Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung einer Waschmaschine oder eines Wäschetrockners
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung, insbesondere einer pulsweitenmodulierten Frequenz-Umrichterschaltung mit einem Gleichspannungszwischenkreis, die mehrere Wicklungszweige einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine, insbesondere eines dreiphasigen Asynchronmotors eines Wäschebehandlungsgerätes, steuert, wobei das Verfahren ein oder mehrere Parameter der dynamo-elektrischen Maschine bestimmt. Weiter betrifft die Erfindung ebenfalls eine Umrichterschaltung zum Durchführen des Verfahrens bzw. ein Wäschebehandlungsgerät mit einer Umrichterschaltung zum Steuern einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine, die insbesondere eine in dem Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Trommel antreibt.
Umrichterschaltungen bzw. Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung, die eine dynamo-elektrische Maschine steuern, sind im Stand der Technik in zahlreichen Ausgestaltungen bekannt. Umrichterschaltungen dienen zum Umwandeln von einer eingangsseitigen ein- oder mehrphasigen Wechselspannung in eine ausgangsseitige ein- oder mehrphasige Wechselspannung, die in Frequenz, Phasenzahl und/oder Amplitude von der eingansseitigen Wechselspannung verschieden ist. Mit Umrichterschaltungen, die die Frequenz der Wechselspannung wandeln können, sogenannte Frequenz-Umrichterschaltungen, können ausgangsseitig beliebige Spannungsfrequenzen und/oder Spannungsamplituden erzeugt werden. Frequenz-Umrichterschaltungen werden auch zur Drehzahlsteuerung von dynamo-elektrischen Maschinen, beispielsweise von dreiphasigen Asynchronmotoren, verwendet. Solche Asynchronmotore sind äußerst wartungsarm, weisen hohe Grenzleistungen auf und können besonders geräuscharm betrieben werden. Wegen dieser Vorteile werden solche drehzahlgeregelten dynamo-elektrischen Maschinen auch in Wäschebehandlungsgeräten, wie Haushaltwaschmaschinen oder Haushaltwäschetrocknern, eingesetzt. Mit solchen Maschinen werden beispielweise eine im Wäschebehandlungsgerät drehbar
gelagerte Wäschetrommel angetrieben. Dabei werden insbesondere pulsweiten- modulierte Frequenz-Umrichterschaltungen zur Steuerung von dreiphasigen Asynchronmotoren verwendet. Solche Frequenz-Umrichterschaltungen weisen in der Regel als Komponente jeweils einen Netzfilter, einen Gleichspannungszwi- schenkreis, eine Leistungsstufe mit einer sogenannten Treiberstufe und einen Mikrokontroller oder einen digitalen Signalprozessor auf. Die Komponenten sind meist auf einer Baugruppe zusammen gefasst, wobei beispielweise der Netzfilter eine separate Baugruppe bilden kann. Neben den vorstehend genannten Komponenten verwenden Umrichterschaltungen zum Steuern und/oder Regeln der dynamo-elektrischen Maschine noch Sensorelemente zur Erfassung von Spannung, Strom und/oder Temperatur der Umrichterschaltung und/oder Einrichtungen zum Erfassen von Parametern der angetriebenen dynamo-elektrischen Maschine. Die Parameter können sich insbesondere bedingt durch eine Erwärmung während des Betriebes der Maschine verändern. Solche Sensorelemente oder solche Einrichtungen sind teilweise integrale Baugruppen der Umrichterschaltung und dienen zum leistungsoptimierten Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine. Mit den erfassten Strom-, Spannungs-, Temperaturwerten und/oder der Maschinenparameter können unter Verwendung von einzelnen Berechnungsvorschriften oder komplexen mathematischen Maschinenmodellen von dem Mikrokontroller oder dem digitalen Signalprozessor Regel- und/oder Steuergrößen bestimmt werden, die in jedem Betriebszustand der Maschine eine leistungsoptimale Ansteuerung der Maschine bewirken.
Bekannte Umrichterschaltungen weisen mitunter technisch komplexen und aufwendigen Aufbau auf und erweisen sich teilweise als störanfällig. Zum Schutz der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine sind weitere Einrichtungen erforderlich, die in Fällen einer Überspannung, einer Übertemperatur, eines Kurz-, Erdungs- und/oder Windungsschlusses der Frequenzumrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine eine Abschaltung der Umrichterschaltung bewirken können.
Bei einem Einsatz einer dynamo-elektrischen Maschine mit einer Umrichterschaltung in einem Wäschebehandlungsgerät, insbesondere in einem Haushaltwaschgerät oder in einem Haushaltwäschetrockner, müssen die Schutzeinrichtungen die Einhaltung der Vorschriften der elektrischen internationalen Normen, die für ein Wäschebehandlungsgerät Anwendung finden, sicherstellen. Dabei dürfen auch im Falle von Funktionsstörungen und/oder Fehlern einzelner Komponenten, wie der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine des Wäschebehandlungsgerätes keine Gefährdungen, beispielweise durch übermäßige Bauteilerwärmung, Überströme und Leitungsschlüsse, für den Betreiber des Wäschebe- handlungsgerätes entstehen. Die bisher in Wäschebehandlungsgeräten verwendeten Schutzeinrichtungen bewirken zwar eine zuverlässigen Einhaltung der vorgeschriebenen Normen, aber die Schutzeinrichtungen sind teilweise kostenintensiv oder gewährleisten keinen hinreichenden präventiven Schutz vor einem Bauteildefekt, der eine Reparatur des Wäschebehandlungsgerätes zur Folge hat. Der Erfindung liegt daher in Anbetracht dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Umrichterschaltung bzw. eine Umrichterschaltung zum Durchführen eines Verfahrens, wobei die Umrichterschaltung insbesondere eine dynamo-elektrische Maschine eines Wäschebehandlungsgerätes steuert und/oder regelt, bereitzustellen, bei dem die Parameter der dynamo-elektrischen Maschine mit einfachen und kostengünstigen Mitteln erfassbar sind und mittels dieser Parameter eine leistungsoptimierte Steuerung und/oder Regelung der dynamo-elektrischen Maschine und/oder eine präventive Detektie- rung von Funktionsstörungen und Fehlern der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine erfolgen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. mit der Umrichterschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem nebengeordneten Anspruch 11 oder mit dem Wäschehandlungsgerät gemäß dem nebengeordneten Anspruch 12 gelöst.
Vorteilhafterweise weist die Umrichterschaltung, die eine mehrphasige dynamo- elektrische Maschine mit mehreren Wicklungszweigen steuert, eine Ablaufsteue-
rung auf, die das erfindungsgemäße Verfahren betreibt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, dass mindestens ein Spannungsimpuls oder eine Spannungsimpulsfolge durch eine Leistungsstufe der Umrichterschaltung zur Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges erzeugt wird, wobei durch den Spannungs- impuls oder durch die Spannungsimpulsfolge kein Drehfeld bei der dynamo- elektrischen Maschine erzeugt wird und die Ansteuerung des Wicklungszweiges erfolgt, bevor eine anderweitige Erzeugung eines Drehfeldes der dynamo- elektrischen Maschine durch die Umrichterschaltung bewirkt wird, und dass mindestens ein zeitlicher und/oder elektrischer Parameter der dynamo- elektrischen Maschine während der Ansteuerung durch eine Zeit-, Spannungsund/oder Strommesseinrichtung der Umrichterschaltung bestimmt wird. Durch solche Verfahrensschritte ist vor einem bestimmungsgemäßen Betreiben bzw. jeweiligen Ansteuern der dynamo-elektrischen Maschine, bei dem durch die Umrichterschaltung ein Drehfeldes bei der dynamo-elektrischen Maschine bewirkt wird, mindestens ein zeitlicher und/oder elektrischen Parameter der Maschine bestimmbar. An Hand eines solchen Parameters kann vorteilhafterweise vor einer jeweiligen Ansteuerung der dynamo-elektrischen Maschine eine leistungsoptimale Ansteuerung, die an die jeweils momentane Maschinensituation angepasst ist, präventiv bewirkt werden und ebenfalls kann vor einer Ansteuerung der Maschine eine Funktionsstörung und/oder ein Fehler der beteiligten Komponenten ebenfalls präventiv detektiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mittels einer Strommesseinrichtung der Umrichterschaltung während einer Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges, die kein Drehfeld bei der dynamo-elektrischen Maschine erzeugt, der sich in der Leistungsstufe bzw. in dem jeweils angesteuerten Wicklungszweig der dynamo-elektrischen Maschine ausbildende Strom gemessen. Weiter wird mittels einer Zeitmesseinrichtung der Umrichterschaltung eine Zeitdauer bestimmt, die ab dem Beginn einer solchen Ansteuerung bis zum Erreichen eines vorbestimmten Stromwertes benötigt wird. Eine solche Zeitdauer ist ein zeitlicher Parameter der dynamo-elektrischen Maschine bzw. des angesteuerten Wicklungszweiges der dynamo-elektrischen Maschine. Ein solcher zeitlicher
Parameter kann besonders einfach mittels eines MikrokontroIIers oder einem digitalen Signalprozessor, der ohnehin schon meist Bestandteil einer Umrichterschaltung zum Steuern bzw. Regeln der Leistungsstufe ist, bestimmt werden. Somit sind keine weiteren und kostenintensiven Komponenten zur Bestimmung eines Parameters der dynamo-elektrischen Maschine erforderlich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird in einem weiteren Verfahrensschritt die Induktivität, die der angesteuerte Wicklungszweig aufweist, in Abhängigkeit des zeitlichen Parameter bestimmt, wobei eine solche Bestimmung besonders einfach mit einem Mikrokontroller oder mit einem Signalprozessor unter Anwendung einer entsprechenden Zuordnungstabelle oder mittels eines mathematischen Maschinenmodels erfolgen kann. Die Induktivität des Wicklungszweiges stellt einen elektrischen Parameter der dynamo-elektrischen Maschine dar. Insbesondere die Induktivität beeinflusst die Leistungsabgabe der dynamo- elektrischen Maschine. Da die Induktion eines Wicklungszweiges der dynamo- elektrischen Maschine vor einer Ansteuerung der Maschine, bei der ein Drehfeld an der Maschine bewirkt wird, bestimmt wird, können vorteilhaft vor dieser Ansteuerung die Steuer- und Regelparameter in Abhängigkeit von der Induktion angepasst werden. Dadurch kann bei jeder Ansteuerungen zur Erzeugung eines Drehfeldes eine optimale Leistungsausnutzung der dynamo-elektrischen Maschine erreicht werden.
Als einen weiteren elektrischen Parameter der dynamo-elektrischen Maschine lässt sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der elektrische Widerstand eines Wicklungszweiges bestimmen. Dabei enthält die Weiterbildung weiter Schritte zur Bestimmung einer effektiven Spannung und eines maximalen Stromwertes, die sich während einer Ansteuerung mindestens eines Wicklungszweiges der dynamo-elektrischen Maschine in der Leistungsstufe der Umrichterschaltung einstellen, wobei eine solche Ansteuerung kein Drehfeld bei der dynamo-elektrischen Maschine erzeugt. Zur Bestimmung der effektiven Spannung werden mit einer Zeit- und/oder Spannungsmesseinrichtung der Umrichterschaltung die Ein- und/oder Ausschaltzeitdauern eines erzeugten
Spannungsimpulses oder einer erzeugten Spannungsimpulsfolge und die Amplitude der Spannungsimpulse gemessen. Mit einer Strommesseinrichtung wird der sich in der Leistungsstufe ausbildende Strom und mit einer weiteren Einrichtung der Umrichterschaltung die zeitliche Änderung des Stroms bestimmt. Der maxima- ler Strom ist durch den Stromwert bestimmt, der sich einstellt, wenn sich der Stromwert nicht mehr ändert bzw. die zeitliche Änderung des Stromes einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Der elektrische Widerstand des angesteuerten Wicklungszweiges ergibt sich dann aus der effektiven Spannung und dem maximalen Stromwert. Auch dieses weitergebildete Verfahren lässt sich unter Verwendung einfacher, meist schon vorhandener, Mittel der Umrichterschaltung realisieren. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Umrichterschaltung einen Mikrokontroller oder einen Signalprozessor aufweist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, besteht darin, dass mindestens einer der zeitlichen und/oder elektrischen Parameter der dynamo-elektrischen Maschine mit einer Anzahl vorbestimmter Parameterwerte, die verschiedenen Varianten der dynamo-elektrischen Maschine zugeordnet sind, verglichen wird. An Hand des Vergleiches wird die Variante der dynamo-elektrischen Maschine bestimmt. Weiter erfolgt eine Auswahl von Steuer- und Regelparameter, die der Variante zugeordnet sind, aus einem Satz von Steuer- und Regelparametern für verschiedene Varianten von der dynamo-elektrischen Maschine. Dies ist besonders vorteilhaft, weil somit eine solche Umrichterschaltung für verschiede Varianten der dynamo- elektrischen Maschine verwendbar ist, wobei für die Steuerung und/oder Regelung für jede der Varianten spezielle Steuer- und Regelparameter verwendet werden. Somit kann jede Variante der dynamo-elektrischen Maschine leistungsoptimal durch nur eine Umrichterschaltung angesteuert werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beinhaltet weiter Schritte, bei denen mit einer geeigneten Vergleichseinrichtung der Umrichterschaltung mindestens ein zeitlicher und/oder elektrischer Parameter der dynamo-elektπschen Maschine mit einem dem Parameter jeweils zugeordneten Toleranzwertebereich verglichen und somit auf einen Fehler der dynamo-elektrischen Maschine
und/oder der Umrichterschaltung geschlossen wird. Der Fehler liegt vor, wenn einer der zeitlichen und/oder elektrischen Parameter von dem jeweiligen Toleranzwertebereich abweicht. Besonders einfach lässt sich diese Weiterbildung in einer Umrichterschaltung mit einem Mikrokontroller oder mit einem Signalprozes- sor umsetzen, da in einem solchen Fall für die Umsetzung der Weiterbildung keine zusätzlichen Bauelemente für die Umrichterschaltung benötigt werden. Da der Fehler vor einer Ansteuerung der dynamo-elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Drehfeldes bei der Maschine bestimmt wird, kann vorteilhaft durch eine Einrichtung der Umrichterschaltung ein Schädigung oder ein Totalausfall der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine präventiv verhindert werden.
Vorteilhafterweise beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren in einer weiteren Weiterbildung einen Schritt, bei dem eine Ausgabe einer Spannungsimpulsfolge der Leistungsstufe der Umrichterschaltung zur Erzeugung eines Drehfeldes der dynamo-elektrischen Maschine mit einer Abschalteinrichtung der Umrichterschaltung verhindert wird, wenn ein Fehler vorliegt. Diese Weiterbildung ist vor allem deshalb besonders günstig, weil diese Weiterbildung einen Ausfall einzelner Komponenten der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine wirksam und zuverlässig vermeiden kann. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass in einem weiteren Schritt eine Spannungsimpulsfolge in Abhängigkeit eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameter bestimmt wird, wobei die Spannungsimpulsfolge von der Leistungsstufe der Umrichterschaltung zur Ausbildung eines Drehfeldes der dynamo-elektrischen Maschine dient. Durch diese spezielle Ausgestaltung kann sehr einfach eine an den momentanen Betriebszustand angepasste und leistungsoptimale Ansteuerung zum Betreiben einer dynamo-elektrischen Maschine bewirkt werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die zeitlichen und/oder elektrischen Parameter sich während des bestimmungsgemäßen Betrieb der dynamo-elektrischen Maschine ändern können. Vorteilhafterweise kann die Bestimmung der Spannungsimpulsfolge insbesondere bei Umrichterschaltungen
mit einem Mikrokontroller oder einem Signalprozessor an Hand einer Zuordnungstabelle und/oder eines mathematischen Maschinenmodells unter Berücksichtigung der zeitlichen und/oder elektrischen Parameter erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, die Induktivität eines oder mehrerer Wicklungszweige als einen elektrischen Parameter zu berücksichtigen, weil die Leistungsabgabe einer dynamo- elektrischen Maschine wesentlich von der Induktivität abhängt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Spannungsimpulsfolge zum Betreiben der dynamo-elektrischen Maschine in Abhängigkeit eines vorbestimmten Betriebstemperaturwertes bestimmt. Somit können bei einer leistungsoptimalen Ansteuerung vorteilhafterweise auch vorgegebene und bekannte Einsatzbedingungen berücksichtigt werden. Weiterhin kann so besonders einfach die Einhaltung von zulässigen Betriebstemperaturen, die unter anderem zur Einhaltung internationaler Normen vorgeschrieben sind, sichergestellt werden. Auch bei dieser speziellen Ausgestaltung wird die Span- nungsimpulsfolge vorzugsweise unter Verwendung einer entsprechenden Zuordnungstabelle und/oder eines mathematischen Maschinenmodells, die Bestandteil eines Mikrokontrollers oder eines Signalprozessors der Umrichterschaltung sind, bestimmt. Somit sind auch bei der Anwendung dieser Weiterbildung keine kostenintensive Komponenten der Umrichterschaltung und/oder der dynamo-elektrischen Maschine nötigt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält eine Umrichterschaltung mit einer Leistungsstufe, die zur Erzeugung von Spannungsimpulsen und zur Ansteuerung einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine dient, und mit Einrichtungen zum Bestimmen mindestens eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine vorteilhalterweise eine Ablaufsteuerung, die das erfinderische Verfahren und/oder die Weiterbildungen steuert. Die für die Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Ermittlung der zeitlichen und/oder Parameter erforderlichen Einrichtungen der Umrichterschaltung sind einfach und kostengünstig, und sind in der Umrichter-
Schaltung leicht integrierbar. Somit ist die Umrichterschaltung besonders preiswert herstellbar.
Im einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält ein Wäschebehandlungsgerät, insbesondere ein Haushaltwaschgerät oder ein Haushaltwäschetrockner, eine Umrichterschaltung der Vorgangs dargestellten Art zum Steuern einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine, die insbesondere eine in dem Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Trommel antreibt. Somit kann vorteilhafterweise ein Wäschebehandlungsgerät kostengünstig mit einer Umrichterschaltung zum Antreiben der Trommel unter Berücksichtigung der Einhaltung der Vorschriften der elektrischen internationalen Normen ausgestattet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und von schematisch dargestellten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 ein Blockschaltbild einer Umrichterschaltung, eines Netzfilters und einer dynamo-elektrischen Maschine, Figur 2 - 4 Blockschaltbilder einer Umrichterschaltung, in denen der jeweils angesteuerte Motorwicklungszweig der dynamo-elektrischen Maschine hervorgehoben ist,
Figur 5 einen zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung bei der Ansteuerung eines Motorwicklungszweiges zur Bestimmung eines zeitlichen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine und
Figur 6 einen zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung bei der Ansteuerung eines Motorwicklungszweiges zur Bestimmung eines elektrischen Parameters der dynamo-elektrischen Maschine.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Umrichterschaltung 3, die zur Ansteuerung einer mehrphasigen dynamo-elektrischen Maschine 13 dient, wobei die Umrichterschaltung als eine Frequenz-Umrichterschaltung 3 und die dynamo-elektrische Maschine 13 als ein dreiphasigen Asynchronmotor 3 ausgebildet ist. Im weiteren wird bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels die Umrichterschaltung 3 mit Frequenz-Umrichterschaltung 3 und die dynamo-elektrische Maschine 13 als
Asynchronmotor 13 bezeichnet. Die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf eine solche spezielle Ausführung, die Umrichterschaltung 3 und die dynamo-elektrische Maschine können auch anderer Art sein.
Der Asynchronmotor 13 treibt eine in einem Wäschebehandlungsgerät drehbar gelagerte Trommel an. Die Wicklungsstränge 14, 15 und 16 des Asynchronmotors sind in einer sogenannten Sternschaltung miteinander verbunden. Andere Schaltungsausführungen der Wicklungsstränge, wie beispielsweise eine sogenannte Dreiecksschaltung, sind ebenfalls möglich.
Die Frequenz-Umrichterschaltung 3 ist in einer Baugruppe zusammengefasst und beinhaltet zur Bildung eines sogenannten Gleichspannungszwischenkreises mindestens eine Gleichrichterschaltung 2, die ausgangsseitig mit einer Leistungsstufe 12 verbunden ist. Weiter beinhaltet die Frequenz-Umrichterschaltung 3 einen Mikrokontroller 5, der mindestens Analog-Digital-Signalwandler 6 und 8, sogenannte AD-Wandler, digitale Ausgänge 9, die mit einer sogenannten Treiberstufe 10 verbunden sind, und eine Speichereinrichtung 7 enthält. Eingangseitig ist die
Gleichrichterschaltung 2 mit einem einphasigen Netzfilter 1 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Netzfilter 1 als ein von der Frequenz-Umrichterschaltung getrenntes Bauelement ausgeführt, wobei eine Integration auch einzelner Bauelemente des Netzfilters 1 in der Frequenz-Umrichterschaltung 3 möglich ist.
Weiter enthält die Frequenz-Umrichterschaltung 3 einen Spannungsteiler 4, der in Verbindung mit dem AD-Wandler 6 eine Spannungsmesseinrichtung darstellt, und über einen sogenannten Shunt-Widerstand 11 , der in Verbindung mit dem AD- Wandler 8 als eine Strommesseinrichtung dient. Eine Zeitmesseinrichtung ist in Verbindung einer entsprechenden Ablaufsteuerung durch den Mikrokontrollers 5 darstellbar, da der Mikrokontroller 5 über Einrichtungen zur Erzeugungen eines Zeittaktes und zur Auswertung von Ereignissen bzw. Interrupts verfügt.
Die Treiberstufe 10 ist ausgangsseitig mit den Hochleistungstransistoren (sogenannte IGBT's, Insulated Gate Bipolar Transistor) T1 bis T6 der Leistungsstufe 12 verbunden. Mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 und mittels der Treiberstu-
fe 10 können die IGBT's T1 bis T6 einzeln geschaltet werden, so dass an den Phasen uv, uw und vw, die sich durch jeweils zwei geschaltete Ausgänge u und v, u und w oder v und w der Frequenz-Umrichterschaltung 3 ergeben, ein pulswei- tenmodulierter Spannungsimpuls oder eine pulsweitenmodulierte Spannungsim- pulsfolge unterschiedlicher Polarität erzeugbar ist. Dabei weist jeder Spannungsimpuls die Spannung Uzwk des Gleichspannungszwischenkreises auf und die effektive Spannung der Spannungsimpulsfolge ergibt sich aus den Ein- und Ausschaltdauem der einzelnen Spannungsimpulse und der Zwischenkreisspan- nung Uzwk. Die Ausgänge u, v und w der Frequenz-Umrichterschaltung 3 sind mit den
Wicklungssträngen 14, 15 und 16 eines Stators des Asynchronmotors 13 verbunden. Die beim Betrieb der Frequenz-Umrichterschaltung 3 vorhandene Zwischen- kreisspannung UZWk wird mit der Spannungsmesseinrichtung der Frequenz- Umrichterschaltung 3 bestimmt. Die Ansteuerung einzelner Wicklungszweige des Stators des Asynchronmotors 13 ist in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, wobei zur Ansteuerung eines Wicklungszweiges, der aus den Wicklungssträngen 14 und 16 besteht, bzw. der Phase uw (Strompfad 17) die IGBT's T1 und T6 eingeschaltet werden. Der sich im Gleichspannungszwischenkreis ausbildende Strom wird mit der Strommesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 bestimmt. Entsprechend werden zur Ansteuerung des aus den Wicklungssträngen 14 und 15 bestehenden Wicklungszweiges bzw. der Phase uv (Strompfad 18) die IGBT's T1 und T4 und entsprechend zur Ansteuerung des aus den Wicklungssträngen 15 und 16 bestehenden Wicklungszweiges bzw. der Phase vw (Strompfad 19) die IGBT's T3 und T6 eingeschaltet. Der bei der Ansteuerung dieser Wicklungszweige ausbildende Strom wird auch mit der Strommesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 bestimmt. Zur Ansteuerung der Wicklungszweige mit einer entgegensetzten Spannungspolarität bzw. Stromrichtung werden statt der IGBT's T1 und T6 die IGBT's T2 und T5, statt der IGBT's T1 und T4 die IGBT's T2 und T3 bzw. statt der IGBT's T3 und T6 die IGBT's T4 und T5 eingeschaltet.
Durch eine geeignete und im Stand der Technik bekannte Abfolge der Ansteuerung der IGBT's werden Spannungsimpulsfolgen der Art erzeugt, das sich bei dem Asynchronmotor 13 ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird, wodurch in kurzgeschlossenen Wicklungssträngen des Rotors des Asynchronmotors 13 eine Spannung induziert bzw. ein Magnetfeld an dem Rotor erzeugt und letztlich eine Drehung des Rotors bewirkt wird. Die Drehrichtung des Rotor hängt von der jeweiligen Stromrichtung in den Wicklungszweigen des Stators des Asynchronmotors 13 ab.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden, bevor eine Abfolge von Spannungs- impulsfolgen in den Phasen uv, uw, vw zur Erzeugung eines Drehfeldes bei dem Asynchronmotor 13 durch die Frequenz-Umrichterschaltung 3 erfolgt, zeitliche und elektrische Parameter des Asynchronmotors 13 ermittelt, um einerseits die Variante des angeschlossenen Asynchronmotors 13 und somit die der Variante zugeordneten Steuer- und Regelparameter auszuwählen bzw. die Steuer- und Regelparameter an den aktuellen Betriebszustand des Asynchronmotors 13 anzupassen oder um eine Motorstörung bzw. einen Motorfehler festzustellen, damit eine nachfolgende Ansteuerung des Asynchronmotors 13 unterbunden werden kann. Dazu wird in einem ersten Schritt mit der Leistungsstufe 12 in Verbindung mit dem Mikrokontroller 5 und der Treiberstufe 10 eine Spannungsim- pulsfolge 20 oder 24 in der Phase uw bzw. in den Wicklungssträngen 14 und 16 des Asynchronmotors 13 erzeugt, in dem die IGBT's T1 und T6 der Leistungsstufe gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. Da die weiteren IGBT's ausgeschaltet bleiben, wird während der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge 20 oder 24 kein Drehfeld bei dem Asynchronmotor 13 und somit wird auch keine Drehung des Rotors des Asynchronmotors 13 bewirkt. Durch die Spannungsimpulse der
Spannungsimpulsfolge 20 bildet sich ein Strom 23 in den Wicklungssträngen 14 und 16 aus. Ein solcher zeitlicher Stromverlauf ist in Figur 5 dargestellt. Dabei ist der zeitliche Stromverlaufes 23 maßgeblich von der Induktivität der angesteuerten Wicklungsstränge 14 und 16 abhängig. Der Stromwert steigt während eines Spannungsimpulses bzw. einer Einschaltphase der IGBT's T1 und T6 an und fällt zwischen zwei Spannungsimpulsen bzw. während der Ausschaltphasen leicht ab,
wobei der Anstieg stärker ausgeprägt ist als der Abfall. Da während einer solchen Ansteuerung des Wicklungszweiges 14 und 16 der Rotor der Asynchronmotors 13 nicht in Drehung versetzt wird, wird vorteilhafterweise keine sogenannte Gegenspannung in den Wicklungssträngen 14 und 16 induziert. Der Stromverlauf 23 wird also nicht durch die Gegenspannung beeinflusst. Somit eignet sich gerade eine solche Ansteuerungsart zur Bestimmung eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameters des Asynchronmotors 13, der in einem weiteren Schritt mit der Zeitmesseinrichtung des Mikrokontrollers 5, mit der Strom- und/oder Spannungsmesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 bestimmt wird. Ein solcher Schritt zur Bestimmung eines Parameter des Asynchronmotors 13 beinhaltet einen Schritt, bei dem der sich in der Phase uw ausbildende Strom mit der Strommesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 gemessen wird. Der gemessene Strom wird kontinuierlich mit einem vorbestimmten Stromgrenzwert lumit, der in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers gespeichert ist, verglichen. Die dafür benötigte Vergleichseinrichtung ist integraler Bestandteil des Mikrokontrollers 5. Mit der Zeitmesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 bzw. des Mikrokontrollers 5 wird in einem weiteren Schritt die Zeitdauer vom Beginn to der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge bis zum Zeitpunkt tu bestimmt, bei dem der in der Phase uw ausbildende Strom den vorbestimmten Stromgrenzwertes imit erreicht. Die Zeitdauer (tuw - 10) wird in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers 5 gespeichert und stellt einen zeitlichen Parameter des Wicklungszweiges der Wicklungsstränge 14 und 16 bzw. des Asynchronmotors 13 dar.
Im Mikrokontroller 5 ist eine Zuordnungstabelle mit einer Anzahl von Induktivitäts- werten und jeweils zugeordneten vorbestimmten Zeitdauern in der Speichereinrichtung 7 gespeichert. Die ermittelte Zeitdauer (tuw - 10) des angesteuerten Wicklungszweiges mit den Wicklungssträngen 14 und 16 wird in einem folgenden Schritt mit den vorbestimmten Zeitdauern verglichen und eine Zeitdauer aus den vorbestimmten Zeitdauern bestimmt, die nächstliegend zur gemessenen Zeitdauer ist. Der Wert der Induktivität des angesteuerten Wicklungszweiges ergibt sich aus
der Zuordnungstabelle entsprechend der vorbestimmten Zeitdauer und der Wert der Induktivität wird in der Speichereinrichtung 7 gespeichert. Eine solche Induktivität stellt einen elektrischen Parameter des angesteuerten Wicklungszweiges bzw. des Asynchronmotors 13 dar. Zur Ermittlung eines weiteren elektrischen Parameters des angesteuerten Wicklungszweiges der Wicklungsstränge 14 und 16 bzw. des Asynchronmotors 13 weist das Verfahren in einer alternativen Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels einen Schritt auf, bei dem eine Spannungsimpulsfolge 24 mit der Leistungsstufe 12 in Verbindung mit dem Mikrokontroller 5 und der Treiberstufe 10 in der Phase uw erzeugt wird, in dem die IGBT's T1 und T6 der Leistungsstufe gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. Die weiteren IGBT's bleiben ausgeschaltet, daher wird während der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge 24 kein Drehfeld bei dem Asynchronmotor 13 bewirkt. Der sich während der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge 24 ausbildende zeitliche Stromverlauf 25 ist in Figur 6 dargestellt. Wie auch bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Spannungsimpulsfolge 24 erzeugt, bevor eine anderweitige Erzeugung eines Drehfeldes am Asynchronmotor 13 durch die Frequenz-Umrichterschaltung bewirkt wird. Während der Erzeugung der Spannungsimpulsfolge 24 wird die effektive Spannung UΘff, die durch die Leistungsstufe 12 der Frequenz-Umrichterschaltung 3 erzeugt wird, in einem weiteren Schritt bestimmt, indem die Spannung des Gleichspannungszwischenkreises U2Wk mit der Spannungsmesseinrichtung der Frequenz- Umrichterschaltung 3 und die Einschaltdauer dtΘin und/oder Ausschaltdauern dtaUs der Spannungsimpulse mit der Zeitmesseinrichtung des Mikrokontrollers 5 gemessen werden. Die effektive Spannung Ueff wird dann vom Mikrokontroller 5 gemäß der nachstehenden Formel berechnet:
In einem folgenden Verfahrensschritt wird der sich in der Phase uw bzw. in dem angesteuerten Wicklungszweig ausbildende Strom mit der Strommesseinrichtung der Frequenz-Umrichterschaltung 3 gemessen und mit einer Einrichtung des
Mikrokontrollers 5 gemittelt. In einem weiteren Schritt wird die Änderung des mittleren Stromes ΔI an Hand zweier jeweils aufeinanderfolgenden mittlerer Stromwerte In und In+ι, die an den Zeitpunkten tn und tn+ι bestimmt worden sind, berechnet, dabei gilt:
Λ T — +1 _ n+l *n
In einem weiteren Schritt wird ein maximaler Stromwert Imax des Stromverlaufes 25 bestimmt, bei dem der in der Phase uw ausbildende Strom sich nicht mehr ändert. Dazu wird der Wert der Änderung des Stromes ΔI mit einem vorbestimmten Grenzwert, der in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers 5 gespeichert ist, kontinuierlich mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 verglichen, bis die
Änderung des Stromes ΔI den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Der letzte bestimmte mittlere Stromwert ln+1 ergibt den maximalen Stromwert Imax.
Der Widerstand R des angesteuerten Wicklungszweiges wird in einem anschließenden Schritt mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 aus der effektiven Spannung Uer und dem maximalen Stromwert Imax gemäß der nachstehenden Vorschrift berechnet:
R = υ" I max
Der berechnete Widerstand R ist ein elektrischer Parameter des Wicklungszweiges mit den Wicklungssträngen 14 und 16 bzw. des Asynchronmotors 13 und wird in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers 5 gespeichert.
Nachdem zeitliche und elektrische Parameter des Asynchronmotors 13 eines Wicklungszweiges bestimmt wurden, werden die vorstehend dargestellten Schritte wiederholt, wobei bei einer ersten Wiederholung eine Spannungsimpulsfolge mit der Leistungsstufe 12 in der Phase uv bzw. in den Wicklungssträngen 14 und 15 des Asynchronmotors 13 erzeugt wird, in dem die IGBT's T1 und T4 der Leistungsstufe gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden und die anderen IGBT's
ausgeschaltet sind. In einer zweiten Wiederholung aller vorstehenden Schritte wird eine Spannungsimpulsfolge mit der Leistungsstufe 12 in der Phase vw bzw. in den Wicklungssträngen 15 und 16 des Asynchronmotors 13 erzeugt, in dem die IGBT's T3 und T6 der Leistungsstufe gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden und die jeweils anderen IGBT's wiederum ausgeschaltet sind. Jede Wiederholung beinhaltet die vorstehenden Schritte zur Bestimmung eines zeitlichen und elektrischen Parameters des jeweils angesteuerten Wicklungszweiges. Diese Parameter werden nach deren Ermittlung in der Speichereinrichtung 7 des Mikrokontrollers 5 gespeichert. Somit sind zeitliche und elektrische Parameter für jeden Wicklungs- zweig des Asynchronmotors 13 bestimmt. In einem nachfolgenden Schritt können auch die entsprechenden zeitlichen und elektrischen Parameter der Wicklungsstränge 14, 15 und 16 mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 unter der Verwendung eines Gleichungssystems aus den zeitlichen und elektrischen Parametern der Wicklungszweige berechnet werden. Wenn die Wicklungsstränge des dreipoligen Asynchronmotors 3 in einer Dreiecksschaltung miteinander verbunden sind, entfällt der Schritt zur Berechnung der Parameter der Windungsstränge, da in diesem Fall ein Wicklungszweig einem Wicklungsstrang entspricht.
Im Mikrokontroller 5 ist eine weitere Zuordnungstabelle mit einer Anzahl von Steuer- und Regelparametersätzen und jeweils zugeordneten vorbestimmten zeitlichen und/oder elektrischen Parametersätzen in der Speichereinrichtung 7 gespeichert, wobei jeweils ein vorbestimmter zeitlicher und/oder elektrischer Parametersatz eine Ausführungsvariante eines Asynchronmotors 13 bestimmt. Zur Bestimmung der Ausführungsvariante wird in einem weiteren Verfahrensschritt ein zuvor ermittelter zeitlicher oder elektrischer Parameter des Asynchronmotors 13 mit den vorbestimmten Parametersätzen mittels einer Vergleichereinrichtung des Mikrokontrollers 5 verglichen und ein nächstliegender vorbestimmter Parametersatz bestimmt, wobei die zeitlichen oder elektrischen Parameter des Asynchronmotors 13 den zeitlichen oder elektrischen Parametern eines Wicklungszweiges bzw. gemittelten Werten der zeitlichen oder elektrischen Parameter aller angesteuerten Wicklungszweige entsprechen. Die Ausführungsvariante des angesteuerten Wicklungszweiges ergibt sich im folgenden Schritt aus der Zuord-
nungstabelle entsprechend dem vorbestimmten Parametersatz und somit wird auch ein der Variante des Asynchronmotors 13 zugeordneter Steuer- und Regelparametersatz ausgewählt, der für die weitere Steuerung und/oder Regelung des Asynchronmotors 13 verwendet wird. In einem weiteren Schritt wird ein zuvor gemessener und gespeicherter zeitlicher oder elektrischer Parameter eines Wicklungszweiges mit einem oberen und unteren für die jeweilige Parameterart zugeordneten Grenzwert, also mit einem zugeordneten Toleranzwertebereich für beispielsweise zulässige Induktionswerte oder zulässige Widerstandswerte eines Wicklungszweiges, mit einer Vergleichs- einrichtung des Mikrokontrollers 5 verglichen. Die zugeordneten Grenzwerte werden mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 in Abhängigkeit der zuvor erkannten Variante des Asynchronmotors aus der Speichereinrichtung 7 ausgelesen. In einem folgenden Schritt gibt die Vergleichseinrichtung einen Fehlerwert aus, der anzeigt, dass der zeitliche oder elektrische Parameter außerhalb seines zugeordneten Toleranzwertebereiches liegt. An Hand des Fehlerwertes wird auf einen Maschinenfehler, auf einen ungeeigneten Betriebszustand des Asynchronmotors 13 oder der angeschlossenen Frequenz-Umrichterschaltung 3 gefolgert. Ein solcher Betriebszustand tritt beispielsweise bei einem Windungs-, Wicklungs- schluss oder bei einem Kurzschluss des Wicklungszweiges, der jeweiligen Anschlussleitungen oder der Leistungsstufe 12 auf. Der Vergleich eines zeitlichen oder elektrischen Parameters mit einem zugeordneten Grenzwert wird für jeden Wicklungszweig wiederholt, wobei bei jeder Wiederholung ein zeitlicher oder elektrischer Parameter eines jeweils weiteren Wicklungszweiges mit dem selben oberen und unteren zugeordneten Grenzwert verglichen wird. Somit können alle Wicklungszweige bzw. Wicklungsstränge 14, 15 und 16 des Asynchronmotors 13 auf Vorhandensein eines Maschinenfehlers geprüft werden.
Ein Maschinenfehler liegt auch vor, wenn die verschiedenen Wicklungszweige bzw. Wicklungsstränge 14, 5 und 16 in ihren Parametern zu sehr voneinander abweichen, also eine sogenannte Unsymmetrie vorliegt. Ein solcher Fall ist in Figur 5 dargestellt, bei dem beispielsweise ein weiterer zeitlicher Stromverlauf 21
der Phase vw von dem Stromverlauf 23 der Phase uw abweicht, wobei der Stromverlauf 21 durch die Spannungsimpulsfolge 20 bei einer Ansteuerung des Wicklungszweiges der Wicklungsstränge 15 und 16 bewirkt wird. Somit ist ein alternativer Schritt zur Bestimmung eines Maschinenfehlers möglich, in dem ein Vergleich eines zeitlichen oder elektrischen Parameters eines ersten Wicklungszweigs mit einem zuvor ermittelten zeitlichen oder elektrischen Parameter eines zweiten Wicklungszweiges durch die Vergleichseinrichtung des Mikrokontrollers 5 durchgeführt wird. In einem solchen Fall bestimmt der zeitliche oder elektrische Parameter des ersten Wicklungszweiges einen Toleranzwertebereich mit einem oberen und unteren Grenzwert, wobei die Grenzwerte sich aus einer den Parameter des ersten Wicklungszweiges zugeordneten betragsmäßigen Abweichung ergiben
Die zeitlichen oder elektrischen Parameter des Asynchronmotors 13 und auch ein möglicher Fehler werden gemäß der vorstehenden Schritte vor jeder bestim- mungsgemäßen Ansteuerung des Asynchronmotors 13 zur Erzeugung eines Drehfeldes bestimmt. Dieser Vorgang wird kontinuierlich wiederholt, so dass im Falle eines nur temporären Fehlers der Fehlerwert rücksetzbar ist, wenn die zeitlichen oder elektrischen Parameter des Asynchronmotors 13 innerhalb des jeweils zugeordneten Toleranzwertebereiches liegen. Mit einer Abschalteinrichtung des Mikrokontrollers 5 wird in einem folgenden
Schritt die Ausgabe einer Spannungsimpulsfolge bzw. eine Abfolge einer Spannungsimpulsfolge der Leistungsstufe 12 zur Ausbildung eines Drehfeldes des Asynchronmotors 13 verhindert, in dem die Abschalteinrichtung ein Rücksetzen der digitalen Ausgänge 9 bewirkt, wenn in einem vorangegangenen Schritt ein Fehler bestimmt wurde. Das Rücksetzen der digitalen Ausgänge 9 bewirkt weiter, dass die IGBT's T1 bis T6 der Leistungsstufe 12 ausgeschaltet werden und ausgeschaltet bleiben, solange ein Fehler vorliegt.
In einem weiteren Schritt wird die Spannungsimpulsfolge zur Erzeugung eines Drehfeldes des Asynchronmotors mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 in Abhängigkeit eines zeitlichen und/oder elektrischen Parameters des Asynchron-
motors 13 bestimmt. Dazu werden die in einem vorangegangenen Schritt ausgewählten und von dem zeitlichen und/oder elektrischen Parameter abhängigen Steuer- und Regelparameter verwendet. In einer alternativen Ausgestaltungsform kann auch in der Speichereinrichtung 7 ein mathematisches Motor- bzw. Maschinenmodel hinterlegt sein. Unter Verwendung insbesondere der elektrischen Parameter werden in einer solchen Ausführung durch Einrichtungen des Mikrokontrollers 5 mit dem mathematischen Motormodell die Steuer- und Regelparameter und/oder die Spannungsimpulsfolge berechnet.
Weiter ist in der Speichereinrichtung 7 ein vorbestimmter zulässiger Betriebstem- peraturwert des Asynchronmotors gespeichert. In einem folgenden Schritt wird mit einer Einrichtung des Mikrokontrollers 5 unter Verwendung eines weiteren mathematischen Motormodells und der im vorangegangenen Schritt bestimmten Spannungsimpulsfolge ein zu erwartender Betriebstemperaturwert des Asynchronmotors 13 berechnet. Mit einer Vergleichseinrichtung des Mikrokontrollers 5 wird die berechnete Betriebstemperatur mit der vorbestimmten Betriebstemperatur verglichen. Wenn die Vergleichseinrichtung anzeigt, dass der vorbestimmte Betriebstemperaturwert überschritten wird, dann werden die Schritte der Bestimmung der Spannungsimpulsfolge und des Vergleiches auf Überschreitung der vorbestimmten Betriebstemperatur solange wiederholt, bis der zu erwartende Betriebstemperaturwert kleiner gleich dem vorbestimmten Betriebstemperaturwert ist. Bei einer solchen iterativen Bestimmung der Spannungsimpulsfolge wird auch der Betrag der Überschreitung bei einem nächsten Iterationsschritt in dem mathematischen Motormodell zur Bestimmung der Spannungsimpulsfolge berücksichtigt. In einer alternativen Ausgestaltung können statt der mathematischen Motormodelle auch gleichwirkende Zuordnungstabellen in Zusammenhang mit festgelegten Rechenregeln in der Speichereinrichtung 7 hinterlegt sein.
Die Umrichterschaltung 3 des Ausführungsbeispiels verfügt über eine Ablaufsteuerung, die die vorstehend dargestellten Verfahrensschritte steuert. Diese Ablaufsteuerung ist in dem Mikrokontroller 5 integriert.
Weiter dient diese Umrichterschaltung 3 mit der Ablaufsteuerung zum Steuern der vorstehenden Verfahrensschritte und zum Steuern einer dynamo-elektrischen Maschine 13 bzw. eines Asynchronmotors 13, der eine in dem Wäschebehandlungsgerät drehbargelagerte Trommel antreibt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wäschebehandlungsgerät um eine Haushaltwaschmaschine oder einen Haushaltwäschetrockner.
Im vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Umrichterschaltung 3 als eine Frequenz-Umrichterschaltung 3, die einen Asynchronmotor 13 steuert, ausgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für alternative Ausführungsformen geeignet. So kann die Umrichterschaltung auch als ein sogenannter Stromumrichter oder Direktumrichter ausgeführt sein. Ebenso eignen sich das Verfahren und die Umrichterschaltung 3 zum Betreiben von mehrphasigen elektronisch kommmutierten Motoren, Synchronmotoren, sogenannten Switched Reluctance Motoren oder permanentmagneterregten Motoren. In dem Ausführungsbeispiel verfügt die Umrichterschaltung 3 über einen Mikrokontroller 5 mit einer integrierten Speichereinrichtung 7. In alternativen Ausgestaltungen kann die Umrichterschaltung 3 auch einen sogenannten digitalen Signalprozessor 5 oder eine Mehrzahl einzelner Kontroller bzw. Prozessoren aufweisen. Dabei können die Einrichtungen des Mikrokontrollers 5, beispielweise die Spei- eher-, Vergleichseinrichtung oder AD-Wandler, in separaten miteinander kommunizierenden Baugruppen der Umrichterschaltung vorhanden sein.