AT390533B - Anlaufschaltung fuer einphasen-asynchronmotoren - Google Patents

Description

Nr. 390 533

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlaufschaltung für kondensatorlose Einphasen-Asynchronmotoren mit symmetrischer Haupt- und Hilfswicklung, zwei Netzklemmen und einer Mittelpunktsklemme.

Einphasen-Asynchronmotoren werden meist als Kleinmotoren zum Antrieb von Haushalts- oder Handwerkzeugsgeräten, Umwälzpumpen, Rasenmäher u. dgl. verwendet.

Ihr Hauptnachteil ist, daß sie ohne zusätzliche Hilfsmittel nicht anlaufen können, wie dies bei Drehstrommotoren selbstverständlich ist. Als Anlaufhilfe werden bis heute fast ausnahmslos eine Hilfswicklung zusammen mit einem reihengeschalteten Kondensator oder Widerstand verwendet, seltener eine Kombination von beiden (Vgl. u. a. Hütte, Elektrische Energietechnik, Springer-Verlag, Berlin 1978; S. 481).

Dabei bildet die Hilfswicklung zusammen mit der Einphasen Hauptwicklung eine Drehstromwicklung, deren Wicklungsachsen einen Winkel von 90° (magnetisch) einschließen. Damit dieses System ein Drehfeld erzeugt, muß auch der Strom in Hilfs- und Hauptwicklung 90° Phasenverschiebung aufweisen, was näherungsweise durch den Kondensator oder Widerstand erzwungen wird. Bekannt ist u. a. auch eine Schaltung, bei der die Phasenverschiebung durch elektronische Hilfsmittel dem Betriebszustand optimal angepaßt wird (Britische Patentschrift Nr. 1415 172).

In einer anderen bekannten Schaltung (DE-OS 1 763 044) wurde auf den Kondensator in der Hilfsphase überhaupt verzichtet und die notwendige Phasenverschiebung durch steuerbare Halbleiterbauelemente in Serie mit der Hilfsphasenwicklung bewirkt

Als Nachteil aller mit einer Hilfswicklung und Kondensator ausgerüsteten Einphasen-Asynchronmotoren sind zu nennen: der unverhältnismäßig hohe Kostenanteil des Kondensators von ca. 20 % des Motorpreises, seine Störanfälligkeit die z. B. bei MKS-Kondensatoren sogar zur Explosion führen kann und vor allem der Umstand, daß solcherart ausgerüstete Motoren einen Umkehrschalter für Drehrichtungswechsel benötigen.

Demgegenüber entfallen bei einer Ausrüstung mit Hilfsphasenwicklung und steuerbaren Halbleiterbauelementen zur Phasenverschiebung zwar die Nachteile des Kondensators an sich, doch erfordert auch diese Schaltung (DE-OS 1763 044) einen Umkehrschalter im Hauptstromkreis.

Hinzu kommt bei der zuletzt genannten Schaltungsanordnung, daß der Strom nur in der Hilfswicklung und da nur beim Nulldurchgang gelöscht werden kann (Nachteil für die dynamischen Eigenschaften).

Sowohl beim "Kondensatormotor" wie auch bei Ersatz des Kondensators durch steuerbare Halbleiterbauelemente (Triac) muß die Hilfswicklung nach dem Anlauf entweder abgeschaltet werden, oder sie bleibt wegen ihrer von der Hauptwicklung unterschiedlichen Dimensionierung nur beschränkt wirksam eingeschaltet.

In beiden Fällen bedeutet dies eine erheblich geringere Materialausnützung des Motors im stationären Betrieb nach dem Anlauf.

Aufgabe der Erfindung ist es nun die vorstehend aufgezählten Nachteile aller anderen, schon bekannten Anordnungen zu beseitigen. Dies erfordert die Eliminierung des Umkehrschalters im Hauptstromkreis bei Drehrichtungswechsel, die symmetrische Ausführung und Einspeisung von Haupt- und Hilfswicklung für den Anlauf und deren Vereinigung zu einer gemeinsamen, vollausgenützten Einphasenwicklung im stationären Betrieb. Eine wesentliche Bedingung all dieser geforderten Maßnahmen ist es, daß sie nur durch Eingriff im Steuerstromkreis bewerkstelligt werden sollen und daß der Kondensator entfällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittelpunktsklemme der beiden Maschinenwicklungen mit der wechselstromseitigen Mittelpunktsklemme zweier in Serie geschalteter Diodenbrücken verbunden ist und die Gleichstromklemmen der Diodenbrücken durch je einen Schalttransistor in Vorzugsrichtung überbrückt sind, wobei die beiden Schalttransistoren an der Basis so gesteuert werden, daß ein Transistor zwischen dem Spannungs-Nulldurchgang und dem darauffolgenden Scheitelwert sperrt und der andere zwischen dem Scheitelwert und dem darauffolgenden Spannungs-Nulldurchgang, oder - je nach Drehrichtung umgekehrt - und daß die Basissteuerung in allen Fällen so eingestellt wird, daß wärend des Ausschaltens des einen Transistors der andere bereits leitend ist

Die erfindungsgemäße Anordnung entsprechend Fig. 2 ermöglicht die wechselweise (parallele) Einspeisung der beiden Wicklungen (1) und (2) durch die Spannungen (Ul) und (U2) entsprechend Fig. 1 deren Grundwellen gegeneinander ca. 65° phasenverschoben sind.

Die beiden Spannungen werden durch die vorstehend beschriebene Ansteuerungsfolge der beiden Transistoren aus der sinusförmigen Netzspannung "herausgeschnitten" wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Das für den Anlauf benötigte Drehfeld wird demnach durch eine symmetrische, phasenverschobene Einspeisung der beiden symmetrischen Wicklungen erreicht.

Bei allen bekannten Anlaufschaltungen hingegen, z. B. auch jener gemäß DE-OS 1763044 wird das für den Anlauf benötigte Drehfeld dadurch erzeugt, daß die Hilfswicklung allein über einen seriengeschalteten Kondensator, Widerstand oder Triac während der Anlaufzeit an die Emphasen Netzspannung gelegt wird. Dabei unterscheidet sich die Hilfswicklung nicht nur durch ihren Aufbau und die Windungszahl von der Hauptwicklung sondern auch durch ihren Strom. Auch wird die Hilfswicklung in vielen Fällen nach dem Anlauf abgeschaltet, während bei der erfindungsgemäßen Anordnung beide Wicklungen - in Serie geschaltet - vollwirksam an Netz bleiben müssen und können.

Die zuletzt angeführte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Schaltung stellt deshalb einen besonderen Vorteil dar, weil die Umschaltung nach dem Anlauf - ohne Schalthilfsmittel im Hauptstromkreis - nur durch Maßnahmen -2-

Claims (2)

1. Nr. 390 533 im Steuerkreis erfolgen kann und weil im stationären Betrieb beide Wicklungen - vollausgenützt - zur Momentenbildung beitragen. Einen bedeutenden Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung stellt schließlich die Möglichkeit einer Drehrichtungsumkehr ohne Umkehrschalter im Hauptstromkreis dar, der bei allen anderen, bekannten Schaltungen unentbehrlich ist. Zu diesem Zweck ist im vorliegenden Fall nur eine Umkehr der Steuerimpulsfolge nötig. Fig.
2. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung dar, wobei (1) und (2) die symmetrische Haupt- und Hilfswicklung darstellen. Die beiden Schalttransistoren sind mit (3) und (4) und die zugehörigen Diodenbrücken mit (5) und (6) bezeichnet; sie dienen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schaltfolge zur Erzeugung eines (unvollkommenen) Zweiphasensystems (Drehfeldes) aus einer einphasigen Netzspannung. Die beiden Induktivitäten (7) und (8) und der Kondensator (9) dienen zur Netzentstörung bzw. zur Aufnahme der magnetischen Energie der Wicklung beim Schalten. Die Überlappung der Einschaltdauer der beiden Schalttransistoren ist erfindungsgemäß für das ordnungsgemäße Funktionieren der Gesamtanordnung deshalb unerläßlich, weil dadurch die Schaltüberspannung mit einer, für die gesamte Anordnung gemeinsamen, mit den Netzklemmen der Maschine verbundenen Netzentstörschaltung (7), (8), (9) aufgenommen werden kann. Die Schaltüberspannung entsteht durch das periodische Zu- und Abschalten der beiden vorwiegend induktiven Maschinenwicklungen. Die Umkehr der Steuerimpulsfolge zum Zwecke der Drehrichtungsumkehr kann mit herkömmlichen Mitteln bewerkstelligt werden; die dazu erforderliche einfache Schaltung der Steuerelektronik wurde in Fig. 2 nicht dargestellt. Ähnlich einfach wie die Umkehr der Drehrichtung ist auch die Umschaltung vom Zweiphasenbetrieb während des Anlaufes auf den Einphasenbetrieb beim stationären Lauf. Zu diesem Zweck wird während der Einschaltphase eines Schalttransistors die Spannung zwischen Emitter- und Kollektoranschluß gemessen. Unterschreitet diese Spannung einen vorgegebenen, sehr kleinen Wert, wird die Ansteuerung der Schalttransistoren (3) und (4) durch Abschalten der Basisströme unwirksam gemacht. In weiterer Folge kann durch Fehlen der Basisströme an den Schalttransistoren kein Maschinenstrom durch diese und durch die Diodenbrücken fließen, sodaß der Mittelpunkt der Zweiphasenwicklung offen bleibt und beide Wicklungsstiänge -in Serie geschaltet - als Einphasenwicklung an der Einphasen Netzspannung liegen. Zusammenfassend können im Vergleich zu allen bisher bekannten Anlaufschaltungen folgende Vorteile der erfindungsgemäßen Anlaufschaltung aufgezählt werden: - Entfall eines Schalters für Drehrichtungsumkehr, - Entfall eines Schalters für die Umschaltung zwischen Anlauf und stationären Betrieb, - bessere Materialausnützung des Motors, - bessere Eignung des Gesamtsystems für Drehzahlsteuerung über einen elektronischen Spannungssteller. Der zuletzt genannte Vorteil ergibt sich aus dem Umstand, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung beide Wicklungen symmetrisch sind, während dies beim Kondensatormotor wegen des Kondensators in der Hilfsphase auch nicht annähernd zutrifft. Wegen des unterschiedlichen Übertragungsverhaltens beider Stränge ist eine Drehzahlstellung mit Hilfe eines elektronischen Spannungsstellers beim Kondensatormotor mit eingeschalteter Hilfsphase nicht möglich. Im Vergleich zu dem heute überwiegend verwendeten Kondensatormotor kommt bei der erfindungsgemäßen Anlaufschaltung auch noch der Entfall des störanfälligen Kondensators als Vorteil hinzu. PATENTANSPRUCH Anlaufschaltung für kondensatorlose Einphasen-Asynchronmotoren mit symmetrischer Haupt- und Hilfswicklung, zwei Netzklemmen und einer Mittelpunktsklemme, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunktsklemme (12) der beiden Maschinenwicklungen mit der wechselstromseitigen Mittelpunktsklemme zweier in Serie geschalteter Diodenbröcken (5) und (6) verbunden ist und die Gleichstromklemmen der Diodenbrücken durch je einen Schalttransistor (3) und (4) in Vorzugsrichtung überbrückt sind, wobei die beiden Schalttransistoren an der Basis so gesteuert werden, daß ein Transistor zwischen dem Spannungs-Nulldurchgang -3- 5 Nr. 390 533 und dem darauffolgenden Scheitelwert sperrt und der andere zwischen dem Scheitelwert und dem darauffolgenden Spannungs-Nulldurchgang, oder - je nach Drehrichtung umgekehrt - und daß die Basissteuerung in allen Fällen so eingestellt wird, daß wärend des Ausschaltens des einen Transistors der andere bereits leitend ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-