16 getriggert, um zwei aufeinanderfolgende negative Stromimpulse 63 und 64 in der Versorgungsleitung A fließen zu lassen. Im Anschluß an den Impuls 64 erfolgt wieder für eine weitere Periode ein Aussetzen der Triggerung des ersten Thyristorpaares 16. Danach wiederholt sich dieses Muster so lange, wie sich die Steuerung in dem Periodenüberspringmodus befindet. Die anderen beiden Thyristorpaare 17 und 18 der Versorgungsleitungen B und C werden in identischen Mustern getriggert, allerdings mit einer Phasenversetzung von 120º elektrisch, wie es in FIG. 6 dargestellt ist.
• Wie es bei einem Vergleich der drei in FIG. 6 dargestellten Schwingungsformen hervorgeht, ist ein positiver Stromimpuls 61 in der ersten Motorwicklung 11 mit einem negativen Stromimpuls 65 in der zweiten Motorwicklung 12 verbunden, was unterhalb der dargestellten Schwingungsformen durch die Bezeichnung A gekennzeichnet ist. Der positive Stromimpuls 62 in der ersten Motorwicklung 11 ist gleichermaßen mit einem negativen Stromimpuls 69 in der dritten Motorwicklung verbunden, wie es durch die Bezeichnung A dargestellt ist. Wie man sieht, umfassen die Muster der Stromimpulse in den drei Motorwicklungen sechs Intervalle, zu denen jeweils unterschiedliche Kombinationen aus zwei Thyristorpaaren getriggert sind, um Strom durch den Motor zu schicken. Jedes dieser sechs Intervalle hat eine Dauer von 420º elektrisch.
• Eine andere graphische Darstellung des Triggerungsmusters zum Erzeugen der Grundfrequenzkomponente von einem Siebentel ist in FIG. 5 durch das dort gezeigte Spannungsphasendiagramm vorgesehen. Dieses Diagramm illustriert die Zeit- und Phasenbeziehung zwischen den Zündmustern nach FIG. 6. Die anfängliche Triggerung der Thyristoren, wobei die Impulse 61 und 65 erzeugt werden, ist durch einen Pfeil 66 am innersten Punkt der Thyristorzündspirale längs der mit A bezeichneten Radiallinie dargestellt (die gewählte Bezeichnung entspricht dabei derjenigen von FIG. 6). Es sei bemerkt, daß die Thyristoren geringfügig später als beim Auftritt des Nulldurchgangs gezundet werden, also nach einer herkömmlichen Phasenwinkelverzögerung. Nach dem Zünden des ersten und zweiten Thyristorpaares 16 und 17 tritt eine Verzögerung für 420º der Spannungsform in der Versorgungsleitung A auf, und zwar bis zu einem Zeitpunkt, der durch den nächsten Pfeil 67 in Umfangsrichtung der Spirale angezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt werden das erste und das dritte Thyristorpaar 16 und 18 gezühdet, um den positiven Stromimpuls 62 in der Versorgungsleitung A und den negativen Stromimpuls 69 in der Versorgungsleitung C zu erzeugen, wie es durch die Bezeichnung A angedeutet ist. Dieses Muster mit Verzögerungen von 420º zwischen Thyristortriggerungen wird fortgeführt, um die sechs Variationen des Stromflusses durch den Dreiphasenmotor 10 zu erzeugen, wie es durch die sechs Radiallinien in FIG. 5 angegeben ist.
• Wiederum unter Bezugnahme auf FIG. 6 sei bemerkt, daß diese Thyristortriggerungsmuster drei effektive Stromsignalverläufe 68a, b und c durch die Motorwicklungen 11, 12 bzw. 13 erzeugen. Die effektive Frequenz des resultierenden Stroms ist ein siebtel der Frequenz der Wechselversorgungsspannung. Das Anlegen dieser Grundfrequenzkomponente der Wechselversorgungsspannungsfrequenz erzeugt eine weitere Verminderung in der Drehzahl des Motors so lange, bis zum Zeitpunkt T&sub2; (siehe FIG. 2) der Motor mit dieser Grundfrequenzkomponente synchronisiert wird.
• Obgleich die Erfindung an Hand einer Technik beschrieben ist, die eine Grundfrequenzkomponente von einem Siebtel verwendet, können auch andere Grundfrequenzkomponenten benutzt werden. Solche Frequenzen sind festgelegt durch den Ausdruck f/(6n+1), wobei f die Frequenz der Versorgungsspannung ist und n ist eine positive ganze Zahl. In einer Technik, die den Motor zum Stillstand bringt, werden Grundfrequenzkomponenten von 1/7 und 1/13 bevorzugt, weil niedrigere Frequenzen für die meisten praktischen Anwendungen den Motor mit einer zu geringen Drehzahl antreiben. Zum Erzeugen der 1/13-Bruchteilfrequenz werden die Thyristoren für jede Versorgungsleitung in einem Muster aus vier positiven Stromimpulsen getriggert, dann für zwei Versorgungsperioden nicht getriggert, anschließend für vier negative Stromimpulse getriggert und dann nochmals für zwei weitere Perioden nicht getriggert. Dies läuft auf eine Versopplung der in FIG. 6 dargestellten Muster hinaus.
• Der Anteil des in FIG. 4B gezeigten Motordrehzahlverminderungsprogramms steuert die Triggerung der Thyristorpaare 16 bis 18, um das Periodenüberspringen auszuführen, mit dem eine Grundfrequenzkomponente erzeugt wird. Dieser Anteil des Softwareprogramms beginnt mit dem Schritt 86, bei dem die Eingabe vom zweiten Grenzschalter 54 überprüft wird, um festzustellen, ob der Grenzschalter geschlossen ist, was zum Zeitpunkt T&sub3; bei der Darstellung nach FIG. 2 auftritt. Wenn dieser Anteil des Programms zunächst zur Zeit T&sub1; ausgeführt wird, ist der zweite Grenzschalter 54 noch offen, und das Programm schreitet zu einem Schritt 87 voran, wo das Programm auf einen Nulldurchgang der Spannung Vab zwischen den Versorgungsleitungen A und B wartet.
• Sobald dieser Spannungsnulldurchgang auftritt, tritt der Mikrocomputer 21 bei einem Schritt 88 in eine zeitgesteuerte Schleife ein, die eine Phasenwinkelverzögerung zwischen dem Nulldurchgang der Versorgungsspannung Vab und der Triggerung der Thyristoren vorsieht. Sobald diese Verzögerungszeit abgelaufen ist, wird bei einem Schritt 89 ein erster Zähler inkrementiert, und das resultierende Ergebnis wird bei einem Schritt 90 überprüft, um festzustellen, ob es größer als 2 ist. Der erste Zähler sieht einen Sperrmechanismus für den Anteil des Programms vor, wobei überprüft wird, ob sich der Motor mit der Grundfrequenzkomponente synchronisiert hat (was zum Zeitpunkt T&sub2; geschieht). Die Überprüfung wird für eine Periode der Grundfrequenzkomponente im Anschluß an den Übergang in den Periodenüberspringmodus zur Zeit T&sub1; gesperrt, so daß transiente Spannungsvorgänge in der Gegen-EMK zu keiner fehlerhaften Feststellung bezüglich der Synchronisation des Motors mit der Grundfrequenzkomponente führen. Für zwei Spannungsdurchgänge der an die Wicklung 11 des Motors gelegten Grundfrequenzkomponente (zwei Durchgänge durch die Programmschleife nach FIG. 4B) ist deshalb die Motorsynchronisationserfassung gesperrt, und die Programmausführung geht direkt zu einem Schritt 95 über.
• Beim Schritt 95 werden die Thyristoren 16 und 17 für die Versorgungsleitungen A und B durch den Mikrocomputer getriggert, der auf die Leitungen 26 und 27 Ausgabeimpulse gibt. Dadurch werden die in FIG. 6 dargestellten Stromimpulse 61 und 65 erzeugt. Dies führt zu einem positiven Stromfluß durch die erste Wicklung 11 des Motors und zu einem negativen Stromfluß durch die zweite Wicklung 12. Somit fließt der Strom Iab durch den Motor 10 (FIG. 1).
• Nachdem die Thyristoren für die Versorgungsleitungen A und B getriggert worden sind, sieht der Mikrocomputer 21 für zwei Nulldurchgänge der Versorgungsspannung Vab eine Wartepause vor. Diese Pause beim Schritt 96 liefert eine Verzögerung von 360º bezogen auf die Versorgungsspannung. Diese Verzögerungsperiode ist durch den Mikrocomputer 21 vorgesehen, der die beiden Eingabeleitungen vom AB-Nulldurchgangsdetektor 22 abfühlt. Nach dem zweiten Spannungsnulldurchgang wartet der Mikrocomputer 21 auf ein Nulldurchgangssignal vom AC- Nulldurchgangsdetektor 24 bezüglich der Versorgungsspannung Vac bei einem Schritt 97. Dieser Nulldurchgang tritt 420º elektrisch nach demjenigen Nulldurchgang auf, der die Triggerung der vorangegangenen Thyristorpaare 16 und 17 hervorrief. Beim Erfassen des Nulldurchgangs in der Spannung Vac läßt der Mikrocomputer bei einem Schritt 98 die Phasenverzögerung ablaufen, bevor er die Triggerung der Thyristorpaare 16 und 18 für die Versorgungsleitungen A und C bei einem Schritt 99 veranlaßt. Diese Triggerung des ersten und dritten Thyristorpaares 16 und 18 erzeugt die in FIG. 6 dargestellten Stromimpulse 62 und 69, die einen positiven Stromfluß durch die erste Wicklung 11 des Motors und einen negativen Stromfluß durch die dritte Wicklung 13 hervorrufen, wie es durch die Bezeichnung A angedeutet ist.
• Die Programmausführung wartet dann für zwei weitere Nulldurchgänge der Spannung Vac zwischen den Versorgungsleitungen A und C, um eine weitere Verzögerung um 360º vorzusehen. Im Anschluß an diese Verzögerung bei einem Schritt 100 schreitet das Programm zum Schritt 102 voran, bei dem der Mikrocomputer 21 damit beginnt, den Ausgang des BC-Nulldurchgangsdetektors 23 abzufühlen, um festzustellen, wann der nächste Nulldurchgang in der Versorgungsspannung Vbc auftritt. Mit dem Auftreten dieses Nulldurchgangs läßt der Mikrocomputer 21 bei einem Schritt 104 die Phasenverzögerung ablaufen, bevor er die Triggerung der Thyristoren 17 und 18 für die Versorgungsleitungen B und C bei einem Schritt 106 veranlaßt. Im Anschluß an das Zünden dieser Thyristoren wartet das Programm auf zwei weitere aufeinanderfolgende Durchgänge der Spannung Vbc zwischen den Versorgungsleitungen B und C bei einem Schritt 108, bevor zum Schritt 86 zurückgegangen und der Prozeß wiederholt wird.
• Jeder Lauf durch die Motorsteuerungsprogrammschleife der FIG. 4B triggert die Thyristorpaare 16 bis 18, um eine Halbperiode der Grundfrequenzkomponente 68a, b und c bei jedem Motoranschluß 41, 42 und 43 zu erzeugen. Beim anschließenden Lauf durch die Programmschleife wird die Halbperiode entgegengesetzter Polarität der Grundfrequenz erzeugt.
• Wie oben angemerkt, geht die Programmausführung während der ersten beiden Läufe durch die Schleife des Motorsteuerungsprogramms nach dem Durchflußdiagramm von FIG. 4B vom Schritt 90 direkt zum Schritt 95 über, wobei derjenige Programmanteil kurzgeschlossen wird, der feststellen soll, wann der Motor mit der Grundfrequenzkomponente zum Zeitpunkt T&sub2; synchronisiert wird. Nachdem die erste Periode dieser Grundfrequenz erzeugt worden ist, hat der erste Zähler einen Wert, der größer als zwei ist. Danach, unmittelbar vor der Triggerung der Thyristoren im Modul 14, um damit das erste Paar positiver oder negativer Stromimpulse in der Versorgungsleitung A zu erzeugen (beispielsweise die Impulse 61' und 65'), wird eine Überprüfung dahingehend vorgenommen, ob sich der Motor mit dieser niedrigeren Frequenz synchronisiert hat. Diese Überprüfung wird dadurch vorgenommen, daß die Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab mit der Polarität der in der ersten Wicklung 11 des Motors durch die Gegen-EMK induzierten Spannung verglichen wird, wenn kein Versorgungsstrom durch diese Wicklung fließt.
• Wenn deshalb der erste Zähler einen größeren Wert als zwei hat, zweigt das Programm beim Schritt 90 zum Schritt 92 ab, um die Eingabe vom zweiten Spannungsvergleicher 29 abzufühlen, der die Polarität der in der ersten Motorwicklung 11 induzierten Gegen-EMK-Spannung anzeigt. Gleichzeitig wird die Ausgabe vom AB-Nulldurchgangsdetektor 22 überprüft, um festzustellen, ob die Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab positiv oder negativ ist. Da der Motor 10 vom Zeitpunkt T&sub1; an seine Drehzahl vermindert, befindet er sich in einem regenerierenden Modus, wobei die Drehzahl höher als die Synchrondrehzahl des Motors für die dem Motor zugeführte Grundfrequenzkomponente ist. In diesem Modus eilt die Gegen-EMK- Spannung dem zugeführten Strom um mehr als 90º voraus, jedoch um weniger als 180º. Deshalb ist die Polarität der Gegen-EMK-Spannung entgegengesetzt zu der Polarität der Versorgungsleitungsspannung Vab in bezug auf den neutralen Knoten 15 des Motors 10. Vor der Zeit T&sub2; sind diese Polaritäten nicht gleich, und ein zweiter Zähler wird bei einem Schritt 93 auf Nüll zurückgestellt, bevor die Programmausführung zum Schritt 95 übergeht, um mit dem Thyristortriggerungsmuster fortzufahren.
• Zu dem in FIG. 2 dargestellten Zeitpunkt T&sub2; wird der Motor 10 mit der Grundfrequenzkomponente der Wechselstromversorgungsleitungsfrequenz synchronisiert, und die Gegen- EMK-Spannung eilt dem Strom um weniger als 90º voraus, so daß sie jetzt dieselbe Polarität wie die Versorgungsleitungsspannung Vab hat. Diese beim Schritt 92 getroffene Entscheidung veranlaßt, daß das Programm zu einem Schritt 110 abzweigt, bei dem der zweite Zähler inkrementiert wird und dann bei einem Schritt 112 überprüft wird, ob der Zählwert größer als zwei ist. Der zweite Zähler liefert eine weitere Verzögerung um eine Periode der Grundfrequenzkomponente bevor eine Entscheidung darüber getroffen wird, ob sich der Motor mit dieser niedrigeren Frequenz synchronisiert hat. Diese Verzögerung verhindert, daß ein transienter Spannungsvorgang eine falsche Entscheidung bezüglich der Motorsynchronisation liefert. Falls die Gegen-EMK-Spannung und die Versorgungsleitungsspannung ihre Polarität unverändert für eine Periode der Grundfrequenzkomponente beibehalten, zweigt das Programm zu einem Schritt 114 ab, bei dem das Triggerungsmuster durch Ändern der Phasenwinkelverzögerung abgeändert wird. Ist beispielsweise zum Antrieb des Motors 10 bei konstanter Drehzahl ein kleineres Drehmoment erforderlich, als es zum Erzeugen der Drehzahlverminderung zwischen den Zeiten T&sub1; und T&sub2; war, wird die Phasenwinkelverzögerung erhöht, um ein geringeres positives Drehmoment im Motor zu erzeugen. Anstelle einer Änderung des Triggerungsphasenwinkels kann die Steuerung alernativ das Periodenüberspringen ändern, um zu einer sogar noch niedrigeren Drehzahl überzugehen, und zwar durch Erzeugen einer niedrigeren Grundfrequenzkomponente.
• Das Programm fährt mit dem Durchlaufen der Schleife des in FIG. 43 dargestellten programmanteils fort, bis der zweite Grenzschalter zum Zeitpunkt T&sub3; geschlossen wird. Bei dem betrachteten Beispiel wird der zweite Grenzschalter dann geschlossen, wenn das Werkstück relativ dicht bei seiner gewünschten Position in bezug auf die nächste Arbeitsstation an der Fertigungsstraße ist. Das Schließen des zweiten Grenzschalters wird beim Schritt 86 erfaßt, und die Ausführung des Programms durch den Mikrocomputer 21 zweigt zu einem in FIG. 4C dargestellten Abschnitt ab. Es wird jetzt eine andere dynamische Bremsroutine eingeleitet, um durch die erste und zweite Wicklung 11 und 12 des Motors während aufeinanderfolgender positiver oder negativer Halbperioden der Wechselspannung über die Versorgungsleitungen A und B Strom zu schicken, wie es in FIG. 3 bei dem Signalverlauf III dargestellt ist. Zu dieser Zeit hat die Motordrehzahl beträchtlich abgenommen, so daß dieses Anlegen der Elektrizität die Drehzahl des Motors beträchtlich schnell bis zum Stillstand vermindert.
• Wie es aus FIG. 4C hervorgeht, wird dieser Prozeß über ein vordefiniertes Intervall ausgeführt, das dadurch erstellt wird, daß bei einem Schritt 120 ein Zeitgeber im Mikrocomputer 21 eingestellt wird. Das Programm wartet dann bei einem Schritt 121 auf das Auftreten eines Nulldurchgangs der Spannung Vab zwischen den Versorgungsleitungen A und B. Beim Auftreten dieses Nulldurchgangs legt der Mikrocomputer für eine Phasenwinkelverzögerung bei einem Schritt 122 eine Pause ein, bevor die Thyristorpaare 16 und 17 für die Versorgungsleitungen A und B gezündet werden. Das Programm wartet dann bei einem Schritt 124 auf den nächsten Nulldurchgang, der auftritt, sobald die Spannung Vab zu der Halbperiode übergeht, die entgegengesetzt zu derjenigen ist, bei der die Thyristoren getriggert wurden. ßei einem Schritt 125 wird dann der Zeitgeber überprüft, um festzustellen, ob er Null erreicht hat. Ist die Zeit nicht abgelaufen, kehrt die Programmausführung zum Schritt 121 zurück, um erneut die Thyristoren zu zünden und eine kontinuierliche dynamische Bremsfunktion auszuführen. Schließlich wird das vordefinierte Zeitintervall für diese kontinuierliche Bremsung erreicht, und der Zeitgeber hat bei einem Schritt 125 einen Wert von Null, wodurch die Programmausführung beendet wird. Anstelle der Ausführung des zweiten dynamischen Bremsmodus für ein zeitgesteuertes Intervall kann man auch einen Mechanismus vorsehen, der feststellt, wann der Motor zum Stillstand gekommen ist, woraufhin dann die Bremsung beendet wird.

Claims (9)

1. Gerät zur Steuerung der Drehzahl eines dreiphasigen Elektromotors (10), der versorgt wird von einer Quelle (A, B, C) wechselnder Elektrizität, deren Spannung eine Frequenz f hat, welches Gerät enthält:

eine erste Einrichtung (22, 23, 24) zum Abfühlen der Polarität der Spannung der Quelle wechselnder Elektrizität;

eine zweite Einrichtung (25, 29) zum Abfühlen der Polarität der Gegen-EMK-Spannung, die in einer Wicklung des Motors induziert wird;

eine erste Einrichtung (21) zum Anlegen von Elektrizität der Quelle an den Motor in Abhängigkeit davon, daß die Drehzahl des Motors oberhalb eines vorbestimmten Wertes ist und die Polarität der Spannung der Quelle zur Polarität der abgefühlten Gegen-EMK-Spannung entgegengesetzt ist, wobei das Anlegen der Elektrizität an den Motor eine Verminderung der Motordrehzahl bewirkt;

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (21) zum Erzeugen einer Anzeige, wenn die erste Einrichtung zum Anlegen von Elektrizität während einer vorgegebenen Anzahl von Perioden der Quellenspannung wenigstens einmal Elektrizität an den Motor anlegt, um zu erfassen, wann die Drehzahl des Motors unter dem vorbestimmten Wert ist; und

eine zweite Einrichtung (21) zum Anlegen von Elektrizität der Quelle an den Motor in Abhängigkeit davon, daß die Drehzahl des Motors unter dem vorbestimmten Wert ist, wobei das Anlegen der Elektrizität in Form eines periodischen Musters von Stromimpulsen erfolgt, die einen effektiven wechselnden Strom in jeder Wicklung des Motors bei einer Grundfrequenzkomponente der Quellenspannungsfrequenz erzeugen, die gleich f/(6n+1) ist, wobei n eine positive ganze Zahl ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, ferner enthaltend:

eine Einrichtung (21, 54) zum Unwirksammachen der zweiten Einrichtung zum Anlegen von Elektrizität; und

eine dritte Einrichtung (21) zum Anlegen von Elektrizität der Quelle an den Motor während alternierender Halbperioden der Spannung der Quelle im Anschluß an das Unwirksammachen der zweiten Einrichtung zum Anlegen von Elektrizität.

3. Gerät nach Anspruch 2, ferner enthaltend eine Einrichtung (21) zum Unwirksammachen der dritten Einrichtung zum Anlegen von Elektrizität, nachdem ein vorgegebenes Zeitintervall abgelaufen ist.

4. Gerät nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner enthaltend:

eine Einrichtung (21) zum Erzeugen einer Anzeige,wenn die abgefühlte Gegen-EMK-Spannung und die abgefühlte Spannung der Quelle dieselbe Polarität haben, während die zweite Einrichtung Elektrizität an den Motor legt; und

wobei die zweite Einrichtung (21) zum Anlegen von Elektrizität auf die Anzeige dadurch anspricht, daß das periodische Stromimpulsmuster geändert wird.

5. Gerät nach Anspruch 4, bei dem die zweite Einrichtung (21) zum Anlegen von Elektrizität das periodische Stromimpulsmuster dadurch ändert, daß eine andere Grundfrequenzkomponente der Quellenspannungsfrequenz erzeugt wird.

6. Verfahren zum Steuern der Drehzahl eines Elektromotors, der von einer Quelle wechselnder Elektrizität versorgt wird, deren Spannung eine Frequenz f hat, welches Verfahren die folgenden Schritte enthält:

a) Abfühlen der Polarität der Spannung der Quelle wechselnder Elektrizität,

Abfühlen der Polarität der im Motor induzierten Gegen-EMK-Spannung, und

Anlegen von Elektrizität der Quelle an den Motor in Abhängigkeit davon, daß die Polarität der Spannung der Quelle entgegengesetzt zu der Polarität der abgefühlten Gegen-EMK- Spannung ist, wobei das Anlegen von Elektrizität an den Motor zu einer Verminderung der Motordrehzahl führt;

gekennzeichnet durch

b) Erzeugen einer Anzeige, wenn die Elektrizität der Quelle während einer vorgegebenen Anzahl von Perioden der Quellenspannung wenigstens einmal an den Motor gelegt wird, um zu erfassen, wann die Drehzahl des Motors unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist; und danach

c) Beenden des Schrittes der Verminderung der Drehzahl des Motors gemäß Schritt a); und

d) Anlegen von Elektrizität der Quelle an den Motor in Form eines periodischen Musters von Stromimpulsen, die einen effektiven wechselnden Strom durch den Motor bei einer effektiven Frequenz hervorrufen, die gleich f/(6n+1) ist, wobei n eine positive ganze Zahl ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner enthaltend die Schritte:

e) Unterbinden des Anlegens eines periodischen Musters von Stromimpulsen beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses; und danach

f) Anlegen von Elektrizität der Quelle an den Motor während alternierender Halbperioden der Quellenspannung, bis der Motor im wesentlichen zum Stillstand gekommen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, ferner enthaltend die Schritte:

e) Unterbinden des Anlegens eines periodischen Musters von Stromimpulsen beim Auftreten eines vorbestimmten Ereignisses; und danach

f) Anlegen von Elektrizität der Quelle an den Motor während alternierender Halbperioden der Quellenspannung für ein vorgegebenes Zeitintervall.

9. Verfahren nach Anspruch 6, ferner enthaltend die Schritte:

e) Abfühlen, wann eine Gegen-EMK-Spannung und die Spannung der Quelle dieselbe Polarität während des Anlegens eines periodischen Musters von Stromimpulsen haben; und dnach

f) Ändern des periodischen Stromimpulsmusters.