DE10205664B4

DE10205664B4 - Circuit for a three-phase motor

Info

Publication number: DE10205664B4
Application number: DE10205664.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Herrs
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: DE10205664A1

Abstract

Elektrische Schaltung für eine an die drei Phasen eines Drehstromnetzes angeschlossenen Drehstrommotors zur Kontrolle des drehfeldrichtigen Anschlusses des Motors und zur Erkennung des Ausfalls einer der Phasen an deren Anschlussklemmen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die erste Anschlussklemme L1 und die dritte Anschlussklemme L3 ein Spannungsteiler (R1, R3) und zwischen die zweite Anschlussklemme (L2) und die dritte Anschlussklemme (L3) ein Tiefpass 1. Ordnung (R2, C1) geschaltet sind, die Phasenspannung der zweiten Anschlussklemme (L2) sich zur Phasenspannung der ersten Anschlussklemme (L1) verschiebt, und dass eine Auswerteschaltung (Z1, Z2, OK1, R4, μC) zwischen einem Abgriffspunkt (MP1) des Spannungsteilers (R1, R3) und einem Abgriffspunkt (MP2) des Phasenschiebers (R2, C1) die Summenspannung (S) der geteilten Phasenspannung und der verschobenen Phasenspannung abgreift, wobei der zeitliche Verlauf der Summenspannung (S) bei drehfeldunrichtigem Anschluss und bei Phasenausfall von der Summenspannung im Normalfall abweicht.Electrical circuit for a three-phase motor connected to the three phases of a three-phase network for checking the correct field connection of the motor and for detecting the failure of one of the phases at its terminals, characterized in that between the first terminal L1 and the third terminal L3 a voltage divider (R1, R3) and between the second terminal (L2) and the third terminal (L3) a first order low pass (R2, C1) are connected, the phase voltage of the second terminal (L2) shifts to the phase voltage of the first terminal (L1), and in that an evaluation circuit (Z1, Z2, OK1, R4, μC) between a tapping point (MP1) of the voltage divider (R1, R3) and a tapping point (MP2) of the phase shifter (R2, C1) has the divided voltage (S) of the divided phase voltage and tapped off shifted phase voltage, wherein the time course of the sum voltage (S) at Drehfeldarnrichtigem connection and at Phasenausf all deviates from the sum voltage in the normal case.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung für einen an die drei Phasen eines Drehstromnetzes angeschlossenen Drehstrommotor zur Kontrolle des drehfeldrichtigen Anschlusses des Motors und zur Erkennung des Ausfalls einer der Phasen an deren Anschlussklemmen.The invention relates to an electrical circuit for a connected to the three phases of a three-phase network three-phase motor for controlling the correct field connection of the motor and for detecting the failure of one of the phases at the terminals.

Eine derartige Schaltung ist in der DE 196 13 249 A1 beschrieben. Diese Schaltung benötigt zur Funktion den Nullleiter des Drehstromnetzes und ist aufwändig.Such a circuit is in the DE 196 13 249 A1 described. This circuit requires the function of the neutral of the three-phase network and is expensive.

Bei Maschinen, die mit Drehstrommotoren arbeiten, beispielsweise bei Spiralverdichtern (Scroll-Verdichtern) von Wärmepumpen, ist der polungsrichtige Anschluss des Drehstrommotors an das Drehstromnetz wichtig, weil sonst an der Maschine, insbesondere an dem Spiralverdichter, Schäden entstehen können. Beispielsweise bei der Installation oder Reparatur des Spiralverdichters einer Wärmepumpe kann es zu einer unrichtigen Polung kommen. Ein Spiralverdichter ist beispielsweise in der DE 693 26 942 T2 beschrieben. Auch der Ausfall oder Nichtanschluss einer Phase soll für den richtigen Betrieb überwacht werden.In machines that work with three-phase motors, for example, in spiral compressors (scroll compressors) of heat pumps, the polarity correct connection of the three-phase motor is important to the three-phase network, otherwise damage to the machine, especially on the scroll compressor damage. For example, during the installation or repair of the scroll compressor of a heat pump, it can lead to an incorrect polarity. A scroll compressor is for example in the DE 693 26 942 T2 described. The failure or non-connection of a phase should also be monitored for proper operation.

Ein Ventilaktuator mit einem reversiblen Mehrphasen-Elektromotor ist aus der DE 32 22 725 A1 bekannt. Demgemäß sind neben Anschlussklemmen Mittel vorgesehen, mit denen der Phasendrehsinn reversiert werden kann, und es ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, um den Drehsinn des Motors auszuwählen. Weiterhin erlaubt ein Regelkreis mit einer Gleichrichterbrücke, Widerständen sowie einem Kondensator eine Überlagerung der Spannungsamplituden der einzelnen Phasen, wobei die Widerstände und Kondensatoren als Hochpaß angeordnet sind. Die Spannung V2 eilt durch diese Schaltung beispielsweise um 120° voraus. Wie in den 5a und 5b dargestellt, wird immer die Spannungsdifferenz zwischen 2 Phasen überwacht und somit sichergestellt, dass der Mehrphasenmotor in der gewünschten Drehrichtung umläuft, ungeachtet der Phasensequenz des zugeführten Stromes.A valve actuator with a reversible polyphase electric motor is from the DE 32 22 725 A1 known. Accordingly, means are provided in addition to terminals, with which the phase rotation can be reversed, and it is provided a control device to select the direction of rotation of the motor. Furthermore, a control circuit with a rectifier bridge, resistors and a capacitor allows a superposition of the voltage amplitudes of the individual phases, wherein the resistors and capacitors are arranged as a high-pass filter. The voltage V2 rushes through this circuit, for example by 120 °. As in the 5a and 5b 2, the voltage difference between 2 phases is always monitored, thus ensuring that the polyphase motor rotates in the desired direction of rotation, regardless of the phase sequence of the supplied current.

Aus der EP 0 739 074 B1 ist ein Verdrahtungsfehlerdetektor für eine für eine Dreiphasen-Stromversorgung bekannt. Dabei wird mit Pulserzeugungsmitteln ein erster Puls mit einer Pulsbreite erzeugt, die einer ersten Phasendifferenz zwischen einem ersten Paar von zwei Phasen einer Dreiphasen-Wechselstromquelle entspricht, und einem zweiten Puls mit einer Pulsbreite, die einer zweiten Phasendifferenz zwischen einem zweiten Paar von zwei Phasen einer Dreiphasen-Wechselstromquelle entspricht, die sich von dem ersten Paar der beiden Phasen unterscheidet, wobei mit Beurteilungsmitten zur Erfassung einer dritten Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Puls beurteilt wird, ob die dritte Phasendifferenz in einem vorgegebenen Bereich liegt. Falls die dritte Phasendifferenz außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt, wird eine Fehlverdrahtung erfasst und die Stromversorgung unterbrochen und ein Alarm ausgegeben. Dabei wird ausschließlich die Lage einer Spannung bezüglich des Nulldurchgangs und die zeitliche Abfolge zweier Nulldurchgänge bewertet.From the EP 0 739 074 B1 For example, a wiring fault detector is known for one for a three-phase power supply. In this case, pulse generating means generates a first pulse having a pulse width corresponding to a first phase difference between a first pair of two phases of a three-phase alternating current source and a second pulse having a pulse width equal to a second phase difference between a second pair of two phases of three phases AC source, which differs from the first pair of the two phases, is judged with judgment means for detecting a third phase difference between the first and the second pulse, whether the third phase difference is within a predetermined range. If the third phase difference is out of the specified range, miswiring will be detected and power will be cut off and an alarm will sound. In this case, only the position of a voltage with respect to the zero crossing and the time sequence of two zero crossings are evaluated.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die kostengünstig aufgebaut werden kann und die zuverlässig arbeitet.The object of the invention is to propose a circuit of the type mentioned, which can be constructed inexpensively and works reliably.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the above object is achieved by the features of claim 1.

Im Normalfall, also bei richtiger Polung, und wenn keine Phase ausgefallen ist, besteht zwischen den Abgriffpunkten ein definierter, sich zyklisch wiederholender Spannungsverlauf. Dieser hängt von der Dimensionierung des an der ersten Phase liegenden Spannungsteilers und von der Dimensionierung des an der zweiten Phase liegenden Phasenschiebers ab, wobei die dritte Phase den Bezugspunkt bildet.In the normal case, ie with correct polarity, and if no phase has failed, there is a defined, cyclically repeating voltage curve between the tap points. This depends on the dimensioning of the voltage divider located on the first phase and on the dimensioning of the phase shifter lying on the second phase, the third phase forming the reference point.

Tritt ein Polungsfehler auf, dann ist am Drehstrommotor der Drehsinn des Drehfeldes umgekehrt. Dadurch verändert sich der genannte Spannungsverlauf zwischen den Abgriffpunkten. Tritt ein Phasenausfall auf, dann ändert sich ebenfalls der genannte Spannungsverlauf zwischen den Abgriffpunkten. Beides erkennt die Auswerteschaltung. Diese Detektion von Polungsfehler und Phasenausfall ist baulich einfach, weil nur ein Spannungsteiler und ein Phasenschieber nötig sind.If a polarity error occurs, then the direction of rotation of the rotating field is reversed on the three-phase motor. As a result, the mentioned voltage curve changes between the tapping points. If a phase failure occurs, then the said voltage curve between the tap points also changes. Both recognize the evaluation circuit. This detection of polarity errors and phase failure is structurally simple because only one voltage divider and one phase shifter are needed.

Vorzugsweise formt die Auswerteschaltung den zwischen den Abgriffpunkten anstehenden Spannungsverlauf in eine Impulsfolge um. Dies ist mit handelsüblichen Bauteilen, wie beispielsweise Zenerdioden und Optokoppler, möglich.The evaluation circuit preferably converts the voltage curve present between the tapping points into a pulse sequence. This is possible with commercially available components, such as Zener diodes and optocouplers.

Bei Polungsfehlern und/oder Phasenausfall ändert sich die zeitliche Lage der Impulse der Impulsfolge und/oder die Impulsdauer gegenüber dem Normalfall. Eine solche Impulsfolge ist einfach mittels eines ohnehin in der Maschine, insbesondere Wärmepumpe, zur Regelung eines vorgesehenen Mikrocontrollers oder einer einfachen Logikschaltung auswertbar.In polarity errors and / or phase failure, the timing of the pulses of the pulse train and / or the pulse duration changes compared to the normal case. Such a pulse sequence can be easily evaluated by means of an already in the machine, in particular heat pump, for controlling a designated microcontroller or a simple logic circuit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Aus Führungsbeispiels.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of an exemplary embodiment.

In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:

1 ein Schaltbild der Schaltung, 1 a circuit diagram of the circuit,

2 zeitliche Spannungsverläufe schematisch,

a) an den Anschlussklemmen und Abgriffspunkten,
b) die Spannungssumme und den Schwellwert und
c) die daraus gewonnene Impulsfolge.

2 temporal voltage curves schematically,

a) at the terminals and tapping points,
b) the voltage sum and the threshold value and
c) the pulse train derived from it.

Die Schaltung ist an Anschlussklemmen L1, L2, und L3 an die drei Phasen des Drehstromnetzes anschließbar. Zwischen den Anschlussklemmen L1 und L3 liegt ein Spannungsteiler aus ohmschen Widerständen R1 und R3, wobei zwischen den Widerständen R1 und R2 ein erster Abgriffspunkt MP1 besteht.The circuit can be connected to terminals L1, L2, and L3 to the three phases of the three-phase system. Between the terminals L1 and L3 is a voltage divider of ohmic resistors R1 and R3, wherein between the resistors R1 and R2, a first tapping point MP1 exists.

Zwischen die Anschlussklemmen L2 und L3 ist ein Phasenschieber aus einem ohmschen Widerstand R2 und einem Kondensator C1 geschaltet, wobei der Kondensator C1 an der Anschlussklemme L3 und der Widerstand R2 an der Anschlussklemme L2 liegt. Der Phasenschieber bildet einen Tiefpass erster Ordnung. Zwischen dem Widerstand R2 und dem Kondensator C1 besteht ein zweiter Abgriffspunkt MP2.Between the terminals L2 and L3, a phase shifter of an ohmic resistor R2 and a capacitor C1 is connected, wherein the capacitor C1 is connected to the terminal L3 and the resistor R2 to the terminal L2. The phase shifter forms a first order low pass. Between the resistor R2 and the capacitor C1, there is a second tap point MP2.

Die Bauteile R1, R3, R2, C1 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass an den Abgriffspunkten MP1 und MP2 gegenüber der als Referenzphase dienenden, an der Anschlussklemme L3 anliegenden Phase im Normalfall Spannungen mit gleichen Absolutwerten anstehen, und der Spannungsverlauf am Abgriffspunkt MP2 vorzugsweise um 180° gegenüber der Spannung am Abgriffspunkt MP1 derart phasenverschoben ist, dass die Spannungsamplituden zu gleichen Zeitpunkten auftreten (vgl. 2a). Zwischen den Abgriffspunkten MP1 und MP2 ist der Absolutwert der Summe der Spannungen abgreifbar (vgl. 2a, 2b).The components R1, R3, R2, C1 are preferably dimensioned such that at the tapping points MP1 and MP2 with respect to the phase serving as the reference phase, applied to the terminal L3 voltages normally present with equal absolute values, and the voltage at the tapping MP2 preferably by 180 ° is phase-shifted with respect to the voltage at the tapping point MP1 such that the voltage amplitudes occur at the same points in time (cf. 2a ). Between the tapping points MP1 and MP2, the absolute value of the sum of the voltages can be tapped (cf. 2a . 2 B ).

Zwischen die Abgriffspunkte MP1 und MP2 ist als erste Stufe einer Auswerteschaltung die Reihenschaltung zweier gegensinnig gepolter Zenerdioden Z1, Z2 eines bidirektionalen Optokopplers OK1 und ein ohmscher Widerstand R4 gelegt. Ein Fototransistor des Optokopplers OK1 liegt an Masse GND und über einen Widerstand R5 an einer Versorgungsgleichspannung +Ub, die auch einen Mikrocontroller μC speist (zweite Stufe der Auswerteschaltung. Der Fototransistor liegt an einem der Eingänge des Mikrocontrollers μC. Der Mikrocontroller μC steuert die Funktion einer Wärmepumpe, die einen Scrollverdichter mit Drehstrommotor M aufweist, welcher an die Anschlussklemmen L1, L2, L3 angeschlossen ist.Between the tapping points MP1 and MP2, the series connection of two polarized Zener diodes Z1, Z2 of a bidirectional opto-coupler OK1 and an ohmic resistor R4 is applied as a first stage of an evaluation circuit. A phototransistor of the opto-coupler OK1 is connected to ground GND and via a resistor R5 to a DC supply voltage Ub, which also supplies a microcontroller μC (second stage of the evaluation circuit.) The phototransistor is located at one of the inputs of the microcontroller μC Heat pump having a scroll compressor with three-phase motor M, which is connected to the terminals L1, L2, L3.

Der Mikrocontroller μC ist zur Steuerung der Wärmepumpe ohnehin vorgesehen. Als zusätzliche Funktion verarbeitet er die Signale der beschriebenen Schaltung.The microcontroller μC is provided anyway to control the heat pump. As an additional function it processes the signals of the circuit described.

Bei anderen Ausführungen kann auch vorgesehen sein, anstelle des Mikrocontrollers μC eine einfache Logikbaugruppe vorzusehen, die die Auswertung der Signale der beschriebenen Schaltung übernimmt.In other embodiments, it may also be provided to provide a simple logic subassembly instead of the microcontroller .mu.C, which takes over the evaluation of the signals of the circuit described.

Die Funktion der beschriebenen Schaltung wird im folgenden anhand der 2 erläutert:
Im Normalfall, also bei richtiger Polung und keinem Phasenausfall liegen zwischen den Anschlussklemmen L1 und L2 der Sinusspannungsverlauf A und zwischen den Anschlussklemmen L2 und L3 der Sinusspannungsverlauf B sowie zwischen den Anschlussklemmen L3 und L1 der Sinusspannungsverlauf C (vgl. 2a). Mittels des Spannungsteilers R1, R3 wird die Spannung am Abgriffspunkt MP1 reduziert, so dass dort der Spannungsverlauf C' auftritt. Mittels des Phasenschiebers R2, C1 wird die Spannung am Abgriffspunkt MP2 reduziert und um 180° phasenverschoben, so dass dort der Spannungsverlauf B' auftritt. Ersichtlich fallen die Nulldurchgänge der Spannungen C' und B' zeitlich zusammen. Entsprechend fallen auch die Amplituden zeitlich zusammen (vgl. 2a).The function of the circuit described will be described below with reference to 2 explains:
In the normal case, ie with correct polarity and no phase failure between the terminals L1 and L2 of the sinusoidal voltage waveform A and between the terminals L2 and L3 of the sinusoidal voltage waveform B and between the terminals L3 and L1 of the sinusoidal voltage curve C (see. 2a ). The voltage at the tapping point MP1 is reduced by means of the voltage divider R1, R3, so that the voltage curve C 'occurs there. By means of the phase shifter R2, C1, the voltage at the tapping point MP2 is reduced and phase-shifted by 180 °, so that the voltage curve B 'occurs there. As can be seen, the zero crossings of the voltages C 'and B' coincide in time. Accordingly, the amplitudes coincide in time (cf. 2a ).

Auf die Zenerdioden Z1, Z2 wirkt die Summenspannung der Amplitudenwerte der Spannungen C' und B'. Diese Summenspannung ist in 2b als Summenspannung S dargestellt. Die Schwellwertspannungen der Zenerdioden Z1 und Z2 sind in 2b als Z dargestellt. Damit entsteht am Optokoppler OK1 im Normalfall die in 2c gezeigte Impulsfolge mit Anstiegsflanken der Impulse im Zeitpunkt t0 und die Abfallflanken der Impulse zum Zeitpunkt t1.The sum voltage of the amplitude values of the voltages C 'and B' acts on the zener diodes Z1, Z2. This sum voltage is in 2 B represented as a sum voltage S. The threshold voltages of Zener diodes Z1 and Z2 are in 2 B represented as Z. Thus, the optocoupler OK1 normally produces the in 2c shown pulse train with rising edges of the pulses at time t0 and the falling edges of the pulses at time t1.

Der Mikrocontroller μC überwacht, ob die Impulsflanken zu den Zeitpunkten t0 mit einer vorgegebenen Toleranz auftreten, und ob die Abfallflanken zu den Zeitpunkten t1 mit einer gewissen Toleranz auftreten, und/oder ob die Impulsdauern zwischen t0 und t1 im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz liegen. Solange dies der Fall ist, steuert er den Motor nach vorgegebenen Kriterien.The microcontroller μC monitors whether the pulse edges occur at the times t0 with a predetermined tolerance, and whether the falling edges at the times t1 occur with a certain tolerance, and / or whether the pulse durations between t0 and t1 are within a predetermined tolerance. As long as this is the case, he controls the engine according to predetermined criteria.

Bei einer Falschpolung des Motors, wenn also die eine oder mehrere der Anschlussklemmen L1, L2, L3 falsch an das Drehstromnetz angeschlossen sind, oder eine der Phasen ausfällt oder nicht angeschlossen ist, ändern sich die in 2a dargestellten Spannungsverläufe B' und/oder C'. Dies hat zur Folge, dass sich dementsprechend die Summenspannung S (vgl. 2b) in Amplitude und/oder Zeitlage verändert, wodurch die Impulsfolge mit ihren Anstiegsflanken nicht mehr zum Zeitpunkt t0 oder die Abfallflanken nicht mehr zum Zeitpunkt t1 auftritt. Diese aus einem Toleranzrahmen herausfallende Änderungen erkennt die zweite Stufe der Auswerteschaltung, d. h. der Mikrocontroller bzw. eine Logikbaugruppe. Daraufhin gibt sie über eine Alarmschaltung AS ein Signal ab. Dieses Signal kann ein optisches und/oder akustisches Signal sein. Es kann auch ein Signal sein, das den Motor M abschaltet.If the motor is incorrectly polarized, ie if one or more of the terminals L1, L2, L3 are incorrectly connected to the three-phase system, or one of the phases fails or is not connected, the in 2a illustrated voltage curves B 'and / or C'. As a result, the sum voltage S (cf. 2 B ) in amplitude and / or timing, whereby the pulse train with its rising edges no longer at time t0 or the falling edges no longer occurs at time t1. This changes falling out of a tolerance frame recognizes the second stage of the evaluation circuit, ie the microcontroller or a logic module. Thereupon it emits a signal via an alarm circuit AS. This signal can be an optical and / or acoustic signal. It may also be a signal that shuts off the motor M.

Claims

Electrical circuit for a three-phase motor connected to the three phases of a three-phase network for checking the correct field connection of the motor and for detecting the failure of one of the phases at its terminals, characterized in that between the first terminal L1 and the third terminal L3 a voltage divider (R1, R3) and between the second terminal (L2) and the third terminal (L3) a first order low pass (R2, C1) are connected, the phase voltage of the second terminal (L2) shifts to the phase voltage of the first terminal (L1), and in that an evaluation circuit (Z1, Z2, OK1, R4, μC) between a tapping point (MP1) of the voltage divider (R1, R3) and a tapping point (MP2) of the phase shifter (R2, C1) has the divided voltage (S) of the divided phase voltage and tapped off shifted phase voltage, wherein the time course of the sum voltage (S) at Drehfeldarnrichtigem connection and at Phasenausf all deviates from the sum voltage in the normal case.

Electrical circuit according to Claim 1, characterized in that the evaluation circuit (Z1, Z2, OK1, R4, μC) has a threshold value switch (Z1, Z2) which limits the amplitude of the sum voltage (S) in such a way that a pulse train is produced temporal position of the edges of the pulses and / or the pulse duration of the field-correct or spin-field incorrect connection and a phase failure or non-phase failure depends.

Electrical circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation circuit (Z1, Z2, OK1, R4, μC) rectifies the voltage characteristics of the tapping points (MP1, MP2).

Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit has a bidirectional optocoupler (OK1).

Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage divider (R1, R3) is an ohmic voltage divider.

Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit (Z1, Z2, OK1, R4, μC) has two oppositely poled Zener diodes (Z1, Z2) and an optocoupler connected in series.

Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit (Z1, Z2, OK1, R4, μC) evaluates whether the pulse train with the rising edge and the pulse duration is within a predetermined time frame.

Electrical circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation circuit (Z1, Z2, OK1, R4, μC) emits an optical and / or acoustic signal upon detection of a wrong polarity or a phase failure and / or shuts off the motor (M).