DE2215323A1

DE2215323A1 - Elektronisch gesteuerte hilfsphasenschaltung

Info

Publication number: DE2215323A1
Application number: DE19722215323
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung P Antrag
Original assignee: ANDRAE P KG
Current assignee: ANDRAE P KG
Priority date: 1972-03-29
Filing date: 1972-03-29
Publication date: 1973-10-11
Also published as: DE2215323B2; DE2215323C3

Description

Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung Vorliegende Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung für Einphasenmotoren mit Anlaufshilfsphase, insbesondere zum Antrieb von Bohnermaschinen.
Einphasen-Asynchronmotoren, wie sie unter anderem in Haushaltsmaschinen Verwendung finden, laufen ohne zusätzliche iiaßnahmen nicht aus dem Stand an, da ihr Drehmoment im Stillstand Null ist Um ein Anlaufen derartiger Einphasenmotore aus dem Stillstand zu erreichen, ist es erforderlich, während des Hochlauf eine Anlaufshilfsphase vorzusehen, die nach einer bestimmten Anlaufzeit und bei.Erreichung einer bestimmten Motordrehzahl abgeschaltet werden muß, da die Verluste in der Hilfsphase so groß sind, daß der rotor andernfalls nach kurzer Zeit durch Überhitzung zerstört würde Die Abschaltung der Kondensatorhilfsphase bei Einphasenmotoren erfolgt bislang entweder durch einen Fliehkraftschalter, der mit gegen Spannfedern arbeitende Fliehkraftgewichten arbeitet, und bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl die Hilfsphase abschaltet oder aber durch ein Relais, das auf das Absinken des Hauptphasenstromes anspricht und bei Erreichen eines bestimmten Viertes desselben öffnet und so die Hilfsphase abschaltet.
In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß bei Einphasenmotoren hoher Leistung und bei ungünstigen Anlaufbedingungen Fliehkraftschalter zu ungenau arbeiten und außerdem ihre Mechanik und insbesondere die mechanischen Kontakte störanfällig sind Außerdem dürfen die mit den Bliehkraftgewichten zusammenwirkenden Rückholfedern nur sehr geringe Toleranzen in der Federcharakteristik aufweisen, um ein genaues Schalten des Fliehkraftreglers zu gewährleisten, was bei einer Serienfertigung entsprechende Schwierigkeiten mit sich bringt Eine von dem Hauptphasenstrom gesteuerte Abschaltung der Hilfsphase mittels eines Relais ist besonders bei Unterspannung des Versorgungsnetzes kritisch, da dann der Hauptphasenstrom des Einphasenmotors nicht genügend weit absinkt, um das Relais auszulösen, wodurch dann die Hilfsphase ständig zugeschaltet bleibt, was in der Regel zu einer Zerstörung des Motors durch Überhitzung führt Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die Nachteile vor beschriebener Rilfsphasenabschaltungen zu vermeiden und zu gewährleisten, daß bei wechselnden Anlaufschwierigkeiten unterworfenen Einphasenmotoren hoher Leistung ein genaues Abschalten der KondensatoranlaufshilBsphase unter allen Einsatzbedingungen gewä,hrleistet ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anlaufshilfsphase durch einen auf eine drehzahlabhängige, motorspezifische elektrische Steuergröße ansprechenden Schalter geschaltet wird.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Schaltung der Anlaufshilfsphase mehrere drehzahlabhängige, motorspezifische, elektrische Steuergrößen heranzuziehen.
Einzelheiten der Erfindung werden nun im folgenden, anhand von Ausführungsbeispielen, in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, näher erläutert In den Zeichnungen zeigt Figur 1 das Drehzahl-Drehmoment-Diagrnmm eines Einphasenmotors mit und ohne Kondensator-Hilfsphase.
In Figur 2 sind motorspezifische, elektrische Größen in Abhängigkeit von der jewelligen Drehzahl aufgezeichnet, die zur Steuerung der Hilfsphasenschaltung herangezogen werden können.
In den Figuren 3 und 4 ist das Prinzipschaltbild eines Einphasenmotors mit Anlaufshllfsphase dargestellt.
Figur 5 zeigt zwei Ausführungsbeispiele eines zur Steuerung der Hlfsphaee geeigneten Impulsgebers, während in Figur 6 ein Querschnitt eines induktiven Gebers aus Figur 5 dargestellt ist.
In Figur 7 ist der an einem Widerstand auftretende Spannungsverlauf eines aus einer Induktivität, einer Eapazität und einem Widerstand bestehenden Reihenschwingkreises in Abhängigkeit von der Motordrehzahl dargestellt, während Figur 8 und 8' eine entsprechende Schaltungsanordnung eines mit einem Reihenschwingkreis kombinierten Impulsgebers mit nachgeschalteter Verstärkerstufe sowie eines zusätzlichen Differenzier-oder Integriergliedes zeigt.
-In Figur 9 und 9' ist eine ScYaltanordnung zur Gewinnung einer Schlupffrequenz als-Steuergröße für die Hilfsphasenschaltung dargestellt.
Figur 10 zeigt eine grundsätzlinkE S¢haltungsanordnung zur Messung des Rauptphasenstromes und zur Verwendung desselben als Steuergröße für den Schalter der Hilfsphase.
Figur 11 und 11' schließlich zeigt eine ähnliche Steuerung über den Hauptphasenstrom in Verbindung mit einer Kippschaltung.
Um die Schwierigkeiten des Anlaufs von Einphasenasynchronmotoren zu erläutern, ist in Figur 1 das Drehzahl-Drehmoment-Diagramm eines derartigen Motors mit und ohne Kondensatorhilfaphase aufgezeichnet. In der Zeichnung gibt die mit a bezeichnete Kurve den Drehmomentverlauf eines Einphasenmotors ohne Anlaufshilfsphase wieder. tfie aus dem Diagramm zu entnehmen, ist das Drehmoment eines derartigen Motors im Stillstand Null, was besagt, daß ein derartiger Motor nicht von selbst anläuft.
Die Kurve b in Figur 1 zeigt das Drehmomentverhalten desselben Motors mit einer stark wirksamen Anlaufshilfsphase. Mit dem durch die Anlaufshilfsphase gegebenen Anfahrdrehmoment ergibt sich ein sauberer Anlauf des Motors auch unter erschwerten Anlaufbedingungen. Die Verluste in der Hilfsphase sind jedoch, wie bekannt, so groß, daß der Motor nach kurzer Zeit verbrennen würde, wenn die Hilfsphase nicht abgeschaltet würde.
Beträgt nun der für einen Hochlauf des Motors erforderliche Drehmomentwert, wie in Figur 1 dargestellt, MN und schaltet nun der normal übliche Zentrifugalschalter bei einer Drehzahl nI zum Zeitpunkt I ab, so ist aus dem Verlauf der Drehmomentskurve a ersichtlich, daß dann das Drehmoment des Motors ohne Hilfsphase nicht ausreicht, um den Hochlauf des Motors bei schwierigen Anlaufbedingungen mit einem Drehmomentbedarf MN zu gewährleisten.
Aus Figur 1 ist weiter zu entnehmen, daß bei einer Drehzahl nII zum Zeitpunkt II der optimale Abschaltzeitpunkt für die Hilfsphase liegt, weil in diesem Punkt das Drehmomentangebot mit und ohne Hilfsphase gleich groß ist und eine weitere Zuschaltung der Hilfsphase keine Drehmomenterhöhung gibt.
Erfolgt die Umschaltung zu einem apäteren Zeitpunkt als II, so wird der Anlauf nicht erschwert, denn trotz abfallender Drehzahlkennlinie des Motors mit Hilfsphase bisizum Drehmoment-Drehzahl-Gleichgewicht steigt nach Abschaltung der Hilfaphase das Drehmoment des Motors weiter an, so daß der Hochlauf nicht gestört wird. Andererseits wird der Motor durch eine nach dem Zeitpunkt II liegende Abschaltung der Hilfsphase unnötig thermisch belastet, da die Verluste in der Hilfsphase sehr erheblich sind. Die thermische Belastung durch zu spätes Abschalten der Hilfsphase bei Einphasenmotoren hoher Leistung kann so hoch werden, daß der Motor zerstört wird.
In Figur 2 sind in einem Strom-Drehzahl- bzw. Spannungs-Drehzahl-Diagramm die Größen aufgezeichnet, die in ihrer gegenseitigen Abhängigkeit voneinander zur Steuerung des Abschaltvorganges der Hilfsphse herangezogen werden können Die Kurve c gibt den Verlauf des Hauptphasenstromes in Funktion der Drehzahl wieder. Die- Kurve d zeigt den Verlauf der Kondensatorspannung, die gleichzeitig auch dem Hilfsphasenstrom entspricht.
Analog zu Figur 1 sind in Figur 2 die hbschaltzeitpunkte I und II eingezeichnet. Die WertedIA, AUC und An zeigen die einer bestimmten Abschalttoleranz von A IA bzw. A UC zugeordnete Toleranz der Drehzahlabschaltung an.
Aus dem flachen Verlauf der Kurven IA und Uc ergiht sich für den Abschaltzeitpunkt, bezogen auf die Drehzahl, eine relativ große Ungenauigkeit.
Weiterhin sind in Figur 2 mit den gestrichelten Kurven d' und c' der Stromverlauf der Haupt- und Hilfsphase bzw. der Kondeasatorspannung bei Unterspannung des Stromnetezs eingezeichnet.
lVird nun die Abschaltung der Hilfsphase über den Strom der Hauptphase gesteuert, so werden die Abschaltzeitpunkte jeweils bei niedrigeren Drehzahlen erreicht. Steuert man dagegen über die Kondensatorspalmung die Abschaltung der Hilfsphase, so sind die Abschaltzeitpunkte nach höheren Drehzahlen verschoben.
Die Darstellungen in den Figuren 1 und 2 zeigen also sehr deutlich, daß bei Verwendung des Hauptphasenstromes oder der Kondensatorspannung als Steuergrößen für die Abschaltung der Hilfsphase durch äußere Einflüsse, beiapiielsweise unterschiedlicher.
Netz spannungen, die Abschaltgenauigkeit sehr gering ist, wodurch bei schwierigen Anlaufbedingungen ein sicheres Hochfahren des Einphasenmotors sehr oft in Frage gestellt ist, so daß es zu einer Zerstörung des Motors oder einer Überlastung des Hilfsphasenkondensators kommt.
Zur Steuerung einer Anlaufs-Hilfsphasenschaltung bei Einphasen Asynchronmotoren eignen sich folgende drehzahlabhängige, motorspezifische Größen: 1. t.Iessung der ESotordrehzahl mittels einer berührungslos arbeitenden Abtastvorrichtung, zum Beispiel einem Drehzahlgeber, der auf dem Prinzip der fotoelektrischen, induktiven oder kapazitiven Abtastung beruhen kann, auf dem Prinzip des Tachogenerators oder auf dem Prinzip des magnetisch gesteuerten Readrelais.
2. Messung der Schlupfdrehzahl, d. h. Vergleich der Motordrehzahl mit der synchronen Drehzahl, also der Netzfrequenz, beispielsweise mittels einer eingebauten Schlupfspule 3. Messung des Hauptphasenstromes.
4. Messung der Kondensatorspannung, die der Messung des Hilfsphasenstromes gleichwertig ist.
Jede einzelne der durch die oben aufgeführten Messungen gewonnenen drehzahlabhängigen Größen ist zur Steuerung einer Anlaufs-Hilfsphasensteuerung mehr oder weniger geeignet.
In Figur 3 ist das Prinzipschaltbild des Einphasenmotors mit Anlaufshilfsphase dargestellt. Die Hilfsphase wird über einen Kontakt abgeschaltet, der von einem Relais betätigt wird, das entweder von dem Steuerglied 1, das von dem Hauptphasenstrom beeinflußt wird, oder von dem Steuerglied 2, das vom Hilfsphasenstromcder, gleichwertig damit, von der Kondensatorspannung beeinflußt wird, oder von dem Steuerglied 3, das drehzahl- oder schlupfabhängig ist, beeinflußt wird In Figur 4 ist dasselbe Blockschaltbild nochmals wiederholti nur ist jetzt der durch ein Relais betätigte Kontakt 4 durch ein steuerbares elektronisches Ventil, in vorliegendem Fall durch einen Triac 5 ersetzt, der seine Steuerspannung von den Steuergliedern 1, 2 und 3 bezieht.
1. Messung der Motordrehzahl.
In Figur 5 ist der prinzipielle Aufbau eines Impulsgebers skizziert. Eine Zahn- oder Lochscheibe 6 ist auf der Motorwelle 7 befestigt Der Impulsaufnehmer 8, 9, der z. 3. eine mit einer Lichtquelle zusammenarbeitende Fotozelle oder eine Induktionsspule sein kann, wird entweder vertikal 8 oder horizontal gan dem Motorgehäuse befestigt In letzterem Falle muß die Zahn- oder Lochscheibe an ihrem Umfang einen etwa um 90° abgebogenen Rand 10 aufweisen.
Der induktive Geber 8 ist in Figur 6 näher skizz.iert. Er weist als Kern einen Permanentmagneten 11 auf, um den eine Spulenwicklung 12 gelegt ist. Die Hülse 13 sorgt gleichzeitig für den magnetischen Rückschluß. Durch die Unterbrechungen in der magnetisch leitenden Zahnscheibe 6 wird nun in der Spule 12 eine Wechselspannung induziert, deren Frequenz von der Motordrehzahl und der Anzahl der Zähne der Zahnscheibe 6 abhängig ist. Da die Anzahl der Zähne in der Lochscheibe konstant ist, ist die Frequenz der induzierten Wechselspannung der Motordrehzahl direkt proportional, wie aus der Geraden e in Figur 7 hervorgeht, bei'der der Frequenzverlauf in Abhängigkeit zu der Motordrehzahl aufgetragen ist. wird nun diese Wechselspannung als Steuergröße herangezogen, so ist die Abschaltgenauigkeit ne/ns der Abschaltgenauigkeit tU/U direkt proportional.
Gemäß der Erfindung wird nun diese '.iechselspannung auf einen Reihenschwingkreis 24 geschaltet, der aus einer Induktivität, einer Kapazität und einem Widerstand besteht, an dem die Steuergröße abgenommen wird. Im Resonanzfall, der der gewünschten Abschaltdrehzahl entspricht, ist der Widerstand der Kombination Induktivität-Kapazität Null, und die volle induzierte Wechselspannung liegt an dem Abnahmewiderstand. Als Punktion der Drehzahl hat diese Spannung den Verlauf f in Figur 7. Die Abschaltgenauigkeit in Punktion der Spannungaungenauigkeit U/US wird nun wesentlich besser, d. h. die-Abschaltgenauigkeit/n5 wird wesentlich erhöht, was besagt, daß sie in Abhängigkeit von den Schaltgliedern weitgehend eingeengt werden kann.
In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann der induktive Geber 8 direkt als Induktivität herangezogen werden.
Figur 8 stellt ein vereinfachtes Schaltbild zur Verwirklichungdes vor beschriebenen Erfindungsgedankens dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist mit 6 die Zahn- oder Lochscheibe bezeichnet, die mit dem Impulsaufnehmer 8 zusammenwirkt. Die in dem Impulsaufnehmer 8 induzierte Steuerspannung wird an den Klemmen des Widerstandes 13 abgegriffen, in dem Gleichrichter 14 gleichgerichtet und auf die nachfolgende zweistufige Transistorverstärkerstufe 15 gegeben, die eine für die Abschaltung der Hilfsphase über ein steuerbares, elektronisches Ventil erforderliche Steuergröße erzeugt Das steuerbare, elektronische Ventil kann, wie in Figur 8 dargestellt, ein Triac sein. Ebensogut können jedoch andere geeignete Halbleiterelemente, wie beispielsweise zwei antiparallel geschaltete thyristoren oder auch ein Relais, wie in Figur 8' dargestellt, Verwendung finden.
Die mit 16 bezeichnete Schaltungsgruppe, bestehend aus einem Kondensator C3 und einem diesem vorgeschalteten Widerstand R4, zeigt die einfachste Form eines Differenzier- oder Integriergliedes.
Als Integrierglied entzieht es dem Steuerkreis zur ersten Transistorstufe T1 solange Energie, bis der Kondensator C3 voll äufgeladen ist und verzögert damit die Abschaltung der Hilfsphase über den von dem Impulsgeber vorgegebenen Zeitpunkt hinaus, so daß gewährleistet ist, daß der Hochlauf des Motors auch dann mit Sicherheit abgeschlossen ist, wenn die Schaltglieder ungünstige, fertigungstechnische Toleranzen aufweisen.
Als Differenzierglied wirkt die mit 16 bezeichnete Schaltung, wenn die Spannung an dem Widerstand R4 gemessen wird, die dem durch den lSiderstand fließenden Strom und damit dem Kondensatorstrom proportional ist. Ist dieser Strom und damit die Spannung .an dem tliderstand R4 Null, so ist der Hochlauf mit Sicherheit abgeschlossen. Diese Spannung kann nun als "Gleichgewichtsspannung", die das Erreichen eines stationären Zustandes anzeigt; als direkte oder üDerlagerte.Steuergröße herangezogen werden.
2. Messung der SchlupffreoXuenz Die sicherste, jedoch auch am schwierigsten -zu verwirklichende Steuermethode ist die der Schlupfmessung. Dabei werden in einer Schlufspule Spannungen mit Netzfrequenz, mit doppelter Netzfrequenz, herrührend von dem gegenlauf enden Drehfeld und mit der Schlupffrequenz induziert. Diese letztere beträgt höchstens 10 , der I'fetzfrequenz, wenn die Nenndrehzahl des Motors erreicht ist.
In Figur 9 ist ein grundsätzlicher Aufbau einer derartigen Schaltung aufgezeigt. hut den in der Schlupfspule 17 induzierten Spannungen werden die hohen Frequenzen der Netzfrequenz und der ungefähr doppelten iTetzfrequenz durch den Tiefpass 18 kurzgeschlossen und von der nachfolgenden Schaltung ferngehalten.
Die niederfrequente, zur Steuerung bestimmte Spannung, die dem Schlupf entspricht, wird über einen Gleichrichter gleichgerichtet und über eine Kippschaltung auf eine oder mehrere nachgeschaltete Verstärkerstufen gegeben, die dann wiederum ein steuerbares, elektronisches Ventil oder ein Relais schalten. Eine Kippschaltung ist erforderlich, um einen exakten Schaltzeitpunkt in Funktion der zur Steuerung herangezogenen Spannung, d.h. des Schlupfes zu erreichen. Als Kippstufe ist in vorliegendem Schaltungsbeispiel eine Schmitt-Trigger-Schaltung 19 vorgesehen. Anstelle einer Schmitt-Trigger-Schaltung kann ebensogut eine andere geeignete Kippstufe, beispielsweise eine UJT- oder PUT-Schaltung mit Unijunction Transistoren bzw. mit programmierbaren Unijunction Transistoren vorgesehen werden. Weiterhin kann anstelle des steuerbaren, elektronischen Ventils beispielsweise eines Triacs, wie in Figur 9, ebenfalls ein in Figur 9' dargestelltes Relais als Schalter Verwendung finden.
Da der relative Schaltfehler bei Drehzahl und Schlupfmessung gleich groß ist, wird die Schaltgenauigkeit bei Schlupfmessung auf die Drehzahl bezogen fast eine Größenordnung besser.
3. itessung des Hauptphasenstromes In Figur 2 ist der Verlauf des Hauptphasenstromes dargestellt.
Die einfachste und dem Stande der Technik entsprechende Methode, den Hauptphasenstrom zur Steuerung heranzuziehen, ist die Abschaltung der Hilfsphase über ein Magnetrelais, das bei fallendem Hauptphasenstrom in einem bestimmten Bereich, z. B. zwischen dem Punkt I und II abschaltet.
In Figur 2 ist weiterhin der Stromverlauf bei Unterspannung des Versorgungsnetzes &argestellt. Aus der Verschiebung des sich nun ergebenden Abschaltbereiches I - II' erkennt man den Nachteil dieser Schaltung, der darin besteht, daß bei Unterspannung die Hilfsphase bei zu niedriger Drehzahl abgeschaltet wird und der Hochlauf des Motors nicht mehr erfolgen kann.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung dieser Schaltung ist in.
Ihrem grundsätzlichen Aufbau in Figur 10 gezeigt. An dem Biderstand.20, der der-Hauptphase nachgeschaltet ist, wird die dem Hauptphasenstrom entsprechende Spannung abgenommen, durch die Gleichrichter 21 gleichgerichtet und je nach Empfindlichkeit und Bedarf in parallel geschalteten Kondensatoren, 16, 22 geglättet und als Steuergröße wiederum einem steuerbaren, elektronischen Ventil in Form eines Triac zugeführt, und zwar direkt oder zur Verstärkung noch über ein vransiatorglied.
Weiterhin kann ein Integrierglied 16, 22, das.auf einer Widerstand-Eondensator-Eombination aufgebaut ist, zugeschaltet werden, um entweder den Abschluß des Einschwingvorganges aufzuzeigen oder den Schwierigkeitsgrad des Anlaufs zu berückwichtigen.
Figur 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Steuerung mittels des Hauptphasenstromes, unter Verwendung einer Eippschaltung. Gegenüber der in Figur 10 gezeigten Schaltungsausführung braucht bei vorliegender Schaltung der widerstand 20 nicht geteilt zu sein. Auch kann er kleiner gewählt werden, weil nun mit einer kleineren Steuerenergie gearbeitet werden kann. Das in Figur 11 gezeigte Schaltungsbeispiel weist ebenfalls ein Zusatzdifferenzierglied auf, das die Anderung der Kondensatorspannung berücksichtigt und als Steuerhilfsgröße mitverwendet. Die mit 19 bezeichnete Kippstufe ist wiederum als Schmitt-Trigger aufgebaut, es kann jedoch ebensogut eine andere geeignete Kippschaltung sein, die direkt oder unter Zwischenschaltung einer ransistorverstärkerseufe wiederum ein steuerbares, elektronisches Ventil oder ein in Figur 11t gezeigtes Relais ansteuert.
4. Messung des Hilfsphasenstromes oder der Kondensatorspannung Nachdem für die Wechselspannung des Netzes der kapazitive Widerstand des Anlaufkondensators konstant ist, wird die Kondensatorspannung direkt ein Maß für den Hilfsphasenstrom. Der Verlauf der Kondensatorspannung ist in Figur 2 dargestellt. Nachteilig bei einer Steuerung der Anlaufshilfsphase mittels der Kondensatorspannung ist, daß gerade der Kondensator von dem Hilfsphasenschalter abgeschaltet wird. Die Information, daß der Motor hochgelaufen ist, muß also gespeichert werden, was an sich keine Schwierigkeiten bereitet. Beim Überlasten des Motors über das Kippmoment hinweg und damit dem Zurückfallen der Motordrehzahl muß jedoch Sorge getragen werden, daß die Hilfsphase wieder rechtzeitig zugeschaltet wird, ohne daß der Motor ganz vom Netz getrennt werden muß.
Die Kondensatorspannung als Steuergröße eignet sich hervorragend als Fehlerausgleich für die Steuerung der Abschaltung der Hilfsphase über den Hauptphasenstrom, wie Figur 2 zeigt. Auf diese Weise lassen sich auch die Nachteile der bekannten, vom Hauptphasenstrom gesteuerten Abschaltung mittels eines Relais, beseitigen.
5. Kombination zweier oder mehrerer Mess- bzw. Steuergrößen In )7eiterbildung der Erfindung ist nun vorgesehen, zur Sicherung eines einwandfreien Rochlaufes eines Einphasenmotors mit Anlaufshil,sphase zu deren Abschaltung zwei oder mehrere Steuergrbßen einander zu überlagern, wobei dann zusätzlich noch bei der einen oder anderen Steuergröße eine. integrier- oder Differnzierschaltung vorgesehen werden kann, um dem Schwierigkeitsgrad des Anlaufs Rechnung zu tragen und den Abschaltzeitpunkt der Hilfsphase bei schwierigen knlaufbedingungen bei einer höheren Drehzahl, als dies ohne Differazier- oder Integriers&naltung möglich wäre, vorzunehmen.
Andererseits muß aber sichergestellt sein,. daß die A-bschaltung so rechtzeitig erfolgt, daß weder die Hilfsphase noch der Kondensator dabei überlastet werden können Der Umfang des Schaltungsaufwandes richtet sich dabei einmal nach det Einsatzbedingungen des Sinphasenmotors und zum anderen nach der erforderlichen Schaltgenauigkeit und dem wirtschaftlich vertretbaren Schaltungsaufwand.
Im folgenden werden nun einige Schaltkombinationen besprochen, die den vorstehend aufgestellten Forderungen Rechnung.;tragen.
A) Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 2 aufgezeigt, kann beispielsweise eine Verbesserung der Abschaltgenauigkeit der Hilfsphase, die mittels des Hauptphasenstromes erfolgt, dadurch erreicht werden, daß der-von der Hauptphase abgeleiteten Steuergröße eine zweite von der Hilfsphase bzw.
der Kondensatorspannung abgeleitete zusätzliche Steuergröße überlagert wird, da beispielsweise bei Unterspannung des Netzes bei Steuerung über den Hauptphasenstrom der Abschaltzeitpunkt nach niedrigeren Drehzahlen verschoben wird, während bei Steuerung der Hilfsphasenabschaltung über die Kondensatorspannung der Abschaltzeitpunkt nach höheren Drehzahlen verschoben wird, so daß durch eine Kombination beider Steuergrößen die Verschiebung der Abschaltzeitpunkte gegeneinander kompensiert werden kann B) Als eine weitere vorteilhafte Kombination zweier Steuergrößen zur Festlegung des Abschaltzeitpunktes der Hilfsphase kann, wie in den Figuren 10 und 11 dargestellt, der Phasenstrommessung die Differentiation der Kondensatorspannung mittels des Differnziergliedes 23 überlagert werden.
C) Auch bei der Steuerung der Hilfsphase über die gemessene Schlupffrequenz gemäß Figur 9 kann dieser Steuergröße noch die aus der Kondensatorspannung gewonnene Größe unter Zwischenschaltung eines Differenziergliedes 23 überlagert und auf diese ,weise die hbschaltgenauigkeit der durch die Einsatzweise der Maschine geforderten Genauigkeit angepaßt werden.
D) Neben der Kombination zweier Steuergrößen, gegebenenfalls nach vorheriger Integration bzw Differentiation, kann in besonderen Fällen ebenfalls eine Kombination von drei Steuergrößen vorgesehen werden.
Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Hilfsphasenschaltung besteht darin, daß in einfacher Weise eine stufenweise Schaltung von ein oder mehreren Anlauf- und/oder Betriebskondensatoren verwirklicht werden kann.
Werden beispielseise mehrere steuerbare elektronische Ventile, die jeweils bei unterschiedlichen Steuergrößen ansprechen, vorgesehen, so können entsprechend den augenblicklichen Drehzahl- und T,astbedingungen ein oder mehrere parallelgeschaltete Kondensatoren der Anlaufshilfsphase mittels der bei verschiedenen Steuergrößen ansprechenden elektronischen Ventile zu- oder abgeschaltet werden.
Wird bei Einsatz zweier antiparallelgeschalteter Thyristoren der Zündzeitpunkt des einen Thyristors früher oder später als der des zweiten antiparallelgeschalteten Thyristors' die wiederum von einer drehzahlabhängigen, motorspezifischen Steuergröße angesteuert werden, gelegt, so kann bei Erreichen einer bestimmten Anlaufdrehzahl des Einphasenmotors zunächst die positive oder negative Halbwelle der Kondensatorhilfsphase abgeschaltet werden, während die zweite Halbwelle'erst nach Erreichen einer höher liegenden totordrehzahl durch den zweiten Thyristor erfolgt, der entweder von der gleichen Steuergröße ahgesteuert wird, jedoch erst bei höheren Werten derselben in seinen Blockierzustand kippt oder aber von einer zweiten ebenfalls drehzahlabhängigen und motorspezifischen Steuergröße geschaltet wird.

Claims

Ansprüche

1. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung für Einphasen-Asynchron-I;Iaschinen, insbesondere hoher Leistung, die mit einer Anlaufshilfsphase arbeiten, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die AnlauSshilBsphase durch einen auf eine drehzahlabhängige, motorspezifische, elektrische Steuergröße ansprechenden Schalter geschaltet wird.

2. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, gemäß Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Schaltung der Anlaufshilfsphase mehrere drehzahlabhängige, motorspezifische, elektrische Steuergrößen kombiniert werden.

3. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 1, dadurch g e k e n ü z e i c h n e t , daß der Hauptphasenstrom des Einphasenasynchronmotors als Steuergröße zur Schaltung der Hilfsphase verwendet wird.

4. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Hilfsphasenstrom als Steuergröße zur Schaltung der Hilfsphase verwendet wird.

5. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltu1g, nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine drehzahlabhängige, von einem Impulsaufnehmer erzeugte elektrische Steuergröße, zur Schaltung der Hilfsphase verwendet wird.

6 Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die in einer Sciilupfspule (17) induzierte Spannung zur Schaltung der Hilfsphase verwendet wird

7. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 1 und/oder 3, dadurch g e-k e n n z e i c h -n e t , daß als'Steuergröße die Änderung des Hauptphasenstromes herangezogen wird, dessen an einem Widerstand (20) gemessener Sparnungsabfall seiner Größe proportional ist, und deren Höhe nach Gleichrichtung und Glattung direkt oder über eine Verstärkerstufe zur Schaltung der Hilfsphase herangezogen wird.

8. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch g e k e.n n z e i c h n e t, daß als Steuergröße die Änd.erung der Kondensatorspannung bzw. deren Anstieg dient, die nach Gleichrichtung und Glättung über eine Umkehr schaltung den Schalter der Hilf sphase (4,5) steuert.

9. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e.t, daß als Steuergröße die Motordrehzahl verwendet wird, die mittels Zahn- oder Lochscheiben und damit zusammenwirkenden induktiven Gebern abgenommen wird, die eine der Drehzahl proportionale Spannung erzeugen, die über ein- oder mehrstufige Transistorverstärker verstärkt wird und über eine Umkehrschaltung den Schalter der Hilfsphase (4,5) betätigt

10. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 1 und/oder 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die in einer Schlupfspule (17) induzierte Spannung unter Zwischenschaltung eines Tiefpasses (18) über eine Kippschaltung(19) den Schalter der Hilfsphase (4,5) betätigt.

11. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalter der Hilfsphase ein Relais (4) ist.

12. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalter der Hilfsphase ein steuerbares elektronisches Ventil ist.

13. Elektronisch gesteuerte Rilfsphasenschaltung, nach einem oder mehreren der£ vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalter der Hilfsphase ein Triac (5) ist.

14. Elektronisch gesteuerte Hilfsnhasenschaltung, nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalter der Hilfsphase aus zwei antiparallel geschalteten thyristoren besteht.

15. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß durch'ein Integrierglied (16,22), das aus einer Widerstand-Kondensator-Kombination besteht, der Schwierigkeitsgrad des Hochlaufs durch eine Verzögerung des Abschaltzeitpunktes berücksichtigt wird.

16.- Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche 1,2 und 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß durch ein Differenzierglied (23) die Einstellung eines stabilen Zustandes überwacht wird, der den Abschaltzeitpunkt den 3etriebsverhältnissen entsprechend korrigiert.

17. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i G h n e t , daß durch einen Reihenschwingkreis (24), dessen Resonanzfrequenz der gewünschten Abschaltdrehzahl entspricht, der Spannungsanstieg-in dem entsprechenden Drehzahlbereich erhöht und damit die Abschaltgenauigkeit verbessert wird.

18. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g.e k e n n -z e i c h n e t , daß die Summe der Steuergrößen über eine Kippschaltung (19) dem steuerbaren Schalter (4,5) zugeführt wird.

19. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kippachaltung eine Schmitt-Trigger-Schaltung (19) ist.

20. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kippschaltung eine Diac-Schaltung ist.

21. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kippschaltung eine Uni junction-Transistor-S chaltung ist.

22. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Kippschaltung eine programmierte Unijunction-Transistorschaltung ist.

23. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei oder mehr drehzahl- und/oder lastabhängige, motorspezifische Steuergrößen zur Schaltung der Hilfsphase kombiniert werden.

24. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß einer oder mehrerer der Steuergrößen ein Differenzierglied zugeschaltet ist.

25. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 23 und/oder 24, dadurch g e k e n n æ e i c h -n e t , daß die kombinierten Steuergrößen mit unterschiedlicher Wertigkeit zur Steuerung des Hilfsphasenschalters herangezogen werden.

26. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der von der Hauptphase abgeleiteten Steuergröße eine von der Hilfsphase abgeleitete Steuergröße überlagert wird.

27. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 26, dadurch g e k e n -n z e i c h n e t daß die von der Hilfsphase abgeleitete Steuergröße erst nach einer Differentiation durch ein Differenzierglied (23) der von der Hauptphase bezogenen Steuergröße überlagert wird.

28. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der von der.Schlupffrequenz abgeleiteten Steuergröße eine von der Hilfsphase abgeleitete Steuergröße gegebenenfalls nach vorheriger Differentiation überlagert wird.

29. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei oder mehrere steuerbare Schalter zur stufenweisen Schaltung eines oder mehrerer Anlaufkondensatorefl des Einphasenmotors in Abhängigkeit von der Drehzahl vorgesehen sind.

30. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 29, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß' die steuerbaren Schalter von der gleichen Steuergröße jedoch bei unterschiedlich?sr Größe derselben geschaltet werden.

31. Elektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach Anspruch 29, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die steuerbaren Schalter von verschiedenen Steuergrößen o geæchaltet werden.

32. Elektronisch gesteuerte Rilfsphasenschaltung, nach Anspruch 29 und/oder 30, dadurch g e k e-n n z e i c h -n e t , daß als steuerbarer Schalter.die Kombination zweier antiparallel geschalteter Thyristoren vorgesehen ist, von denen der eine die positive Halbwelle der Anlaufshllfsphase bei einer, einer ersten Motordrehzahl entsprechenden, Steuergröße schaltet, während der zweite Thyristor die negative Halbwelle der Anlaufshilfsphase bei- einer, einer zweiten Motordrehzahl entsprechenden, Steuergröße schaltet.

33. Blektronisch gesteuerte Hilfsphasenschaltung, nach mindestens einem der Ansprüche 2, 29, 30, 32, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die antiparallel geschalteten Thyristoren von der gleichen Steuergröße angesteuert werden.

34. Elektronisch gesteuerte Hilfsnhasenschaltung, nach mindestens einem der Ansprüche 2, 29, 31, -32 dadurch g ek e n n z e i c-h n e t , daß die antiparallel geschalteten Thyristoren von verschiedenen Steuergrößen angesteuert werden.

Leerseite