DE2842391A1 - Speed changeover circuit for three=phase motor - has triac switches in and between supply lines to motor to change mode - Google Patents

Speed changeover circuit for three=phase motor - has triac switches in and between supply lines to motor to change mode

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DE2842391A1 DE19782842391 DE2842391A DE2842391A1 DE 2842391 A1 DE2842391 A1 DE 2842391A1 DE 19782842391 DE19782842391 DE 19782842391 DE 2842391 A DE2842391 A DE 2842391A DE 2842391 A1 DE2842391 A1 DE 2842391A1
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Abstract

A current supply unit (20) is connected to the three-phase motor by a lead for each phase. In and between these lines are incorporated time switches (31-37) enabling at least two operational modes. In the first mode the leads (21-23) of the supply are permanently connected to the terminals (14-16) of the motor. In the second mode the phase voltage of one lead (22) of the supply is changed over periodically on the terminals (14-16) of the dc motor such that, with a motor with a neutral (MP), the two other leads (21, 23) of the supply are disconnected.

Description

Vorrichtung zum Umschalten der Drehzahl einesDevice for switching the speed of a

Drehstrommotors Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.Three-phase motor prior art The invention is based on a Device according to the preamble of the main claim.

Drehstrommotpren laufen in der Regel mit einer Drehzahl, die in einem festen Verhältnis zur Frequenz der den Drehstrommotor versorgenden Wechselspannung steht. Eine kontinuierliche Regelung der Drehzahl eines Drehstrommotors ist daher nur mit beträchtlichem elektronischen Aufwand möglich, beispielsweise durch Halbleitersteller für stetige Frequenzumformung. Ein derartiger Halbleitersteller ist beispielsweise aus der DE-OS 25 57 710 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein Asynchronmotor über einen Dreiphasen-Wechselrichter gespeist, dessen Halbleiterschalter von einem Steuersatz zyklisch mit der gewünschten Frequenz durchgeschaltet werden.Three-phase motors usually run at a speed that is in one Fixed ratio to the frequency of the AC voltage supplying the three-phase motor stands. A continuous control of the speed of a three-phase motor is therefore only possible with considerable electronic effort, for example by means of semiconductor actuators for continuous frequency conversion. Such a semiconductor plate is known for example from DE-OS 25 57 710. In this known device an asynchronous motor is fed via a three-phase inverter, its semiconductor switch can be switched through cyclically by a control rate at the desired frequency.

Es ist weiterhin bekannt, eine stufenweise Umschaltung der Drehzahlen des Drehstrommotors dadurch zu erreichen, daß die Polpaarzahl des Drehstrommotors umschaltbar gemacht wird. Nachteile dieser polumschaltbaren Motoren ist jedoch, daß sie eine sehr aufwendige Wicklung erfordern und das Gewicht des Motors insgesamt sehr hoch wird.It is also known that the speeds can be switched over in stages of the three-phase motor to achieve that the number of pole pairs of the three-phase motor is made switchable. However, disadvantages of these pole-changing motors are that they require a very complex winding and the weight of the motor as a whole becomes very high.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, ein Umschalten der Drehzahl eines Drehstrommotors mit vergleichsweise geringem elektronischen Aufwand zu ermöglichen.Advantages of the invention The device according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage of switching the speed a three-phase motor with comparatively little electronic effort.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. So ist es beispielsweise mit nur fünf Halbleiterschaltern (Triacs) in und zwischen den Zuleitungen vom Drehstrommotor zur Stromversorgungseinheit möglich, einen Drehstrommotor in Sternschaltung mit Mittelpunktsleiter in der Drehzahl umschaltbar zu machen; bei Verwendung eines Drehstrommotors ohne Mittelpunktsleiter sind sieben Halbleiterschalter erforderlich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments of the device specified in the main claim are possible. That's the way it is for example with only five semiconductor switches (triacs) in and between the supply lines from three-phase motor to power supply unit possible, a three-phase motor in To make star connection with neutral conductor in speed switchable; at Using a three-phase motor without a neutral conductor is seven semiconductor switches necessary.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Halbleiterschalter mit einer Harmonischen der Wechselspannung umgeschaltet, so daß die Drehzahl des Drehstrommotors auf ein Drittel, ein Neuntel usf. der Nenndrehzahl heruntergeschaltet werden kann.In a particularly preferred embodiment of the invention the semiconductor switches switched with a harmonic of the alternating voltage, so that the speed of the three-phase motor is reduced to a third, a ninth, etc. of the nominal speed can be downshifted.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Drehstrommotor in Sternschaltung mit Mittelpunktsleiter; Fig. 2 Spannungsverläufe zur Erläuterung der Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 1; Fig. 3 das Prinzipschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Drehstrommotor in Sternschaltung ohne Mittelpunktsleiter; Fig. 4 das Prinzipschaltbild einer dritten Auführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Drehstrommotor in Sternschaltung ohne Mittelpunktsleiter bei Anschluß an eine Einphasen-Stromversorgung.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. They show: Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a first embodiment of a device according to the invention for a three-phase motor in star connection with neutral conductor; Fig. 2 voltage curves to explain the mode of operation of the device according to FIG. 1; 3 shows the basic circuit diagram a second embodiment of a device according to the invention for a three-phase motor in star connection without neutral conductor; 4 shows the basic circuit diagram of a third Embodiment of a device according to the invention for a three-phase motor in star connection without neutral conductor when connected to a single-phase power supply.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist mit 10 ein Drehstrommotor bezeichnet, der über in Stern geschaltete Wicklungen 11, 12, 13 verfügt.Description of the exemplary embodiments In FIG. 1, 10 is a three-phase motor which has windings 11, 12, 13 connected in a star.

Die Wicklungen 11, 12, 13 sind an Klemmen 14, 15, 16 geführt, die üblicherweise mit u, v, w bezeichnet werden.The windings 11, 12, 13 are led to terminals 14, 15, 16, the usually referred to as u, v, w.

Der Sternpunkt ist mit einer weiteren Klemme 17 verbunden, wie sie mit MP bezeichnet wird. Zur Versorgung des Drehstrommotors 10 ist eine Stromversorgunseinheit 20 vorgesehen, die über einen ersten Anschluß 21, einen zweiten Anschluß 22 und einen dritten Anschluß 23, die mit den Phasenspannungen R, S und T beschaltet sind sowie einen vierten Anschluß 24, der mit MP bezeichnet ist, verfügt. Die Verbindung von Stromversorgungseinheit 20 zum Drehstrommotor 10 erfolgt über Zuleitungen 25, 26, 27, 28. In und zwischen die Zuleitungen 25, 26, 27 ist eine Halbleiterschalter-Anordnung 30, bestehend aus einem ersten Schalter 31 in der Zuleitung 25, einem zweiten Schalter 32 in der Zuleitung 26, einem dritten Schalter 33 in der Zuleitung 27, einem vierten Schalter 34 zwischen dem zweiten Anschluß 22 und der Klemme 14 sowie einem fünften Schalter 35 zwischen dem zweiten Anschluß 22 und der Klemme 16, angeordnet. In die Zuleitung 28 ist eine Saugdrossel 40 geschaltet.The star point is connected to another terminal 17, like them is referred to as MP. A power supply unit is used to supply the three-phase motor 10 20 is provided, which has a first terminal 21, a second Terminal 22 and a third terminal 23, which with the phase voltages R, S and T are connected and a fourth terminal 24, which is designated by MP, has. The connection from the power supply unit 20 to the three-phase motor 10 takes place via Leads 25, 26, 27, 28. In and between the leads 25, 26, 27 is one Semiconductor switch arrangement 30, consisting of a first switch 31 in the supply line 25, a second switch 32 in the supply line 26, a third switch 33 in the lead 27, a fourth switch 34 between the second terminal 22 and the terminal 14 and a fifth switch 35 between the second terminal 22 and the terminal 16, arranged. A suction throttle 40 is connected into the supply line 28.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung kann mit Hilfe der Spannungsverläufe aus Fig. 2 erläutert werden. In einer ersten Betriebsweise sind die Schalter 31, 32, 33 geschlossen und die Schalter 34, 35 geöffnet.The operation of the arrangement shown in Fig. 1 can be done with the help the voltage curves from FIG. 2 are explained. In a first mode of operation the switches 31, 32, 33 are closed and the switches 34, 35 are open.

In dieser ersten Betriebsweise ist demnach der Drehstrommotor 10 in bekannter Weise mit der Stromversorgungseinheit 20 verbunden und dreht sich mit seiner Nenndrehzahl.Die Spannungen an den Klemmen 14, 15, 16 haben damit den bekannten Verlauf nach Fig. 2a. In einer zweiten Betriebsweise werden nun jedoch die Schalter 31 und 33 geöffnet und die Schalter 32, 34, 35 zyklisch geschlossen, d.h., es ist jeweils ein Schalter geschlossen und zwei geöffnet. Entsprechend Fig. 2b werden die Schalter 32, 34, 35 zyklisch mit jeder Halbwelle einer Phasenspannung umgeschaltet. Dies bedeutet, daß beispielsweise an der Klemme 15 ein Spannungsverlauf auftritt, wie er aus Fig. 2b ersichtlich ist. Die Grundfrequenz des so entstehenden Spannungsverlaufes beträgt ein Drittel der Nennfrequenz, so daß der Drehstrommotor 10 nur noch mit einem Drittel der Nenndrehzahl umläuft. In entsprechender Weise ist es selbstverständlich auch möglich, ein Neuntel usf.In this first mode of operation, the three-phase motor 10 is accordingly in known manner connected to the power supply unit 20 and rotates with it Its nominal speed. The voltages at terminals 14, 15, 16 thus have the known Course according to Fig. 2a. In a second mode of operation, however, the switches 31 and 33 open and switches 32, 34, 35 closed cyclically, i.e. it is one switch is closed and two are open. According to Fig. 2b the switches 32, 34, 35 toggled cyclically with each half-wave of a phase voltage. This means that, for example, a voltage curve occurs at terminal 15, as can be seen from Fig. 2b. The basic frequency of the resulting voltage curve is a third of the nominal frequency, so that the three-phase motor 10 only with a third the rated speed rotates. In a corresponding way it is of course also possible to add a ninth, etc.

der Nenndrehzahl zu erreichen.to achieve the nominal speed.

Im Betriebsfall mit einem Drittel, Neuntel usf. der Nenndrehzahl ist die vom Läufer des Drehstrommotors 10 in den Wicklungen 11, 12, 13 induzierte Spannung nur ein Drittel, Neuntel usf. der Nennspannung. Zur Vermeidung eines Überstroms in der jeweils angesteuerten Wicklung ist die Saugdrossel 40 vorgesehen.In operation with a third, ninth, etc. of the rated speed the voltage induced in the windings 11, 12, 13 by the rotor of the three-phase motor 10 only a third, ninth, etc. of the nominal voltage. To avoid an overcurrent The suction throttle 40 is provided in the respectively activated winding.

Die Anordnung entsprechend Fig. 3 bezieht sich auf einen im Stern geschalteten Drehstrommotor ohne Mittelpunktsleiter. Zum erfindungsgemäßen Betrieb eines solchen Drehstrommotors sind zwei weitere Schalter 36, 37 erforderlich, die zwischen den dritten Anschluß 23 und die Klemmen 14 bzw. 15 geschaltet sind.The arrangement according to FIG. 3 relates to one in the star switched three-phase motor without neutral conductor. To the operation according to the invention such a three-phase motor, two further switches 36, 37 are required, the are connected between the third connection 23 and the terminals 14 and 15, respectively.

Auch bei der Vorrichtung entsprechend Fig. 3 werden in einer ersten Betriebsweise (Nenndrehzahl) die Anschlüsse 21, 22, 23 durch Schließen der Schalter 31, 32, 33 und gleichzeitiges öffnen der übrigen Schalter fest mit den Klemmen 14, 15, 16 verbunden. In der zweiten Betriebsweise wird die verkettete Spannung S-T, wie sie zwischen den Anschlüssen 22 und 23 abnehmbar ist, vermittels der Schalter 32, 34, 35 und 33, 36, 37 zyklisch auf die Klemmen 15, 14, 16 geschaltet. Für eine zyklische Umschaltung I-II-III ergibt sich damit ein Umschaltschema der folgenden Art. (Der erste Schalter 31 ist in dieser Betriebsweise stets geöffnet): Schalter I II III zweiter (32) 1 0 0 dritter (33) 1 Ci 0 vierter (34) 0 1 0 fünfter (35) 0 0 1 sechster (36) 0 0 1 siebter (37) 0 1 0 Eine Vorrichtung entsprechend Fig. 3 eignet sich ebenfalls für Einphasen-Stromversorgungseinrichtungen, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist. Hierbei ist zwischen den ersten Anschluß 21 und den zweiten Anschluß 22 in bekannter Weise ein Kondensator 41 geschaltet. Der zweite Anschluß 22 ist mit der Phasenspannung P und der dritte Anschluß mit den Nulleiter N beschaltet.Also in the device according to FIG. 3, in a first Operating mode (nominal speed) the connections 21, 22, 23 by closing the switch 31, 32, 33 and at the same time open the remaining switches firmly with terminals 14, 15, 16 connected. In the second operating mode, the line-to-line voltage S-T, as it can be removed between the terminals 22 and 23, by means of the switch 32, 34, 35 and 33, 36, 37 switched cyclically to terminals 15, 14, 16. For one cyclical switchover I-II-III results in a switchover scheme of the following Art. (The first switch 31 is always open in this mode of operation): Switch I II III second (32) 1 0 0 third (33) 1 Ci 0 fourth (34) 0 1 0 fifth (35) 0 0 1 sixth (36) 0 0 1 seventh (37) 0 1 0 One device accordingly Figure 3 is also suitable for single phase power supplies such as this is indicated in FIG. Here is between the first terminal 21 and the second Terminal 22 is connected to a capacitor 41 in a known manner. The second connection 22 is connected to the phase voltage P and the third connection to the neutral conductor N.

Eine Vorrichtung zum zyklischen Umschalten der Halbleiterschalter (31, 32, 33, 34, 35, 36) ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung. Sie wurde daher im einzelnen nicht beschrieben.A device for cyclic switching of the semiconductor switches (31, 32, 33, 34, 35, 36) is known from the prior art mentioned at the beginning and not the subject of this invention. It has therefore not been described in detail.

Claims (9)

Ansprüche Vorrichtung zum Umschalten der Drehzahl eines Drehstrommotors mit einer über Zuleitungen an den Drehstrommotor angeschlossenen Stromversorgungseinheit mit wenigstens einem ersten, zweiten und dritten Anschluß, an denen wenigstens eine Phasenspannung abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitungen (25, 26, 27) und zwischen die Zuleitungen (25, 26, 27) eine Vielzahl von Schaltern (31, 32, 33, 34, 35) geschaltet ist, mit denen in einer ersten Betriebsart die Anschlüsse (21, 22, 23) der Stromversorgungseinheit (20) fest an die Klemmen (14, 15, 16) des Drehstrommotors (10) anschließbar si-nd und in einer zweiten Betriebsart eine Phasenspannung von der Stromversorgungseinheit (20) zyklisch an die Klemmen (14, 15, 16) des Drehstrommotors (10) schaltbar ist. Claims device for switching the speed of a three-phase motor with a power supply unit connected to the three-phase motor via supply lines with at least a first, second and third connection to which at least one Phase voltage is removable, characterized in that in the supply lines (25, 26, 27) and between the supply lines (25, 26, 27) a plurality of switches (31, 32, 33, 34, 35) is connected, with which the connections in a first operating mode (21, 22, 23) of the power supply unit (20) firmly to the terminals (14, 15, 16) of the Three-phase motor (10) can be connected and, in a second operating mode, a phase voltage from the power supply unit (20) cyclically to the terminals (14, 15, 16) of the three-phase motor (10) is switchable. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor (10) im Stern mit Mittelpunktsleiter (MP) geschaltet ist, daß ein erster/zweiter/dritter Schalter (31, 32, 33) in der ersten/zweiten/dritten Zuleitung (25, 26, 27) angeordnet ist, daß der zweite Anschluß (22) der Stromversorgungseinheit (20) über einen vierten bzw. fünften Schalter (34, 35) mit den jeweils nicht zugeordneten Klemmen (14, 16) des Drehstrommotors (10) verbunden ist, daß in der ersten Betriebsweise der erste, zweite und dritte Schalter (31, 32, 33) geschlossen und der vierte und fünfte Schalter (34, 35) geöffnet sind und daß in der zweiten Betriebsweise der erste und dritte Schalter (31, 33) geöffnet sind und von dem zweiten, vierten und fünften Schalter (32, 34, 35) zyklisch je einer geschlossen ist und die beiden anderen geöffnet sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the three-phase motor (10) is connected in the star with the neutral conductor (MP) that a first / second / third Switches (31, 32, 33) arranged in the first / second / third supply line (25, 26, 27) is that the second connection (22) of the power supply unit (20) via a fourth or fifth switch (34, 35) with the respectively unassigned terminals (14, 16) of the three-phase motor (10) is connected that in the first mode of operation the first, second and third switches (31, 32, 33) closed and the fourth and fifth switch (34, 35) are open and that in the second mode of operation the first and third Switches (31, 33) are open and from the second, fourth and fifth switches (32, 34, 35) one is cyclically closed and the other two are open. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster/zweiter/dritter Schalter (31, 32, 33) in der ersten/zweiten/dritten Zuleitung (25, 26, 27) angeordnet ist, daß ferner der zweite Anschluß (22) der Stromversorgungseinheit (20) über einen vierten bzw.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that a first / second / third Switches (31, 32, 33) arranged in the first / second / third supply line (25, 26, 27) is that the second connection (22) of the power supply unit (20) via a fourth or fünften Schalter (34, 35) mit den jeweils nicht zugeordneten Klemmen (14, 16) des Drehstrommotors (10) verbunden ist, daß der dritte Anschluß (23) der Stromversorgungseinheit (20) über einen sechsten bzw.fifth switch (34, 35) with the respective unassigned terminals (14, 16) of the three-phase motor (10) connected is that the third Connection (23) of the power supply unit (20) via a sixth or siebten Schalter (36, 37) mit den jeweils nicht zugeordneten Klemmen (14, 15) des Drhstrqmmotors (10) verbunden ist, daß in der ersten Betriebsweise der erste, zweite und dritte Schalter (31, 32, 33) geschlossen und der vierte, fünfte, sechste und siebte (34, 35, 36, 37) geöffnet sind und daß in der zweiten Betriebsweise der erste Schalter (31) geöffnet ist und die übrigen Schalter nach dem Schema: Schalter I II III zweiter(32) 1 0 0 dritter (33) 1 0 0 vierter (34) 0 1 0 fünfter (35) 0 0 1 sechster (36) 0 0 1 siebter (37) 0 1 0 zyklisch umgeschaltet werden.seventh switch (36, 37) with the respective unassigned terminals (14, 15) of the rotary motor (10) is connected that in the first mode of operation the first, second and third switches (31, 32, 33) closed and the fourth, fifth, sixth and seventh (34, 35, 36, 37) are open and that in the second mode of operation the first switch (31) is open and the remaining switches according to the scheme: switch I II III second (32) 1 0 0 third (33) 1 0 0 fourth (34) 0 1 0 fifth (35) 0 0 1 sixth (36) 0 0 1 seventh (37) 0 1 0 can be switched cyclically. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor (10) im Stern ohne Mittelpunktsleiter (MP) oder im Dreieck geschaltet ist und daß an den drei Anschlüssen (21, 22, 23) der Stromversorgungseinheit (20) Drehstrom-Phasenspannungen (R, S, T) abnehmbar sind.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the three-phase motor (10) is connected in a star without a neutral conductor (MP) or in a triangle and that at the three connections (21, 22, 23) of the power supply unit (20) three-phase phase voltages (R, S, T) are removable. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor (10) im Stern ohne Mittelpunktsleiter (MP) oder im Dreieck geschaltet ist, daß der zweite Anschluß (22) der Stromversorgungseinheit (20) mit einer Phasenspannung (S) und mit dem ersten Anschluß (21) über einen Kondensator (41) verbunden ist und daß der dritte Anschluß (23) als Nulleiter (N) dient.5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the three-phase motor (10) is connected in a star without a neutral conductor (MP) or in a triangle that the second connection (22) of the power supply unit (20) with a phase voltage (S) and is connected to the first terminal (21) via a capacitor (41) and that the third connection (23) serves as a neutral conductor (N). 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Umschaltung der Schalter (32, 33, 34, 35, 36, 37) in der zweiten Betriebsweise mit einer Harmonischen der Frequenz des Drehstromes erfolgt.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the cyclic switching of the switches (32, 33, 34, 35, 36, 37) in the second Operation takes place with a harmonic of the frequency of the three-phase current. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37) als Triacs ausgebildet sind.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the switches (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37) are designed as triacs. 8. Vorrichtung nach einem der Anprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste/zweite/dritte Schalter (31, 32, 33) als elektromechanischer Schalter mit drei Schaltstrecken ausgebildet ist.8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the first / second / third switch (31, 32, 33) as an electromechanical switch is designed with three switching paths. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mittelpunktsleiter (28), eine Saugdrossel (40) geschaltet ist.9. Apparatus according to claim 2, characterized in that in the Central conductor (28), a suction throttle (40) is connected.
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