DE2049179C3 - Schutzschaltung für den Reversierschalter des elektrischen Antriebsmotors einer Waschmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für den Reversierschalter des elektrischen Antriebsmotors einer Waschmaschine, deren als Gleichstrommotor mit permanentmagnetischern Erregerfeld ausgebildeter Antriebsmotor über einen gesteuerten Halbleiterschalter und den dazwischen liegenden Reversierschalter aus einer Stromquelle gespeist ist und parallel zum Anker mit einer Freilaufdicde beschaltet ist.

Es ist in der Praxis bekannt als Antriebsmotoren für Haushaltwaschmaschinen Gleichstrommotoren mit permanentmagetischem Erregerfeld zu benutzen, die durch Phasenanschnittsteuerung in ihrer Drehzahl geregelt sind. Zu diesem Zwecke liegt zwischen der Stromquelle und dem Anker des Antriebsmotors ein gesteuerter Halbleiterschalter, dessen Steuerung in der Weise erfolgt, daß programmabhängig entweder die verhältnismäßig kleine Drehzahl während des Waschganges oder die etwa 20mal größere Drehzahl während des Schleudergang^ erhalten werden. Bei solchen über einen gesteuerten Halbleiterschalter, d. h. in der Regel einen Thyristor, aus dem Netz gespeisten Gleichstrommotoren ist es bekannt (beispielsweise aus der CH-PS 4 35 416) dem Anker des Gleichstrommotors eine sogenannte Freilaufdiode parallel zu schalten, die so gepolt ist, daß bei Abtrennung des Motors vom Netz die wegen der Induktivität der Ankerwicklung entstehende induzierte EMK E = - L ■ di/df einen Strom über den durch die Freilaufdiode geschlossenen Stromkreis hervorrufen kann. Dieser Strom fließt so lange bis die in der Ankerwicklung gespeiste magnetische Energie aufgebraucht ist Wegen der durch den Ankerwiderstand und die Ankerinduktivität gegebenen, verhältnismäßig kleinen Zeitkonstante handelsüblicher Motoren klingt er während der Zeitdauer der gesperrten negativen Halbwelle der Netzspannung weit vor Beginn der jeweils nächstfolgenden positiven Spannungühalbwelle auf null ab. Dadurch, daß während der gesperrten negativen Halbwelle der Netzspannung dieser abklingende Strom über den die Ankerwicklung und die Freilaufdiode enthaltenden Stromkreis fließen kann, werden einerseits die beim Löschen des zwischen dem Netz und dem Anker liegenden Halbleiterschalters auftretenden induktiven Spannungsspitzen abgeleitet während andererseits die Oberwellenkomponente des den Motor speisenden Gleichstromes herabgesetzt d. h. der zeitliche Verlauf des Stromes gleichmäßiger wird.

Bei den Waschmaschinen erfolgt während des Waschganges eine Umsteuerung des Antriebsmotors, um gegenläufige Drehrichtungen der Waschtrommel zu erzeugen. Diese Umsteuerung des Antriebsmotors geschieht durch einen Reversierschalter, der zwischen dem den Anker des Antriebsmotors mit dem Netz ver bindenden gesteuerten Halbleiterschalter und dem An ker liegt Der Reversierschalter ist in der Regel von einem Programmschaltwerk der Waschmaschine gesteuert. Dieses schließt aus, daß bei am Netz liegendem Antriebsmotor, d. h. bei geschlossenem, zwischen dem Netz und dem Anker liegendem Halbleiterschalter der Reversierschalter betätigt wird.

Andererseits läßt sich aber nicht ausschließen, daß auf Grund einer Fehlbetätigung des Programmschaltwerkes, beispielsweise durch von außen erfolgende Steuereingriffe während des laufenden Schleuderganges, der Reversierschalter von dem Programmschaltwerk bei vom Netz abgetrenntem, aber wegen der Massenträgheit noch mit voller Schleuderdrehzahl laufendem Antriebsmotor umgeschaltet wird. Da der Antriebsmotor durch das permanentmagnetische Erregerfeld auch in diesem Auslrufzustand voll erregt ist, ist an den Ankerklemmen eine durch die Drehzahl und das Erregerfeld vorgegebene rotatorische EMK vorhanden, die normalerweise in Sperrichiung an der Freilaufdiode liegt und deshalb unschädlich ist, aber bei der erwähnten Umschaltung des Reversierschalters in die Lage versetzt würde, einen Kurzschlußstrom über den' von der Freilaufdiode nunmehr geschlossenen Kurzschlußkreis zu treiben. Da die rotatorische EMK in der Größenordnung des Mittelwertes der Netzspannung liegen kann, wäre dieser Strom so groß (einige 100 A), daß er zu einer sofortigen Zerstörung der Kontakte des Reversierschalters sowie der Freilaufdiode führen und andererseits eine unzulässige ruckartige Abbremsung des Antriebsmotors zur Folge haben würde. Um einen solchen Kurzschluß zu vermeiden, müßte die Freilaufdiode bei Umschaltung des Reversierschalters ebenfalls umgeschaltet werden. Die für eine solche Maßnahme notwendigen zusätzlichen Kontakte erhöhen aber den Aufwand in einem solchen Umfange, daß er bei Haushaltsgeräten unzumutbar wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung für den Reversierschalter des elektrischen Antriebsmotors einer Waschmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Verzicht auf zusätzliche Kontakte bei einfachem Aufbau und bei geringem Aufwand an Einzelteilen gewährleistet, daß auch bei einer unvorhersehbaren Umschaltung des Reversierschalters bei vom Netz abgetrenntem Motor

kein geschlossener Kurzschlußstromkreis für die rotatorische EMK, die an den Ankerklemmer auftritt, vorhanden ist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Schutzschaltung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufdiode ein steuerbares elektronisches VenMl ist, das leitend wird frühestens dann, wenn der im Ankerstromkreis !legende Halbleiterschalter stromdurchlässig gemacht wird und spätestens kurz nach der Sperrung dieses Halbleiterschalters. i„

Bei der neuen Schutzschaltung sind einerseits die mit einer Freilaufdiode verbundenen Vorteile vorhanden, d. h, daß sowohl der Motor als auch die im Ankerstromkreis liegenden Schaltelemente vor hohen Spannungsspitzen zuverlässig geschützt sind Andererseits verzichtet die Schutzschaltung auf mechanische Umschaltkontakte; sie ist deshalb wartungsfrei, was insbesondere bei Haushaltsgeräten von besonderer Bedeutung ist.

Die neue Schutzschaltung bietet einen vollkommenen Schutz gegen eine unvorhergesehene Betätigung des Reversierschalters bei vom Netz abgeschaltetem Antriebsmotor, weil beim Umschalten des Reversierschalters, die als Halbleiterschalter ausgebildete Freilaufdiode durch die kurzzeitige Unterbrechung ihres Stromkreises selbsttätig gelöscht wird, wenn sie zufolge des schon entsprechend weit abgeklungenen, von der Ankerinduktivität herrührenden Stromes nicht ohnehin schon gelöscht ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Freilaufdiode durch einen Thyristor gebildet. Das die Freilaufdiode bildende steuerbare Ventil kann dabei durch einen Trigger geschaltet werden, der zugleich den zwischen der Stromquelle und dem Antriebsmotor liegenden Halbleiterschalter, das ist in der Regel ein Thyristör, steuert. Der Trigger kann mit Fremdsignalen beeinflußt werden, doch ist es auch möglich die Anordnung derart zu treffen, daß der Trigger in Abhängigkeit von den durch den zwischen der Stromquelle und dem Antriebsmotor liegenden Halbleiterschalter fließenden Strom beeinflußt wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer bekannten Schaltungsanordnung für den als Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Erregerfeld ausgebildeten Antriebsmotor einer Haushaltswaschmaschine mit parallel zum Anker liegender Freilaufdiode,

F i g. 2 das Schaltbild nach F i g. 1 mit eimern zusätzlich zwischen der Stromquelle und dem Antriebsmotor liegenden Reversierschalters.

F i g. 3 das Schaltbild eines als Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Erregerfeld ausgebildeten Antriebsmotor für eine Waschmaschine mit einer Schutzschaltung gemäß der Erfindung für den Reversierschalter in einer ersten Ausführungsform und

F i g. 4 das Schaltbild einer Schaltungsanordnung ähnlich F i g. 3 mit einer abgewandelten Ausführungsform der Schutzschaltung für den Reversierschalter.

Der als Gleichstrommotor mit permanentmagnet!- scher Erregung ausgebildete Antriebsmotor 1 ist über einen gesteuerten Halbleiterschalter in Gestalt eines Thyristors 2 an der von einem Wechselstromnetz gebildeten Stromquelle 9 angeschlossen. Die Drehzahl, und damit das Drehmoment und die Leistung des Gleichstrommotors 1 können durch entsprechende Phasenanschnittssteuerung des Thyristors 2 in bekannter Weise eereeelt werden. Um die beim Löschen des Thyristors 2, d. h. bei der Unterbrechung des über den Anker des Antriebsmotors 1 fließenden Stromes auftretenden, induktiv erzeugten Spannungsspitzen beseitigen und die wegen der induktivität der Ankerwicklung des Motors 1 in der Ankerwicklung gespeicherte magnetische Energie nach dem Löschen des Thyristors 2 nutzbar machen zu können, liegt parallel zu dem Anker des Antriebsmotors 1 eine sogenannte Freilaufdiode 3. Die Freilaufdiode ist so gepolt, daß der vom Netz über den Thyristor 2 zufließende Strom nur über die Ankerwicklung des Antriebsmotors 1 und nicht über die Freilaufdiode 3 fließen kann. Die Freilaufdiode 3 öffnet jeweils bei, kurz vor bzw. kurz nach dem Löschen des Thyristors 2, wobei sie einen Stromkreis für die von der Unterbrechung des Ankerstromes herrührende, in der Ankerwicklung induzierte EMK E = - L ■ di/dt schließt. Dadurch werden die induzierten Spannungsspitzen abgeleitet, während der von der induzierten EMK hervorgerufene Strom über die Freilaufdiode 3 so lange fließt, bis die in der Ankerwicklung gespeicherte magnetische Energie aufgebraucht ist.

Wie aus dem grundsätzlichen Schaltbild nach F i g. 1 zu ersehen, ist die Freilaufdiode 3 so gepolt, daß die bei laufendem Antriebsmotor 1 wegen der konstanten, permanentmagnetischen Erregung entstehende rotatorische EMK keinen Strom über die Freilaufdiode 3 hervorrufen kann. Wird aber der Antriebsmotor 1 mit einem beispielsweise von einem Programmschaltwerk betätigten Reversierschalter 4 (F i g. 2) betätigt, so treten besondere Probleme auf. Wird nämlich bei im Schleudergang hochtourig laufendem Antriebsmotor 1 das Programmschaltwerk von Hand verstellt, kann es im ungünstigsten Falle nicht ausgeschlossen werden, daß die Reversiersteuerung eingeschaltet und der Reversierschalter 4 umgeschaltet wird, während der Halbleiterschalter 2 gesperrt ist, so daß die in dem Programmschaltwerk an sich vorhandene Verriegelung. die eine Betätigung der Reversiersteuerung bei eingelegtem Halbleiterschalter 2 ausschließt, unwirksam ist. Eine solche Umschaltung des Reversierschalters 4 würde dazu führen, daß für die rotatorische EMK an den Ankerklemmen ein Kurzschlußkreis über die Freilaufdiode 3 geschlossen wird, in dem ein sehr starker Strom auftritt, der den Antriebsmotor 1 schlagartig abbremsen und andererseits zur Zerstörung der Kontakte des Reversierschalters 4 führen würde.

Um den Reversierschalter 4 und die ganze Schaltanordnung gegen einen solchen Kurzschlußstrom zu schützen, sind die in den F i g. 3 und 4 veranschaulichten Schutzschaltungen vorgesehen. Die Freilaufdiode 3 der bekannten Schaltungsanordnungen nach F i g. 1, 2 ist dabei durch ein steuerbares elektronisches Ventil, beispielsweise einen Thyristor 6 ersetzi. Der Thyristor 6 wird durch ein Steuergerät, beispielsweise in Gestalt eines Triggers 5, immer nur dann leitend, wenn auch der zwischen dem Antriebsmotor 1 und dem Netz 9 liegende Thyristor 2 gezündet wird. Der die Freilauf-Jiode bildende Thyristor 6 ist somit immer nur dann wirksam, wenn der Ankerstrom des Antriebsmotors tatsächlich unterbrochen und damit induktive Spannungsspitzen erzeugt werden. Er wirkt aber dann nicht. d. h. er ist gesperrt, wenn bei noch hochtourig laufendem Antriebsmotor 1 der Reversierschalter 4 umgeschaltet wird, derart, daß die rotatorische EMK bei vorhandenem geschlossenem Kurzschlußstromkreis einen dem Netzstrom bei Lauf in diesem Drehsinn entgegengesetzten Strom über die Ankerwicklung hervorrufen würde. Demgemäß ist der Thyristor 6 gesperrt, wenn

ein die Drehzahl des Antriebsmotors 1 steuerndes Programmschaltwerk von Hand oder motorisch um mehr als einen aufeinanderfolgenden Transportschritt betätigt wird, während der Antriebsmotor noch mit Schleuderdrehzahl läuft.

Der die Freilaufdiode bildende Thyristor 6 muß nicht von dem gleichen Zündgerät, z. B. dem Trigger 5, das den Thyristor 2 zündet, geschaltet werden. Vielmehr

kann der Zündimpuls für den Thyristor 6 auch aus den durch den zwischen dem Antriebsmotor 1 uno den Netz 9 liegenden Thyristor 2 fließenden Strom abgelei tet werden, wie dies in Fig.4 veranschaulicht ist. Eir Trigger 8, der entsprechende Impulse an einem in dei Netzzuleitung liegenden Widerstand 7 abnimmt steuert dann den Thyristor 6.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für den Reversierschalter des elektrischen Antriebsmotors einer Waschmaschine, deren als Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Erregerfeld ausgebildeter Antriebsmotor über einen gesteuerten Halbleiterschalter und den dazwischenliegenden Reversierschalter aus einer Stromquelle gespeist ist und parallel zum Anker mit einer Freilaufdiode beschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufdiode ein steuerbares elektronisches Ventil (6) ist, das leitend wird, frühestens dann, wenn uer im Ankerstromkreh liegende Halbleiterschalter (2) stromdurchlässig gemacht wird und spätestens kurz nach der Sperrung dieses Halbleiterschalters (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Freiiaufdiode (3) durch einen Thyristor (6) gebildet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Freilaufdiode (3) bildende steuerbare Ventil durch einen Trigger (S) geschaltet wird, der zugleich den zwischen der Stromquelle und dem Antriebsmotor liegenden Halbleiterschalter (2) steuert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trigger (5) mit Fremdsignalen beeinflußt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- y> zeichnet, daß der Trigger (8) in Abhängigkeit von dem durch den zwischen der Stromquelle und dem Antriebsmotor liegenden Halbleiterschalter (2) fließenden Strom beeinflußt wird.

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