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Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Anlaufstrombegrenzung in einer Motorinduktivität einer elektrisch betriebenen Maschine oder eines elektrisch betriebenen Antriebs und ein Verfahren zur Anlaufstrombegrenzung einer solchen betriebenen Motorinduktivität durch eine elektronische Schaltung.
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Wechselstrommotoren können in der Anlaufphase vor allem dann, wenn die mechanische Motorlast auch in der Anlaufphase anliegt und wenn keine schaltungstechnischen Gegenmaßnahmen ergriffen werden, einen mehrfach höheren Strombedarf haben als nach dem Hochfahren, wenn der Motor mit seiner Nenndrehzahl unter Auslegungsbedingungen betrieben wird. Der hohe Anlaufstrom kann einerseits zur Überlastung des Motors führen, was durch entsprechende Auslegung und die Aufbringung des nötigen Materialeinsatzes jedoch vermieden werden kann. Andererseits sind hohe Anlaufströme insbesondere bei leistungsstarken Maschinen vom Netzbetreiber unerwünscht oder unzulässig bzw. können zu hohe Anlaufströme auch zum Ausfall von Sicherungen oder sogar von Netzen führen. Aus den genannten Gründen werden Anlaufströme von Motoren im Stand der Technik begrenzt.
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Eine gebräuchliche Methode zur Anlaufstrombegrenzung von Drehstrommotoren ist die Umstellung von Dreieckschaltung auf Sternschaltung für den Motoranlauf. Eine andere gebräuchliche Methode zum Anfahren von Gleich-, Wechselstrom- und Drehstrommotoren ist die Einschaltung eines Vorwiderstandes in den Motorstromkreis zum Anfahren des Motors. Dabei ist der Vorwiderstand vorzugsweise ein Heißleiter, der zum Zeitpunkt des Einschaltens den Strom limitiert und der durch seine zunehmende Erwärmung während der Hochlaufphase der elektrischen Maschine niederohmiger wird. Diese Methode der Anlaufstrombegrenzung funktioniert nur beim ersten Einschalten; bei einem erneuten Einschalten nach kurzem Abschalten ist der Heißleiter noch erwärmt und wirkt daher beim zweiten Einschalten nicht mehr als Strombegrenzungswiderstand. Nachteilig bei der Einschaltung eines Vorwiderstandes ist, dass der Vorwiderstand genau an die Last angepasst werden muss und der Vorwiderstand damit eine unflexible Lösung ist. Außerdem hat ein Vorwiderstand auch unter Betriebsbedingungen einen Widerstand größer als Null, sodass an dem Vorwiderstand im Dauerbetrieb eine Verlustleistung anfällt und der Vorwiderstand somit Energie verschwendet. Dieses Problem kann jedoch mit Bypass-Schaltungen vermieden werden. Bei dem Einsatz von Vorwiderständen zur Anlaufstrombegrenzung in leistungsstarken Maschinen wird in der Anlaufphase eine große Energiemenge in Wärme umgewandelt; die Abführung dieser Wärme stellt ein Problem dar.
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Bei Wechselstrom- und Drehstrommotoren werden anstelle eines Ohmschen Vorwiderstandes auch Blindwiderstände zur Strombegrenzung eingesetzt. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 1 588 475 den Einsatz von Reihenschwingkreisen zur Begrenzung von Überströmen. Einer Induktivität wird hier eine Parallelschaltung von Kondensator und Widerstand oder von Kondensator und Spule vorgeschaltet, sodass der Kondensator mit der Induktivität bei normalen Bedingungen einen abgestimmten Schwingkreis bildet und der Kondensator einen normalen Strom nicht begrenzt. Bei eifern Überstrom wird der Schwingkreis verstimmt, und es fließt ein begrenzter Strom durch den Reihenschwingkreis. Eine solche Schaltung muss genau für den Anwendungsfall, wie z. B. ein Kraftwerk, dimensioniert werden, die exakte Auslegung von Spulen ist besonders aufwändig, da Kern und Wicklung für den konkreten Einsatzfall richtig dimensioniert werden müssen.
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Eine weitverbreitete Methode zur Anlaufstrombegrenzung in Wechselstrom- und Drehstrommotoren ist der Phasenanschnitt. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 103 93 316 T5 eine Phasenanschnittsteuerung für Fahrstuhlmotoren. Bei Verwendung von Phasenanschnittsteuerungen werden nicht. die kompletten Halbwellen eines Wechsel- oder Drehstromes zum Antrieb des Motors verwendet, sondern der Strom wird bereits nach dem Ablauf eines Teiles einer Halbwelle ausgeschaltet. Zur Abschaltung des Stromes werden Halbleiterschalter, wie z. B. Thyristoren, verwendet. Der Stromverbrauch des Motors wird durch die Einstellung des Zündwinkels in der Phase bestimmt. Nachteilig an der Phasenanschnittsteuerung ist, dass durch den Phasenanschnitt nicht nur der Strom, sondern auch die Drehmomentabgabe des Motors beschnitten wird.
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Moderne Schaltungen für einen effizienten Motoranlauf bei gleichzeitig hoher Drehmomententwicklung sind elektronische Frequenzumrichter, die die Frequenz eines Drehstromes der erreichten Motordrehzahl nachführen. Frequenzumrichter können sehr gute technische Lösungen sein, sie sind jedoch aufwändig und kostenintensiv. Wenn ein Motor nur gelegentlich anlaufen muss, wie z. B. bei einem Antrieb für eine Wärmepumpe, ist der Einsatz von Frequenzumrichtern oft unwirtschaftlich.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Schaltung zur Anlaufstrombegrenzung in einer Motorinduktivität und ein Verfahren zum Betrieb der elektronischen Schaltung bereit zu stellen, die die Entwicklung eines hohen Drehmomentes des Motors beim Anlauf ermöglicht und mit geringem Aufwand zu realisieren ist.
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Die Aufgabe wird einerseits durch eine elektronische Schaltung zur Anlaufstrombegrenzung in einer Motorinduktivät einer elektrisch betriebenen Maschine oder eines elektrisch betriebenen Antriebs gelöst, wobei die elektronische Schaltung wenigstens ein aus einem Kondensator oder einem RC-Bedämpfungsglied bestehendes Blindwiderstandsmodul, das in Reihe zu der Motorinduktivität geschaltet ist, einen elektronischen Schalter, der parallel zu dem Blindwiderstandsmodul geschaltet ist, und eine Strommess- und Steuereinrichtung aufweist, mit welcher ein Strom durch die Motorinduktivität erfassbar ist, wobei in der Strommess- und Steuereinrichtung ein oberer Stromgrenzwert für diesen Strom sowie entweder eine Schalteröffnungszeit oder ein unterer Stromgrenzwert festgelegt ist.
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Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung beinhaltet also einen kapazitiven Blindwiderstand, der dazu verwendet werden kann, den Anlaufstrom in einem Motor zu begrenzen, einen elektronischen Schalter, über den ein nicht begrenzter Anlaufstrom fließen kann, und eine Strommess- und Steuereinrichtung, die durch periodisches Öffnen und Schließen des elektronischen Schalters innerhalb einer Halbwelle des Wechselstromes eine Regelung des Anlaufstromes auf den festgelegten Stromgrenzwert ermöglicht. Mit dieser Schaltung ist eine kontinuierliche Stromzuführung zu dem Motor während des Anlaufes sicher gestellt. Durch den kontinuierlichen Stromfluss innerhalb einer Halbwelle des Wechselstromes ist ein großes Drehmoment des Motors während seiner Anlaufphase gewährleistet.
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In einer günstigen Ausführung der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung wird als elektronischer Schalter ein Halbleiterschalter, wie ein Feldeffekttransistor oder ein Bipolartransistor (z. B. ein Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)), verwendet. Die elektronische Schaltung ist so ausgelegt, dass der elektronische Schalter eine Vielzahl von Schaltvorgängen vornimmt. Für diese Vielzahl von Schaltvorgängen sind elektronische Schalter in Form von Halbleiterschaltern zuverlässiger als mechanische Schalter, wie Relais. Durch die Verwendung von Transistoren, die Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren sein können, ist die wiederholte Ansteuerung innerhalb einer Halbwelle besonders einfach.
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In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung erfolgt die Strommessung über einen Nebenschlusswiderstand (Shunt), da dies eine preiswerte Möglichkeit ist, eine Strommessung zu realisieren. Somit kann die elektronische Schaltung insgesamt für einen Niedrigpreisbereich zur Verfügung gestellt werden. Die elektronische Schaltung kann in anderen Varianten aber auch mit anderen bekannten Strommesswandlern, wie zum Beispiel Hallsensoren, ausgeführt werden.
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Es ist zudem besonders vorteilhaft, wenn das Blindwiderstandsmodul in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung so dimensioniert ist, dass der Strom in der Motorinduktivität, wenn er durch das Blindwiderstandsmodul fließt, unter dem oberen Stromgrenzwert liegt. Die elektronische Schaltung schaltet zur Regelung des Anlaufstromes zwischen dem Strompfad über das Blindwiderstandsmodul, in welchem ein Strom unter dem Stromgrenzwert fließt, und dem Strompfad über den elektronischen Schalter, in dem ein bis zum Erreichen des Stromgrenzwertes ansteigender Strom fließt, vielfach innerhalb einer Halbwelle des Wechselstromes um.
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In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung weist die elektronische Schaltung eine Stromgleichrichterschaltung auf, die parallel zu dem Blindwiderstandsmodul geschaltet ist. Zur Realisierung der Grundidee der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung könnte der elektronische Schalter eigentlich ein bidirektionaler Schalter sein, der den Strom in beide Richtungen leitet. Elektronische Schalter, wie Transistoren, ermöglichen jedoch nur eine Stromleitung in eine Richtung. Die Realisierung eines bidirektionalen elektronischen Schalters ist prinzipiell möglich, sie erfordert jedoch einen deutlich erhöhten schaltungstechnischen Aufwand. Zur Erfüllung der gestellten Aufgabe genügt aber ein erhöhter Anlaufstrom in einer Halbwelle des Wechselstromes und der unsymmetrische Aufbau der Schaltung für nur eine Halbwelle des Wechselstromes.
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In einer erweiterten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung ist die Schaltung als Mehrkanalschaltung mit wenigstens zwei Kanälen zur Anlaufstrombegrenzung in einem mit Drehstrom betriebenen Motor aufgebaut, wobei jeder Kanal eine elektronische Schaltung, wie sie oben beschrieben wurde, aufweist, wobei jeder Kanal in einer anderen Phase eines Drehstromnetzes einsetzbar ist. Drehstrommotoren arbeiten in der Regel an drei Phasen eines Drehstromnetzes. Die Anlaufstrombegrenzung des Drehstrommotors kann durch eine identisch aufgebaute elektronische Schaltung in jeder Phase des Drehstromes erfolgen. Wenn der Motor eine symmetrische Last antreibt, genügt es auch, die Anlaufstrombegrenzung nur zweifach für zwei Phasen des Drehstromnetzes aufzubauen.
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Die gestellte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Anlaufstrombegrenzung in einer Motorinduktivität einer elektrisch betriebenen Maschine oder eines elektrisch betriebenen Antriebs durch eine elektronische Schaltung gelöst, wobei in einem ersten Schritt eines Steuerzyklus ein Strom durch die Motorinduktivität über einen geschlossenen, in Reihe zu der Motorinduktivität geschalteten elektronischen Schalter geleitet wird, und eine Strommess- und Steuereinrichtung den Strom durch die Motorinduktivität misst und den elektronischen Schalter bei einem Überschreiten eines in der Strommess- und Steuereinrichtung festgelegten oberen Stromgrenzwertes öffnet, sodass bei geöffnetem elektronischen Schalter der Strom zu der Motorinduktivität über ein parallel zu dem elektronischen Schalter geschaltetes Blindwiderstandsmodul, das aus wenigstens einem Kondensator oder aus einem RC-Dämpfungsglied besteht, fließt, und in einem zweiten Schritt des Steuerzyklus der elektronische Schalter nach Ablauf einer in der Strommess- und Steuereinrichtung festgelegten Schalteröffnungszeit oder beim Unterschreiten eines unteren Stromgrenzwertes wieder geschlossen wird.
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In dem Verfahren wird der Stromfluss zwischen einem hohen Anlaufstrom, der über den elektronischen Schalter zu der Motorinduktivität fließt, und einem geringen Strom, der durch das Blindwiderstandsmodul begrenzt wird, kommutiert. Die Kommutierung des Stromes auf das Blindwiderstandsmodul durch Öffnen des elektronischen Schalters erfolgt bei einer Überschreitung eines oberen Stromgrenzwertes; das Schließen des elektronischen Schalters erfolgt entweder zeitgesteuert nach einer festgelegten Schalteröffnungszeit oder bei Unterschreiten eines unteren Stromgrenzwertes. Innerhalb einer Halbwelle des Wechselstromnetzes erfolgt eine Vielzahl von Schaltvorgängen, wodurch der Anlaufstrom auf einen Wert nahe dem festgelegten oberen Stromgrenzwert geregelt wird. Voraussetzung für die zweite Regelvariante, die einen unteren Stromgrenzwert verwendet, ist eine zusätzliche Strommessung in dem Blindwiderstandsmodul.
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In einer vorteilhaften und besonders preisgünstigen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens funktioniert das Verfahren so, dass eine parallel zu dem Blindwiderstandsmodul geschaltete Gleichrichterschaltung den Wechselstrom gleichrichtet und den elektronischen Schalter mit einer Gleichspannung versorgt. Dies hat zur Folge, dass der elektronische Schalter statt eines Wechselstromes einen pulsierenden Gleichstrom schaltet, was besonders kostengünstig ist. Mit erhöhtem Schaltungsaufwand kann jedoch auch ein bidirektionaler Schalter für Wechselstrom realisiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Steuerung derart, dass in der elektronischen Schaltung eine so kleine Schalteröffnungszeit festgelegt ist, dass der elektronische Schalter geschlossen wird, bevor ein Spannungsgrenzwert des Kondensators und des elektronischen Schalters nach Öffnen des elektronischen Schalters erreicht wird. Über den geschlossenen elektronischen Schalter fließt ein hoher Anlaufstrom in der Motorinduktivität. Bei einem Öffnen des elektronischen Schalters fließt der Strom zunächst weiter in das Blindwiderstandsmodul. Dadurch steigt die Spannung an dem Kondensator des Blindwiderstandmoduls bis zu Werten, die ein Vielfaches der Netzspannung betragen können. Die Kosten für den Kondensator erhöhen sich mit seiner Spannungsfestigkeit. Daher ist es anstrebenswert, einen Kondensator mit einer möglichst kleinen Spannungsfestigkeit einsetzen zu können. Da der zu begrenzende Stromwert und die elektrischen Komponenten des Blindwiderstandsmoduls bekannt sind, lässt sich die maximale Schalteröffnungszeit festlegen. Es wird nun in der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung eine so kleine Schalteröffnungszeit festgelegt, dass der Spannungsanstieg durch Schließen des elektronischen Schalters beendet wird, bevor der Spannungsgrenzwert des Kondensators und des elektronischen Schalters erreicht ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so verfahren, dass die elektronische Schaltung nach Anlegen eines Wechselspannungsnetzes einen Ablauf einer festgelegten Anlaufzeit misst und nach Ablauf der Anlaufzeit den elektronischen Schalter schließt. Dadurch wird im Dauerbetrieb die Verlustleistung über dem Ohmschen Widerstand im Blindwiderstandsmodul vermieden. Stattdessen fällt nur eine geringe Verlustleistung über dem Gleichrichter und dem elektronischen Schalter an.
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Gemäß einer weiteren Option des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dieses so ausgebildet sein, dass die elektronische Schaltung nach Anlegen eines Wechselspannungsnetzes oder Gleichspannungsnetzes einen Ablauf einer festgelegten Anlaufzeit misst und nach Ablauf der Anlaufzeit die Motorinduktivität mit dem Wechselspannungsnetz oder dem Gleichspannungsnetz verbindet. Die Verbindung erfolgt über einen mechanischen Schalter, beispielweise über ein Relais. Sie wird zeitlich nach dem Schließen des elektronischen Schalters hergestellt. Mit dieser Schaltung wird die geringe Verlustleistung über dem elektronischen Schalter vermieden, sodass nahezu keine Verlustleistung mehr entsteht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl einphasig als auch mehrphasig eingesetzt werden. So wird in einer erweiterten Version des erfindungsgemäßen Verfahrens das Verfahren als Mehrkanalverfahren zur Anlaufstrombegrenzung eines in einem Drehstromnetz betriebenen Motors so ausgeführt, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12 jeweils in wenigstens zwei Phasen des Motors eingesetzt wird. Da ein Drehstrommotor in der Regel mit drei Phasen betrieben wird, muss der Anlaufstrom auch in drei Phasen begrenzt werden. Beispielsweise bei einer Dreieckschaltung der Motorinduktivitäten kann es genügen, das Verfahren zur Anlaufstrombegrenzung in zwei Kanälen zur Strombegrenzung in zwei Phasen auszuführen. In der Dreieckschaltung bilden die drei Motorinduktivitäten im Schaltbild die drei Seiten eines gleichseitigen Dreiecks. An den Ecken des Dreiecks werden die Phasen des Drehstroms angeschlossen. Jede Motorinduktivität ist dabei zwischen zwei Phasen des Drehstromnetzes geschaltet. Dabei wirkt eine Strombegrenzung in einer Phase sowohl als Begrenzung des Stromes in der Motorinduktivität als auch der Begrenzung desselben Stromes in der zweiten Phase der Motorinduktivität.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert, wobei
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1 schematisch einen Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung zur Erläuterung von deren Aufbau und Funktion darstellt;
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2 schematisch eine mögliche Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung mit Gleichrichterschaltung zeigt;
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3 schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung zeigt; und
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4 schematisch anhand eines Strom-Zeit-Diagramms die Funktion des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anlaufstrombegrenzung verdeutlicht.
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1 skizziert den Grundaufbau einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung zur Anlaufstrombegrenzung für elektrisch betriebene Maschinen oder Antriebe und verdeutlicht deren Funktionsprinzip. An einem Versorgungsnetz, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Wechselspannungsnetz 6 ist, wird ein Motor 5 mit einer Motorinduktivität 5a und einem Motorwicklungswiderstand 5b betrieben. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung kann die erfindungsgemäße elektronische Schaltung auch an gleichspannungsbetriebenen elektrischen Maschinen oder Antrieben Anwendung finden. Die Stromversorgung des Motors 5 kann auf zwei Pfaden erfolgen, wobei ein erster Pfad über einen geschlossenen elektronischen Schalter 3 verläuft und ein zweiter Pfad über ein Blindwiderstandsmodul 2, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein RC-Bedämpfungsglied mit einem Kondensator 2a und einem optional zusätzlich vorgesehenen Widerstand 2b aufweist, verläuft. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung kann das Blindwiderstandsmodul 2 auch nur aus einem Kondensator 2a ausgebildet sein. Das Blindwiderstandsmodul 2 ist so bemessen, dass der hohe Anlaufstrom des Motors 5 auf einen zulässigen Wert begrenzt wird. Über den elektronischen Schalter 3 kann ein erhöhter Anlaufstrom fließen.
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Eine Strommess- und Steuereinrichtung 4 dient dabei der Messung des Motorstromes und der Ansteuerung des elektronischen Schalters 3. Hierfür ist in der Strommess- und Steuereinrichtung 4 ein oberer Stromgrenzwert, der maximal durch die Motorinduktivität 5a fließen darf, festgelegt. Überschreitet der Strom, der durch die Motorinduktivität 5a fließt, diesen oberen Stromgrenzwert, wird der elektronische Schalter 3 geöffnet, und der Strom zu der Motorinduktivität 5a fließt ausgehend von der Stromversorgung über das Blindwiderstandsmodul 2, durch welches der Strom begrenzt wird.
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Ferner ist in der Strommess- und Steuereinrichtung 4 eine Schalteröffnungszeit für den elektronischen Schalter 3 festgelegt, die so klein bemessen ist, dass der elektronische Schalter 3 geschlossen wird, bevor ein Spannungsgrenzwert des Kondensators 2a und des elektronischen Schalters nach Öffnen des elektronischen Schalters 3 erreicht wird. Anstelle der Schalteröffnungszeit oder zusätzlich zu dieser kann in der Strommess- und -Steuereinrichtung 4 auch ein unterer Stromgrenzwert für den Strom durch die Motorinduktivität 5a festgelegt sein, bei dessen Unterschreiten der elektronische Schalter 3 wieder geschlossen wird.
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Außerdem ist in der Strommess- und Steuereinrichtung 4 eine Anlaufzeit für die Motorinduktivität 5a der elektrisch betriebenen Maschine oder des elektrisch betriebenen Antriebs festgelegt. Der Ablauf der festgelegten Anlaufzeit wird durch die Strommess- und Steuereinrichtung 4 gemessen, und nach Ablauf der Anlaufzeit wird der elektronische Schalter 3 dauerhaft geschlossen.
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2 zeigt eine bevorzugte Variante einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung 1, die besonders einfach und kostengünstig ist. Die elektronische Schaltung 1' basiert auf dem in 1 dargestellten Grundprinzip der elektronischen Schaltung 1. Daher sind im Folgenden gleiche Elemente dieser Schaltungen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bezüglich der Eigenschaften dieser Elemente wird zudem auf oben erfolgte Ausführungen verwiesen.
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Parallel zu dem Blindwiderstandsmodul 2 ist in der elektronischen Schaltung 1' eine Gleichrichterschaltung 9 angeordnet, die den elektronischen Schalter 3 mit einer Gleichspannung versorgt. Die Strommesseinrichtung 4a der Mess- und Steuereinrichtung 4 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Shunt-Widerstand 7 auf. Ein Shunt-Widerstand ist ein niederohmiger elektrischer Widerstand und vorliegend eine sehr kostengünstige Variante zur Strommessung, daher wird er bevorzugt eingesetzt. Prinzipiell sind jedoch auch andere im Stand der Technik bekannte Möglichkeiten der Strommessung einsetzbar.
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Die Steuereinrichtung 4b der Strommess- und Steuereinrichtung 4 vergleicht den gemessenen Strom durch den Shunt-Widerstand 7 mit einem festgelegten oberen Stromgrenzwert und öffnet den Schalter 3 beim Überschreiten des oberen Stromgrenzwertes. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Steuerschaltung 4b auch eine Festlegung für die Schalteröffnungszeit auf, nach welcher der Schalter 3 wieder geschlossen wird. Die Schalteröffnungszeit ist so festgelegt, dass die nach erfolgter Kommuntierung in das Blindwiderstandsmodul durch Öffnen des Schalters 3 in der Motorinduktivität 5a aus der gespeicherten magnetischen Energie induzierte Spannung die für den Kondensator 2a und den elektronischen Schalter 3 zulässige Spannung nicht übersteigt. In anderen Schaltungsvarianten, bei denen die Strommessung in einem nicht geschalteten Strompfad erfolgt, kann zum Schließen des Schalters 3 auch, wie oben ausgeführt, ein zweiter, unterer Stromgrenzwert verwendet werden.
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3 zeigt schematisch eine mögliche Spezifizierung der in 2 dargestellten Schaltungsvariante in Form der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung 1''. Dabei sind gleiche Elemente der Schaltungen auf gleiche Weise dargestellt, wozu auf die obigen Ausführungen zu diesen Elementen verwiesen wird.
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Als zusätzliches Element weist die elektronische Schaltung 1'' ein parallel zu dem Blindwiderstandsmodul 2 geschaltetes Relais 10 auf. Das Relais 10 ist derart mit der Strommess- und Steuereinrichtung 4 gekoppelt, dass der Relaisschalter nach Ablauf einer in der Strommess- und Steuereinrichtung 4 festgelegten Anlaufzeit für die Motorinduktivität 5a geschlossen wird und dadurch die Motorinduktivität 5a mit dem Versorgungsnetz direkt verbunden wird. Durch diese Bypass-Schaltung wird die Verlustleistung am Halbleiterschalter vermieden. Um die Schaltströme gering zu halten, schaltet das Relais nur bei geschlossenem Halbleiterschalter.
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4 zeigt schematisch anhand eines Strom-Zeit-Diagramms den prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anlaufstrombegrenzung in einer Motorinduktivität 5a einer elektrisch betriebenen Maschine oder eines elektrisch betriebenen Antriebs durch eine elektronische Schaltung 1, 1', 1'', wie sie in den 1 bis 3 gezeigt ist.
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In 4 kennzeichnet der mit A bezeichnete, schematisch dargestellte Stromverlauf einen unbegrenzten Anlaufstrom, der durch die Motorinduktivität 5a fließen würde, wenn keine erfindungsgemäße Anlaufstrombegrenzung verwendet werden würde. Dabei erreicht der Strom A Werte, die um ein Vielfaches über dem ebenfalls in 4 schematisch dargestellten Strom E liegen, der im Regelfall, d. h. nach dem Anlaufen der elektrischen Maschine oder des elektrischen Antriebs, durch die Motorinduktivität 5a fließt.
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Erfindungsgemäß fließt der von dem Versorgungsnetz 6 kommende Strom zunächst über den geschlossenen elektronischen Schalter 3 zu der Motorinduktivität 5a. Dabei steigt der Strom, bis er die Stromgrenze B als oberen Stromgrenzwert erreicht hat. Der Strom wird dabei von der Strommess- und Steuereinrichtung 4 gemessen. Wird durch die Strommess- und Steuereinrichtung 4 festgestellt, dass der obere Stromgrenzwert B erreicht ist, wird der elektronische Schalter 3 durch die Strommess- und Steuereinrichtung 4 geöffnet, und der Strom fließt nachfolgend über das Blindwiderstandsmodul 2 zu der Motorinduktivität 5a. Dabei ist das Blindwiderstandsmodul 2 so dimensioniert, dass der Strom in der Motorinduktivität 5a, wenn er durch das Blindwiderstandsmodul 2 fließt, unter dem oberen Stromgrenzwert B liegt.
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Nach Ablauf einer Schalteröffnungszeit D, die in der Strommess- und Steuereinrichtung 4 festgelegt ist, oder beim Unterschreiten eines festgelegten unteren Stromgrenzwertes wird der elektronische Schalter 3 wieder geschlossen. Daraufhin steigt der Strom wieder bis maximal auf den oberen Stromgrenzwert B an, woraufhin der elektronische Schalter 3 wieder geöffnet wird usw. Auf diese Weise ergibt sich ein begrenzter Anlaufstrom C für die elektrisch betriebene Maschine oder den elektrisch betriebenen Antrieb, der schematisch in 4 dargestellt ist und immer unterhalb des oberen Stromgrenzwertes B bzw. maximal gleich dem oberen Stromgrenzwert B liegt. Die in 4 dargestellte Vorgehensweise wird solange wiederholt, bis eine in der Strommess- und Steuereinrichtung 4 festgelegte Anlaufzeit für die Motorinduktivität 5a der elektrisch betriebenen Maschine oder des elektrisch betriebenen Antriebs abgelaufen ist. Nach Ablauf der Ablaufzeit, nach welcher der Strom wesentlich kleinere Maximalwerte als in der Anlaufzeit annimmt, wie es durch den Strom E in 4 veranschaulicht ist, wird der elektronische Schalter 3 dauerhaft geschlossen.
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Obwohl die in den 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäße elektronische Schaltung 1, 1', 1'' jeweils für den Einphasenbetrieb dargestellt ist, kann die erfindungsgemäße elektronische Schaltung und das entsprechende Anlaufstrombegrenzungsverfahren auch mehrphasig, das heißt auch im 2- oder 3-Phasen-Betrieb, verwendet werden. Hierfür wird eine Mehrkanalschaltung mit wenigstens zwei Kanälen zur Anlaufstrombegrenzung in einem mit Drehstrom betriebenen Motor eingesetzt, wobei jeder Kanal eine elektronische Schaltung 1, 1', 1'', wie in den 1 bis 3 gezeigt, aufweist und wobei jeder Kanal in einer anderen Phase eines Drehstromnetzes einsetzbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1588475 [0004]
- DE 10393316 T5 [0005]
