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Anordnung zum Betreiben eines Asynchronmotors Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zum Betreiben eines aus dem Wechsel stromnetz über bidirektional
steuerbare Stromrichter gespeisten Asynchronmotors mit verschiedenen Drehzahlen,
insbesondere für Waschmaschinenantriebe.
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Der Antrieb für vollautomatische Waschmaschinen soll mindestens zwei
Drehzahlstufen aufweisen. Zum Waschen wird die Waschtrommel im Bottich mit einer
Drehzahl von 50 U/min abwechselnd rechts oder links drehend bewegt. Zum Schleudern
der Wäsche wird eine bedeutend höhere Drehzahl benötigt.
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Für qualitativ hochwertige Waschautomaten wird eine Schleuderdrehzahl
von ungefähr 600 bis 800 U/min angestrebt. In jüngerer Zeit werden bei Waschvollautomaten
auch Zwischendrehzahlen der Trommel angestrebt, die für das Schonschleudern und
Vorschleudern benötigt werden.
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Am gebräuchlichsten für den Antrieb von Waschmaschinen ist der polumschaltbare
Motor, der zwei Wicklungssysteme mit verschiedener Polzahl aufweist. Das hochpolige
Wicklungssystem dient zum Waschen und das niederpolige zum Schleudern.
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In der Regel ist die Wicklung für die höhere Dnifflahlstufe zweipolig,
denn das Bauvolumen eines Motors ist bei gegebener
leistung um so
kleiner, je höher die Drehzahl ist. Für die niedrige Drehzahl stufe ist daher eine
Wicklung höherer Polzahl erforderlich. Bei der Konstruktion von Waschmaschinenmotoren
ist man bestrebt, ein möglichst großes Verhältnis zwischen Schleuder- und Waschdr+zahl
zu erzielen. Durch geeignete Untersetzung mittels eines Riementriebes wird die Waschdrehzahl
auf etwa 50 U/min festgelegt. Zur Erzielung einer genügend hohen Umdrehungszahl
für das Schleudern ist dann beispielsweise eine 24-polige Wicklung notwendig. Dies
entspricht einer Drehzahl der Trommel bei gleichem Riemenantrieb von 800 U/min.
Solch ein Motor mit einer 24-pDligen Wicklung hat ein beträchtliches Bauvolumen
und ein unverhältnismäßig großes Gewicht, so daM er für den Einsatz in Waschvollautomaten
nicht geeignet erscheint. Zudem bedeutet die hohe Polzahl einen nicht unerheblichen
Mehraufwand in der Fertigung.
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Ferner ist es bekannt, zur Steuerung der Drehzahl von Asynchronmaschinen
die Primärfrequenz zu verändern. Von den Verfahren zur Steuerung der Drehzahl über
eine Veränderung der Primärfrequenz ist insbesondere das Unterschwingungsverfahren
bekannt geworden.
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Um die an einen Waschmaschinenmotor gestellten Anforderungen hinsichtlich
des Drehzahlbereiches erfüllen zu können, ist ein beträchtlicher Schaltungsaufwand
notwendig. So ist es beispielsweise bekannt, mittels einer geeigneten Schaltung
die von einem Frequenzgenerator hoher Frequenz erzeugten Impulse gleichzurichten
und zu Impulsgruppen zusammenzufassen.
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Durch Variation der Impulsgruppengröße kann die Primärfrequenz variiert
werden.
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Aus der DT-OS 2 110 796 ist eine Schaltungsanordnung zur Speisung
eines Einphasen-Wechselstromasynchronmotors bekannt geworden, bei der der Motor
zwei Wicklungssysteme aufweist und dessen Drehzahl durch eine Frequenz festgelegt
ist, die mittels eines Frequenzuntersetzers aus der Netzfrequenz gewonnen wird oder
die die Netzfrequenz selbst ist.
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Die beiden Wicklungssysteme sind zueinander parallel geschaltet und
in jeder der beiden Wicklungszuleitungen sind Schaltelemente angeordnet, die ein
Verschieben des Phasenwinkels, was vor allem für den Selbstanlauf notwendig ist,
ermöglichen. Die Frequenzuntersetzung gestattet es, den Asynchronmotor unabhängig
von der Netzfrequenz zu betreiben.
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Ferner ist eine Umschaltvorrichtung vorgesehen, durch die der Motor
wahlweise mit der Netzfrequenz oder mit' der untersetzten Frequenz betrieben werden
kann. Diese Maßnahmen sollen den üblicherweise bei Asynchronmotoren benötigten Phasenschieberkondensator
ersetzen und den Motor unabhängig von der Frequenz der Speisespannung werden lassen.
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Weiterhin ist es bekannt geworden (DT-OS 1 965 085) als Antriebsmotor
für eine Waschmaschine einen polumschaltbaren Induktionsmotor zu verwenden, bei
dem sich durch Spannungsregelung verschiedene Drehzahlzwischenstufen einstellen
lassen.
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Das Einstellen von Zwischendrehzahlen durch Spannungsregelung bedingt
einen nicht unerheblichen Aufwand. So ist ein Tachometer-Generator erforderlich,
dessen Spannung als Istwert
dient, die über einen Vorverstärker
verstärkt mit einer Konstantspannung verglichen wird. Die Spannungsdifferenz wird
einem Umsetzer zugeführt, der in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz den Leistungsteil
der Steuereinrichtung beeinflußt. Aufgrund der verwendeten Phasenanschnittsteuerung
werden zudem zur HF-Entstörung Entstörmittel benötigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Beibehaltung der
Vorzüge der polumschaltbaren Asynchronmotoren ein Antriebssystem, insbesondere für
Waschmaschinen, zu entwickeln, bei dem die Einstellung von Zwischendrehzahlbereichen
möglich ist, bei dem Funkentstörglieder möglichst vermieden werden und bei dem eine
Einrichtung zum Schnellabbremsen des Motors vorgesehen ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung für einen eingangs beschriebenen
Asynchronmotor dadurch gelöst, daß ein rolumschaltbarer Motor vorgesehen ist und
daß in der Steusrleitung des Stromrichters eine Impulsstufe angeordnet ist, die
entweder von dem Wechselstromnetz allein oder von einem netzgeführten Frequenzumsetzer
steuerbar ist.
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Eine derartige Drehzahlanordnung hat den Vorteil, daß zwei in verhältnismäßig
einfacher Bauweise erreichbare Drehzahlbereiche durch das Umschalten der Pole einstellbar
sind, und daß durch den Frequenzumsetzer der Drehzahlbereich erweitert werden kann.
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Als sehr zweckmäßig hat es sich erwiesen, einen Motor zu verwenden,
der ein zwei- und ein zwölfpoliges Wicklungssystem hat und diese mit einem einfachen
geführten Frequenzuntersetzer zu kombinieren. Mit dem Frequenzuntersetzer, der die
Netzfrequenz von 50 Hz auf 25 Hz erniedrigt, kann der Drehzahlbereich verdoppelt
werden und zwar von 50 Hz auf 100 Hz bei dem zwölfpoligen und von 400 Hz auf 800
Hz bei dem zweipoligen Wicklungssystem.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Frequenzuntersetzer
nach Art eines bistabilen Multivibrators aufzubauen, wobei der Frequenzuntersetzer
nach zwei aufeinanderfolgenden Netzspannungshalbwellen die darauffolgenden beiden
Halbwellen sperrt.
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Diese Ausführung des Frequenzuntersetzers hat den Vorteil, daß der
bidirektional steuerbare Stromrichter immer im Nulldurchgang der Netzspannung geschaltet
werden kann, wodurch Entstörmittel entfallen.
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Weiterhin wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, parallel zu jeder
der beiden Antriebswicklungen eine Hilfswicklung zu schalten, die den Motoranlauf
einerseits verbessert und die andererseits zur Motorschnellbremsung dient, indem
der vorgeschaltete Phasenschieberkondensator überbrückt und eine Gleichspannung
angelegt wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der beigefügten Figur
erläutert werden, die ein bevorzugtes Beispiel der Erfindung widergibt.
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Über die Anschlüsse I und II ist der Motor M mit einem Netz fester
Frequenz und konstanter Spannung verbunden. In Reihe mit dem Motor ist ein bidirektional
steuerbarer Stromrichter
(Triac) geschaltet. Durch diesen Stromrichter
P6 werden die Stromflußphasen des Motors 14 gesteuert.
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Gezündet wird der Stromrichter P6 über die Impulsstufe, die aus dem
Kondensator K6, dem Widerstand R3/R4 und der Triggerdiode N10 besteht. Diese Impulsstufe
arbeitet in Abhängigkeit von der Netzfrequenz von 50 Hz, sofern zwischen dem Kondensator
K6 und dem Widerstand R3/R4 einerseits und der Triggerdiode N10 andererseits keine
weiteren elektrischen Bauelemente angeschaltet sind. Die Imnulsstufe ist so ausgelegt,
daß der Stromrichter P6 während der Spannungsnulldurchgänge gezündet wird.
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Als Schutzschaltung für den Stromrichter P6 kann die Reihenschaltung
eines Kondensators und eines Widerstandes verwendet werden, die parallel zu dem
Stromrichter geschaltet wird.
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Um gemäß der Erfindung die Möglichkeit zu erhalten, mit einer anderen
als der Netzfrequenz zu arbeiten, ist in der Schaltungsanordnung ein Frequenzteiler
vorgesehen.
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Dieser Frequenzteiler, der an sich bekannt ist, baut sich aus den
Bauelementen P1, P2, N8, Ng, R6, R7, R8, Rg, R10, R11, K4, K5 auf. Dieser Frequenzteiler
ist nach Art eines bistabilen Multivibrators aufgebaut und setzt die Netzfrequenz
von 50 Hz auf 25 Hz herab. Als Stromversorgungsteil für diesen Frequenzteiler und
eine dem Frequenzteiler nachgeschaltete Schalt stufe dient das Netzwerk, das aus
den Dioden N1, N5, N6, N7 und den Kondensatoren K1, K2, K3 aufgebaut ist. Die Diode
N1 ist eine Referenzspannungsdiode. Der Widerstand R1/R2 im Eingang des Stromversorgungsteiles
dient zur Strombegrenzung.
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Zwischen dem Frequenzteiler und der Impuls stufe ist eine Schaltstufe
geschaltet, mittels der die Spannung an der Triggerdiode N10 entweder über das Netzwerk,
bestehend aus dem Widerstand R16, der Diode N3 und dem Transistor P3 oder über das
Netzwerk, bestehend aus dem Widerstand R17, der Diode N4 und dem Transistor P5,
abgeleitet werden kann.
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Die Bauelemente der beiden genannten Netzwerke sind in der genannten
Reihenfolge hintereinander geschaltet, wobei der Emitter der Transistoren jeweils
mit der Nullschiene II und der freie Anschluß der beiden Widerstände R16 und R18
mit der Triggerdiode N10 und dem Kondensator K6 verbunden sind.
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Zwischen der Schalt stufe und dem Frequenzteiler ist ein Schalter
S1 mit den Kontakten 1, 2, 3 vorgesehen. Ist der Schalter mit dem Kontakt 3 verbunden,
so hat der Frequenz teiler keinen Einfluß auf die Impulsstufe. Der Stromrichter
wird mit der Netzfrequenz gezündet. Ist der Schalter mit dem Kontakt 2 verbunden,
so wird der Stromrichter P6 mit einer Frequenz von 25 Hz gezündet. Der Kontakt 1
des Schalters S1 dient dazu, die Schalt stufe elektronisch abzuschalten.
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Wie der Figur zu entnehmen ist, hat der Motor für jedes der beiden
Wicklungssysteme noch eine Hilfswicklung Hw. Aufgabe der Hilfswicklung Hw ist es,
einerseits den Hochlauf des Motors über den Kondensator K7 zu ermöglichen. Zu diesem
Zweck ist die Hilfswicklung Hw über den Schalter S3 und den Kontakt 6 mit dem Kondensator
E7 verbunden. Andererseits soll die Hilfswicklung Hw die durch die Betriebswicklung
schon gegebene Bremswirkung noch unterstützen. Eine schnelle Bremsung wird erreicht,
indem der Schalter S3 mit
dem Kontakt 5 verbunden wird und der Transistor
P5 in der Schaltstufe mittels des Schalters S2 überbrückt wird. Durch diese Überbrückung
des Transistors PS mit dem Schalter S wird über den Widerstand R17 und die Diode
4 die Spannung in den Halbwellen einer Polarität von der Triggerdiode abgeleitet,
so daß der Stromrichter P6 in diesen Perioden nicht gezündet wird. In den Halbwellen
der anderen Polarität verhindert die Diode N4 die Ableitung der Spannung, so daß
der Stromrichter P6 über die Triggerdiode gezündet wird. Dies bedeutet, daß durch
die Motorwicklungen ein Gleichstrom fließt, der ein großes Bremsmoment im Motor
erzeugt.
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7 Patentansprüche