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Steuerschaltung für einen Ein phasen-Eondensatormotor Die Erfindung
betrifft eine elektronische Steuerschaltung zur Inbetriebnahme und zum Anhalten
eines Einphasen-Motors.
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Diese Steuerschaltung ist über einen Transformator und über einen
Vollweggleichrichter angeschlossen. Bei dem Einphasen-Motor handelt es sich in bekannter
Weise um einen Motor mit einem Betriebskondensator.
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In zahlreichen Anwendungen ist es notwendig, einen solchen Motor in
jeweils beliebig wählbarer Drehrichtung anlaufen zu lassen und jedes Mal in einem
genau gewünschten und definierten Zeitpunkt schlagartig zum Stillstand zu bringen.
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Bekannt sind zu diesem Zweck Relaissteuerungen, die aber Kontaktverschleiß
und deshalb begrenzte tebensdauer haben.
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Die Wirkungsweise ist infolge der sogenannten Exemplarstreuung ungenau.
Außerdem ist eine solche Relaisschaltung verhältnismäßig teuer. Insbesondere ist
bei den bekannten Ausführungen ein verhältnismäßig großer Transformator erforderlich,
über den der Motor Bremsstrom bezieht.
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Bei der bekannten Ausführung fließt während des Motorstillstands ein
ständiger Bremsstrom, der eine Erwärumung des Motors verursacht, die vermieden werden
soll. Dabei ist zu beachten, daß bei diesen bekannten Ausführungen eine solche Erwärmung
bei der Auslegung des Motors berücksichtigt werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Schaltung nicht
nur zu vereinfachen, so daß sie weniger kosten-und platzaufwendig ist, sondern auch
insbesondere eine Abbremsung des Motors ohne unnötige Erwärmung zum schlagartigen
Stillstand zu ermöglichen, wobei im Betrieb verschleißbare Teile weitestgehend vermieden
werden sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß daurch gelöst, daß der Einphasen-Motor
ans Netz über nur zwei Stromtore, insbesondere Leistungs-Triacs, angeschlossen wird,
die zur Inbetriebnahme über die mit dem Wechselstromnetz verbundene elektronische
Steuer schaltung wahlweise geöffnet werden und jeweils damit die gewünschte Drehrichtung
bestimmen und daß zum Anhalten des Motors beiden Stromtoren gleichzeitig direkt
aus dem Wechselstromnetz ein Bremsstromstoß zugeführt wird.
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Hierbei ist insbesondere vorgesehen daß zur Einspeisung des steuer
-Bremsstromstoßes den Stromtoren Stromimpulse aus der mit dem Wechselstromnetz verbundenen
elektronischen Steuerschaltung zugeführt werden.
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Die beiden Stromtore sind mit je einer Wicklung des Motors, der sogenannten
Haupt- und Hilfsphase verbunden, die symmetrisch zueinander ausgelegt und einseitig
miteinander verbunden sind und insofern gemeinsam an einen Netzpol angeschlossen
sind. Die beiden Stromtore sind ihrerseits an den anderen Netzpol angeschlossen.
Dieser Netzpol ist gleichzeitig Bezugspol, mit dem der Minuspol des Vollweg-leichrichters
verbunden ist. Dabei liegt eine bevorzugte Ausfuhrungsform darin, daß von einem
Einweg-Gleichrichterzweig des Vollweg-Gleichrichters dem Netzpol gegenüber, an dem
die
Stromtore angeschlossen sind, positive Sinushalbwellen als Steuerimpulse zum Bremsen
abgegriffen werden.
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Ein wesentliches Merkmal liegt insofern in einer leitenden Verbindung
zwischen dem Netzpol, an den die beiden Stromtore, insbesondere Treacs, angeschlossen
sind, und dem negativen Pol des Vollweg-Gleichrichters, von welchem die Steuerschaltung
gespeist ist. Davon ausgehend, daß die beiden Triacs mit Hilfe einer geglätteten
Gleichspannung in der Größenordnung von nur etwa 30 V, die ein 22-Volt-Transformator
liefert, durch Befehlstasten unabhängig voneinander die Drehrichtung des Motors
steuern, wird durch die Erfindung eine schlagartige Abbremsung dadurch.erreicht,
daß beide Triacs gleichzeitig durchschalten, und zwar nur während einiger positiver
Halbwellen, so daß als Bremsstromstoß ein nur pulsierender Gleichstrom wirkt im
Gegensatz zu dem sinusförmigen Antriebswechselstrom. Beim gleichzeitigen Durchschalten
beider Triacs wird über die Zuführungsleitungen der Betriebskondensator des Einphasen-Motors
jeweils kurzgeschlossen.
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Für die Bremsung ist ein Bremsschalter vorgesehen, der beispielsweise
mit einer Kupplung verbunden sein kann, so daß jeweils nach einer oder mehreren
Umdrehungen einer Welle in einer bestimmten Stellung ein Motorstillstand erreicht
wird.
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Dabei ist der Bremsschalter gemäß einer vorteilhaften schaltungstechnischen
Ausgestaltung zur Erzeugung einer Steuerspannung vorgesehen, welche die Dauer des
Bremsstromstoßes bestimmt, d. h. die Anzahl der Halbwellen durch die beiden als
Triacs ausgefuhrten Stromtore dosiert. Eine zweckgemäße Ausgestaltung liegt erfindungsgemäß
darin, daß diese vom Bremsschalter ausgelöste Steuer spannung in einer logischen
UND-Schaltung verknüpft wird mit sinusförmigen Steuerimpulsen, die zur Netzspannung
synchron verlaufen.
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Die Steuerspannung wird zweckmäßig durch ein Zeitglied in Form einer
Kondensator-Widerstands-Schaltung erzeugt.
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Als Kondensator-EStadespannung verläuft sie nach einer e-Bunktion,
die in ihrer Zeitkonstante so bemessen ist, daß sie über mehrere positive Halbwellen
andauert.
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Die sinusförmigen Steuerimpulse werden einem Zweig des Vollweg-Gleichrichters
als positive Halbwellen abgeleitet.
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Die logische UND-Schaltung ist somit erst dann und nur dann durchlässig,
wenn an ihren beiden Eingängen gleichzeitig sowohl die Entladespannung des Zeitglieds
einerseits als auch die positiven Halbwellen als Steuerimpulse für den Bremsstromstoß
andererseits eintreffen, so daß damit auch für die Triacs die Dauer des Bremsstromstoßes
aus mehreren Halbwellen festgelegt ist. Während dieser Zeit fließt gleichzeitig
Strom durch beide Triacs und die Motorwicklungen. Die Dauer des Bremsstromstoßes
ist dabei unabhängig von der Dauer des Bremsbefehls, den der mechanisch gesteuerte
Bremsschalter gibt, da die Einschaltflanke zu einer Impulsnadel differenziert wird.
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Zweckmäßig sind in Zuführungsleitungen für die Bremsimpulse zu den
Stromtoren Sperrdioden angeordnet, um Rückwirkungen zu vermeiden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind Thyristoren den Stromtoren
zur Inbetriebnahme des Motors vorgeschaltet, und zwischen den Thyristoren und den
Triac-Steueranschlüssen sind Schaltkontakte angeordnet, welche wechselweise in Abhangigkeit
von der gesteuerten. Drehrichtung während der Befehlsgabe zum Motor-Anlauf öffnen.
Durch diese Verriegelung wird die Betriebssicherheit erhöht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist dem Bremsschalter
ein zusätzliches Differenzierglied nachgeschaltet,
das einen nadelförmigen
Löschimpuls auf die als Befehlsspeicher wirkenden Thyristoren leitet, in der Form,
daß über einen Transistor-Schalter kurzzeitig den Thyristoren die Speisespannung
abgeschaltet wird. Dadurch wird eine neue Ausgangsposition für erneute Befehlsspeicherung
erreicht.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert,
die in der Zeichnung dargestellt sind.
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In dieser zeigen: Fig. 1 Schematische Gesamtdarstellung mit prinzipieller
Zuordnung der für die Erfindung wesentlichen Teile Fig. 2 Blockschaltbild der elektronischen
Schaltungs-Einheit Fig. 3 Stromlaufplan für die komplett ausgeführte erfindungsgemäße
Schaltung In Fig. 1 sind zwei Netzpole 1, 2 eines 220 V-Netzes gezeigt, an welchem
ein Einphasen- Motor 3 mit zwei Wicklungen 4, 5 und einem Betriebskondensator 6
angeschlossen ist.
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Diese Wicklungen sind einerseits direkt mit dem Netzpol 2 verbunden,
wahrend sie andererseits über zwei als Triacs ausgeführte Stromtore 7, 8, die als
Schalter dargestellt sind, an den Netzpol 1 angeschlossen sind. An den Netzpolen
ist ein Sicherheitstransformator 9 für 220 V angeschlossen, der einem Vollweg-Gleichrichter
10 eine Effektivspannung von 22 V liefert. Der negative Pol des Vollweg-Gleichrichters
liegt über eine besondere Verbindung 11 mit dem Netzpol 1 auf gleichem Potential,
damit in einer bestimmten Phasenzuordnung positive Sinuswellen der elektronischen
Steuerschaltung 12 zugeführt werden können, die aber nur zur Wirkung kommen, wenn
der Bremsschalter 13 betätigt wird.
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Ferner sind die Befehlsschalter 14 für die eine Drehrichtung, 15 für
die andere Drehrichtung und 16 für eine wiederholte Betätigung in jener Drehrichtung,
die auch der Schalter 15 steuert, angeordnet. Die beiden Triacs werden über ihre
Steueranschlüsse, hier als Funktionsverbindungen 24, 25 gezeichnet, angesteuert.
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Fig. 2 stellt die Funktionselemente, insbesondere die der Steuerschaltung
12 nach Fig. 1, in Blockform dar.
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Es sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet.
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Die Darstellung präzisiert in vereinfachter Form den Funktionsablauf
und das Prinzip der Erfindung: Die Befehlseingänge, gebildet von den Befehlsschaltern
14 bis 16, dem Bremsschalter 13 und einer Zuleitung von einem Zweig 17 (Fig. 3)
des Vollweg-Gleichrichters 10 werden zeitlich kombiniert, wobei die von den Funktionsverbindungen
24, 25 gebildeten Befehlsausgänge als Ergebnis liefern: 1. nur Stromtor 7 schließt:
Motordrehung links 2. oder Stromtor 8 schließt: Motordrehung rechts 3. oder beide
Stromtore 7, 8 schließen: Motor bremst.
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Jeder Befehlsschalter 14, 16 (15) kann einen Motorstart nur in einer
ihr zugeordneten Drehrichtung auslösen. Ein zusätzlicher Schalter 15 dient dabei
für wiederholte Betätigung in der Drehrichtung.
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Der Bremsschalter 13 erfüllt zwei Aufgaben: 1. Über Differenzierglied
43 liefert er ein Signal als Löschimpuls für einen in einem der Befehlsspeicher
26, 27 (gemäß Fig. 3 als Thyristoren ausgeführt) gespeicherten Befehl
2.
ueber Differenzierglied 49 läßt er ein Zeitglied 52 ablaufen, so daß einige positive
Sinushalbwellen, vom Gleichrichterzweig 17 kommend, am Ausgang einer logischen UND-Schaltung
55 erscheinen und als Steuerimpulse zum Bremsen über Schalter 57 (gemäß Fig. 3,
Transistor) im gleichen Rhythmus positive Spannung gleichzeitig auf beide Funktionsverbindungen
24, 25, d. h. die Steueranschlüsse der als Triacs ausgeführten Stromtore 7, 8 geben.
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In dem Stromlaufplan nach Fig. 3 sind ebenfalls entsprechende Teile
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Dabei ist insbesondere erkennbar, daß von
dem Vollweg-Gleichrichter 10 am Zweig 17 positive Sinus-Halbwellen abgegriffen werden,
die aufgrund der Verbindung 11 auch positiv erscheinen in bezug auf die Phasenleitung
37, an der die Hauptanschlüsse der als Triacs ausgeführten Stromtore 7, 8 (in folgendem
nur als Triacs bezeichnet) gemeinsam angeschlossen sind. Damit ist eine Verkettung
der positiven Steuer spannung für die Funktionsverbindungen 24, 25 der Triacs 7,
8 mit der Phasenlage der Netzspannung, insbesondere in der Phasenleitung 37 erreicht,
so daß beim Bremsvorgang die Triacs nur wahrend der Zeitperioden positiver Halbwellen
durchschalten und somit nur pulsierender Gleichstrom (kurzzeitig) durch die Motorwicklungen
fließt (Gleichstromstoß für schlagartiges Abbremsen). Am Abgriff 18 ist die Basis
eines Transistors 19 angeschlossen. Dieser Transistor liegt zwischen dem Plus-und
Minuspol der Speisespannung von 30 V, die der Eondensator 20 glättet. Der positive
Pol des Vollweg-Gleichrichters ist an eine Leistung 45 angeschlossen, an welche
auch die noch zu beschreibende Steuerleitung 35 zu den Befehlstasten 14 bis 16 bei
36 angeschlossen ist.
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Zunächst wird weiterhin bemerkt, daß dem Betriebskondensator 6 ein
Widerstand 21 in Reihe geschaltet ist und parallel zu den Triacs RC-Glieder 22,
23 geschaltet sind. In den
hier als Ansteuerleitungen 24, 25 dargestellten
Funktionsverbindungen zu den Triacs 7, 8 sind Widerstände und Thyristoren 26, 27
geschaltet, die über einen Transistor 29 und eine Leitung 28 Speisespannung erhalten
und die die Schaltfunktion unabhängig von der Betätigungsdauer der Befehlstasten
machen, da ihre Steueranschlüsse mit diesen Tasten verbunden sind. Dieser Transistor
29 sperrt bei Betätigung des Bremsschalters kurzzeitig, um die Thyristoren zu löschen.
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Die Befehlsleitungen 30, 31 für die Thyristoren 26, 27 sind über die
Schalter 14, 15 wahlweise zu betätigen, wobei der Schalter 16 dem Schalter 15 parallel
geschaltet ist, jedoch wird durch die Diode 32 verhindert, daß Schalter 16 auf Steuerleitung
34 rückwirken kann. Schalter 14 gibt positives Potential außer (über Diode 40) an
den Steueranschluß des Thyristors 27 auch (über Diode 38) an den Steueranschluß
des Thyristors 33. Ebenso gibt Schalter 15 positives Potential außer (über Diode
32) an den Steueranschluß des Thyristors 26 auch (über Diode 39) an den Steueranschluß
des Thyristors 33.
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Das positive Potential wird den Schaltern 14 bis 16 in Reihe über
die Steuerleitung 35 zugeführt. Rückspeisungen auf andere Leitungen werden außerdem
durch Sperrdioden 38, 39, 40 verhindert. Durch das als RC-Glied ausgeführte Differenzierglied
43 an der Leitung 44, an die der Bremsschalter 13 angeschlossen ist, wird der Basis
des Transistors 29 ein Impuls zugeführt, wenn der Bremsschalter 13 aus der in Fig.
3 gezeigten Stellung umgelegt wird, so daß dadurch die Thyristoren zum Erlöschen
gebracht werden. Aus Sicherheitsgründen ist in die Zuleitung zwischen den Thyristoren
26, 27 und den Triacs 7, 8 jeweils ein Schaltkontakt 46, 47 geschaltet, wobei der
Schaltkontakt 46 dem Schalter 15 bzw. 16 und der Schaltkontakt 47 dem Schalter 14
zugeordnet ist, so daß wechselweise bei der Öffnung eines Thyristors der Stromkreis
durch den anderen Thyristor geöffnet wird. Durch diese gegenseitige Verriegelung
werden Fehlschaltungen verhindert.
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Mit der Betätigung des Bremsschalters 13 wird kurzzeitig positives
Potential von 48 auf Leitung 44 und damit auf die beiden Differenzierglieder 43
und 49 gegeben. Es kommt aber nur die positive Flanke des Einschaltaugenblicks zur
Wirkung, da Diode 42 und Diode 51 den negativen Impuls jeweils sperren. Damit sind
die nachfolgenden Steuerfunktionen unabhängig von der Dauer des Bremsbefehls.
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Dem Differenzierglied 49 und der Diode 51 ist ein Zeitglied 52 nachgeschaltet.
Dieses Zeitglied stellt den einen Eingang der logischen UND-Schaltung 55 dar und
begrenzt durch seine Kondensator-Entladezeit die Dauer, während der der Transistor
56 leitend werden kann, auf etwa 70 ms. Das entspricht etwa drei Sinusperioden.
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Nur in den Augenblicken, in denen über Transistor 54, der den zweiten
Eingang der logischen UND-Verknüpfung darstellt, positive Halbwellen auf den Schaltungspunkt
55 gelangen und somit an der Basis 55 beide positive Steuerspannungen zusammentreffen,
wird Transistor 56 leitend, so daß über Transistor 57 und über die Zuleitungen 58,
59 an die beiden Triacs 7 und 8 positive Steuerimpulse zum Bremsen gegeben werden.
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Die beiden Sperrdioden 60, 61 haben den Zweck, bei der Inbetriebnahme
des Motors durch die Befehlsschalter 14, 15, 16 in einer bestimmten Drehrichtung
den Übergang der jeweiligen Steuer spannung auf den anderen Triac-Steueranschluß
24 bzw. 25 zu verhindern.
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Die Erfindung schafft eine elektronische Steuerschaltung, in der bis
auf einen Mikroschalter, den Bremsschalter 13, keine beweglichen Teile angeordnet
sind und in der nur zwei Triacs im Motorkreis die Steuerfunktionen für die Drehrichtung
und das Bremsen ermöglichen.
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Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung liegt in der Steuerung eines
Motors, beispielsweise einer Adressiermaschine oder Etikettiermaschine. Einbezogen
wird aber auch mittels der angegebenen Schaltung die Steuerung von größeren Einphasen-Motoren,
wobei es besonders wesentlich ist, daß sowohl zur Steuerung der Inbetriebnahme als
auch zur Erzeugung eines augenblicklichen Stillstandes nur zwei Leistungs-Triacs
in Verbindung mit einer, nur relativ billige elektronische Bauelemente enthaltenden
30 Volt-Gleichspannungs-Steuerschaltung benötigt werden und entsprechend nur ein
verhältnismäßig kleiner Sicherheitstransformator erforderlich ist.