DE2726696B2

DE2726696B2 - Elektrische Schutzschaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2726696B2
Application number: DE19772726696
Authority: DE
Inventors: Albert 8070 Ingolstadt Niefnecker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-14
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1980-08-28
Also published as: DE2726696C3; DE2726696A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schutzschaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des An-SDruchs 1.

Bei von einem Elektromotor betätigten Gartentoren, Garagentoren, Rolläden, Andrücken für Bügelmaschinen, Rückholvorrichtungen für Schießscheiben, bei auf ihren Wegen an mehreren Haltepunkten zum Stillstand kommenden Transportvorrichtungen, bei Abschleppwagen zum Aufladen des abzuschleppenden Fahrzeugs, bei Bootsanhängern, auf die ein Boot bis in die Sollage zu ziehen ist, oder bei ähnlichen mechanischen Vorrichtungen ist es erwünscht, daß der zum Antrieb verwendete Motor bei Erreichen der Sollage abschaltet Zu diesem Zweck sind Endschalter bekannt geworden, die von einem bewegbaren Anschlag betätigt werden. Der grundliegende Nachteil solcher Endschalter liegt jedoch darin, daß sie nur dann den Motor abschalten, •5 wenn der ihnen zugehörige Anschlag an ihnen vorbeibewegt wird. Bei unerwarteten Störungen bzw. Fremdeinflüssen, die zu einer hohen Belastung des Motors bzw. zu seinem Blockieren führen, obwohl die Sollage noch gar nicht erreicht ist, kann der Endschalter kein Abschalten bewirken. Deshalb ist man dazu übergegangen, Schutzschaltungsanordnungen vorzusehen (DE-AS 12 17 486), die die Wicklungstemperatur des Motors oder den von ihm aufgenommenen Strom überwachen und bei einer unzulässigen Abweichung den Motor vom Netz abzutrennen. Das Abtrennen des Motors erfolgt in diesen Fällen jedoch erst dann, wenn sich die Motorwicklung erhitzt hat und die für den Wärmeüoergang auf den die Temperatur abgreifenden Fühler erforderliche Zeit verstrichen ist Dies kann zu Beschädigung der Motorwicklung führen. Außerdem benötigen diese Temperaturfühler in der Regel einen zusätzlichen Platzbedarf und müssen bereits bei der Fertigung des Motors mit eingebaut sein. Es ist weiterhin auch eine Schutzschaltungsanordnung bekannt, bei der in einem Sekundärstromkreis ein als Metalldraht-PTC-Widerstand ausgeführter, nicht linearer Widerstand eingesetzt ist, der über ein Haftrelais das öffnen des Netzschalters bewirkt, wenn der Motor zu hohen Strom zieht. Diese Schutzschaltung arbeitet zwar sehr wirkungsvoll, ist jedoch für die eingangs genannten Zwecke sehr aufwendig.

In Übereinstimmung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der US-PS 31 46 433 eine Schutzschaltung gegen Überlastung bzw.

^⁵ Drehzahlabsenkung allerdings eines Wechselstrom-Motors bekannt, bei der allerdings durch ein Relais nur eine optische oder akustische Warnmeldung abgegeben wird. Dieses Relais wird von einer Brückenschaltung mit ihren Zweigen Z\ bis Z₄ gesteuert, die auch eine Unabhängigkeit von der Eingangsspannung — die dort an den Zweigen Z\ und Z₂ anliegt — zuläßt. Eine Motorwicklung und der Hilfskondensator bilden die weiteren Zweige Z₃ und Z₄. Die einzelnen Zweige müssen aufeinander abgestimmt werden.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei Überlastung des Motors diesen zuverlässig vom Netz abtrennt und zwar sowohl drehzahl- als auch lastabhängig. Die Schutzschaltungsanordnung soll das Trennen des Motors vom Netz ohne zusätzliche Erwärmung der Motorwicklung durchführen und im wesentlichen unabhängig von Netzspannungsänderungen arbeiten. Eine weitere, wichtige

Forderung besteht darin, daß die Schutzschaltung in ihrem Abschaltpunkt sehr exakt einstellbar ist, und damit ein der Wirkung einer Rutschkupplung ähnlicher Nachdrückeffekt für das von dem Motor Betriebene

Element erzeugt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzschaltung nach den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst Der Einsteilwiderstand mit der Zenerdiode garantiert einen für alle Betriebsbedingungen fein einstellbaren Abschaltpunkt für den Netzschalter, wobei der Stabilisierungsschaltkreis die Netzspannungsänderungen weitgehend vom Schalfelais fernhält Mit dem an der Sekundärschaltung liegenden Taster kann eine einfache Oberprüfung vorgenommen werden, ob der Motor noch blockiert oder nicht Bei wieder freiem Motor wird durch das Betätigen des Tasters der Netzschalter geschlossen und der Motor erneut in Gang gesetzt Diese Ansteuerung des Netzschalters über eine sog. Prüfleitung hat sich in der Praxis als zweckmäßig erwiesen und bildet einen besonderen Vorteil des Erfindungsgegenstandes. Außerdem wird dieser Taster das Betätigungsglied sein, um den Schalter Si wirkungsvoll in den geschlossenen Zustand zu versetzen. Der Gleichrichter bewirkt für das nachgeordnete Relais immer einen in gleicher Richtung durchfließenden Strom. Dieses Relais steuert wiederum den Schalter S zum öffnen und Schließen, und der nachgeordnete Widerstand sorgt bereits schon für eine gewisse Stabilisation und Unabhängigkeit von den Netzspannungsschwankungen. Dieser Widerstand R5 bringt mit den in den Querleitungen befindlichen Widerständen Zi₆ und Ä7 soviel Sperrung, daß bis zu 90% der Netzspannungsschwankungen herauseliminiert sind. Diese Schaltung reicht in der Praxis für die meisten Anforderungen, wie Steuerung von Garagentoren oder anderen Toren, aus. Sie ruft ein schlagartiges, frühes Reagieren hervor, das für sehr einfache Anlagen ausreichend ist. Der Schaltpunkt ist zwar vorverlagert, wird hierbei aber sehr exakt getroffen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschaltungsanordnung, die besondere Ansprüche im Hinblick auf die Unabhängigkeit von Netzspannungsänderungen aufweist, ergibt sich, wenn die Merkmale des Anspruchs 2 verwirklicht werden. Alternativ dazu läßt sich eine erfindungsgemäße Schutzschaltungsanordnung auch gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 ausbilden, wobei sie dann speziell für eine belastungsabhängige Abschaltung des Motors dient. Die in dieser Schutzschaltungsanordnung verwendeten Teile sind billig und robust und ergeben eine widerstandsfähige und zuverlässige Abschaltung.

ErfindungsgemäB ist weiterhin vorgesehen, in einer Schutzschaltungsanordnung zusätzlich die Merkmale des Anspruchs 4 vorzusehen. Dies ist eine sehr preiswerte und schnell reagierende Ausführung der Schutzschaltungsanordnung, da es sich um ein normales Schaltrelais und einen handelsüblichen Kondensator handelt. Denkbar wäre jedoch auch die Verwendung eines Schaltrelais mit verlängerter Abfallzeit durch eine Kurzschlußwicklung. Dieses Relais kann jedoch nicht als Standardrelais bezeichnet werden und benötigt auch eine größere und deshalb teurere Spule.

Erfindungsgemäß wird weiterhin daran gedacht, auch noch das Merkmal gemäß Anspruch 6 in der Schutzschaltungsanordnung vorzusehen. Die Auswahl der Zenerdioden ist vom Spannungsbedarf des Schaltrelais und der Eingangsspannung abhängig. Anstelle von Zenerdioden können auch Widerstände verwendet werden. Denkbar ist ferner, daß große Kondensatoren, sog. Elektrolytkondensatoren mit einer zwischen 50 und 200 μΡ liegenden Kapazität eingesetzt werden, die dann Darallel zum Einstellwiderstand bzw. zu den Widerständen der Spannungsteiler geschalten werden. Auf diese Weise ergibt sich nahezu die gleiche Abschaltcharakteristik, wie sie mit Zenerdioden vorliegt

Demzufolge ist es wichtig, daß das Schaltrelais mit hohen Widerstandswerten ausgelegt ist Ein so hoher Widerstandswert der Spule des Schaltrelais ist zweckmäßig, um beim Abschalten eine möglichst geringe Leistung zu vernichten. Bei Verwendung eines Relais mit einem Spannungswert von lOkOHM beträgt die Abfallspannung des Schaltrelais noch ca. 22 Volt. Dies ist ca. ein Achtel der bei blockiertem Motor am Gleichrichter noch anstehenden Spannung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Schaltbilder erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine drehzahl- und lastabhängige Schutzschaltung für einen dreiphasigen Elektromotor und

F i g. 2 eine belastungsabhängige Schutzschaltung für einen dreiphasigen Elektromotor.

In Fig. 1 ist eine drehzahl- und belastungsabhängige Schutzschaltungsanordnung 1 für einen dreiphasigen Elektromotor Mdargestellt. Mit 2 und 3 ist der zwischen den Netzpolen Np+ und Np- liegende Primärstromkreis für den Motor gegeben, an den die Phasen 5 und 4 angeschlossen sind. Der Primärstromkreis 2, 3 wird durch einen Netzschalter S\ unterbrochen, hinter dem eine Querverbindung 7 zu einem Drehrichtungsumkehrschalter S2 geführt ist. Der Schalter 5j> kann entweder an Np+ oder Np- angeschlossen werden und führt über eine Leitung 8, in der ein Kondensator 9 zwischengeschaltet ist, zur dritten Phase 6 des Motors M und darüber hinaus weiter zu einem Gleichrichter Gh- Am Pol Np+ ist ferner eine Prüfleitung 10 angeschlossen, die mittels eines Tasters runter Strom gelegt werden kann und einen Widerstand R sowie eine diesem nachgeschaltete Gleichrichterdiode 11 enthält. Mit 12 ist ein Stabilisierungsschaltkreis bezeichnet, der vom Primärstromkreis 2,3 über Zweigleitungen 12a und 126 unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters Cl\ gespeist wird. Dem Gleichrichter Gh ist ein Kondensator 13 parallel zugeordnet. Im Stabilisierungsschaltkreis 12 sind weiterhin Spannungsteiler 14 angeordnet, deren jeder aus einem Paar Widerständen R\, R2 bzw. R3, Ra besteht, denen jeweils eine Zenerdiode ZDi bzw. ZD2 derart nachgesetzt sind, daß sie aneinander entgegengesetzt wirken, obwohl sie über parallele Querleitungen 15 und 16 im Stabilisierungsschaltkreis 12 verfügen. Zwischen den Widerständen R\ und R2 ist eine Leitung eines Sekundärstromkreises 17 angeschlossen, die über den Gleichrichter Gh mit einem Schaltrelais 18 und in weiterer Folge über einen einstellbaren Widerstand Rj und einer diesem nachgeschalteten Zenerdiode ZEh und dem Gleichrichter Gh zur Querleitung 16 und zwar zwischen die Widerstände R3 und RU geführt ist. Anstelle des Einstellwiderstandes R5 kann auch ein Stufenschalter mit einer Folge von Zenerdioden verwendet werden. Das Schaltrelais 18 wird von einem über eine Leitung 19 parallel geschalteten Kondensator 20 überbrückt, der beim Ausziehen des Schaltrelais ein Flattern unterdrükken soll und bei einem Betrieb in der Nähe des Abfallspannungswertes des Schaltrelais noch vorhandene Welligkeiten ausgleichen muß. Der Kondensator 20 ist sei.r schwach ausgelegt, beispielsweise bis zu einem Mikrofarad, so daß er keine nennenswerte Abfallverzögerung für das Schaltrelais 18 bedeutet. Das Schaltrelais 18 seinerseits ist über eine strichliert angedeutete Leitung 21 mit dem Netzschalter Si verbunden, den es beim Abfallen löst. d. h. in die gezeichnete Stellune

bringt.

Die Wirkungsweise der Schutzschaltungsanordnung ist folgende:

Wird der Taster Γ gedruckt, so kann von Np- ein Halbwellenstrom über den zu diesem Zeitpunkt noch stillstehenden Motor M, den Gleichrichter Gh, das Schaltrelais 18, die Gleichrichterdiode 11, den Widerstand R und über den Taster zum Np+ fließen. Das Schaltrelais 18 wird aufgezogen und schließt den Netzschalter Si, so daß der Motor Man das Netz gelegt wird. Es baut sich danach zwischen den Netzpolen Np+, Np- und dem Motorkondensator 9 eine drehzahl- und damit auch belastungsabhängige Spannung auf. Sofern sich diese Spannung ändert, ist ihre Änderung der Drehzahländerung proportional. Diese Spannung ändert sich jedoch auch bei fallender oder steigender Netzspannung. Dann jedoch kommt die Stabilisierungsschaltung 12 zur Wirkung. Sie gleicht über den Gleichrichter GZ₁, den Kondensator 13 und die Spannungsteiler 14 diese Spannungsänderungen aus, so daß der Gleichrichter Gh im wesentlichen mit einem gleichbleibenden Gleichspannungswert versorgt wird.

Da der Netzschalter S\ geschlossen ist, kann sich über den Gleichrichter Gh am Kondensator 13 eine Gleichspannung aufbauen, die der Netzspitzenspannung entspricht bzw. das l,4fache der Netzspannung beträgt.

Eine positive Halbwelle, die vom Motorkondensator 9 ausgeht, passiert den Gleichrichter Gh, das Schaltrelais 18, den Einstellwiderstand Rs, die Zenerdiode ZLh, den Gleichrichter Gh in Richtung auf den Spannungsteiler Ri, R₄ und hat auf dem Weg zum Netzpol Np- die zwischen R3, R< anstehende positive Spannung zu überwinden.

Bei einer negativen Halbwelle vom Motorkondensator 9 gilt der umgekehrte Weg, ausgehend vom Spannungsteiler A₁, R₂.

Da zwischen dem Motorkondensator 9 und den beiden Netzpolen Np+ und Np- stets eine Spannung anliegt, die phasenverschoben ist, hat der Gleichrichter Gh die doppelte Anzahl Halbwellen zu verarbeiten.

Das Schaltrelais 18 besitzt eine sehr hochohmige Spule (größer als 1OkQ), damit die Beeinflussung des Motors möglichst gering bleibt und nur ein Stromverlust von 10 bis 2 mA auftritt Bei Drehzahlunterschreitung oder Drehmomentüberschreitung infolge Blockierens des Motors tritt ein Spannungsabfall auf, der sich bis in den Sekundärstromkreis 17 fortpflanzt und bei Erreichen des Einstellwertes des Schaltrelais 18, d. h. unter deren Haltespannung, fällt dieses Schaltrelais 18 ab und öffnet den Netzschalter S₁.

Wird bei blockiertem Motor die Taste T erneut gedrückt, so zieht die über die Prüfleitung 10, den Widerstand R sowie die Diode 11 an das Schaltrelais 18 gelangende Spannung dieses jedoch nur so lange auf, wie die Taste T geschlossen ist Bei blockiertem Motor und öffnen der Taste rfällt das Relais sofort wieder ab. Zur Einstellung der Regelspannung an Ri bzw. R₄ der Schutzschaltung wird bei blockiertem Motor die am Gleichrichter Gh liegende Gleichspannung gemessen. Wenn diese Gleichspannung trotz Netzspannungsschwankungen von plus 10% bis minus 15% konstant bleibt, sind die Spannungsteiler 14, d. h. die Widerstandspaare R\ und /?2 sowie Ri und Ra richtig eingestellt

Die Schutzschaltungsanordnung ist zum belastungsabhängigen Abschalten derart einzustellen, daß bei einer Netzspannung 220 Volt einschließlich der Netzspannungsschwankungen von plus 10% und minus 15% im Leerlauf des Motors gleiche Spannungen am Gleichrichter Gh vorliegen. Bei belastungsabhängigem Abschalten ist das größte, einstellbare Drehmoment gleich dem größten Motordrehmoment bei 220 Volt minus 15%, d.h. es entspricht dem Kippmoment des Motors bei diesem Spannungswert. Die Zenerdiode ZEh wird für drehzahlabhängiges Abschalten so ausgewählt, daß bei blockiertem Motor und bei auf den niedrigsten Widerstandswert eingeregelten Einstellwiderstand Rs das Schaltrelais gerade noch sicher abfällt. Auf die belastungsabhängige Abschaltung wird später eingegangen.

Bei drehzahl- und/oder belastungsabhängiger Abschaltung ist die Skala, die zweckmäßigerweise am Einstellwiderstand Rs angeordnet ist, der jeweiligen Motorkennlinie entsprechend zu eichen.

Für zweiphasige Kondensatormotoren ist eine sinngemäße Verwendung dieser Schutzschaltung möglich; sie ist aber wegen der geringeren Verkettung der Halbwellen des Stabilisierungsschaltkreises und der Steuerspannung aufwendiger als die dargestellte Schutzschaltung.

Die Schutzschaltungsanordnung 22 gemäß F i g. 2 ist gegenüber der von F i g. 1 vereinfacht. Sie genügt außerdem den Anforderungen im Hinblick auf eine belastungsabhängige Abschaltung des Motors. Sie besteht im wesentlichen aus den gleichen Einzelteilen wie die Schutzschaltung nach F i g. 1, die in dem Fall mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch zusätzlich mit einem ' versehen gekennzeichnet wurden.

Der wesentliche Unterschied liegt in der Verwendung eines einfachen Spannungsteilers 14', der aus einem Paar von in Reihe geschalteten Widerständen Re und Rj besteht, die über Querleitungen 16' und 15' an den Primärstromkreis 2, 3 angeschlossen sind. Der Sekundärstromkreis 17' mündet zwischen den beiden Widerständen Rf₁ und Rj und führt zu dem in diesem Fall geschlossenen ausgebildeten Gleichrichter Gl₂.
Der Spannungsteiler 14' überträgt Spannungs-

iu Schwankungen im Netz nur zur Hälfte auf den Gleichrichter Gh; da die Steuerspannungsänderungen zwischen Leerlauf und Blockieren des Motors auch nur zu einem Viertel bis ein Sechstel zum Schalten ausgenützt wird, geht die Beeinflussung durch Spannungsschwankungen in dieser Schutzschaltung noch weiter zurück. Zum belastungsabhängigen Schalten sind in dieser Schutzschaltung nur die oberen Drehzahlen des Motors bis zum Kippmoment, d.h. der höchsten Leistung des Motors wichtig. Bei der abnehmenden Drehzahl zwischen Kippmoment und Anlaufmoment geht das Drehmoment je nach Motorauslegung mäßig bis sehr stark zurück. Die Zenerdiode ZTh wird in diesem Fall so ausgelegt, daß das Schaltrelais 18 bei höchster Netzspannung, etwas unterhalb des Kippmo-

mentes des Motors abschaltet Die zuletzt beschriebene Schutzschaltung kann noch dahingehend abgeändert werden, daß der untere Gleichrichteranschluß des Gleichrichters Gh am Sternpunkt des Motors M angeschlossen ist Dies hat dann aber eine größere Welligkeit der das Schaltrelais 18 beeinflussenden Spannung zur Folge. Der Kondensator 20 müßte dann größer als bei der Schutzschaltung nach Fig. 1 ausgelegt werden, damit die Wellung besser unterdrückt wird. Diese Variation läßt sich jedoch nicht bei allen Motoren verwirklichen, da bei kleineren Motoren der Sternpunkt normalerweise nicht herausgeführt ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Schutzschaltungsanordnung zur Überwachung der Drehzahl eines mehrstrangigen Kondensator-Motors (Motor mit Hilfskondensator), der über einen Schalter mit dem speisenden Netz verbindbar ist, welcher derart steuerbar ist, daß er im wesentlichen unabhängig von Netzspannungsschwankungen abfällt, sobald infolge einer Drehzahlunter- oder einer Drehmomentüberschreitung ein bestimmter, am Motor oder an dessen Kondensator abgegriffener definierter Spannungswert einen Vergleichswert unterschreitet, der aus einem von dem speisenden Netz versorgten Stabilisierungsschaltkreis gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Motor (M) bzw. dem Kondensator (9) in einem Sekundärstromkreis (17, 17') die Reihenschaltung mit einem Gleichrichter (Gk bzw. Gk) einem den Schalter (S₁) steuernden Schaltrelais (18), einem EinstelJwiderstand (Rs) und einer Zenerdiode (ZD₃) parallel geschaltet ist, welcher Sekundärstromkreis (17, 17') in einer beigeordneten Prüfleitung (10) einen Taster (T) für die Einschaltung des Schaltrelais (18) aufweist und daß der Gleichrichter (Gk) zum Ausgleich von Schwankungen des speisenden Netzes über den Stabilisierungsschaltkreis (12) bzw. die Querleitungen (15,16) bzw. (15', 16') vorgespannt ist

2. Elektrische Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungsschaltkreis (12) eingangsseitig einen Gleichrichter (GIi) mit parallel geschaltetem Kondensator (13) aufweist und über zwei aneinander entgegengesetzt gerichteter Spannungsteiler (54) aus je einem Widerstandspaar (R_u Ri bzw. R₃, R₄) mit dahinter gesetzter Zenerdiode (ZD_x bzw. ZD₂) verfügt, wobei der Sekundärstromkreis (17) zwischen den Widerständen (R_u R? bzw. R₃, R₄) eines jeden Paares abzweigt

3. Elektrische Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichrichter (Gk) im Sekundärstromkreis (17') ein im Primärstromkreis (2, 3) liegender Spannungsteiler (14') mit einem Paar in Reihe geschalteter Widerstände (R₆, R₇) vorgeschaltet ist, wobei der Anschlußpunkt des Sekundärstromkreises (17') zwischen den Widerständen (R₆, Ri) liegt.

4. Elektrische Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schaltrelais (18) ein Kondensator (20) parallel geschaltet ist.

5. Elektrische Schutzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Schaltrelais (18) mit Kurzschiüßwickiung.

6. Elektrische Schutzschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das Schaltrelais (18) überwachende Zenerdiode (ZD₁) auf den bei blockierenden Motor und bei auf seinem .schwächsten Wert eingestellten Einstellwiderstand (Rs) über den Gleichrichter (Gk, Gh·) zugeführten Spannungswert ausgelegt ist