CH653498A5

CH653498A5 - Method for controlling an electric motor

Info

Publication number: CH653498A5
Application number: CH4459/80A
Authority: CH
Inventors: Franz Hafenscher; Thomas Hoerauf; Rudolf Mueller
Original assignee: Triumph Adler Ag
Priority date: 1980-03-29
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1985-12-31
Also published as: IT8024408A0; DE3012364A1; SE455248B; DE3012364C2; IT1132615B; JPS56145787A; SE8005497L; JPS5743038B2

Description

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Regelung eines thermisch unterschiedlich belasteten Elektromotors sowie in einer Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Bei Elektromotoren ist es häufig der Fall, dass in einem Arbeitsablauf sehr unterschiedliche thermische Belastungen der Motorwicklung auftreten. Bisher wird nun hinsichtlich dieser unterschiedlichen thermischen Belastungen nur der Versuch unternommen, eine Übertemperatur der Wicklungen zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden zwei Wege beschritten. In einem Verfahren wird der Motor so ausgelegt, dass auch im ungünstigsten Betriebsfall die maximal zulässige Temperatur nicht überschritten wird. Zusätzlich kann ein Überlastungsschutz z.B. in Form einer Sicherung vorgesehen sein. Ein anderes Verfahren findet dann Anwendung, wenn besonders extreme Belastungskombinationen nur selten auftreten. Hier sieht man eine Möglichkeit vor, den Motor automatisch abzuschalten, wenn diese extremen Umstände eintreten.

Die Nachteile, die sich aus diesen Lösungen ergeben, sind offensichtlich.

In beiden Fällen muss ein Motor ausgewählt werden, der hohen thermischen Belastungen gewachsen ist, obwohl diese im grössten Teil der Betriebszeit nicht in Anspruch genommen werden. Dies bedingt natürlich hohe Kosten. Ausserdem muss in dem einen Fall in Kauf genommen werden, dass der Motor bei extremen Belastungen abgeschaltet, und damit der Arbeitsablauf unterbrochen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren anzugeben, das, obwohl der Motor nur auf einen mittleren Belastungsfall ausgelegt ist, einen unterbrechungsfreien Betrieb erlaubt, und weiter die Möglichkeit gibt, diesen bei niedrigen Motortemperaturen so zu regeln, dass durch Ausnutzung der thermischen Reserven ein beschleunigter Arbeitsablauf erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht nun darin, dass unter Vermeidung einer thermischen Überlastung ein an sich unterdimensionierter Elektromotor so geregelt werden kann, dass bei wechselnden thermischen Belastungen ein unterbrechungsfreier Betrieb möglich ist, und dass der Arbeitsablauf beschleunigt wird, falls thermische Reserven vorhanden sind.

Die Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend 5 anhand eines Beispiels sowie der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1 eine Darstellung eines Arbeitsablaufes mit unterschiedlicher thermischer Belastung;

Figur 2 eine Darstellung des in Abhängigkeit von der 10 Motortemperatur geregelten Arbeitsablaufes aus Figur 1 ;

Figur 3 eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur näheren Beschreibung der Erfindung wurde als Beispiel die Positionierung eines Typenrades bei Schreib- und ähnlichen Büromaschinen ausgewählt, da sich hier die Ver-15 hältnisse sehr gut veranschaulichen lassen. Zu diesem Beispiel wird angenommen, dass der zu druckende Text aus einem Speicher abgerufen wird.

Auf Typenrädern sind die Buchstaben sinnvollerweise so angeordnet, dass sich in einem statistisch mittleren Text häu-2o fig vorkommende Schriftzeichen in einem bestimmten Umfangsbereich des Typenrades befinden. Das bedeutet für den Antriebsmotor, dass er während des grössten Teiles der Betriebszeit thermisch nur wenig belastet ist, aber beim Positionieren von auf dem Umfang des Typenrandes weit vonein-25 ander entfernt liegenden Buchstaben über längere Zeiträume, thermisch sehr stark belastbar sein muss.

In Figur 1 ist nun ein derartiger Arbeitsablauf in Form eines Bestromungsdiagrammes I dargestellt, in das zusätzlich eine Temperaturkurve T und eine maximal zulässige Tempe-30 ratur Tmax. zui. eingezeichnet ist.

Zur besseren Veranschaulichung wurden nur drei verschiedene Bestromungszeiten, eine sehr kurze U, eine mittlere ti sowie eine extrem lange to ausgewählt, jeweils zu einer Serie zusammengesetzt, und nacheinander angeordnet. Die Pause 35 tA zwischen den Bestromungszeiten wurde so ausgewählt,

dass sich bei den mittleren Bestromungszeiten ti im stationären Zustand eine Beharrungstemperatur 1 einstellt, die knapp unterhalb der maximal zulässigen Temperatur Troax. zul. liegt.

Es ist nun in Figur 1 deutlich zu erkennen, dass bis zum 40 Erreichen des stationären Zustandes mit der Beharrungstemperatur 1 sowie im Bereich der sehr kurzen Bestromungszeiten t2, die zu einer Beharrungstemperatur 2 führen, die thermischen Reserven des Motors nicht ausgenutzt werden. Im Bereich extrem langer Bestromungszeiten t3 hingegen steigt 45 die Temperatur über den maximal zulässigen Wert auf eine Beharrungstemperatur 3 an, was zu einer Zerstörung der Wicklung führt.

Das bedeutet also, dass ein Motor für einen unterbrechungsfreien Betrieb so ausgewählt werden müsste, dass desso sen maximal zulässige Temperatur etwas über der Beharrungstemperatur 3 liegt, die sich dann einstellt, wenn der Motor über einen längeren Zeitraum mit der längsten Bestro-mungszeit beaufschlagt wird.

Eine andere Möglichkeit, den Motor gegen eine zu hohe 55 Temperatur zu schützen, ist darin zu sehen, dass die Pausen zwischen den Bestromungszeiten so erhöht werden, dass sich beim ungünstigsten Betriebsfall eine Beharrungstemperatur einstellt, die kleiner ist als die maximal zulässige Temperatur.

Die Folge ist, dass im einen Fall die Motorkosten erheb-60 lieh höher liegen, oder im anderen Fall die Schreibgeschwindigkeit sinkt.

Figur 2 zeigt das Bestromungsdiagram I aus Figur 1, bei dem jedoch die Abkühlzeit zwischen den Bestromungszeiten des Motors in Abhängigkeit von zwei Schalttemperaturen esTschi und TSch2 geregelt ist.

Die Regelung erfolgt so, dass unterhalb der Schalttemperatur TSchi eine Pause tx, oberhalb der Schalttemperatur Tschl eine Pause ty und oberhalb der Schalttemperatur TSch2 eine

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Pause tz zwischen die Bestromungszeiten geschaltet wird.

Figur 2 macht nun deutlich, dass das Temperaturniveau, durch Einschalten der kürzeren Pausen tx zwischen die Bestromungszeiten, dort angehoben wird, wo nach Figur 1 thermische Reserven vorhanden sind. Es wird also unter Ausnützung der thermischen Reserven eine höhere Schreibgeschwindigkeit erreicht. Ebenso ist zu sehen, dass die Motortemperaturen, die nach Figur 1 höher liegen als die maximal zulässige Temperatur Tmax. ZU|„ durch Einschalten längerer Pausen tz zwischen die Bestromungszeiten, auf ein Niveau unterhalb der maximal zulässigen Temperatur Tmax zuL gebracht werden.

Da, wie bereits erwähnt, im grössten Teil der Betriebszeit kurze Positioniervorgänge des Typenrades durchgeführt werden müssen, die eine kurze Bestromungszeit des Antriebsmotors bedingen, ist die Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit wesentlich deutlicher als es in Figur 2 zum Ausdruck kommt.

Zu den Darstellungen in Figur 1 und 2 ist zu bemerken, dass die tatsächlichen Verhältnisse vergröbert dargestellt sind, da zur besseren Veranschaulichung eine wesentlich geringere thermische Zeitkonstante angenommen wurde, als sie in der beschriebenen Anordnung vorkommt. Das ändert jedoch nichts am Prinzip.

Weiterhin muss angeführt werden, dass diese temperaturabhängige Motorregelung durch Einführung zusätzlicher Schalttemperaturen bzw. Abkühlzeiten, Regelung der Stromstärke, Regelung der Bestromungszeit, sowie die zusätzliche Beeinflussung der Regelung durch Auswerten des nächstfolgenden Positioniervorganges noch erheblich verbessert werden kann.

Je nach Anwendungsfall ist es natürlich denkbar, dass nur eine oder eine Kombination der im Vorangegangenen beschriebenen Regelmöglichkeiten zur Anwendung kommt.

Figur 3 zeigt eine Schaltung zur Durchführung des Ver-5 fahrens.

An einem Spannungsteiler, der ein Festwiderstand 4 und eine Parallelschaltung aus einem temperaturabhängigen Widerstand 5 und einem Linearisierungswiderstand 6 beinhaltet, wird eine Spannung Ui abgegriffen. Diese Spannung io wird in einem Spannungs-Frequenz-Umwandler 7 in eine der Spannung Ui entsprechende Frequenz fi umgewandelt und an eine Mikroprozessorschaltung weitergegeben. Diese wirkt durch ihr Programm auf eine Motoransteuereinheit 9 ein, die den Motor 10 so regelt, dass thermische Reserven ausgenutzt 15 werden, ohne eine zu hohe Temperatur der Wicklungen zuzulassen. Die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens kann selbstverständlich vom Beispiel in Figur 3 abweichend ausgeführt sein.

Mit dem im Vorangegangenen geschilderten Verfahren ist 20 eine Möglichkeit geschaffen, einen Elektromotor, gleich welcher Art, der unterschiedlichen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, und aus Kostengründen nur für einen mittleren Belastungsfall ausgelegt wurde, so zu regeln, dass unter Ausnutzung der thermischen Reserven, und ohne eine maximale 25 zulässige Temperatur zu überschreiten, ein Arbeitsablauf unterbrechungsfrei in einer möglichst kurzen Zeitspanne ausgeführt wird.

Selbstverständlich ist es möglich, das erfindungsgemässe Verfahren auch in anderen Anordnungen als der im Beispiel 30 beschriebenen Positioniereinrichtung eines Typenrades anzuwenden.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

653 498 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Regeln des Arbeitsablaufes eines thermisch unterschiedlich belasteten Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) einen Temperaturfühler (5) aufweist, dessen physikalische Zustandsände-rung von einer elektronischen Schaltung (7, 8) ausgewertet wird, und dass in Abhängigkeit von dieser Auswertung die elektronische Schaltung (7, 8) durch entsprechendes Ansteuern einer Motoransteuereinheit (9) die Abkühlzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Bestromungszeiten des Elektromotors (10) so regelt, dass unter Vermeidung einer thermischen Überlastung des Elektromotors (10) der Arbeitsablauf unterbrechungsfrei ausgeführt wird.

2. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungsteiler, bestehend aus einem Festwiderstand (4) und einer Parallelschaltung aus einem temperaturabhängigen Widerstand (5) sowie einem Linearisierungswiderstand (6) enthalten ist, an dem von einem Spannungs-Frequenz-Wandler (7) eine Spannung abgegriffen, in eine entsprechende Frequenz umgewandelt und an eine Mikroprozessorschaltung (8) weitergegeben wird, welche eine Motoransteuerschaltung (9) steuert.