DE2228648C3 - Unterspannungsschützanordnung zur Überwachung der Betriebsspannung eines Asynchronmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterspannungsschutzanordnung zur Überwaciiung der Betriebsspannung . _ ~
eines Asynchronmotors, die eine Einschaltung des 55 wähnten Art anzugeben, die eine Überlastung des Asynchronmotors bei zu geringer Betriebsspannung Asynchronmotors bei zu niedriger Betriebsspannir.ig verhindert und bei der dem Asynchronmotor die Betriebsspannung über einen steuerbaren Gleichrichter
zuführbar ist und die eine Gleichrichtersteuerschaltung
mit einem Zündimpulsgeber aufweist.

Eine derartige Unterspannungsschutzanordnung ist

bekannt durch die deutsche Auslegeschrift 1 809 960. mit einer von der Betriebsspannung abhängigen Bei dieser bekannten UnterspannungsschiiUanordnung Gleichspannung gespeisten Schwellwertschalter auferfolgt eine Phasenanschnittssteuerung der Betriebs- , weist, der die Zuführung von Zündimpulsen des Zündspannung des Asynchronmotors. Diese Steuerung setzt ''⁵ impulsgeber zum steuerbaren Gleichrichter freigibt, jedoch voraus, daß die von der Betriebsspannungs- wenn die Spannung am Schwellwertschalter einen vorquelle gelieferte Spannung stets mindestens gleich bestimmten ersten Wert überschreitet, bei dessen Erreieinem durch den Asynchronmotor vorgegebenem Min- chen die Betriebsspannung des Asynchronmotors die

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

erforderliche Aniaufspannung 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, εο lange keine Zündimpulse erhält, wie die Betriebsspannung unter dem oberen vorbestimmten Wert liegt, bei dem der Asynchronmotor anläuft. Infolgedessen bleibt dann auch der steuerbare Gleichrichter gesperrt, so daß am Asynchronmotor kerne 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 Schwellwertschaiters 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 zweiten 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 'ingeres Abscha'ten 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 Stcuerkreis des Zündimpulsgebers, so daß er dessen Betrieb beeinflußt. Auf diese Weise wird der Zündimpulsgeber in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schwellwertschaiters ein- oder ausgeschaltet. Dadurch kann der Stromverbrauch der Unterspannungsschutzanordnung im abgeschalteten Zustand des Asynchronmotors reduziert werden. Es ist abnr auch möglich, den Zündimpulsgeber ständig schwingen zu lassen, und lediglich die Weiterleitung der Zündimpulse in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Schwellwertschaiters freizugeben oder zu sperren.

Um den Wert der Betriebsspannung zu wählen, bei dem die Abschaltung bzw. Einschaltung, der Zündimpulse und damit der Spannung 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 ties Spannungsteilers am Kondensator abgegriffen wird.

Dieser RC-Spannungsteiler mit Diode ermöglicht

gleichzeitig eine Gleichrichtung und Glättung der Betriebsspannung, so daß ein stark verzögertes Schalten des Schwellwertschalters in jeder Halbweiie 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 einen Thermostatschalter 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 Kühlaggregais an und wird bei ausreichend hoher

ίο 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 Überwachung der Betriebsspannung des Asynchronmotors 2 und enthält als eigentliches Schaltglied einen steuerbaren Gleichrichter Q₂ 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 Q₂ in Abhängigkeit vom Betrag dieser Petriebsspannung. Diese Gleichrichtersteuerschaltung enthält einen Spannungsteiler in Form einer Reihenschaltung eines Widerstands R₁, 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, C₁ als auch den Basen einer Doppelbasisdiode Q₁ über Vorwiderstände R₃, /?₄ und einen Ausgangswiderstand R_b zugeführt. An der aus dem Vorwiderstand Λ₄, der Doppelbasisdiode Q₁ und dem Ausgangswiderstand R_b gebildeten Reihenschaltung liegt ferner ein Kondensator C₂, der eine weitere Glättung der über die Diode D₁ gleichgerich'.eten Spannung bewirkt. Parallel zum steuerbaren Gleichrichter Q₂ liegt eine aus einem Kondensator C₃ und einem Widerstand R₆ 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 C₁ ist, brennt die Glimmlampe G₁. Bei brennender Glimmlampe C₁ lädt sich der Kondensator C₁ über den Widerstand R₂ und die Glimmlampe C₁ bis zur Kippspannung der Doppelbasisdiode Q₁ auf. Wenn die Kippspannung erreicht ist, entlädt sich der Kondensator C₄ über den Emitter der Doppelbasisdiode und den Ausgangswiderstand A?_s. Der dabei am Ausgangswiderstand Λ₅ auftretende Spannungsimpuls zündet den steuerbaren Gleichrichter Q₂. Nach dem Entladen des Kondensators C₄ unterbricht die Doppelbasisdiode Q₁ 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 R_h. Dieses Spiel wiederholt sich so lange, wie die Glimmlampe C₁ brennt.

Wenn die Betriebsspannung des Asynchronmotors so weit absinkt, daß die Spannung an der Glimmlampe C₁ deren Brennspannung unterschreitet, erlischt die Glimmlampe G₁, so daß sich der Kondensator C₁ nicht erneut aufladen kann. Die Impulse des die Doppelbasisdiode Q₁ enthaltenden Zündimpulsgebers werden mithin unterbrochen, so daß auch der steuerbare Gleichrichter Q₂ nach dem nächsten Nulldurchgang der an seinen Hauptanschlüssen liegenden Spannung nicht wieder erneut gezündet wird. Infolgedessen ist die Zufuhr der Betriebsspannung zum Asynchronmotor 2 über den steuerbaren Gleichrichter Q₂ unterbrochen. Erst wenn die Betriebsspannung wieder so weit angestiegen ist, daß die Spannung an der Glimmlampe C₁ deren Zündspannung überschreitet, setzen die Zündimpulse des Zündimpulsgebers wieder ein, so 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 Glimmlampe 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 Anlaufdrehmoment 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.

ίο 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 Thermostatschalter 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

Ä,

C₁
C₂
C₃
C₁

ei

Qz

27 k Ohm	1/3 W
22 k Ohm	1/3 W
39 k Ohm	1/3 W
100 Ohm	1/3 W
6,4 μΡ	150 V
10 μΡ	50 V
0,1 μΡ	25OV
22 nF	630 V
EM 513
2N 4871
40 669
50 Volt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: destwert ist. Wenn die von der Betriebsspannungsquelle gelieferte Spannung unter diesen Mir.destwert sinkt, ist die Steuerung unwirksam, und der Motor wird und bieibi abgeschaitei. Häufig tritt gerade dieser Fall 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 hai

1. Unterspannungsschutzanordnung zur Überwachung der Betriebsspannung eines Asynchronmotors, 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 Gleichrichtersteuerschaltung mit einem Zündimpulsgeber aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Gleichrichtersteuerschaltung einen aus der Betriebsspannungsquelle des Asynchronmotors (2) Bepg

mit einer von der Betriebsspannung abhängigen 15 ten. Wenn diese Spannungsabsenkung am Asynchron-Gleichspannunggespeisten Schwellwertschalter (C₁) motor einen Wert erreicht, bei dem dem Asynchronaufweist, der die Zuführung von Zündimpulsen des motor nicht mehr die zur Überwindung seines Anlauf-Zündimpulsgebers zum steuerbaren Gleichrichter drehmoments erforderliche Betriebsspannung züge-. (Q,) freigibt, wenn die Spannung am Schwellwert- führt wird, läuft er nicht an_? und dennoch oder gerade schalter (C₁) einen vorbestimmten ersten Wert« deshalb kann nun ständig ein Vlotorstrom fließen, der überschreitet, bei dessen Erreichen die Betriebs- nahezu dem hohen Anlaufstrom entspricht und zu spannung des Asynchronmotors (2) die erforder- einer Überhitzung des Motors, gegebenenfalls einem liehe Anlaufspannung des Asynchronmotors (2) Durchbrennen der Motorwicklungen führen kann. Die erreicht hat, und daß der Schwellwertschalter (C₁) gleiche Schwierigkeit tritt auf, wenn der Motor bereits die Zuführung der Zündinipulse unterbricht, wenn »5 läuft und die Betriebsspannung plötzlich so stark abdie an ihm anliegende Spannung einen zweiten, sinki, daß der Motor das erforderliche Betriebsdrehetwas unter dem ersten liegenden Wert unterschreitet.

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

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter in
einem Sleuerkreis (R₂, C₁, C₁) des Zündimpulsgebers liegt und den Betrieb Cies Zündimpulsgebers 35 schlupf überschreitet und gegen das anstehende Lastbeeinflußt. moment nicht wieder hochlaufen kann. Hierbei wird

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ein zulässiges Maximum überschreitende Spandadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert- nungseinbruch von einem Grenzwertmelder registriert SClIaItCr(C₁) über einen Spannungsteiler (R₁, D₁, C₁) und über eine Zeitstufe die Motorabschaltung veranan der Betriebsspannung des Asynchronmotors *° laßt. Die Zeitstufe bewirkt, daß bei einer Spannungsliegt. einbruchdauer, die kürzer als die in der Zeilstufe

festgelegte Verzögerung ist, nicht abgeschaltet wird, da andernfalls keine selbsttätige Wiedereinschaltung erfolgt, obwohl der Spannungseinbruch nur kurzzeitig

sator (C₁) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, 45 erfolgte. Wenn die Abschaltung einmal erfolgt ist, und die Ausgangsspannung des Spannungsteilers 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 Motcr stehen bliebe und überhitzt würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterspannungsschutzanordnung der eingangs er-

moment nicht mehr aufbringt. Auch dann kann der Motor stehen 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 Kipp-

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler einen Widerstand (R₁), eine Diode (D₁) und einen Konden-

am Kondensator (C₁) abgegriffen wird.