DE2228648B2

DE2228648B2 - Unterspannungsschützanordnung zur Überwachung der Betriebsspannung eines Asynchronmotors

Info

Publication number: DE2228648B2
Application number: DE19722228648
Authority: DE
Inventors: Frede Soenderborg Larsen; Bent Nordborg Oestergaard; Ivan Melanchton Soenderborg Pedersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1972-06-13
Filing date: 1972-06-13
Publication date: 1975-06-26
Also published as: NO133916B; NO133916C; DE2228648A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterspannungsschutzanordmung zur Überwachung der Betriebsspannung eines Asynchronmotors, die eine Einschaltung des SS Asynchronmotors bei zu geringer Betriebsspannung verhindert und bei deir dem Asynchronmotor die Betriebsspannung über einen steuerbaren Gleichrichter zuführbar ist und die eine Gleichrichtersteuerschaltung mit einem Zündimpulogeber aufweist.

Eine derartige Unterspannungsschutzanordnung ist bekannt durch die deutsche Auslegeschrift 1 809 960. Bei dieser bekannten Unterspannungsschutzanordnung trfolgt eine Phasenanschnittssteuerung der Betriebsspannung des Asynchronmotors. Diese Steuerung setzt jedoch voraus, daß die von der Betriebsspannungsquelle gelieferte Spannung stets mindestens gleich einem durch den Asynchronmotor vorgegebenem Mindestwert ist Wenn die von der Betriebsspannungsquelle gelieferte Spannung unter diesen Mindestwert sinkt, ist die Steuerung unwirksam, und der Motor wird und bleibt abgeschaltet.

Häufig tritt gerade dieser Fail auf, nämlich daß die von der Betriebsspannungsquelle, ζ. B. dem Netzgenerator, gelieferte Spannung so weit absinkt, z. B. bei hoher Belastung auf Grund des Innenwiderstands und/oder einer langen Übertragungsleitung, daß die an der unmittelbar am Ort des Verbrauchs angeordneten Regeleinrichtung verfügbare Spannung niedriger als der erforderliche Mindestwert ist. Dann ist es mit Hilfe der Phasenanschnittssteuerung nicht möglich, die Betriebsspannung auf dem gewünschten Wert zu halten. Wenn diese Spannungsabsenkung am Asynchronmotor einen Wert erreicht, bei dem dem Asynchronmotor nicht mehr die zur Oberwindung seines Anlaufdrehmoments erforderliche Betriebsspannung züge-, führt wird, läuft er nicht an, und dennoch oder gerade deshalb kann nun ständig ein Motorstrom fließen, der nahezu dem hohen Anlaufstrom entspricht und zu einer Überhitzung des Motors, gegebenenfalls einem Durchbrennen der Motorwicklungen führen kann. Die gleiche Schwierigkeit tritt auf, wenn der Motor bereits läuft und die Betriebsspannung plötzlich so stark absinkt, daß der Motor das erforderliche Betriebsdrehmoment nicht mehr aufbringt. Auch dann kann der Motor stenen bleiben und dennoch ein starker Strom fließen.

Es ist bereits bekannt (Siemens-Zeitschrift 44, 1970, S. 356 und »Taschenbuch für Elektrotechniker« von Moeller, Bd. 2, S. 288 bis 289, Verlag Teubner 1955), bei einem Einbruch der Betriebsspannung eines Motors diese abzuschalten, wenn der Motor seinen Kippschlupf überschreitet und gegen das anstehende Lastmoment nicht wieder hochlaufen kann. Hierbei wird der ein zulässiges Maximum überschreitende Spannungseinbruch von einem Grenzwertmelder registriert und über eine Zeitstufe die Motorabschaltung veranlaßt. Die Zeitstufe bewirkt, daß bei einer Spannungseinbruchdaupr, die kürzer als die in der Zeitstufe festgelegte Verzögerung ist, nicht abgeschaltet wird, da andernfalls keine selbsttätige Wiedereinschaltung erfolgt, obwohl der Spannungseinbruch nur kurzzeitig erfolgte. Wenn die Abschaltung einmal erfolgt ist, erfordert die Wiedereinschaltung daher einen Eingriff von Hand. Eine derartige Anordnung berücksichtigt ferner nicht, daß das Anfahrmoment höher als das normale Belastungsmoment sein kann, so daß die Spannung während des Betriebs unter den Anfahrspannungswert sinken dürfte, ohne daß der Motor stehen bliebe und überhitzt würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterspannungsschutzanordnung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die eine Überlastung des Asynchronmotors bei zu niedriger Betriebsspannung verhindert und selbsttätig für eine Einschaltung bei hinreichender Betriebsspannung sorgt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gleichrichtersteuerschaltung einen aus der Betriebsspannungsquelle des Asynchronmotors mit einer von der Betriebsspannung abhängigen Gleichspannung gespeisten Schwellwertschalter aufweist, der die Zuführung von Zündimpulsen des Zündimpulsgebers zum steuerbaren Gleichrichter freigibt, wenn die Spannung am Schwellwertschalter einen vorbestimmten ersten Wert überschreitet, bei dessen Erreichen die Betriebsspannung des Asynchronmotors die

erforderliche Anlaufspannung des Asynchronmotors erreicht hat, und daß der Schwellwertschalter die Zuführung der Zündimpulse unterbricht, wenn die an ihm anliegende Spannung einen zweiten, etwas unter dem ersten liegenden Wert unterschreitet.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der steuerbare Gleichrichter beim Einschalten der Betriebsspannung, um den Motor anlaufen zu lassen, so lange keine Zündimpulse erhält, wie die Betriebsspannung unter d«m oberen vorbestimmten Wert liegt, bei dem der Asynchronmotor anläuft. Infolgedessen bleibt dann auch der steuerbare Gleichrichter gesperrt, so daß am Asynchronmotor keine Spannung liegt Erst wenn die Betriebsspannung den oberen vorbestimmten Wert überschreitet, werden die Zündimpulse freigegeben, so daß der steuerbare Gleichrichter durchgesteuert und die Betriebsspannung an den Asynchronmotor gelegt wird.

Die Ausbildung des Schwellwertschalters derart, daß er die Zuführung der Zündimpulse unterbricht, wenn die an ihm anliegende Spannung einen zweiten, etwas unter dem ersten liegenden Wert unterschreitet, berücksichtigt den Fall, daß der Asynchronmotor läuft und die zur Aufrechterhaltung seines Betriebs notwendige Betriebsspannung niedriger als die Anlaufspannung ist. Wenn nämlich die Spannungsabsenkung nur so weit geht, daß nur der erste (obere) vorbestimmte Wert der Betriebsspannung unterschritten wird, wird die Spannung noch nicht unterbrochen. Erst dann, wenn die Spannung unter den zwe-ten vorbestimmten Wert absinkt, wird die Betriebsspannung vom Asynchronmotor weggenommen, so daß er anhält. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Asynchronmotor zum Antrieb des Kompressors eines Kühlaggregats verwendet wird und ein längeres Abschalten des Asynchronmotors und damit der Kühlung schädliche Folgen hat

Für die Ausbildung zweier Schwellwerte ist eine Glimmlampe besonders geeignet. Bei einer Glimmlampe liegt die Zündspannung bekanntlich höher als die Brennspannung, bei deren Unterschreiten die Glimmlampe erlischt, doch liegt die Brennspannung noch wesentlich über null Volt, so daß bei dieser oder einer proportional höheren Spannung, wenn an der Glimmlampe nur ein Teil der Motorspannung liegt, noch ein Betrieb des belasteten Asynchronmotors möglich ist.

Vorzugsweise liegt der Schwellwertschalter in einem Steuerkreis des Zündimpulsgebers, so daß er dessen Betrieb beeinflußt. Auf diese Weise wird der Zündimpulsgeber in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schwellwertschalters ein- oder ausgeschaltet. Dadurch kann der Stromverbrauch der Unterspannungsschutzanordnung im abgeschalteten Zustand des Asynchronmotors reduziert werden. Es ist aber auch möglich, den Zündimpulsgeber ständig schwingen zu lassen, und lediglich die Weiterleitung der Zündimpulse in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schwellwertschalters freizugeben oder zu sperren.

Um den Wert der Betriebsspannung zu wählen, bei dem die Abschaltung bzw. Einschaltung der Zündimpulse und damit der S> annung am Motor erfolgt, kann der Schwellwertschalter über einen Spannungsteiler an der Betriebsspannung des Asynchronmotors liegen.

Vorzugsweise ist dann dafür gesorgt, daß der Spannungsteiler einen Widerstand, eine Diode und einen Kondensator aufweist, die in Reihe geschaltet sind, und die Ausgangsspannung des Spannungsteilers am Kondensator abgegriffen wird.

Dieser RC-Spannungsteiler mit Diode ermöglicht gleichzeitig eine Gleichrichtung und Glättung der Be triebsspannung, so daß ein stark verzögertes Schalten des Schwellwertschalters in jeder Halbwelle vermieden ist.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an Hand einer schematischen Darstellung

ίο eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Unterspannungsschutzanordnung 1 liegt in Reihe mit einem Asynchronmotor 2 über emenThermostatschalter 3 an einer Betriebsspannungsquelle, die eine Wechselspannung von 220 V liefert.

Der Asynchronmotor 2 hat eine Hauptwicklung H und eine Hilfswicklung Hf mit einem vorgeschalteten PTC-Widerstand. Er treibt den Kompressor eines Kühlaggregats an und wird bei ausreichend hoher

so Betriebsspannung und zu hoher Temperatur über den Thermostatschalter 3 eingeschaltet bzw. bei zu niedriger Temperatur über den Thermostatschalter 3 ausgeschaltet. Die Unterspannungsschutzanordnung 1 dient zur

as Überwachung der Betriebsspannung des Asynchronmotors 2 und enthält als eigentliches Schaltglied einen steuerbaren Gleichrichter Q_% in Form eines Vollweg-Thyristors (auch bidirektionale Thyristortriode oder Triac genannt) in Reihe mit den parallel geschalteten Phasen des Asynchronmotors 2. Die Steuerschaltung des steuerbaren Gleichrichters Q₂ liegt hierbei ebenfalls bei geschlossenem Schalter 3 an der Betriebsspannung des Asynchronmotors 2 und liefert die Zündimpulse für den steuerbaren Gleichrichter Q_x in Abhängigkeit vom Betrag dieser Betriebsspannung. Diese Gleichrichtersteuerschaltung enthält einen Spannungsteiler in Form einer Reihenschaltung eines Widerstands A₁, einer Diode D₁ und eines Kondensators C₁, die gleichzeitig eine Einweggleichrichtung und Glättung der gleichgerichteten Spannung bewirken. Die Spannung des Kondensators C₁ wird sowohl dem Steuerkreis R₂, G₁, C₄ als auch den Basen einer Doppelbasisdiode Q_x über Vorwiderstärde A₃, Λ₄ und einen Ausgangswiderstand A₆ zugeführt. An der aus dem Vorwider-

♦5 stand A₄, der Doppelbasisdiode Q₁ und dem Ausgangswiderstand A₈ gebildeten Reihenschaltung liegt ferner ein Kondensator C₂, der eine weitere Glättung der über die Diode D₁ gleichgerichteten Spannung bewirkt. Parallel zum steuerbaren Gleichrichter Q₂ liegt eine aus einem Kondensator C₃ und einem Widerstand A₆ gebildete Reihenschaltung.

Im folgenden wird die Funktion der Unterspannungsschutzanordnung 1 bei geschlossenem Schalter 3 betrachtet.

Wenn die Spannung am Kondensator C₁ höher als die Zündspannung der Glimmlampe G₁ ist, brennt die Glimmlampe G₁. Bei brennender Glimmlampe G₁ lädt sich der Kondensator C₄ über den Widerstand R₂ und die Glimmlampe G₁ bis zur Kippspannung der Doppel-

basisdiode Q₁ auf. Wenn die Kippspannung erreicht ist, entlädt sich der Kondensator C₄ über den Emitter der Doppelbasisdiode und den Ausgangswiderstand R₆. Der dabei am Ausgangswiderstand A₅ auftretende Spannungsimpuls zündet den steuerbaren Gleich-

richter Q₂. Nach dem Entladen des Kondensators C₄ unterbricht die Doppelbasisdiode Q_x den Entladekreis des Kondensators C₄, so daß er sich erneut auflädt. Wenn die Spannung am Kondensator C₄ die Kipp-

spannung der Doppelbasisdiode Q₁ erneut überschreitet, entlädt er sich wieder über den Ausgangswiderstand R₅. Dieses Spiel wiederholt sich so lange, wie die Glimmlampe G₁ brennt.

Wenn die Betriebsspannung des Asynchronmotors so weit absinkt, daß die Spannung an der Glimmlampe G₁ deren Brennspannung unterschreitet, erlischt die Glimmlampe G₁, so daß sich der Kondensator C₄ nicht erneut aufladen kann. Die Impulse des die Doppelbasisdiode Q₁ enthaltenden Zündimpulsgebers werden mithin unterbrochen, so daß auch der steuerbare Gleichrichter Q_t nach dem nächsten Nulldurchgang der an seinen Hauptanschlüssen liegenden Spannung nicht wieder erneut gezündet wird. Infolgedessen ist die 2[ufuhr der Betriebsspannung zum Asynchron- »5 motor 2 über den steuerbaren Gleichrichter Q₂ unterbrochen. Erst wenn die Betriebsspannung wieder so weit angestiegen ist, daß die Spannung an der Glimmlampe G₁ deren Zündspannung überschreitet, setzen die Zündimpulse des Zündimpulsgebers wieder ein, so ^ao daß der steuerbare Gleichrichter Q₂ wieder leitend wird.

Durch entsprechende Wahl des Widerstands R₁ und des Kondensators C₁ läßt sich deren Spannungsteilerverhältnis so wählen, daß die Zündung der Glimm- »5 lampe G₁ erst dann erfolgt, wenn die Betriebsspannung den zum Anlaufen des Asynchronmotors 2 erforderlichen Spannungswert überschreitet. Dadurch wird vermieden, daß der Asynchronmotor 2 bei zu niedriger Betriebsspannung nicht anläuft, aber dennoch ein verhältnismäßig hoher Strom durch den Motor fließt.

Bei laufendem Asynchronmotor 2 kann die Betriebsspannung dagegen unter die Anlaufspannung sinken, ohne daß der Motor stehenbleibt, wenn das Belastungsdrehmoment niedriger als das Anlaufdreh-

moment des Asynchronmotors 2 ist. Da die Brennspannung der Glimmlampe G₁ etwas niedriger als deren Zündspannung liegt, wird die Betriebsspannung auch erst dann unterbrochen, wenn sie bei laufendem Asynchronmotor 2 so weit abgesunken ist, daß die Spannung an der Glimmlampe G₁ die Brennspannung unterschreitet. Dies ergibt eine bessere Ausnutzung des bei laufendem Asynchronmotor größeren Toleranzbereichs der Betriebsspannung.

Der Thermostatschalter 3 liegt vorzugsweise, wie dargestellt, vor dem Asynchronmotor 2 und vor der Unterspannungsschutzanordnung 1, so daß beim Einschalten des Thermostatschalters 3 nicht sofort der volle Anlaufstrom des Asynchronmotors 2 über den Schalter 3 fließt, da der steuerbare Gleichrichter Q₂ im Schaltaugenblick des Thermostatschalters 3 noch gesperrt ist und erst nach einer durch die Aufladung der Kondensatoren der Gleichrichtersteuerschaltung, insbesondere des Kondensators C₁, bedingten Verzögerung leitend wird.

Die Bauelemente der Schaltanordnung 1 haben in einem Ausführungsbeispiel folgende Daten

R₁	27 k Ohm	1/3W
R_t	22 k Ohm	1/3W
R$	39 k Ohm	1/3W
/?₄, R₅, R	_β 100 Ohm	1/3W
C₁	6,4 μΡ	150V
Q	10 μΡ	5OV
	0,1 μΡ	250V
el	22 nF	630V
D₁	EM 513
öl	2Ν4871
	40 669
G?	5OVoIt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

22 Patentansprüche:

1. Unterspannungsschutzanordnung zur Oberwachung der Betriebsspannung eines Asynchron- s motors, die eine Einschaltung des Asynchronmotors bei zu geringer Betriebsspannung verhindert und bei der dem Asynchronmotor die Betriebsspannung über einen steuerbaren Gleichrichter zuführbar ist und die eine Gleichrichtersteuer-Schaltung mit einem Zündimpulsgeber aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtersteuerschaltung einen aus der Betriebsspannungsquelle des Asynchronmotors (2) mit einer von der Betriebsspannung abhängigen Gleichspannung gespeisten Schwellwertschalter (G₁) aufweist, der die Zuführung von Zündimpulsen des Zündimpulsgebers zum steuerbaren Gleichrichter (C₂) freigibt, wenn die Spannung am Schwellwertschalter (G₁) einen vorbestimmten ersten Wert ao überschreitet, bei dessen Erreichen die Betriebsspannung des Asynchronmotors (2) die erforderliche Anlaufspannung des Asynchronmotors (2) erreicht hat, und daß der Schwellwertschalter (G₁) die Zuführung der Zündimpulse unterbricht, wenn »5 die an ihm anliegende Spannung einen zweiten, etwas unter dem ersten liegenden Wert unterschreitet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter eine 3» Glimmlampe (G₁) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter in einem Steuerkreis (A₂, G₁, C₄) des Zündimpulsgebeirs liegt und den Betrieb des Zündimpulsgebers beeinflußt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (G₁) über einen Spannungsteiler (A₁, D₁, C₁) an der Betriebsspannung des Asynchronmotors liegt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler einen Widerstand (A₁), eine Diode (D₁) und einen Kondensator (C₁) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, *5 und die Ausgangsspannung des Spannungsteilers an» Kondensator (C₁) abgegriffen wird.