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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Versorgung eines in
der Umgebung eines Elektromotors angeordneten elektrischen Verbrauchers mit
einer elektrischen Versorgungsspannung. Die Erfindung bezieht sich
des Weiteren auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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In
der Umgebung eines Elektromotors sind häufig weitere elektrische Verbraucher
angeordnet, insbesondere Elektronikbausteine für Steuerzwecke oder Sensorik,
Schalter, elektrische oder elektronische Bremsen, etc. In der näheren Umgebung
eines (Haupt-)Elektromotors sind weiterhin mitunter ein oder mehrere
weitere Elektromotoren mit insbesondere geringerer Leistung, beispielsweise
Hilfsmotoren, Lüftermotoren,
etc. angeordnet.
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Eine
Versorgung dieser weiteren Verbraucher durch den Motorstrom des
(Haupt-) Elektromotors ist zumindest in vielen Anwendungsfällen nicht möglich, insbesondere
zumal die weiteren Verbraucher oft unabhängig von dem (Haupt-)Elektromotor, mitunter
auch bei Stillstand des letzteren, angesteuert werden müssen. Die
weiteren Verbraucher werden deshalb üblicherweise separat von der
den (Haupt-)Elektromotor versorgenden Motorstromleitung über zusätzliche
Versorgungsleitungen versorgt. Diese Separatverdrahtung verursacht
einen oft nicht unerheblichen zusätzlichen Material- und Herstellungsaufwand.
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In
besonderem Maße
ist die Separatverdrahtung weiterer Verbraucher in der Umgebung
eines Elektromotors dann von Nachteil, wenn der Elektromotor zusammen
mit weiteren Verbrauchern ein bewegtes System bildet. Herkömmlicherweise
werden in diesem Fall die zusätzlichen
Versorgungsleitungen der weiteren Verbraucher zusammen mit der Motorstromleitung
zu einem herstellungstechnisch aufwändigen und verschleißanfälligen Schleppleitungsbündel von
mitunter erheblicher Leitungslänge
zusammengefasst.
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Alternativ
zu der Separatverdrahtung von motornahen Verbrauchern ist es auch
möglich,
diese Verbraucher am Ort des Elektromotors durch Stromspeicher wie
Batterien, Akkus, etc. oder Vor-Ort-Stromerzeuger, wie beispielsweise
Solarzellen, mit der erforderlichen Versorgungsspannung zu versorgen.
Eine solche Vor-Ort-Versorgung ist aber nur eingeschränkt für einige
Anwendungsfälle
möglich – beispielsweise
erfordert die Stromversorgung durch Solarzellen die ausreichende
Verfügbarkeit von
Licht – und
zudem oft vergleichsweise kostenintensiv.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach und flexibel einsetzbares
Verfahren zur Versorgung eines in der Umgebung eines Elektromotors
angeordneten elektrischen Verbrauchers mit einer elektrischen Versorgungsspannung
anzugeben. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde,
eine zur Durchführung
dieses Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung anzugeben.
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Bezüglich des
Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1. Danach ist vorgesehen, in einer mehrphasigen Motorstromleitung,
die eine den Elektromotor versorgende Motorspannung führt, zusätzlich zu
dieser Motorspannung eine Sekundärspannung
zu erzeugen, deren Frequenz von der Frequenz der Motorspannung verschieden
ist. Verfahrensgemäß wird diese
Sekundärspannung
in mindestens zwei Phasen der Motorstromleitung als Differentialmodus
(differential mode)-Signal erzeugt. Aus den die Sekundärspannung
führenden
Phasen der Motorstromleitung wird verfahrensgemäß – insbesondere in der Umgebung
des Elektromotors – ein
Stromanteil abgezweigt, aus dem durch Gleichrichtung eine Versorgungsspannung
für mindestens
einen motornahen elektrische Verbraucher erzeugt wird.
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Sofern
mehrere motornahe Verbraucher unabhängig von dem Elektromotor und
unabhängig voneinander
versorgt werden sollen, können
im Rahmen der Erfindung auch mehrere Sekundärspannungen jeweils unterschiedlicher
Frequenz erzeugt und zusätzlich
zu der Motorspannung auf die Motorstromleitung gelegt werden.
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Als
Differentialmodus-Signal (differential mode signal) wird ein zeitlich
variierendes, mehrphasiges, elektrisches Spannungssignal bezeichnet, dessen
Phasen sich zu jedem Zeitpunkt zu Null addieren. In bevorzugten
Varianten der Erfindung wird die Sekundärspannung insbesondere als
gegenpolig wechselndes, zweiphasiges Spannungssignal oder als dreiphasiges
Drehspannungssignal erzeugt. Der Spannungsverlauf in jeder Phase
der Sekundärspannung
ist bei beiden Varianten insbesondere sinoidal (sinusförmig oder
zumindest sinusähnlich).
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Durch
die Überlagerung
der Motorspannung mit der Sekundärspannung
wird auf einfache Weise ermöglicht,
den elektrischen Verbraucher über
die Motorstromleitung mitzuversorgen, dennoch aber eine von der
Motorspannung unabhängige
Spannungsversorgung des Verbrauchers sicherzustellen. Hierdurch
werden separate Verbindungsleitungen für diesen Verbraucher oder Vor-Ort-Stromspeicher
bzw. -Stromerzeuger zumindest weitgehend überflüssig, wodurch wiederum in erheblichem
Maße Material-, Installations-
und/oder Wartungsaufwand eingespart werden kann.
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Die
von dem Motorbetrieb unabhängige Spannungsversorgung
des motornahen Verbrauchers wird hierbei insbesondere durch den
spektralen Abstand der Sekundärspannung
der der Motorspannung ermöglicht.
So kann der motornahe Verbraucher auf diese Weise vor allem auch
bei Stillstand des Elektromotors durch die Sekundärspannung
versorgt werden, wenn die Motorspannung aussetzt. Zudem ist so mit
einfachen Mitteln eine Trennung der Sekundärspannung und der Motorspannung
in der Umgebung des Elektromotors möglich, so dass insbesondere
eine Beeinflus sung des Motorbetriebs durch die Sekundärspannung
ausgeschlossen werden kann.
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In
einer besonders einfachen Variante des Verfahrens wird die Versorgungsspannung
für den oder
jeden motornahen Verbraucher aus der in der Motorstromleitung geführten Summenspannung,
d. h. aus der Motorspannung und der dieser überlagerten Sekundärspannung
erzeugt. Die Sekundärspannung
ist hierbei vor allem für
die Spannungsversorgung des Verbrauchers während einer Motorstillstandszeit
wichtig. Während
des Motorbetriebs wird der Spannungsverlauf in der Motorstromleitung
dagegen in der Regel von der Motorspannung dominiert, so dass die
Sekundärspannung
hier allenfalls von untergeordneter Bedeutung ist. Im Rahmen dieser
Erfindungsvariante kann daher die Sekundärspannung auch zeitlich versetzt,
insbesondere zeitlich alternierend zu der Motorspannung in der Motorstromleitung
erzeugt werden. Insbesondere wird in zweckmäßiger Ausführung dieser Verfahrensvariante
die Sekundärspannung
nur dann erzeugt, wenn die Amplitude der Motorspannung einen vorgegebenen
Schwellwert unterschreitet.
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Um
auf einfache Weise eine von dem Betrag der Motorspannung unabhängige Spannungsversorgung
für den
motornahen Verbraucher sicherzustellen, ist in einer alternativen
Verfahrensvariante vorgesehen, den Anteil der Motorspannung aus
dem zur Erzeugung der Versorgungsspannung abgezweigten Stromanteil
auszufiltern. Zur Erzeugung der Versorgungsspannung wird in diesem
Fall also selektiv ein der Sekundärspannung im Wesentlichen entsprechender
Spannungsanteil genutzt. Für
diese Filterung wird zweckmäßigerweise
der spektrale Abstand der Sekundärspannung
von der Motorspannung genutzt. Es wird also eine Frequenzfilterung
vorgenommen. Insbesondere wird die Sekundärspannung mit einer Frequenz
erzeugt, die die Frequenz der Motorspannung wesentlich überschreitet.
In diesem Fall wird zur Ausfilterung der Motorspannung aus dem abgezweigten
Stromanteil ein Hochpassfilter verwendet.
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Um
eine Rückwirkung
der Sekundärspannung
auf den Motorbetrieb auf besonders einfache Weise auszuschließen, wird
die Frequenz und/oder Amplitude der Sekundärspannung vorzugsweise derart
gewählt,
dass die Sekundärspannung
zum Antrieb des Elektromotors ungeeignet ist. Insbesondere wird
die Sekundärspannung
mit einer derart hohen Frequenz erzeugt, dass die Sekundärspannung
in dem Elektromotor aufgrund der induktiven und/oder mechanischen
Motorträgheit
keine für
den Betrieb des Elektromotors nennenswerten Momente erzeugt, und
somit die Motorbewegung nicht spürbar
beeinflusst. Alternativ oder zusätzlich
können
aber auch Anteile der Sekundärspannung
durch einen dem Elektromotor unmittelbar vorgeschalteten Filter
ausgefiltert werden. Hierzu wird gegebenenfalls insbesondere ein
für typische
Frequenzen der Motorspannung durchlässiger, und für Frequenzen
der Sekundärspannung
sperrender Frequenzfilter verwendet.
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In
einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante
wird die Motorstromleitung zusätzlich
zur Übertragung
von Signalen, insbesondere Steuersignalen und/oder Sensorwerten
zwischen zwei an die Motorstromleitung angeschlossenen Geräten, insbesondere
einem Verbraucher und einem netzseitig an die Motorstromleitung
angeschlossenen Einspeisungsgerät
genutzt. Im Zuge dieser – unidirektionalen
oder bidirektionalen – Signalübertragung
wird der Motorspannung eine Tertiärspannung einer weiteren Frequenz überlagert,
die an anderer Stelle der Motorstromleitung erfasst und ausgelesen
wird. Sofern die Tertiärspannung
auf einer Phase der Motorstromleitung übertragen wird, die auch eine
Phase der Sekundärspannung
führt,
wird die Tertiärspannung spektral
getrennt sowohl von der Motorspannung als auch dieser Sekundärspannung
erzeugt. Wenn andernfalls nur ein Teil der Phasen der Motorstromleitung
zur Übertragung
der Sekundärspannung
genutzt wird, kann alternativ hierzu auch eine Phase der Motorstromleitung,
die keine Sekundärspannung führt, zur Übertragung
der Tertiärspannung
genutzt werden. In diesem Fall muss die Tertiärspannung lediglich von der
Motorspannung spektral getrennt sein.
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Bezüglich der
Vorrichtung wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
6. Danach umfasst diese Vorrichtung ein Einspeisungsgerät zur Erzeugung
der im Zusammenhang mit dem Anspruch 1 beschriebenen Sekundärspannung
in mindestens zwei Phasen einer Motorstromleitung, sowie ein Stromversorgungsgerät für einen
motornahen Verbraucher, das zumindest an die die Sekundärspannung
führenden
Phasen der Motorstromleitung angeschlossen ist, und das einen Gleichrichter
zur Erzeugung einer Versorgungsspannung für diesen Verbraucher aus einem
aus der Motorstromleitung abgezweigten Stromanteil aufweist.
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Die
Vorrichtung ist vorzugsweise schaltungstechnisch und/oder programmtechnisch
zur automatischen Ausführung
einer der vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten eingerichtet.
Das Stromversorgungsgerät
umfasst so in zweckmäßiger Ausgestaltung
einen Filter zur Ausfilterung der Motorspannung aus dem abgezweigten
Stromanteil, insbesondere einen Hochpassfilter. Zur Realisierung
eines solchen Hochpassfilters ist dem Gleichrichter und jeder damit
verbundenen Phase der Motorstromleitung zweckmäßigerweise ein Sperrkondensator
zwischengeschaltet.
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Das
Einspeisungsgerät
ist in bevorzugter Ausführung
der Vorrichtung durch einen Umrichter gebildet, der bestimmungsgemäß sowohl
die Motorspannung als auch die Sekundärspannung erzeugt. Alternativ
hierzu kann die Sekundärspannung
aber auch separat durch eine von der Motorspannung eigene Spannungserzeugungseinheit
erzeugt und in die die Motorspannung führende Motorstromleitung eingekoppelt
werden. Diese Vorrichtungsvariante ermöglicht vorteilhafterweise die
Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens auch auf umrichterlose
Elektromotoren, die lediglich über
einen Schütz
oder Motorstarter mit einem Stromnetz verbunden sind.
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In
einer weiteren Vorrichtungsvariante umfasst die Vorrichtung zur
Signalübertragung
innerhalb der Motorstromleitung eine mit der Motorstromleitung verbundene
Signalerzeugungs einheit zur Erzeugung einer der Motorspannung überlagerten
Tertiärspannung
einer weiteren Frequenz sowie eine an anderer Stelle mit der Motorstromleitung
verbundene Signalempfangseinheit zur selektiven Erfassung der Tertiärspannung.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
einem schematischen Blockschaltbild einen Elektromotor und einen
in dessen Umgebung angeordneten weiteren elektrischen Verbraucher
sowie eine Vorrichtung zur elektrischen Versorgung des Elektromotors
und des weiteren Verbrauchers über
eine gemeinsame Motorstromleitung,
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2 in
einem schematisch vereinfachten Schaltbild eine erste Ausführungsform
der Vorrichtung,
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3 in
Darstellung gemäß 2 eine
zweite Ausführungsform
der Vorrichtung, und
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4 in
Darstellung gemäß 1 eine
dritte Ausführungsform
der Vorrichtung.
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Einander
entsprechende Teile und Größen sind
in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
einen Elektromotor 1, in dessen Umgebung ein weiterer elektrischer
Verbraucher 2 angeordnet ist. Bei dem Verbraucher 2 handelt
es sich beispielsweise um eine elektronische Sensoreinheit zur Erfassung
der Motortemperatur und zur automatischen Abschaltung des Elektromotors 1 bei Überhitzung.
Grundsätzlich
kann es sich bei dem Verbraucher 2 aber um ein beliebiges
elektrisches oder elektronisches Gerät handeln, insbesondere um eine
beliebige Steuer-, Sensor- oder Auswerteelektronik, eine elektrische
oder elektronische Bremse, einen unabhängig von dem Elektromotor 1 zu
betreibenden Hilfsmotor, etc.
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Der
Elektromotor 1 ist über
eine Motorstromleitung 3 mit einem Einspeisungsgerät 4 verbunden, das
eingangsseitig wieder um an ein Wechselstromnetz 5 angeschlossen
ist. Die Motorstromleitung 3 ist motorseitig in einem Klemmenkasten 6 des
Elektromotors 1 an eine zugehörige Motorklemme 7 angeschlossen.
An dieser Motorklemme 7 ist zudem ein Zweigstrang 8 der
Motorstromleitung 3 angeklemmt, über den ein Stromversorgungsgerät 9 für den Verbraucher 2 mit
dem Einspeisungsgerät 4 verbunden ist.
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An
eine Ausgangsklemme 10 des Stromversorgungsgeräts 9 ist
eine Versorgungsleitung 11 angeschlossen, die andererseits
mit einem Betriebsspannungseingang 12 des Verbrauchers 2 verbunden
ist. Optional ist außerdem
ein Signalanschluss 13 des Verbrauchers 2 über eine
Signalleitung 14 und ein Koppelglied 15 mit dem
Zweigstrang 8 der Motorstromleitung 3 verbunden.
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Das
Einspeisungsgerät 4 und
das Stromversorgungsgerät 9 bilden
zusammen eine Vorrichtung 16, in deren bestimmungsgemäßen Betrieb über die gemeinsame
Motorstromleitung 3 einerseits der Elektromotor 1 mit
einer Motorspannung Um, und andererseits der Verbraucher 2 mit
einer Versorgungsspannung Uv versorgt werden.
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Im
Beispiel gemäß 1 handelt
es sich bei dem Einspeisungsgerät 4 um
einen (Wechselspannungs-)Umrichter 17, der eine im Wechselstromnetz 5 geführte dreiphasige
Netzspannung Un in die ebenfalls dreiphasige Motorspannung Um umrichtet.
Das Einspeisungsgerät 4 erzeugt
die Motorspannung Um hierbei beispielsweise als sinoidales Drehspannungssignal,
dessen Frequenz und Amplitude in Anpassung an die gewünschte Motordrehzahl
bzw. -leistung in einem Frequenzbereich von z. B. 0 Hz bis 50 Hz
und einem Amplitudenbereich von z. B. 0 bis 325 V pro Phase gegen
Masse variiert wird. Das Einspeisungsgerät 4 speist die solchermaßen erzeugte Motorspannung
Um quasi als Grundschwingung in die Motorstromleitung 3 ein.
Das Einspeisungsgerät 4 überlagert
zudem der Motorspannung Um eine Sekundärspannung Us mit wesentlich
höherer
Frequenz von z. B. 500 Hz und vergleichsweise geringer Amplitude
von z. B. 20 V gegen Masse. Die Sekundärspannung Us wird von dem Einspei sungsgerät 4 als
ebenfalls dreiphasige sinoidale Drehspannung erzeugt. Die Sekundärspannung
Us bildet somit ein Differentialmodus-Signal, dessen drei Phasen
sich zu jedem Zeitpunkt zu Null kompensieren. Jeweils eine der drei
Phasen der Sekundärspannung
Us wird einer zugeordneten Phase der Motorspannung Um aufmoduliert.
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Das
Stromversorgungsgerät 9 zweigt
im Betrieb der Vorrichtung 16 einen Stromanteil A des in der
Motorstromleitung 3 geführten
Stroms über
den Zweigstrang 8 ab. Das Stromversorgungsgerät 9 erzeugt
hieraus die Versorgungsspannung Uv in Form einer Gleichspannung
mit einem Nennwert von z. B. 12 V und stellt diese dem Verbraucher 2 an
der Ausgangsklemme 10 zur Verfügung.
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Durch
das Einspeisungsgerät 4 wird
somit im bestimmungsgemäßen Betrieb
der Vorrichtung 16 der Verbraucher 2 über die
Motorstromleitung 3 mittelbar mitversorgt. Infolge der
auf die Motorspannung Um aufmodulierten Sekundärspannung Us wird hierbei eine
von dem Motorbetrieb unabhängige
Versorgung des Verbrauchers 2 ermöglicht. Insbesondere wird der
Verbraucher 2 somit auch während des Motorstillstandes
durch die Sekundärspannung
Us versorgt, wenn die Motorspannung Um aussetzt.
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In
optionaler Ausgestaltung der Vorrichtung 16 ist eine Übertragung
von Sensordaten von dem Verbraucher 2 über die Signalleitung 14 und
die Motorstromleitung 3 an das Einspeisungsgerät 4 vorgesehen.
In diesem Fall erzeugt der Verbraucher 2 mittels einer
internen Signalerzeugungseinheit 18 an seinem Signalanschluss 13 eine
Tertiärspannung
Ut, die über
die Signalleitung 14 und das Koppelglied 15 in
zumindest eine Phase der Motorstromleitung 3 eingekoppelt
wird. Bei der Tertiärspannung
Ut handelt es sich um ein Spannungssignal mit einer Amplitude von
beispielsweise 1 Volt und einer Frequenz, die sowohl die Frequenz
der Motorspannung Um als auch die Frequenz der Sekundärspannung
Us deutlich übersteigt,
z. B. 5 kHz. Die Tertiärspannung
Ut wird durch eine im Einspeisungs gerät 4 integrierte Signalempfangseinheit 19 (frequenz-)selektiv
erfasst und signaltechnisch ausgewertet.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die oder eine weitere Signalerzeugungseinheit auch in dem Einspeisungsgerät 4,
und die oder eine weitere Signalempfangseinheit auch in dem Verbraucher 2 integriert
sein, so dass in diesem Fall (auch) eine Signalübertragung von dem Einspeisungsgerät 4 an
den Verbraucher 2 möglich
ist.
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Eine
erste schaltungstechnische Ausgestaltung der in 1 nur
grob schematisch angedeuteten Vorrichtung 16 ist in 2 näher dargestellt.
Aus dieser Darstellung ist insbesondere erkennbar, dass das Wechselstromnetz 5 und
die Motorstromleitung 3 aus jeweils drei Phasen N1, N2,
N3 bzw. L1, L2, L3 gebildet sind. Wie 2 ebenfalls
zu entnehmen ist, umfasst das Stromversorgungsgerät 9 einen
(Brücken-)Gleichrichter 20 mit
drei Halbbrücken,
die jeweils mit einer der Phasen L1, L2, L3 verschaltet sind. Über einem
den Halbbrücken
nachgeschalteten Glättungskondensator
ist hierbei die gleichgerichtete Versorgungsspannung Uv abgreifbar.
Das Stromversorgungsgerät 9 umfasst
ferner (nicht explizit dargestellte) Mittel zur Begrenzung der Versorgungsspannung
Uv auf den Nennwert.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 wird die
zur Signalübertragung
dienende Tertiärspannung Ut
von dem Verbraucher 2 lediglich in die Phase L3 der Motorstromleitung 3 eingekoppelt
wird. Die Signalempfangseinheit 19 ist hier softwaretechnisch
in einer (z. B. als Mikrocontroller ausgebildeten) Steuereinheit 21 implementiert,
die im Rahmen des Einspeisegeräts 4 den
Umrichter 17 pulsweitenmoduliert ansteuert.
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Zur
selektiven Auskopplung der Tertiärspannung
Ut aus der Motorstromleitung 3 kann in einer die Steuereinheit 21 mit
der Phase L3 verbindenden Signalleitung 22 ein (hier nicht
explizit dargestellter) Hochpassfilter vorgesehen sein. Die frequenzselektive
Erfassung der Tertiärspannung
Ut aus dem in der Phase L3 geführten
Spannungssignal kann aber alternativ hierzu auch numerisch erfolgen,
insbesondere durch Fourier-Transformation
dieses Spannungssignals in der Steuereinheit 21.
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In
der Ausführung
gemäß 2 ist
der Gleichrichter 20 des Stromversorgungsgeräts 9 eingangsseitig
unmittelbar mit den Phasen L1 bis L3 der Motorstromleitung 3 verschaltet.
Die von dem Gleichrichter 20 abgegebene Versorgungsspannung
Uv wird somit im Wesentlichen durch die aus der Motorspannung Um
und der Sekundärspannung
Us gebildete Summenspannung Um + Us gespeist, deren zeitlicher Verlauf
in 2 in einem Inset-Diagramm D1 für die Phase L1 schematisch
verdeutlicht ist. Aus dem Inset-Diagramm D1 wird deutlich, dass
die Summenspannung Um + Us im Betrieb des Elektromotors 1 im
Wesentlichen durch die Motorspannung Um bestimmt wird. Entsprechend
ist die Sekundärspannung
Us im Betrieb des Elektromotors 1 für die Erzeugung der Versorgungsspannung
Uv nur von untergeordneter Bedeutung. Die Sekundärspannung Us dient hier vielmehr
vorrangig zur Aufrechterhaltung der Versorgungsspannung Uv während einer Motorstillstandszeit,
während
der die Motorspannung Um auf den Wert Null zusammenbricht.
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Die
Frequenz der Sekundärspannung
Us ist derart hoch gewählt,
dass die Sekundärspannung
Us auf den Elektromotor 1 infolge seiner mechanischen und
induktiven Trägheit
keinen nennenswerten Einfluss ausübt. Insbesondere ist die Sekundärspannung
Us infolge ihrer hohen Frequenz ungeeignet, den Elektromotor 1 aus
dem Stillstand unbeabsichtigt zum Anlaufen zu bringen.
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3 zeigt
eine alternative schaltungstechnische Ausführung der Vorrichtung 16.
Im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
umfasst hier das Stromversorgungsgerät 9 zusätzlich einen
dem Gleichrichter 20 vorgeschalteten Hochpassfilter 30.
Dieser Hochpassfilter 30 wird durch drei Sperrkondensatoren
gebildet, von denen jeweils einer innerhalb des Zweigstrangs 8 in
jeweils eine Phase L1, L2, L3 der Motorstromleitung 3 geschaltet
ist. Durch den Hochpassfilter 30 werden die der Motorspannung
Um entspre chenden niederfrequenten Anteile der Summenspannung Um
+ Us weitgehend ausgefiltert. Dem Gleichrichter 20 wird somit
lediglich ein Spannungsanteil Us' zugeführt, der
zumindest im Wesentlichen der Sekundärspannung Us entspricht. Die
Versorgungsspannung Uv wird hierdurch – unabhängig von der Größe der Motorspannung
Um – zumindest
im Wesentlichen ausschließlich
aus der Sekundärspannung
Us gespeist. Zur Verdeutlichung ist der zeitliche Verlauf des Spannungsanteils
Us' in 3 für die Phase
L1 beispielhaft in einem weiteren Inset-Diagramm D2 dargestellt.
Der am Elektromotor 1 anliegende Restspannungsanteil Um' entspricht im Wesentlichen
der von dem Einspeisungsgerät 4 erzeugten
Motorspannung Um. Der zeitliche Verlauf dieses Restspannungsanteils
Um' ist in 3 schematisch
in einem dritten Inset-Diagramm D3 dargestellt.
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Auch
bei der Ausführungsform
gemäß 3 ist
optional eine 2 entsprechende Datenübertragung
zwischen dem Verbraucher 2 und dem Einspeisungsgerät 4 bzw.
dessen zugeordneter Steuereinheit 21 vorgesehen. Die entsprechenden
schaltungstechnischen Komponenten sind in 3 lediglich aus
Vereinfachungsgründen
nicht dargestellt.
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Eine
in 4 dargestellte Variante der Vorrichtung 16 unterscheidet
sich von der im Zusammenhang mit 1 beschriebenen
Variante im Wesentlichen dadurch, dass hier das Einspeisungsgerät 4 aus
zwei separaten Einheiten 40 und 41 gebildet ist.
Die Einheit 40 dient hierbei zur Erzeugung der Motorspannung
Um. Bei dieser Einheit 40 handelt es sich insbesondere
um ein einfaches Schaltgerät,
z. B. einen Schütz
oder Motorstarter, das die Netzspannung Un im Wesentlichen unverändert als
Motorspannung Um auf die Motorstromleitung 3 legt. Die Motorspannung
Um hat in diesem Fall eine der Netzspannung Un entsprechende Frequenz
von z. B. 50 Hz. Die Einheit 41 dient dagegen zur Erzeugung
der Sekundärspannung
Us. Bei der Einheit 41 handelt es sich insbesondere um
einen Festfrequenzumrichter, der die Netzspannung Un in die dreiphasige
Sekundärspannung
Us umrichtet, wobei letztere bevorzugt wiederum eine Frequenz von
etwa 500 Hz und eine Spannungsamplitude von etwa 20 Volt pro Phase
gegen Masse hat. Die Sekundärspannung
Us wird gemäß 4 in
einem Koppelglied 42 phasenweise der Motorspannung Um aufmoduliert.
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Das
Stromversorgungsgerät 9 der
in 4 dargestellten Vorrichtungsvariante ist wahlweise analog
zu 2 oder analog zu 3 ausgeführt, umfasst
also einen Gleichrichter 20, der eingangsseitig entweder
unmittelbar oder über
den vorgeschalteten Hochpassfilter 30 auf die drei Phasen
L1, L2, L3 der Motorstromleitung 3 geschaltet ist.
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Wie
insbesondere 2 und 3 zu entnehmen
ist, ist der Verbraucher 2 bei allen Ausführungen
der Vorrichtung 16 mit dem Einspeisungsgerät 4 und
dem Wechselstromnetz 5 nur über die Versorgungsleitung 11 und
die drei Phasen L1, L2, L3 der Motorstromleitung 3 elektrisch
verbunden. Eine zusätzliche
Erdverbindung ist zwischen diesen Komponenten nicht erforderlich
und in der Regel auch nicht vorgesehen.