DE2311018B2 - Anordnung zur speisung eines einphasen- wechselstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Speisung ™« an pin Wechselstromnetz über ein bidirektional steuerbares Ventil angeschlossenen Finphasen-Wechselstrommotors mit Spannungen unterschiedlicher Frequenz, mit einem von der Netzspannung synchronsierten Frequenzuntersetzer, abhängig von dessen Ausgangssignal Zündimpulse der Steuerleitung des steuerbaren Ventils zugeführt sind, insbesondere für Waschmaschinenantriebe.

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. 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 Vorschieudern benötigt werden.

Am gebräuchlichsten für den Antrieb von Waschmaschinen ist der polumschaltbar Motor, der zwei Wicklungssysteme mit verschiedener Polzahl aufweist. Das hochpolige Wicklungssystem dient zum Waschen und das niederpolige zum Schleudern.

In der kegel ist die Wicklung für die höhere Drehzahlstufe zweipolig, denn das Bauvolumen eines Motors ist bei gegebener Leistung um so kleiner, je höher die Drehzahl ist. Für die niedrige Drehzahlstufe ist daher eine Wicklung höherer Polzahl erforderlich.

Bei der Konstruktion von Waschmaschinenmotoren ist man bestrebt, ein möglichst großes Verhältnis zwischen Schleuder- und Waschdrehzahl 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 600 U/ min. Solch ein Motor mit einer 24-poligen Wicklung hat ein beträchtliches Bauvolumen und ein unverhältnismäßig großes Gewicht, so daß er für den Einsatz in Waschvollautomaten nicht geeignet erscheint. Zudem bedeutet die hohe Polzahl einen nicht unerheblichen Mehraufwand in der Fertigung.

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.

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. Durch Variation der Impulsgruppengröße kann die Primärfrequenz variiert werden.

Aus der DT-OS 21 10 796 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Einphasen-Wechselstrommotors mit zwei den Rotor antreibenden Wicklungen, deren Speisespannungen gegeneinander phasenverschoben sind, mit verschiedenen Frequenzen bekannt, bei der jede der beiden Wicklungen über je einen bipolaren steuerbaren Schalter an die Speisespannung anschaltbar ist, und bei der diesen Schaltern eine Steueranordnung zugeordnet ist, die aus der Netzspan-

nung zwei phasenverschobene, impulsförmige Steuerspainiungen erzeugt Die Steueranordnung enthält einen von der Netzfrequenz synchronisierten Frequenzuntersetzer welcher eine gegenüber der Netzfrequenz herabgesetzte Frequenz für den Motor liefert.

Eine solche Steueranordnung ist ebenfalls sehr aufwendig.

Aus der DT-AS 14 63 376 ist es bekannt, zur Drehzahleinstell'.'Jig eines Drehstrom-Asynchronmotors den Motor polumschaltbar auszubilden und die hochpolige Motorwicklung aus einem Frequenzumformer, dessen Frequenz bis '; : 40 stufenlos einstellbar ist, und die niederpolige Motorwicklung entweder mit einer gleichbleibend hohen Frequenz aus dem Frequenzumformer oder aus dem normalen Wechselstromnetz zu speisen. Die Frequenzumformung wird entweder mit einem rotierenden oder mit einem ruhenden Umformer vorgenommen; bevorzugt ist ein Aynrhronfrequenzumformer verwendet, dessen Antriebsmotor zur Erhöhung der Drehzahlsteifigkeit des po'.umschaitbaren Asynchronmotors ein Reluktanz- oder synchronisierter Asynchronmotor ist.

Hierbei ist die Steueranordnung zwar einfacher ausgebildet, jedoch muß die gesamte Leistung zur Speisung des Motors über den Frequenzumformer laufen. Der Frequenzumformer muß deshalb dieser Leistung entsprechend konzipiert und aufgebaut sein-, er ist also technisch aufwendig und dementsprechend teueausgebildet.

Weiterhin ist es bekannt geworden (DT-OS 19 65 085), als Antriebsmotor für eine Waschmaschine einen polumschaltbaren Induktionsmotor zu verwenden, bei dem sich durch Spannungssteuerung verschiedene Drehzahlzwischenstufen einstellen lassen.

Das Einstellen von Zwischendrehzahlen durch Spannungssteuerung bedingt einen nicht unerheblichen Aufwand. So ist ein Tachometer-Generator erforderlich, dessen Spannung als Drehzahlistwert 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.

Aus der Literaturstelle Kessler, Digitale Signalverarbeitung in der Regelungstechnik, 1962, S. 36, ist es bekannt, daß eine bistabile Kippstufe, entsprechend geschaltet, als Frequenzuntersetzer arbeitet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Beibehaltung der Vorzüge der polumschaltbaren Einphasen-Wechselstrommotoren ein Antriebssystem, insbesondere für Waschmaschinen, mit möglichst geringem technischen Aufwand, zu entwickeln, bei dem die Einstellung von Zwischendrehzahlbereichen mög-Hch ist und bei dem Funkentstörglieder möglichst vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für einen eingangs beschriebenen Einphasen-Wechselstrommotor dadurch gelöst, daß in der Steuerleitung des Ventils eine von beiden Netzhalbwellen angesteuerte, die Zündimpulse liefernde Impulsst.ufe angeordnet ist, daß der Frequenzuntersetzer ein bistabiler, von Netzhalbwellen einer Polarität angesteuerter Multivibrator ist, dessen eines Ausgangssignal eine Schaltstufe steuert, durch welche die Zündimpulse während des einen Kippzustandes des Multivibrators über Ableitungsstrek-Wpn unwirksam eemacht sind, und daß der Motor polumschaltbar ist.

Eine derartige Drehzahlanordnung hat den Vorteil, daß sie eine sehr einfache und unkomplizierte Steuerungsanordnung aufweist: Erreichbare Drehzahlbereiche Drehzahlbereiche sind in einfacher Weise durch das Umschalten der Pole einstellbar; der Frequenzuntersetzer im Zusammenwirken mit der Impulsstufe ermöglicht eine technisch völlig unkomplizierte Erweiterung des Drehzahlbereiches, wobei immer im Nulldurchgang der Netzspannung geschaltet werden kann, so daß Funkentstörglieder bei einer solchen Anordnung nicht notwendig sind.

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 U/min auf 100 U/min bei dem zwölfpoligen und von 300 U/min auf 600 U/min bei dem zweipoligen Wicklungssystem

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Impulsstufe aus einer aus einem Kondensator und einem Widerstand gebildeten Parallelschaltung sowie einer dazu in Reihe geschalteten, bidirektional leitenden Triggerdiode zu bilden, und die Ableitstrecken in der Schaltstufe zwischen die Parallelschaltung und die Triggerdiode zu schalten.

Mit einer solchen Anordnung ist es je nach der gewünschten Art der Steuerung in sehr einfacher Weise möglich, entweder alle von der Impulsstufe gelieferten Impulse über die bidirektional leitende Triggerdiode in die Steuerleitung des Ventils zu führen, oder die Impulse der Impulsstufe während zweier Halbwellen abzuleiten und während der nachfolgenden zwei Halbwelten in die Steuerleitung des Ventils zu führen, oder aber alle von der Impulsstufe gelieferten Impulse über die Ableitstrecken abzuleiten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der Figur erläutert werden, die ein bevorzugtes Beispiel der Erfindung wiedergibt.

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 steuerbares Ventil Ρβ (Triac) geschaltet. Durch dieses Ventil Pt, werden die Stromflußphasen des Motors M gesteuert.

Gezündet wird das Ventil Pb über die Impulsstufe, die aus dem Kondensator /Q,, dem Widerstand RURa und der Triggerdiode /Vi₀ besteht. Diese Impulsstufe arbeitet in Abhängigkeit von der Netzfrequenz von 50 Hz, sofern zwischen dem Kondensator Ke und dem Widerstand R^IRa einerseits und der Triggerdiode N10 andererseits keine weiteren elektrischen Bauelemente angeschaltet sind. Die Impulsstufe ist so ausgelegt, daß das Ventil P₆ während der Spannungsnulldurchgänge gezündet wird.

Als Schutzschaltung für das Ventil P₆ kann die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes verwendet werden, die parallel zu dem Stromrichter geschaltet wird.

Um gemäß der Erfindung die Möglichkeit zu erhalten, mit einer anderen als der Netzfrequenz zu arbeiten, ist in der Schaltungsanordnung ein Frequenzteiler vorgesehen. Dieser Frequenzteiler, der an sich bekannt ist, baut sich aus den Hauelementen Pi, P2, /V₈ /V9, Re, Ä7, Rs, R₉, Rio, Ru, Ka, Ki, 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 Schaltstufe dient das Netzwerk, das aus den Dioden N_h N₅, N₆, N₇ und den Kondensatoren K\, K₂, K₃ aufgebaut ist. Die Diode Ni ist eine Referenzspannungsdiode. Der Widerstand R\IR₂ im Eingang des Stromversorgungsteiles dient zur Strombegrenzung.

Zwischen dem Frequenzteiler und der Impulsstufe ist eine Schaltstufe geschaltet, mittels der die Spannung an der Triggerdiode N10 entweder über das Netzwerk, bestehend aus dem Widerstand Λ₎₆, der Diode N₃ und dem Transistor P₃ oder über das Netzwerk, bestehend aus dem Widerstand A]₇, der Diode N₄ und dem Transistor P₅, abgeleitet werden kann. Die Bauelemente der beiden genannten Netzwerke sind in der genannten Reihenfolge hintereinander geschaltet, wobei der Emitter der Transistoren jeweils mit der Nullschiene Il und der freie Anschluß der beiden Widerstände R\t und Ai₇ mit der Triggerdiode N10 und dem Kondensator K₆ verbunden sind.

Zwischen der Schaltstufe und dem Frequenzteiler ist ein Schalter Si mit den Kontakten 1,2,3 vorgesehen. 1st der Schalter mit dem Kontakt 3 verbunden, so hat der Frequenzteiler keinen Einfluß auf die Impulsstufe. Das Ventil P₆ wird mit der Netzfrequenz gezündet. Ist der Schalter S\ mit dem Kontakt 2 verbunden, so wird das Ventil P₆ mit einer Frequenz von 25 Hz gezündet. Der Kontakt 1 des Schalters Si dient dazu, die Schaltstufe elektronisch abzuschalten.

Sind die Schaltstufe und die Frequenzumformerstufe zugeschaltet (in Stellung 2 des Schalters Si) so arbeitet der mit der Netzfrequenz gekoppelte Frequenzumformer im Takte von 25 Hz. Der Frequenzumformer ist als Multivibrator aufgebaut und besteht aus den Transistoren Pi und P2 und den zugeordneten Bauteilen.

Im einen Kippzustand des Multivibrators befindet sich der Transistor P3 in seinem leitenden Zustand, der Transistor Pt, in seinem nichtleitenden und demzufolge der Transistor Ps in seinem leitenden Zustand. Die von der Impulsstufe gelieferten Impulse gelangen nicht über die Triggerdiode N₎₀ auf das Ventil P₆. Der positive Impuls wird über den Widerstand R₁₆, die Diode N₃ und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors P₃, der negative Impuls über den Widerstand Rn, die Diode M und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Ps abgeleitet.

Im anderen Kippzustand des Multivibrators befindet sich der Transistor P₃ in seinem nichtleitenden Zustand, der Transistor P₄ im seinem leitenden und demzufolge der Transistor P₅ in seinem nichtleitenden Zustand. Die von der Impulsstufe gelieferten Impulse gelangen über die Triggerdiode N10 auf das Ventil P₆.

Es werden also jeweils die Impulse der Impulsstufe während zweier Netzhalbwellen abgeleitet und während der nachfolgenden zwei Netzhalbwellen auf das Ventil P₆ geleitet. Dies geschieht in der Stellung 2 des Schalters Si

In der Stellung 1 des Schalters Si befindet sich der Transistor P₃ in seinem leitenden Zustand, der Transistor P₄ in seinem nichtleitenden und der Transistor P₅ in seinem leitenden Zustand. Der Ausgang des Multivibrators ist nicht angeschlossen. Alle von der Impulsstufe gelieferten Impulse werden über den Widerstand Ri₆₁ die Diode N₃ und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors P₃ bzw. über den Widerstand Rw, die Diode N₄ und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors P₅ abgeleitet.

In der Stellung 3 des Schalters Si befindet sich der Transistor P₃ in seinem nichtleitenden Zustand, der Transistor P₄ in seinem leitenden und der Transistor P₅ in seinem nichtleitenden Zustand. Der Ausgang des Multivibrators ist nicht angeschlossen. Alle von der Impulsstufe gelieferten Impulse gelangen über die Triggerdiode Ni₀ an das Ventil P₆.

Wie der Figur zu entnehmen ist, hat der Motor für jedes der beiden Wicklungssvsteme noch eine Hilfswicklung. Aufgabe der Hilfswicklung ist es, einerseits den Hochlauf des Motors über den Kondensator X₇ zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist die Hilfswicklung über den Schalter S₃ und den Kontakt 6 mit dem Kondensator K₇ verbunden. Andererseits soll die Hilfswicklung die durch die Betriebswicklung schon gegebene Bremswirkung noch unterstützen. Eine schnelle Bremsung wird erreicht, indem der Schr'ter 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 P₅ mit dem Schalter Sj wird über den Widerstand Ä17 und die Diode N₄ 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Speisung eines an ein Wechselstromnetz über ein bidirektional steuerbares Ventil angeschlossenen Einphasen-Wechselstrommotors mit Spannungen unterschiedlicher Frequenz, mit einem von der Netzspannung synchronisierten Frequenzuntersetzer, abhängig von dessen Ausgangssignal Zür.dimpulse der Steuerleitung des steuerbaren Ventils zugeführt sind, insbesondere für Waschmaschinenantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerleitung des Ventils eine von beiden Netzhalbwellen angesteuerte, die Zündimpulce liefernde Impulsstufe (K&, R3/R4, N10) angeordnet ist, daß der Frequenzuntersetzer ein bistabiler, von Netzhalbwellen einer Polarität angesteuerter Multivibrator (Pi, P₂) ist, dessen eines Ausgangssignal eine Schaltstufe (P3, Pa, Ps) steuert, durch welche die Zündimpulse während des einen Kippzustandes des Multivibrators über Ableitstrekken unwirksam gemacht sind, und daß der Motor polumschaltbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsstufe aus einer aus einem Kondensator (/C₆) und einem Widerstand (R3/R4) gebildeten Parallelschaltung sowie einer dazu in Reihe geschalteten, bidirektional leitenden Triggerdiode (Νιο) gebildet ist, und daß die Ableitstrecken in der Schaltstufe zwischen die Parallelschaltung und die Triggerdiode geschaltet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ableitstrecken in der Schaltstufe zwei Transistoren (Pj, P5) angeordnet sind, deren Emitter-Kollektor-Strecken parallel zum Zündkreis des Ventils (Pt) liegen und in einem Kippzustund des Multivibrators jeweils eine Stromhalbwelle aus der Impulsstufe ableiten.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei komplementäre Transistoren (Pj, Pi) verwendet sind, und daß dem einen Transistor (Ps) eine Umkehrstufe (P4) vorgeschaltet ist.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (Si) vorgesehen ist, mittels welchem der Eingang der Schaltstufe wahlweise in einer ersten Schaltstellung

(1) über einen Einweggleichrichter (Ns) an das Wechselstromnetz, in einer zweiten Schaltstellung

(2) an den einen Multivibratorausgang schaltbar und in einer dritten Schaltstellung (3) kurzschließbar ist.

6. Anordnung nach den Anspüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe durch einen weiteren Schalter (S2) so umschaltbar ausgebildet ist, daß nur Stromhalbwellen einer Polarität aus der Impulsstufe abgeleitet werden.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke eines der zwei komplementären Transistoren (Pj, P5) der Schaltstufe durch den Schalter (&) überbrückbar ist.

8. Anordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, daidurch gekennzeichnet, daß der polumschaltbar Motor eine Hilfswicklung hat.