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Anordnung zur untersynchronen Drehzahlsteuerung eines Asynchronmotors
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur untersynchronen Drehzahlsteuerung eines
Asynchronmotors mittels je eines jedem Motorhauptwicklungsstrang vorgeschalteten
steuerbaren Ventils, das je nach Höhe seiner Steuerspannung vollkommen geöffnet
oder vollkommen gesperrt ist und dem jeweils ein nicht steuerbares Ventil antiparallel
geschaltet ist.
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Es ist bereits bekanntgeworden, den oder die Wicklungsstränge eines
Asynchronmotors über je eine Antiparallelschaltung eines steuerbaren und eines nicht
steuerbaren Ventils aus einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz zu speisen
und die Ventile so zu steuern, daß die Motorwicklung nur entsprechend einem Ausschnitt
der Spannungszeitfläche der Netzwechselspannung gespeist wird. Die dafür notwendige
Steuereinrichtung ist jedoch verhältnismäßig kompliziert. Die Steuerwechselspannung
wird dabei abhängig von der Netzwechselspannung getrennt dem Netz entnommen. Dies
bedeutet, daß eine schwankende Netzspannung die Steuerspannung und damit die Zündung
der Ventile und die Drehzahl des Motors stark beeinflussen. Wenn man diesen Nachteil
vermeiden will, muß man bekanntlich durch zusätzliche Mittel für eine Stabilisation
der Steuerspannung sorgen.
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Diese Nachteile sind bei der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerspannung mittels der durch das nicht
steuerbare Ventil fließenden Halbwelle des Motorstrangstromes induktiv gebildet
wird und durch ein Stellglied in ihrer Höhe steuerbar ist. Dieser Erfindungsgedanke
läßt sich durch einfache Mittel praktisch verwirklichen. Danach ist die Steueranordnung
dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertrager mit einer mit Mittelanzapfung versehenen
bifilaren Primärwicklung mit deren einem Ende an einen Netzleiter, mit deren anderem
Ende über das steuerbare Ventil an den Motorhauptwicklungsstrang und mit deren Mittelanzapfung
an das nicht steuerbare Ventil angeschlossen ist, und daß die die Steuerspannung
liefernde Sekundärwicklung des Übertragers über die Gleichrichter, das Stellglied
und ein Speicherglied mit der Steuerelektrode des steuerbaren Ventils verbunden
ist.
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Der Erfindungsgegenstand schafft eine einfache, billig herzustellende
Steuereinrichtung, die insbeson-, dere für kleine Motorantriebe geeignet ist, für
die die bisher bekannten Steuereinrichtungen zu aufwendig sind und die aus diesem
Grunde nicht zum Einsatz gelangen konnten. Dies trifft z. B. für die Antriebe von
Waschautomaten zu, deren Antriebe fast ständig unter Last laufen und deren Drehzahl
entsprechend den unterschiedlichen Arbeitsbedingungen zu steuern ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
F i g. 1 das Schaltbild eines mit Kondensator-Hilfswicklung versehenen Einphasen-Asynchrönmotors
in einer erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 2 eine Stromzeitkurve dieses Motors.
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Der Motorhauptwicklungsstrang 100, dem in bekannter Weise eine Hilfswicklung
mit Kondensator parallel geschaltet ist, liegt unmittelbar am Netzleiter R und mittelbar
über ein ungesteuertes Ventil 20 und ein dazu parallel liegendes steuerbares Ventil
30, welches vorwiegend eine Siliziurn-Vierschichttriode, auch Thyristor genannt,
ist, und einen eine geteilte bifilare Primärwicklung 41 und 42 aufweisenden Übertrager
40 am Netzleiter S. Die- einzige Sekundärwicklung des Übertragers ist mit 43 bezeichnet.
Sie ist über Gleichrichter 50, ein Stellglied 60 und einen Kondensator 80 an die
Steuerelektrode des steuerbaren Ventils 30 angeschlossen.
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Nach Anlegen der Netzspannung an die Netzleiter R und S fließt, in
der Annahme, daß dabei die Spannung bei R zunächst positiv ist, in der ersten Halbwelle
1, wie F i g. 2 zeigt, ein hoher Einschaltstromstoß vom Netzleiter R durch die Motorwicklungen,
das ungesteuerte Ventil 20 und den Primärwicklungsteil 41 zum Netzleiter S. Dadurch
wird in der Sekundärwicklung 43 induktiv eine Steuerspannung erzeugt, die durch
die Gleichrichter 50 gleichgerichtet und in dem Kondensator 80 gespeichert wird.
In der zweiten Halbwelle, wenn der Netzleiter S positiv ist, fließt eine bereits
etwas niedrigere Stromhalbwelle durch die beiden Primärwicklungsteile
41 und 42 des Übertragers und durch das von der Gleichspannung am
Kondensator 80 gezündete steuerbare Ventil 30 über die Motorwicklungen zum Netzleiter
R. Eine Spannungsinduktion in der Sekundärspule
43 findet
dabei nicht statt, da die beiden durchflossenen bifilar angeordneten Primärwicklungsteile
kein wirksames Magnetfeld erzeugen. Das noch vorhandene Restfeld wird dadurch abgebaut,
daß die Teilwicklung 42 mit einer etwas höheren Amperewindungszahl ausgelegt ist
als die Teilwicklung 41. Der die Zündung des Ventils 30 bewirkende Kondensator
80 kann daher bei dieser Halbwelle nicht aufgeladen werden, ebensowenig bei
den folgenden weiteren negativen Halbwellen 4, 6, 8, 10 ...
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Aus dem in F i g. 2 dargestellten Beispiel ist ersichtlich, daß der
Kondensator 80 noch bei den positiven Halbwellen 3 und 5 so stark aufgeladen wird,
daß der Strom bei den- folgenden negativen Halbwellen 4 und 6 noch fließen kann.
Bei der positiven Halbwelle 7 ist die Amplitude der Stromhalbwelle aber so weit
gefallen, daß die in der Sekundärwicklung 43 induzierte Spannung nicht mehr ausreicht,
den Kondensator 80 so weit aufzuladen, daß das Ventil 30 gezündet wird.
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In der negativen Halbwelle 8 kann daher kein Strom fließen. Dies hat
eine Verminderung der Motordrehzahl zur Folge. Infolgedessen ist die Stromaufnahme
des Motors bei der nächsten positiven Halbwelle 9 wieder größer und auch die induzierte
Steuerspannung, die nun wiederum für die Zündung des Ventils 30 ausreicht, so daß
bei der negativen Halbwelle 10 der Strom wieder fließt. Dieses Spiel wiederholt
sich laufend während der folgenden Halbwellen. Auf die positiven Halbwellen 11,
15 mit niedrigerer Amplitude folgen die stromlosen negativen Halbwellen 12, 16,
denen jeweils positive Halbwellen mit einer höheren Amplitude folgen. Bei Leerlauf
des Motors ist es allerdings möglich, daß nach einer gesperrten Halbwelle noch kein
wesentlicher Drehzahlabfall eintritt. Dies hat jedoch praktisch keine Bedeutung,
da in diesem Falle die Steuerintervalle entsprechend länger werden und sich über
mehrere Netzperioden erstrecken können.
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Durch die Anordnung des Stellgliedes 60, welches als einstellbarer
Widerstand ausgebildet sein kann, ist es auf einfache Weise möglich, die Spannung
im Steuerstromkreis zu beeinflussen und damit die Amplitude der positiven Halbwelle
zu bestimmen, bei welcher der Rhythmus des Zündens und des Nichtzündens des steuerbaren
Ventils 30 eintritt. Da aber andererseits innerhalb des gesamten Drehzahlbereiches
des Motors einer bestimmten Stromstärke eine bestimmte Drehzahl entspricht, ist-
es somit möglich, die Drehzahl beliebig zwischen Null und Nenndrehzahl zu steuern.
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Bei belastetem Motor wird die Motordrehzahl trotz schwankender Netzspannung
stabilisiert, weil z. B. bei einer angenommenen Netzspannungsverminderung und dadurch
bedingter Vergrößerung insbesondere der in F i g. 2 dargestellten positiven Stromhalbwellen
auch mehr -und größere negative Stromhalbwellen auftreten können. Die Schwankungen
in der Netzspannung wirken sich also nicht nachteilig aus, da das wirksame Drehmoment
angenähert konstant gehalten wird.
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Da der Einschaltstrom immer höher ist als der . Betriebsstrom des
Motors, auch bei herabgesetzter Drehzahl, ist ein einwandfreier Hochlauf auf die
eingestellte Betriebsdrehzahl durch die Wirksamkeit beider Halbwellen immer gewährleistet.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt, bei welchem die Steueranordnung für einen Einphasenasynchronmotor vorgesehen
ist. Sie ist auch bei Mehrphasenasynchronmotoren anwendbar.