DE2033513A1

DE2033513A1 - Schaltungsanordnung zur Drehzahl steuerung oder regelung eines Drei phasen Asynchronmotors

Info

Publication number: DE2033513A1
Application number: DE19702033513
Authority: DE
Inventors: dive Lynn Bishopston Swansea Wales Jones (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1969-07-11
Filing date: 1970-07-07
Publication date: 1971-01-28
Also published as: FR2054993A5

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl-Ing. Wolf gang ßeichel

6 Frankrari a. M. 1

Paiksiraße 13 6347

NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION, London, S.W.1., Großbritannien

Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung oder -regelung

eines Dreiphasen-Asynchronmotors .»■ (

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Dreiphasen-Asynchronmotors mit Halbleiterschaltern, die während jeder Netzhalbperiode in jeder Phase die Stromflußzeit des Speisestroms steuern.

Asynchronmotoren, insbesondere Käfigläufer-Induktionsmotoren haben den Vorteil, daß sie einfach und billig herzustellen sind und einen robusten Aufbau haben. Die Drehzahlregelung solcher Motoren ist jedoch schwierig.

Es ist bekannt, bei solchen Motoren eine Drehzahländerung durch Polumschaltungsregelung vorzunehmen. Diese Regelung oder Steuerung der Drehzahl ist jedoch für viele Anwendungszwecke zu grob. Andererseits ist eine Drehzahlregelung durch Veränderung der Speisefrequenz äußerst aufwendig. Eine Drehzahlregelung durch Veränderung des Läuferwider Standes kommt lediglich bei Motoren in Betracht, die Läuferwicklungen aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltung^- anordnung zur Drehzahlregelung eines Asynchronmotors zu schaffen, bei der die genannten Nachteile und Schwierigkeiten nicht auftreten.

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Diese Aufgabe wird bei der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Phasenwicklungen des Motors zu einer Dreieckschaltung zusammengeschaltet sind und daß ein in.jeder Phase angeordnetes Zündelement in den leitenden Zustand schaltet, sobald die Phasenspannung einen vorgegebenen Wert erreicht, und dadurch den zugeordneten Schalter in der erforderlichen Stromrichtung in den leitenden Zustand bringt.

Der in jeder Phase angeordnete Schalter besteht vorzugsweise aus einem steuerbaren Halbleiter-Gleichrichter» der derart gezündet werden kann, daß er in· beiden Richtungen ■ Strom leitet. Ein solches Bauelement bleibt im leitenden ■ Zustand, bis die an ihm liegende Spannung unter einen gewissen Wert abfällt. Das in jeder Phase angeordnete Zündelement beginnt zu leiten, wenn die Phasenspannung in beiden Richtungen einen vorgegebenen Spannungswert überschreitet. Mit dem Durchschalten des Zündelements wird auch der zugeordnete Halbleiterschalter mit der richtigen Stromrichtung gezündet, forzugsweise sind in den einzelnen Phasensteuerschaltungen Einrichtungen vorge sehen j, im den Zündwinkel in den Phasenspannungsperioden zu steuern und auf diese Weise die Durchlaßperiode des Schalters in jeder Halbperiode zu verändern« Auf diese Weise kann man eine Drehzahlsteuerung oder -regelung des Motors erreichen»

Vorzugsweise enthält jede Phasenscnaltuiig ©inen Kondensator, der von der Phasenspannung-aufgeladen ^fird und an das Zündelement derart angeschlossen ist₉ daß di© Kondensator-» spannung an dem Zündelement abfällt» Weiterhin ist ia destromkreis jedes Kondensators tw^uiggweis® ein barer Widerstand vorgesehen. Dl© ¥eräad©rbar©n in 'den einzelnen Ladestromkreiseä sind ulteiaand pelt und derart geschaltet, ά&Β si© di@ Lad©s@It 'densatoren beeinflussen«

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halb einer Wechselstromperiode den Zündzeitpunkt der Halbleiterschalter bestimmen.

Die für die erfindungsgemäße Schaltung benutzten Schalter sollen im Sperrzustand einen hohen Widerstand aufweisen. Sobald sie gezündet werden, soll der Widerstand auf einen sehr geringen Wert abfallen, so daß sie in hohem Maße Strom leiten. Der leitende oder Durchlaß-Zustand dauert so lange an, bis die an den Schaltern abfallende Spannung unter einen gewissen Wert abfällt. Die Schalter gehen dann von dem Durchlaßzustand in den Sperrzustand Über.

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Als Halbleiterschalter kommen beispielsweise Thyristoren ■ oder gesteuerte Siliciumgleichrichter in Betracht.

Da die Zündspannung von der Speisespannung geliefert wird und veränderlich ist, ist auch derjenige Punkt in der Speisespannung veränderlich, zu dem die Zündung stattfindet. Der Abschaltzeitpunkt bleibt konstant, so daß durch Veränderung des Zündzeitpunkts die Durchlaßdauer veränderbar ist.

Dadurch daß die Halbleiterschalter aufeinanderfolgend gezündet werden und die Phasenwicklungen des Asynchronmotors in einer Dreieckschaltung zusammengeschaltet und die Schal- (| ter in entsprechenden Zweigen der Dreieckschaltung angeordnet sind, ist für jeden Phasenstrom unabhängig von den anderen Phasen ein Rückstromweg vorhanden. Eine solche Bedingung könnte man mit einer Sternschaltung nicht erreichen, falls man nicht in jeder Phasenschaltung zwei Schalter vorsieht. Außerdem wären die Durchlaßperioden nicht die gleichen. Die Zeitspannen, zu denen beide Schalter leiten würden, wären kürzer, so daß der Aussteuerungsbereich für die Drehzahlregelung begrenzt wäre.

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An Hand von Figuren werden "bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Induktions- oder Asynchronmotor mit einer nach der Erfindung aufgebauten Steuer- und Regelschaltung.

Fig. 2 zeigt als Schaltbild eine mögliche Ausführungsform eines Schalters für die ln;.;:Fig. 1 dargestellte Anordnung.

Fig. 3 zeigt einen anderen Schalter für die Anordnung nach·« Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Schaltungsanordnung nach Fig. 1 zur Drehzahlregelung des Motors.

Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit optischer Steuerung.

Die zu einer Dreieckschaltung verbundenen Phasenwicklungen A, B und C des in Fig. 1 gezeigten Motors M werden über die Netzanschlüsse LI₅, L2 und L3 gespeist.

Die der Phasenwicklung A zugeordnete Steuerschaltung ent-. hält einen Hauptschalter KA, der aus zwei antiparallelgeschalteten steuerbaren Halbleiter-Gleichrichtern besteht. Der Schalter KA wird mittels eines Trigger- oder Auslöseelements TA gezündet. Die Zündung geschieht dadurch, daß das Auslöseelement TA in den .leitenden Zustand gebracht wird. Das Auslöseelement TA gerät in den leitenden Zustand, sobald die Spannung an einem Kondensator CA einen vorgegebenen Wert überschreitete Der Ladestromkreis des Auslöseelements ■CA führt über einen Widerstand des Widerstandswertes des Widersts

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geschwindigkeit des Kondensators CA steuern· Auf diese Weise ist es möglich innerhalb der Wechselstromperiode denjenigen Zeitpunkt auszuwählen, zu dem das Auslöse- '. element TA leiten und damit der Schalter KA zünden soll.

Den beiden anderen Phasenwicklungen B und C sind ähnliche Steuerschaltungen zugeordnet. Die drei Steuerwiderstände RA, RB und RC sind miteinander gekuppelt, so daß alle drei Phasen gleichzeitig gesteuert werden.

Bei den Schaltern KA, KB und KC handelt es sich vorzugsweise um Halbleiter-Bauelemente, beispielsweise um Thy- * j ristoren oder steuerbare Siliciumgleichrichter. Solche Schalter haben die Eigenschaft, daß sie im gesperrten Zustand einen sehr hohen Widerstand, jedoch nach dem Zünden im Durchlaßzustand einen äußerst geringen Widerstand haben. Der Durchlaßstrom fließt so lange weiter, bis die Durchlaßspannung unter einen vorbestimmten Wert abfällt, woraufhin das Bauelement in den gesperrten Zustand übergeht.

Die genannten Bauelemente können daher als Schalter verwendet und zu einem vorgegebenen Zeitpunkt innerhalb der Wechselstromperiode gezündet werden, um von dem Sperrzustand in den Durchlaßzustand zu schalten. Die Bauelemente * bleiben dann so lange im Durchlaßzustand, bis die Spannung am Ende einer Halbperiode auf einen geringen Wert abfällt. Durch Verändern des Widerstands im Ladestromkreis kann man die Ladegeschwindigkeit des Kondensators verändern und damit auch den Zündzeitpunkt in jeder Periode oder Halbperiode. Auf diese Weise kann man die Durchlaßdauer verändern, da der Abschaltzeitpunkt in jeder Periode der gleiche bleibt. Auf diese Weise ist es möglich, über einen großen Bereich eine gleicbmä&Lge oder gleichförmige Drehzahleteuerimg oder BrehzaliXrege·-- lung zu erreichen.

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Nach dem Zünden entlädt sich der zugeordnete Kondensator» Während es sich bei den Schaltern KA, KB und KC um steuerbare oder zündbare Bauelemente handelt, schalten die Auslöseelemente TA, BB und TC in den leitenden oder- Durchlaßzustand, sobald die an ihnen liegende .Spannung-den . Durchbruchwert erreicht. Das luslöselement- TA wird" von der Spannung zwischen den Leitungen L1 und L2 gesteuert» Entsprechend wird das Auslöseelement TB durch die Spannung zwischen den Leitungen L2 «nd L3 gesteuert«, Das gleiche gilt für das Äuslöseelement TC bezüglich der Spannung zwischen dea Leitungen L5 und L1 «, Die Auslöseelemente TA, TB und TC züntea aufeinanderfolgend, und zwar, wenn die zugeordnete FhB.Be diejenige Spannung erreicht, die der Durchbruclispamawng des betreffenden Auslöseelements entsprichte

Es "soll bemerkt werden, daß nach der Erfindung der durch · Jede Phasenwicklung des Motors fließende Strom lediglich durch einen einsigen Schalter gesteuert wird. Dadurch werden die bei den herkömmlichen Schaltungsanordnungen auftretenden Schwierigkeiten vermieden.

Pig. 2 zeigt einen für die Anordnung nach Fig„ 1 geeigneten Schalter. Bei dem dargestellten Bauelement handelt es sich um einen Triac. Ein Triac ist ein steuerbarer Halbleiterschalter mit antiparallelgeschalteten Dioden. Ein Triac kann also in beiden Stromrichtungen leiten. Die Anschlüsse X und Y liegen in dem gesteuerten HauptStromkreis, also in dem durch die Phasenwicklung des Motors führenden Stromzweig«, Dem Steuer™ oder Ztindanschluß T wird die Zündspannung zugeführt»

Fig# 3 zeigt eine abgewandelte Ausftihrungefor® eines fite» die Erfindung geeigneten Schalters. Biabsi int in das .*a Fl₁". 2 dargestellte Bau®l@si©nt das IfMd= @<ä©F Auslöse» c "1'BiCTt eingebaut ο BlQ B@ti?i©bs«§iii@ @ia©i selehen als yktttL'¹^ benamstes Basoleaeatsist (tie gl©i©he wie die des

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in Fig. 2 dargestellten Bauelements mit getrennt ausgebildetem Auslöseelement.

Die beiden beschriebenen Bauelemente sind in der Lage, den Stromkreis in jeder Halbperiode zu unterbrechen.

Wenn man das in Fig. 2 oder Fig. 3 dargestellte Schälterelement benutzt, dann muß auch das zugeordnete Zünd- oder Auslöseelement in beiden Richtungen leiten können. Das Auslöseelement enthält daher antiparallelgeschaltete Dioden. Anstelle des gezeigten Halfeleiter-Auslöseelements kann man auch eine Entladungsröhre, beispielsweise ·♦ eine Neonröhre verwenden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. "Dabei werden die Widerstände RA, RB und RC von einer Stelleinrichtung angesteuert. Die Stelleinrichtung ist an einen mit dem Motor gekuppelten Tachogenerator angeschlossen. Auf diese Weise kann man die Drehzahl des Motors auf einen veränderbaren konstanten Wert regeln. Der Drehzahl-Sollwert wird dem in der Stelleinrichtung enthaltenen Regler zugeführt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. | Dabei werden die Schaltvorgänge durch lichtelektrische oder Photowiderstände RR gesteuert. In jeden Zündstromkreis ist ein Photowiderstand RR in Reihe mit dem Widerstand RA, RB oder RC geschaltet. Der Widerstand der Photowiderstände ändert sich in Abhängigkeit von dem auf sie einfallenden Licht. Dieses Licht kann mittels einer Lampe LS gesteuert werden. Die Lampe wird wiederum durch die Stell- oder Steuereinrichtung angesteuert. Dadurch wird eine zusätzliche Feinsteuerung oder Feinregelung erreicht. Anstelle einer einzigen Lampe LS können auch drei Lampen vorhanden sein, und zwar jeweils eine für jeden Photowiderstand. Das Potentiometer kann in manchen Anwendungsfällen weggelassen werden.

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Die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen eignen sich besonders zur Steuerung oder Regelung von Kleinmotoren, die beispielsweise zum Antrieb eines Ventilators, Luftoder Gasgebläses, Heizungsgebläses,oder dgl. dienen. Sie können aber auch zur Steuerung oder Regelung des Gas- oder Flüssigkeitsflusses in Rohrsystemen benutzt werden. Ferner kann man anstelle des Ständers, wie in den dargestellten Ausführungsbeispielen, den Läufer des Asynchronmotors steuern.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch aus anderen Schaltern als den besonderen dargestellten Halbleiterschaltern aufgebaut werden.

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Claims

Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Dreiphasen-Asynchronmotors mit Halbleiter schaltern, die während jeder Netzhalbperiode in jeder Phase die Stromflußzeit des Speisestroms steuern, dadurch' ge kennzeichnet, daß die Phasenwicklungen (A, B, C) des Motors (M) zu einer Dreieckschaltung zusammengeschaltet sind und daß ein in jeder Phasenschaltung angeordnetes Zündelement j (TA, TB, TC) in den leitenden Zustand schaltet, sobald die Phasenspannung einen vorgegebenen Wert erreicht, und dadurch den zugeordneten Schalter (KA, KB, KC) in der erforderlichen Stromrichtung in den leitenden Zustand bringt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jeder Phasenschaltung ein Kondensator (CA, CB, CC) auf eine vorgegebene Spannung auflädt, die das Durchschalten des zugeordneten Zündelements (TA, TB, TC) und den Schalters (KA, KB, KC) auslöst,

und daß in den Ladestromkreisen der Kondensatoren "

(CA, CB, CC) zur Steuerung der Aufladegeschwindigkeit miteinander gekuppelte veränderbare Widerstände (RA, RB, RC) angeordnet sind.
3* Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zündelement (TA, TB, TC) zwei antiparallelgeschaltete Halbleiterdioden und jeder Schalter (KA, KB, KC) zwei antiparallelgeschaltete Halbleiterdioden mit einer gemeinsamen Zündelektrode enthält.

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4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Motor ein Tachogenerator (TG) gekuppelt ist und daß zur Drehzahlregelung des Motors die Widerstände (RA, RB, RC) in Abhängigkeit von der Tachogenerator spannung verändert werden.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ladestromkreis feeler Phase ein lichtempfindlicher Widerstand (RR) in Reihe mit dem veränderbaren Widerstand (RA, RB, RC) geschaltet ist und daß zur Drehzahlregelung des Motors eine von der Motorspannung gespeiste Lampe die lichtempfindlichen Widerstände anstrahlt.

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