DE2149811A1 - Schalteinrichtung fuer einen Synchronmotor - Google Patents

Description

E. Apel - 26

HÖLZER PATJSNT AG, 6301 Zug, Poststr. 14

Die Priorität der Anmeldung 7353/71 vom 19.5.1971 in der Schweiz ist in Anspruch genommen.

Schalteinrichtung für einen Synchronmotor

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung mit Halbleitern, für einen Synchronmotor.

Bei Programmschaltsrn für Wasch~ und Geschirrspülmaschinen oder Wäschetrockner v/erden kleine Synchroniaotoren dazu verwendet, die Schaltmittel zu betätigen. Die Ein- und Ausschaltung dieser Motoren geschieht in der Regel mit Hilfe von Relais oder einfachen mechanischen Kontakten, die allerdings dann einer entsprechenden Abnützung unterworfen sind. *^:*

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Zur Beeinflussung der Programmsehaltwerke vorgesehene Thermostate, wie sie beispielsweise in Waschmaschinen zur Messung der Laugentemperatur oder in ftäsehetroeknern zur Messung der Lufttemperatur verwendet werden, weisen ebenfalls relativ geringe lebensdauer auf, da sie die Netzspannung unmittelbar schalten.

Es ist weiterhin bekannt, Synchronmotoren über Triaes zu schalten oder die eine ITetzhalbwelle über einen Thyristor an den Motor zu geben, während die andere Metzhalbwelle über eine Diode immer am Motor liegt. Zur Verwendung in Haushaltsgeräten stehen den beiden zuletzt genannten Lösungen aber die ITachteile gegenüber, daß Triacs für diesen Anwendungszweck viel zu teuer sind und außerdem pro Periode zwei Zündimpulse benötigen.

Bei der Schaltung mit Thyristor und Diode ist der 3ynchronmotor nie ganz stromlos. Er wird mit Halbwellen gespeist und erzeugt - da er nie ganz stromlos ist - erhebliche Geräusche.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schalteinrichtung für einen Synchronmotor, insbesondere.3ur Verwendung in einem Programmschalter zu schaffen, die einfach und kostensparend aufgebaut ist und möglichst keine

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zu teuren Halbleiter erfordert, dem Motor aber beide Halbwellen liefern kann. Mit der Einrichtung soll es möglich sein, einen Synchronmotor so au betreiben, daß er bei Stillstand vollkommen stromlos ißt. Weiterhin soll die Zündeinrichtung in Abhängigkeit von einem Eingangssignal, das beispielsweise von einem Thermostaten stammt, beeinflußt v/erden können.

Der Anmeldungsgegenstand weist gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil auf, daß er zu einer vollelektronischen Einrichtung führt, die keinem Verschleiß unterworfen ist. Trotzdem kann die Einrichtung aufgrund der Verwendung einfacher Halbleiter sehr preisgünstig aufgebaut werden. Der Synchronmotor bleibt bei Stillstand völlig stromlos.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen·.

Fig. 1 ein Ausführungsbeiopiel, bei dem die Schalteinrichtung von einem Thermostaten beeinflußt wird,

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Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel,

bei dem der Thermostat in Brückenschaltung ausgeführt ist,

Fig. 3a - e verschiedene Spannungs- bzw. Strom-Verläufe des Ausführungsbeispieles

nach Fig. 1 für den laufenden Motor,

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Fig. 4a - c verschiedene Spannungs- und Strom-

verlaufe des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 bei Stilletand des Motors,

Fig. 5a - c verschiedene Spannungsverläufe des

Ausführungsbeispieles nach Fig. 2,

Fig. 6 ein Anwendungsbeispiel des Anmel-

dungsgegenstandes in einem Programmschalter.

Ein Synchronmotor 4 (Fig. 1) liegt einseitig direkt an einem Netz 8 und mit seinem anderen Anschluß über einen Kondensator 3, eine Diode 2 und einen Widerstand 1 an diesem Netz. Der Reihenschaltung aus dem Kondensator 3 und dem Synchronmotor 4 liegt eine Reihejischaltung aus einem

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Thyristor 6 und einem Widerstand 5 parallel. Der Thyristor 6 wird von einer Zündeinrichtung 9 gezündet.

Bei.Stillstand des Synchronmotors 4 bleibt der Thyristor 6 immer gesperrt. Sobald die Anordnung an das Netz 8 angeschlossen ist, fließt während einer ganz 3nirzen Bauer ein Strom durch den Motor, der den Kondensator 3 auflädt· Von dem Zeitpunkt an, bei dem die Aufladung des Kondensators 3 beendet ist, bleibt der Motor stromlos.

Soll der Synchronmotor 4 laufen, so wird der Thyristor 6 . bei dem Ausführungsbeispiel nach 3?ig, 1 immer zu Beginn der negativen'Hetzhalbwelle gezündet. "Während der positiven Netzhalbwelle bleibt er dagegen gesperrt (I¹Ig. 3a 3d). Zu Beginn des Torgangs sei der Kondensator 3 aufgeladen. Bei der ersten negativen Halbwelle ist die Uiode 2 gesperrt, während der Thyristor 6 leitet (Pig· 3b, 3c und 3d}· Der Kondensator 3 entladt sich also über den Synchronmotor 4 und den Thyristor 6. Dabei fließt Strom aus dem Kondensator 3 in Sichtung eines Pfeiles 16. "Wahrend der positiven Halbwelle wird der Thyristor 6 nicht gesundet, ist also gesperrt (J¹Ig. 3d}, Die Diode 2 ist während dieser Zeit dagegen offen (Eig, 3b). Der Kondensator 3 wii'd also über den Synchronmotor 4 wieder aufgeladen, Der Strom

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fließt dabei entgegen der Richtung des Pfeiles 16. Aufgrund der geschilderten Vorgänge kann also Wechselstrom durch den Synchronmotor 4 fließen. Durch geeignete Dimension!erung des Kondensators 3 (z.B. Resonanz mit der Motorinduktivität) kann der Strom nahezu sinusförmig gehalten werden.

Die Widerstände 1 und 5 dienen lediglich dazu, den Strom zu begrenzen, falls durch eine Störung der Thyristor 6 während der positiven Hetzhalbwelle zündet.

Bei gewünschtem Stillstand des Motors 4 bleibt der Thyristor 6 immer gesperrt. Die Diode 2 öffne fc bei der ersten positiven Netzhalbwelle (5¹Ig. 4a). Zu Beginn des Motorstillständes fließt ein kurzer Stromstoß durch den Motor (Pig. 4c), der zur Aufladung des Kondensatoren führt. Nach beendeter Aufladung des Kondensators 3 bleitfrt der Motor stromlos (Pig. 4c). Die Spannung am Kondensator 3 zeigt den aus Pig- 4b ersichtlichen Verlauf.

Ein anderes Ausführungsbeispiel wird anhand der Pig. 2 erläutert. Der in Pig. 1 angedeutete Thermostat 7 wird hierbei durch eine Brückenschaltung verkörpert, die sich aus Widerstünden 10, 11, 12 und 13 zusammensetzt. Dabei

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stellt der Widerstand 12 einen temperaturabhängigen Fühler dar, der beispielsweise durch einen NTC-Widerstand gebildet ist. Die Brücke liegt an einer Spannung u-j, die über einen Kondensator 15 vom Netz 8 abgegriffen wird. Da die Spannung vl* beispielsweise bei einem 220 V-Netz nur etwa 10 V beträgt, muß der kapazitive Widerstand im Verhältnis zum Gesaratwiderstand der Brücke so groß sein, daß die Spannung U₁ nahezu um 90° gegen die Netzspannung phasenverschoben ist.

Wenn der temperaturabhängige Widerstand 12 (I?ig. 2) erwärmt wird, beginnt ein die eigentliche Zündeinrichtung bildender Transistor 14 zu leiten. Dieser Transistor 14 leitet zuerst immer dann, wenn die Wechselspannung u.. ihr negatives Maximum erreicht hat. Dies ist - vie aus den Fig. 5a, 5b und 5c hervorgeht - beim Nulldurchgang der Netzspannung der Fall.

Wenn der Transistor 14 leitet, entsteht an einen Widerstand 5' eine negative Spannung. Diese Spannung zündet dun Thyristor richtig zu Beginn der negativen Halbwelle der Netzspannung. Der Synchronmotor 4 kann also laufen. Der Widerstand 5¹ kann zugleich der Strombegrenzungswiderstand sein. In diesem Fall bleibt die Brücke a-b geschlossen. Falls ein Widerstand:5 zur zusätzlichen

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Strombegrenzung verwendet wird, bleibt die Brücke a-b geöffnet, und es wird die Brücke c-d geschlossen.

Die Widerstände 5¹ und 1 bzw. die Widerstände 5 und 1 bzw. 5^f, 5 und 1 ergeben zusammen einen Gesamtwiderstand für die Strombegrenzung. Es ist zweckmäßig, jeweils in jeden der beiden Widerstände 1 und 5 bzw. 1 und 5^f bzw. 1 und 5 + 5¹ den halben Widerstandswert zu legen, der für die Strombegrenzung notwendig ist. In diesem Fall erreicht man gleichen Auf- und Entladestrom des Kondensators 3.

Anhand der Fig. 6 wird ein besonderer Anwendungsfall dee Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 erläutert. Eine Nockenscheibe 40 eines Programmschalter wird gemäß den aufeinanderfolgenden Programmschritten schrittweise gedreht. Sie betätigt hierzu verschiedene Programmkontakte 42, 27» 28 und 41. Der schrittweise Transport der Nockenscheibe 40 kann beispielsweise über eine exzentergetriebene Schub- oder Zugklinke 26 erfolgen. Der Exzenter für diese Klinke selbst wird über ein Getriebe 23, 24 von einem ständig laufenden Motor 20 angetrieben. Der Motor bezieht über einen Netzschalter 22 aus dem Netz 8 seinen Strom. Übc-r das genannte Getriebe wird beispielsweise in

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einer Waschmaschine gleichzeitig über eine'weitere Verzahnung 29 eine zusätzliche Nockenscheibe 30 angetrieben, die Reversierkontakte 31 betätigt.

In dem Programmschalter ist noch ein zweiter Motor, der in vorliegendem Beispiel als Synchronmotor 4 ausgebildet ist, vorhanden. Dieser hat die Aufgabe, die Nockenscheibe 40 - eventuell über weitere Getrieberäder 32 -

so'schnell zu transportieren, daß mehrere Programmschritte hintereinander durchgeführt werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 6 soll der Anmeldungsgegenstand dazu benützt werden, daß die Nockenscheibe 40 aufgrund eines von dem Thermostaten 7 abgegebenen Signals - etwa bei erreichter Laugentemperatur in einer Waschmaschine -■ im Sohnellgang weiter gedreht wird. Dies geschieht folgendermaßen: Während des Aufheizens der Waschlauge erhält ein Magnet 25 über einen programmabhängigen Kontakt Strom und hält die Transportklinke 26 außer Eingriff mit der Verzahnung der Nockenscheibe 40. Ein weiterer, einen Heizwiderstand 21 schaltender programraabhängiger Kontakt

2C äst hierbei ebenfalls geschlossen. Sobald der Thermostat ausreichende Temperatur an die Zündeinrichtung 9 meldet, wird der Thyristor in der weiter oben beschriebenen Weise gezündet, und der Synchronmotor 4 kann sich drehen.

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Hierbei muß ein v/eiterer, von der Nockenscheibe 40 betätigter Kontakt 42 geschlossen sein. Der Synchronmotor 4 dreht sich nun so lange, bis der programmabhängige Kontakt 42 von der Nockenscheibe 40 geöffnet ■wird. Die Nockenscheibe 40 kann auf diese V/eise in die nächste, gewünschte Programmposition gebracht werden.

Neben den Thermostaten 7 können noch andere Signalgeber über entsprechende Signaleingänge auf die Zündeinrichtung 9 wirken.

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Claims (6)

fc 2H9811 - 11 - Patentansprüche

1. Schalteinrichtung mit Halbleitern für einen Synchronmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung aus einem Synchronmotor (4), einem an diesem angeschlossenen Kondensator (3) und einer Diode (2) an einem Netz (8) liegt, und ein der Reihenschaltung aus Synchronmotor (4) und Kondensator (3) parallel liegender Thyristor (6) zur Motoreinschaltung während derjenigen Netzhalbwellen gezündet ist, während denen die Diode (2) gesperrt ist und umgekehrt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ?.ur Strombegrenzung zwei Widerstände (1, 5 "bzw. 1, 5' bzw. 1, 5 + 5¹) verwendet werden, von denen der eine im Aufladezweig und der andere im Entladezweig liegt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (9) für den Thyristor (2) diesen in Abhängigkeit von einem Eingangssignal zündet, das beispielsweise von einem Thermostaten (7) geliefert wird.

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4. Einrichtung nach einem der -vorangehenden Patentansprüche, dadurch ^el-ennzeichnet, daß der Sjoichronmotor (4) als Schnellgangmotor für eine an sich schrittweise angetriebene Nockenwalze oder -scheibe (40) eines Programmsehalters dient.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (9) vorzugsweise aus einem npn-Transistor (14) besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitter-Strecke des Transistors (14) die Brückendiagonale der den Thermostaten bildenden Brückenschaltung (10, 11, 12,13) darstellt.

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