DE3124097A1

DE3124097A1 - Energiesparende motorsteuereinrichtung

Info

Publication number: DE3124097A1
Application number: DE19813124097
Authority: DE
Inventors: Nicholas G. 33563 Palm Harbor Fla. Muskovac
Original assignee: Vectrol Inc
Current assignee: Vectrol Inc
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1982-02-25
Also published as: GB2079500B; JPS5771293A; IE51333B1; US4384243A; GB2079500A; FR2485290A1; DE3124097C2; ZA814204B; JPH0773436B2; IE811364L; FR2485290B1

Description

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VECTROL, INC.
Oldsmar, Florida (V.St.A.)

Energiesparende Motorsteuereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine energiesparende Motor-" steuereinrichtung zur lastabhängigen Steuerung der an einen belasteten Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung.

In den letzten Jahren sind für die Steuerung von Asynchronmotoren bereits Schaltungen entwickelt worden, die im Teillastbetrieb des Motors dessen Leistungsfaktor verbessern und damit die Verlustleistung des Motors herabsetzen. Asynchronmotoren arbeiten unter Teillast gewöhnlich mit einem Leistungsfaktor von nur 0,1 oder 0,2, so daß relativ starke Ströme fließen und nur sehr wenig Arbeit geleistet wird. In einem derartigen System treten daher Leistungsverluste an allen Stellen, einschließlich der Motorwicklungen, auf, selbst wenn keine mechanische Leistung abgegeben wird.

Aufgrund dieser Erkenntnis hat man sich um die Entwicklung einer elektronischen Steuereinrichtung bemüht, die durch Erhöhung des Leistungsfaktors des Motors eine beträchtliche Energieeinsparung ermöglicht. Eine derartige Steuereinrichtung ist beispielsweise in der US-PS 4 052 648 (NoIa) und

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einem entsprechenden Artikel von Frank J. NoIa von der National Aeronautics and Space Administration beschrieben worden, der unter dem Titel "Circuit Saves Power In AC Induction Motors" im EDN Magazin vom 5. September 19 79 auf S. 185 bis 189 veröffentlicht wurde, sowie im NASA Tech Brief No. NTN-78/0252 (MFS-23389) unter dem Titel "Save Power IN AC Induction Motors".

In der zuletzt genannten Veröffentlichung ist eine Leistungssteuereinrichtung beschrieben, die unter Messung des Verlustwinkels zwischen Spannung und Strom die Verlustleistung vermindert. Zu diesem Zweck wird ein Verlustwinkelsignal an eine Schaltung angelegt, die einen Motor zwingt, innerhalb der für den Motor maßgebenden Grenzwerte unabhängig von Veränderungen der Last oder der Netzspannung mit einem konstanten, vorherbestimmten/ optimalen Leistungsfaktor zu arbeiten. Bei abnehmender Last setzt ein in der Steuereinrichtung angeordneter Festkörperschalter (Triac) die an den Motor angelegte Spannung und mit ihr die Verlustleistung herab. Bei zunehmender Last erhöht dieser Schalter die Spannung wieder auf den erforderlichen Wert.

Diese Steuereinrichtung kann bei Einphasenmotoren ohne weiteres verwendet werden, hat aber bei Mehrphasenmotoren, beispielsweise Drehstrommotoren in Sternschaltung den Nachteil, daß der Motor für die Herstellung von Verbindungen im Motor geöffnet werden muß (beispielsweise muß die Sternschaltung im Innern des Motors mit diesem oder mit dem Nulleiter des Drehstromnetzes verbunden werden), worauf mit jeder Motorphase die Zündschaltung eines Triacs in Reihe geschaltet werden muß. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin, daß nach dem Einschalten des Motors ein beträchtlicher Leistungsverlust auftritt, weil der Motor zunächst einen maximalen An-

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laufstrom aufnimmt, der zum großen Teil vergeudet wird, bis die Steuereinrichtung ihren normalen, stabilen Betriebszustand erreicht.

Es sind auch schon Motorsteuereinrichtungen bekannt, die mit einem uberstromauslöser versehen sind, der bei einer überbelastung des Motors diesen sofort abschaltet. Diese Technik ist bisher nur für eine sofortige vollständige Abschaltung unabhängig von dem Betrag der überbelastung angewendet worden. Dieser Betrieb ist aber nicht rationell, weil ein sofortiges Abschalten des Motors häufig nicht erforderlich ist. Beispielsweise muß der Motor bei einer sehr großen Überbelastung so bald wie möglich abgeschaltet werden, während bei einer nur geringen Überbelastung das Abschalten auch etwas später erfolgen kann, ohne daß eine Gefahr der Beschädigung des Motors besteht. Das sofortige Abschalten des Motors bei einer Überbelastung unabhängig von deren Betrag stellt daher eine energievergeudende Maßnahme und eine unnötige Erschwernis des Betriebes dar.

Bei Motorsteuereinrichtungen mit Überstromauslösung muß diese Funktion beim Anlaufen des Motors unterdrückt werden. Da beim Anläufen des Motors dessen Belastung meistens über dem Schwellenwert für die Auslösung liegt, würde beim Anlaufen des Motors eine überstromauslösung erfolgen, sofern diese nicht unterdrückt wird. Der Betrieb des Motors könnte daher beträchtlich durch eine Steuereinrichtung verbessert werden, bei der die überstromauslösung beim Anlaufen während einer bestimmten Zeit unterdrückt wird.

Bisher konnte es vorkommen, daß ein Motor beschädigt wird, wenn im Betrieb des Motors eine Phase ausfällt. In diesem Fall trachtet ein Mehrphasenmotor gewöhnlich, in den Einphasenbetrieb überzugehen, so daß er durchbrennt. Daher ist eine

Motorsteuereinrichtung erwünscht, die den Motor beim Ausfall einer Phase sofort abschaltet.

Es sind Motorsteuereinrichtungen mit gesteuerten Siliciumgleichrichtern bekannt (siehe beispielsweise die vorgenannte Patentschrift und den Artikel von Frank F. NoIa). Wenn diese gesteuerten Siliciumgleichrichter aber nicht einwandfrei gesteuert werden, so daß sie wie Schmelzsicherungen arbeiten und eine schnelle Abschaltung des Motors bewirken, müssen in der Motorsteuereinrichtung auch Schmelzsicherungen vorgesehen sein. Ein schwerwiegender Nachteil der bekannten Steuereinrichtungen besteht daher darin, daß die darin verwendeten gesteuerten Siliciumgleichrichter nicht einwandfrei gesteuert, d.h., einwandfrei getastet werden und daher nicht wie Schmelzsicherungen arbeiten. Wenn dies möglich wäre, könnten die Kosten der Steuereinrichtung beträchtlich herabgesetzt werden.

Schließlich arbeiten die bekannten Motorsteuereinrichtungen nicht gleichmäßig, d.h. sie arbeiten bei Verzerrungen von Netzwechselspannungen nicht ebensogut wie ohne derartige Verzerrungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher vor allem in der Schaffung einer verbesserten Motorsteuereinrichtung zur lastabhängigen Steuerung der an einen Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Motorsteuereinrichtung zum Herabsetzen des dem Motor beim Anlaufen desselben zugeführten AnlaufStroms.

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Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Motorsteuereinrichtung mit einem Überstromauslöser, der den Motor sofort abschaltet, wenn der Motorstrom einen bestimmten, höheren Schwellenwert überschreitet, und der Motor nach einer bestimmten Zeitspanne abschaltet,_ wenn der Strom einen manuell eingestellten, niedrigeren Schwellenwert überschreitet.

Außerdem hat die Erfindung die Aufgabe, eine Motorsteuereinrichtung zu schaffen, die zu einer überstromauslösung befähigt ist, durch die der Motor bei einer starken Überbelastung früher und bei ^iner geringen überbelastung spater abgeschaltet wird.

Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, eine Motorsteuereinrichtung zu schaffen, bei der die verzögerte tiberstromauslösefunktion beim Anlaufen des Motors unterdrückt wird.

Weiter besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Motorsteuereinrichtung, die den Motor beim Ausfall, einer Phase abschaltet.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht ferner in der Schaffung einer Motorsteuereinrichtung mit einer leistungssteuernden Anschnittsteuerschaltung, die an einen Schaltkreis Anschnittimpulse in einer für das jeweilige Mehrphasennetz geeigneten, zeitlichen Steuerung abgibt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Motorsteuereinrichtung mit einer leistungssteuernden Anschnittsteuerschaltung, die auch bei verzerrten Netzwechselspannungen einwandfrei arbeitet.

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Außerdem besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Motorsteuereinrichtung mit einer leistungssteuernden Anschnittsteuerschaltung, die mit einem Schaltkreis zusammenwirkt, der gesteuerte Siliciumgleichrichter enthält und von der Anschnittsteuerschaltung derart gesteuert wird, daß die gesteuerten Siliciumgleichrichter wie Schmelzsicherungen wirken, d.h. schnell gesperrt werden.

Schließlich besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Motorsteuereinrichtung mit einem Regelkreis, der zur Steuerung des Leistungsfaktors dient und sich durch besonders hohe Stabilität auszeichnet.

Die Motorsteuereinrichtung für einen Mehrphasenmotor umfaßt gemäß der Erfindung eine mit einem Mehrphasen-Wechselstromnetz verbundene Meßstufe zum Messen des dem Verlustfaktor Netzwechselspannung entsprechenden Verlustwinkels zwischen der Spannung und dem Strom, die einem mit dem Wechselstromnetz verbundenen Motor zugeführt werden, eine Regelstufe zum Vergleich des Verlustwinkels zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom mit einem Sollwert für den Verlustwinkel und zum Erzeugen eines entsprechenden Stellsignals, sowie eine Stellstufe, die in Abhängigkeit von dem Signal die an den Mehrphasenmotor angelegte Spannung und die ihm zugeführte Leistung lastabhängig steuert.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform besitzt die Steuereinrichtung einen Strombegrenzer, der beim Anlaufen des Motors den Anlaufstrom begrenzt, so daß während des Anlaufens Energie gespart wird. Dieser Strombegrenze-r kann vorzugsweise manuell auf einen Sollwert eingestellt werden, auf den der Motorstrom beim Anlaufen begrenzt werden soll.

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung besitzt die Steuereinrichtung einen überStromauslöser* in dem der Motorstrom mit einem Schwellenwert verglichen wird und die bei dessen Überschreitung das Anlagen der Wechselspannung an den Motor unterbricht. Wenn der Motorstrom einen vorherbestimmten, höheren Schwellenwert überschreitet, erzeugt der Überstromauslöser ein Sofortabschaltsignal, welches das Anlegen der Wechselspannung an den Motor sofort (innerhalb einer Halbperiode des Netzes) unterbricht. Bei einem Motorstrom, der unter dem Schwellenwert für die Sofortabschaltung, aber über einem manuell eingestellten, niedrigeren Schwellenwert liegt, erzeugt der überstromauslöser ein verzögertes Abschaltsignal, so daß das Anlegen der Wechselspannung an den Motor nach einer veränderlichen Zeitspanne unterbrochen wird, die gemäß der Erfindung dem Betrag der erfaßten überbelastung umgekehrt proportional ist, so daß größere überbelastungen früher und kleinere Überbelastungen später zum Abschalten des Motors führen. Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ist ein Anlaufzeitgeber vorgesehen, der beim Anlaufen des Motors die Funktion des überstromauslösers einschließlich der verzögerten Abschaltung unterdrückt.

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung enthält die Meßstufe eine Spannungsmeßschaltung, die mit dem Wechselstromnetz verbunden ist und im Zusammenwirken mit einem Bezugssignalgeber den Phasenwinkel der Motorspannung mißt. Die Meßstufe besitzt ferner eine Strommeßschaltung zum Messen des Phasenwinkels des Motorstroms. Infolgedessen kann die Meßstufe den Verlustwinkel zwischen dem Motorstrom und der Motorspannung messen und ein entsprechendes Verlustwinkelsignal erzeugen.

Die Motorsteuereinrichtung besitzt ferner eine Regelstufe, die auf das von der Meßstufe abgegebene Verlustwinkel-

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signal anspricht und die Stellstufe zur Durchführung ihrer vorstehend angegebenen Funktionen aktiviert, die nachstehend ausführlicher erläutert werden.

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung besitzt die Stellstufe der Motorsteuereinrichtung eine Anschnittsteuerschaltung, die unter Steuerung durch die Regelstufe Anschnittimpulse erzeugt, die entsprechend dem jeweiligen Mehrphasennetz zeitgesteuert werden und zur Steuerung eines Schaltkreises dienen, der ebenfalls in der Stellstufe angeordnet ist. Dieser Schaltkreis umfaßt vorzugsweise für jede Phase des Mehrphasennetzes zwei gesteuerte Siliciumgleichrichter, von denen jeder durch eine entsprechende Folge von Anschnittimpulsen der Anschnittsteuerschaltung gesteuert wird.

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ist zur Verbesserung der Stabilität des gemäß der Erfindung zur Steuerung des Leistungsfaktors des Motors vorgesehenen Regelkreises zwischen der Meßstufe und der Regelstufe ein Vorhaltnetzwerk geschaltet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt

Figur 1 im Blockschema eine Motorsteuereinrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der überstromauslösefunktion der Motorsteuereinrichtung,

Figur 3 ein Schaltschema des Strombegrenzers der Motorsteuereinrichtung,

Figur 4 ein Schaltschema des Überstromauslösers und des Phasenausfalldetektors der Motorsteuereinrichtung und

Figur 5A ein Schaltschema der Spannungsmeßschaltung und der Anschnittsteuerschaltung der Motorsteuereinrichtung.

Figur 5B und 5C sind Diagramme zur Erläuterung der Funktion der Anschnittsteuerschaltung gemäß Figur 5A.

Figur 6A ist ein Schaltschema des Bezugssignalgebers und der Strommeßschaltung der Motorsteuereinrichtung,

Figur 6B ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionen des Bezugssignalgebers und der Strommeßschaltung gemäß Figur 6A,

Figur 7 ein Schaltschema des Anlaufzeitbegrenzers des Sägezahngenerators, des Verlustwinkel-Sollwertgebers und der Regelstufe der Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung und

Figur 8 ein Blockschema eines Teils einer zweiten Ausfuhrungsform der Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung.

In der Figur 1 ist eine Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung im Blockschaltbild dargestellt. Eine Meßstufe 10 besitzt eine Spannungsmeßschaltung 12, einen Bezugssignalgeber 14, eine Strommeßschaltung 16 und einen Summierpunkt 18. Die Motorsteuereinrichtung umfaßt ferner eine Regelstufe 20, eine Verlustwinkei-Sollwert- und Sägezahngeneratorschaltung 22, eine Stromversorgungseinrichtung 24, einen Phasenausfalidetektor 26, einen Anlaufdetektor 28, Summierpunkte 30 und 32, einen Strombegrenzer 34, einen überstromauslöser 36, und eine Stellstufe 38 mit einer Anschnittsteuerschaltung 40 und gesteuerten

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Siliciumgleichrichtern (SCR) 42 bis 47, die einen Schaltkreis 48 bilden.

Im Betrieb ist die Meßstufe 10 mit einem mehrphasigen Wechselstromnetz, in dem dargestellten Beipsiel mit einem Drehstromnetz mit den Phasen A, B und C, verbunden. Diese Meßstufe dient zum Messen des Verlustwinkels der Netzwechselspannung, d.h., des Phasenwinkels zwischen der Spannung und dem Strom, die einem an das Wechselstromnetz angeschlossenen Motor 50 zugeführt werden. Die Spannungsmeßschaltung 12 ist mit dem Wechselstromnetz verbunden und mißt im Zusammenwirken mit dem Bezugssignalgeber 14 den Phasenwinkel der Motorspannung. Die Strommeßschaltung 16 mißt über den Strombegrenzer 34 den Phasenwinkel des Motorstroms des Motors 50. Infolgedessen kann die Meßstufe 10 den Verlustwinkel zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom messen und über den Summierpunkt 18 ein entsprechendes Verlustwinkelsignal abgeben.

Von dem Summierpunkt 18 wird an einen ersten Eingang der Regelstufe 20 das Verlustwinkelsignal angelegt, das dem gemessenen Verlustwinkel zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom entspricht. An einen zweiten Eingang der Regelstufe 20 legt eine Verlustwinkel-Sollwert- und Sägezahngeneratorschaltung 22 eine konstante Spannung an, die am Potentiometer 22a manuell eingestellt wird. Die Verlustwinkel-Sollwert- und Sägezahngeneratorschaltung 22 wird von der Stromversorgungseinrichtung 24 gespeist.

In Abhängigkeit von den an ihre beiden Eingänge angelegten Signalen gibt die Regelstufe 20 ein Stellsignal über den Summierpunkt 30 an die Stellstufe 38 ab, die aufgrund dieses Stellsignals die an den Mehrphasenmotor 50 angelegte Spannung und die ihm zugeführte Leistung lastabhängig steuert.

Die Stellstufe 38 besitzt eine Anschnittsteuerschaltung 40, die in Abhängigkeit von der von der Spannungsmeßschaltung 12 gemessenen Spannung in dem Mehrphasennetz und von dem von dem Summierpunkt 30 abgegebenen Stellsignal Anschnittimpulse erzeugt, die entsprechend dem jeweiligen Mehrphasennetz zeitlich gesteuert sind und zur Steuerung eines Schaltkreises 48 dienen. Zu diesem Zweck werden die Anschnittimpulse an die Steuerelektroden der gesteuerten Siliciumgleichrichter (SCR) 42 bis 47 angelegt, die dazu dienen, die Phasen des Drehstromnetzes als Eingangsphasen A¹, B¹ und C an den Motor 50 anzulegen.

Die Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung besitzt einen Strombegrenzer 34, der beim Anlaufen des Motors den Anlaufstrom begrenzt, so daß Energie gespart wird. Der Strombegrenzer 34 kann mittels des Schalters 34a so eingestellt werden, daß der Anlaufstrom auf einen vorherbestimmten Prozentsatz des normalen BetriebsStroms begrenzt wird. Zum Begrenzen des dem Motor 50 zugeführten AnlaufStroms gibt der Strombegrenzer 34 das Signal CUTBACK über die Summierpunkte 32 und 30 an die Stellstufe 38 ab.

Die Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung besitzt ferner einen Überstromauslöser 36, dessen Eingang an den Strombegrenzer 34 angeschlossen ist und der das Vorhandensein des Motorstroms erfaßt. In dem überstromauslöser 36 wird der erfaßte Motorstrom mit einem vorherbestimmten, höheren Schwellenwert verglichen, der beispielsweise 600 % des normalen Betriebsstroms entspricht. Wenn der Motorstrom diesen Schwellenwert überschreitet, gibt der überstromauslöser 36 über die Summierpunkte 32 und 30 ein Sofortabschaltsignal INST TRIP an die Anschnittsteuerschaltung 40 ab, so daß der Motor 50 sofort abgeschaltet wird und daher nicht beschädigt

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werden kann. Der Überstromauslöser 36 spricht ferner an, wenn der Motorstrom einen mittels des Schalters 36a manuell eingestellten, niedrigeren Schwellenwert überschreitet. Beispielsweise kabn der Schalter 36a in eine solche Stellung gebracht werden, daß der Motor abgeschaltet wird, wenn ein Überstrom vorhanden ist, der einem gegebenen Prozentsatz des normalen BetriebsStroms, z.B. 100 bis 130 % desselben, entspricht. Im Falle eines derartigen Überstroms gibt der Überstromauslöser über den Anlaufzeitgeber 28 und die Summierpunkte 32 und 30 an die Anschnittsteuerschaltung 40 ein Signal TIMED TRIP für die verzögerte Abschaltung ab.

Diese Funktion des Überstromauslösers 36 wird nachstehend anhand der Figur 2 erläutert. Nach dem Erfassen eines nur geringen Überstroms von beispielsweise 150 % des normalen Motorstroms wird der Motor erst nach einer gewissen Zeit beispielsweise von 9 s (Figur 2), abgeschaltet. Nach dem Erfassen eines relativ großen Überstroms, beispielsweise von 250 % des normalen Motorstroms, wird der Motor dagegen relativ bald abgeschaltet, z.B. nach etwa 3,5 s (Figur 2). Gemäß diesem Merkmal der Erfindung ist die Zeit bis zum Abschalten des Motors dem Betrag des erfaßten Überstroms umgekehrt proportional.

Das Ausgangssignal TIMED TRIP des Überstromauslösers 36 (Figur 1) wird über den Anlaufzeitgeber 28 an die Anschnittsteuerschaltung 40 angelegt. Während des Anlaufens des Motors unterdrückt der von der Stromversorgungseinrichtung 24 gespeiste Anlaufzeitgeber 28 die verzögerte überStromauslösung, indem er die Weitergabe des Ausgangssignals TIMED TRIP an die Anschnittsteuerschaltung 40 verhindert. Infolgedessen kann keine verzögerte Überstromauslösung erfolgen, wenn beim Anlaufen des Motors notwendigerweise ein überstrom auftritt.

Die Motorsteuereinrichtung besitzt ferner einen Phasenausfalldetektor 26, an den die Netzwechselspannung über die Spannungsmeßschaltung 12 angelegt wird. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, spricht der Phasenausfalldetektor 26 auf den Ausfall einer Phase der Netzwechselspannung durch Abgabe eines entsprechenden Ausgangssignals über den Suminierpunkt 30 an die Anschnittsteuerschaltung 40 an, die daraufhin die SCR 42 bis 47 derart steuert, daß die Zuführung der Motorspannung und des Motorstroras zu dem Motor unterbrochen wird.

Die Figur 3 ist ein Schaltschema des Strombegrenzers 34 der Motorsteuereinrichtung. Der Strombegrenzer 34 besitzt ein Potentiometer P2, einen Differentialverstärker A1, Transistoren Q1 und Q2 sowie Widerstände, Kondensatoren und Dioden.

Im Betrieb werden die Stromsignale A¹, B¹ und C von dem Schaltkreis 48 (Figur 1) dem Strombegrenzer 34 zugeführt und in diesem mittels der Dioden D1, D2 und D3 gleichgerichtet. Die gleichgerichteten Signale werden am Summierpunkt 52 vereinigt und dann über Spannungsteilerwiderstände R21 und R93 an den Pluseingang des Differenzverstärkers A1 angelegt. Die gleichgerichteten und vereinigten Signale werden ferner zu einem nachstehend angegebenen Zweck an den überstromauslöser 36 angelegt.

An den Minuseingang des Differenzverstärkers A1 wird von dem Potentiometer P2 eine Bezugsspannung über die Diode D6 und den Widerstand R22 angelegt. Die Einstellung des Potentiometers P2 entspricht der Einstellung des Potentiometers 34a (Figur 1) des Strombegrenzers 34. Wenn die an den Pluseingang des Differentialverstärkers A1 angelegten, gleichgerichteten und vereinigten Signale größer sind als die an den Minusein-

gang des Verstärkers A1 angelegte Bezugsspannung, ist das Ausgangssignal des Verstärkers A1 positiv und bewirkt dieses über den Widerstand R26 an die Basis des Transisotrs Q1 angelegte Ausgangssignal, daß der Transistor Q1 und damit auch der Transistor Q2 durchgeschaltet ist. Infolgedessen wird der sonst über den Widerstand R26, den Kondensator C9 und den Widerstand R28 der Anschnittsteuerschaltung 40 (Figur 1) zugeführte Ausgangsstrom des Verstärkers A1 zur Erde abgeleitet. Dies entspricht der Erzeugung des Signals CUTBACK durch den Strombegrenzer 34. Dieses Signal wird über die Summierpunkte 32 und 30 an die Anschnittsteuerschaltung 40 angelegt, wo es das von der Regelstufe 20 an die Anschnittsteuerschaltung 40 angelegte Stellsignal verkleinert und dadurch den Motorstrom begrenzt.

Figur 4 ist ein Schaltschema des Überstromauslösers 36 und des Phasenausfalldetektors 26 der Motorsteuereinrichtung. Der Überstromauslöser 36 besteht im wesentlichen aus einem Phototransistor 11, Operationsverstärkern A2 und A3, gesteuerten Siliciumgleichrichtern SCR-1 und SCR-2, und weiteren Schaltungsbestandteilen.

Im Betrieb der Schaltungsanordnung gemäß der Figur werden die Signale A', B¹ und C mittels der Dioden D1, D2 und D3 gleichgerichtet. Die gleichgerichteten Signale werden nach ihrer Vereinigung am Summierpunkt 52 dem überstromauslöser 36 (Figur 4) zugeführt. Zur verzögerten tiberstromauslösung wird dieses Eingangssignal über den Widerstand R37 dem Phototransistor 11 zugeführt, der aufgrund der ihm nach dem Anlaufen des Motors 50 zugeführten Lichtsignale 54 die verzögerte überStromauslösung während der Anlaufzeit unterdrückt. Die Lichtsignale 54 werden in der nachstehend erläuterten Weise von dem Anlaufdetektor (Figur 1) erzeugt.

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Bei durchgeschaltetem Phototransistor 11 werden die Eingangssignale über ein aus den Widerständen R42 und R43 und den Kondensator C11 bestehendes Filter an den Pluseingang des Verstärkers A2 angelegt, an dessen Minuseingang von dem Potentiometer P3 über die Diode D18 und den Widerstand R44 eine Bezugsspannung angelegt wird. Die Einstellung des Potentiometers P3 entspricht der manuellen Einstellung des Schalters 36a des überstromauslösers 36 (Figur 1) und damit dem Schwellenwert für die verzögerte überstromauslösung.

Der Verstärker A2 hat im Zusammenwirken mit dem Rückkopplung swiderstand R47 und dem Rückkopplungskondensator C12 eine Integrierfunktion, indem er das Eingangssignal verstärkt und mit einer von dem Widerstand R47 und dem Kondensator C12 bestimmten Zeitkonstante integriert. Bei einem großen Ausgangssignal des Strombegrenzers 34 steigt das Ausgangssignal des Verstärkers A2 schnell an, während es bei einem kleinen Ausgangssignal des Strombegrenzers 34 nur langsam ansteigt. Infolgedessen kann der Verstärker A2 des Überstromauslösers 36 eine verzögerte überstromauslösung bewirken, d.h., daß bei einem großen Überstrom (großes Ausgangssignal des Strombegrenzers 34) das Ausgangssignal des Verstärkers 12 schnell ansteigt und daher der Motor schnell abgeschaltet wird, während bei einem kleinen überstrom (kleines Ausgangssignal des Strombegrenzers 34) das Ausgangssignal des Verstärkers A2 nur langsam ansteigt, so daß der Motor erst später abgeschaltet wird.

Das Ausgangssignal des Verstärkers A2 wird über einen Summierpunkt 56 an den Minuseingang des Verstärkers A3 angelegt, der als Vergleicher arbeitet, an dessen Pluseingang eine Bezugsspannung angelegt wird. Wenn die Spannung an dem Minuseingang des Verstärkers A3 höher ist als die Bezugsspannung, ist das über den Basiswiderstand R54 an den Transistor Q4 an-

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gelegte Ausgangssignal des Verstärkers A3 klein und daher der Transistor Q 4 durchgeschaltet. Beim Durchschalten des Transistors Q4 wird über den Widerstand R55 und die Diode D20 der Gleichrichter SCR-1 und über den Widerstand R58 und die Diode D21 der Gleichrichter SCR-2 gezündet. Bei gezündetem Gleichrichter SCR-1 brennt eine die Überstromauslösung anzeigende Anzeigelampe LED1. Bei gezündetem Gleichrichter SCR-2 ist der Schließer 58 geschlossen und wird daher das sonst der Anschnittsteuerschaltung 40 (Figur 1) zugeführte Ausgangssignal zur Erde abgeleitet und durch die sonst an den Schaltkreis 48 angelegte Zündgleichspannung kurzgeschlossen, so daß der Motor 50 abgeschaltet wird.

Dank der Integrationsfunktion des Verstärkers A2 (Figur 4) wird daher der Motor 50 (Figur 1) erst nach einer bestimmten Zeitspanne abgeschaltet, die der Integrationszeitkonstante entspricht und dem Betrag des von dem Überstromauslöser 36 erfaßten Überstroms umgekehrt proportional ist. Es wird also eine verzögerte überStromauslösung erzielt.

Zur sofortigen überstromauslösung wird das an den Eingang des Überstromauslösers 36 angelegte Signal über den Widerstand R97 und die Diode D25 auch an den Minuseingang des Verstärkers A3 angelegt, d.h. an dem Phototransistor 11 und dem Integrierverstärker A2 vorbeigeführt. Eei der sofortigen Überstromauslösung bewirkt der überstromauslöser 36, daß durch sofortiges Sperren der SCR 42 bis 47 in dem Schaltkreis 48 der Motor 50 (Figur 1) sofort abgeschaltet wird, wenn infolge eines sehr großen Überstroms die an den Minuseingang des Verstärkers A3 angelegte Spannung über die an dessen Pluseingang liegende Bezugsspannung steigt. In der dargestellten Ausführungsform legen die einen Spannungsteiler bildenden Widerstän-

de R97 und R98 das Eingangssignal über die Diode D25, die über die Zenerdiode Z1 geerdet ist, an den Minuseingang des Verstärkers A3 an und erfolgt die soforitge Abschaltung des Motors 50 (Figur 1) in etwa 8 ms. Man kann die vorgenannten Bauelemente natürlich so auswählen, daß die Abschaltung innerhalb jeder gewünschten Zeit und nach dem überschreiten jedes gewünschten Schwellenwertes erfolgt.

Der Phasenausfalldetektor 26 besteht gemäß Figur 4 im wesentlichen aus den Verstärkern A4 und A5 und dem Transistor Q5. Gemäß den Figuren 1 und 5A werden die drei Phasenspannungen A, B und C an die Spannungsmeßschaltung 12 über einen in Figur 5A mit 60 bezeichneten Transformator angelegt und erzeugt die Spannungsmeßschaltung 12 u.a. die Ausgangsspannungen 11A bis 11C, die genäß Figur 4 in je einer der Dioden D4 bis D6 gleichgerichtet werden. Die gleichgerichteten Spannungen werden über die einen Spannungsteiler bildenden Widerstände R7 und R8 an den Pluseingang des Verstärkers A4 angelegt. Dieser hat im Zusammenwirken mit den Widerständen R68 bis R70 und den Kondensatoren C1 6, C17 eine Mittelwertbilde- und Filterfunktion., so daß sein Ausgangssignal eine gefilterte Mittelwert-Gleichspannung ist. Dieses Ausgangssignal wird über den Widerstand R67 an den Pluseingang des Vergleichers A5 angelegt, an dessen Minuseingang eine 12 V-Stromquelle über eine Diode D19 und einen Widerstand RGG eine Bezugsspannung anlegt. In der bevorzugten Ausfuhrungsform ist die an den Minuseingang des Verstärkers A5 angelegte Bezugsspannung etwa 25 % niedriger als die Eingangsspannung, so daß beim Ausfall einer Phase die Mittelwert-Gleichspannung am Ausgang des Verstärkers A4 etwa 33 % unter ihren Normalwert fällt, worauf das Ausgangssignal des Vergleichers A5 abfällt. Infolgedessen wird der Transistor Q5 durchgeschaltet, so daß zur Anzeige des Phasenausfalls die Anzeigelampe LED2 aufleuchtet. Ferner wird der Gleichrichter

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SCR-2 in dem Überstromauslöser 36 (Figur 4) gezündet, so daß die Schließer 58 geschlossen werden und die an die Anschnittsteuerschaltung 40 (Figur 1) angelegte Spannung kurzgeschlossen wird. Jetzt sperrt die Anschnittsteuerschaltung 40 die Gleichrichter 42 bis 47 des Schaltkreises 43, so daß der Motor 50 abgeschaltet wird.

Der Gleichrichter SCR-2 und der Schließer 58 bleiben durchgeschaltet bzw. geschlossen, bis die Gleichspannung von +12 V weggenommen wird. Zu diesem Zweck kann man von dem Eingang eines nicht gezeigten Transformators der Stromversorgungseinrichtung 24 die Spannung von 120 V wegnehmen. Zum Löschen der Phasenausfallanzeige kann der Fachmann auch andere übliche Maßnahmen anwenden.

Die Figur 5A ist ein Schaltschema der Spannungsmpßschaltung 12 und der Anschnittsteuerschaltung 40 der Motorsteuereinrichtung. Die Spannungsumschaltung 12 besitzt mehrere Transformatoren 60 zum Transformieren der drei Phasenspannungen. Die Phase A liegt an den Primärwicklungen L1 und L2, die Phase B an den Wicklungen L3 und L4 und die Phase C an den Wicklungen L5 und L6. Die transformierte Phasenspannung A erscheint an den Sekundärwicklungen L7 bis L10, die transformierte Phasenspannung B an den Sekundärwicklungen L11 bis L14 und die transformierte Phasenspannung C an den Sekundärwicklungen L15 bis L18. Ferner erscheinen an den Sekundärwicklungen L19, L2o und L21 die transformierten Phasenspannungen A, B und C als Signale 11A, 11B und 11C, die wie vorstehend beschrieben an den Phasenausfalldetektor 26 (Figur 4) angelegt werden.

Gemäß der Figur 5A umfaßt die Anschnittsteuerschaltung 40 einen Schaltungsteil 40a für die Phase A, einen Schaltungsteil 40 b für die Phase B und einen Schaltungsteil 40c für die Phase C. Da diese Schaltungsteile untereinander gleich

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aufgebaut sind, wird die Wirkungsweise der Anschnittsteuerschaltung 40 nachstehend anhand des Schaltungsteils 40a für die Phase A beschrieben.

Dieser Schaltungsteil 40 a für die Phase A umfaßt Diodenbrücken DB1 und DB2, einen Operationsverstärker A6, Leuchtdioden 12 und 13, von diesen optoelektronisch steuerbare Siliciumgleichrichter SCR-3 und SCR-4 und weitere Bauelemente. Die Funktion des Schaltungsteils 40a wird nachstehend anhand der in den Figuren 5C und 5C dargestellten Diagramme erläutert.

Die an den Eingang des Schaltungsteils 40a angelegte, transformierte Phasenspannung A wird über die Diodenbrücke DB2 einem Phasenschieber zugeführt, der aus der Diodenbrücke DBT, dem Transistor Q6, Widerständen R1 bis R4 und Kondensatoren C1 und CT 2 besteht. Der Phasenschieber empfängt ferner ein Signal das durch die Summierung des von der Regelstufe 20 (Figur 1) abgegebenen Stellsignals und des Ausgangssignals des Überstromauslösers 36 (Figur 4) erhalten wird. Diese Summierung erfolgt an dem Summierpunkt TOO (Figur 5A), der den Summierpunkten 30 und 32 (Figur 1) entspricht. Das durch die Summierung erhaltene Signal enthält ein Stellsignal, das über den Widerstand R3 an die Basis des Transistors 06 angelegt wird. Da dieses Stellsignal durch den Vergleich des gemessenen Verlustwinkels zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom mit einer konstanten Bezugsspannung erhalten wird, bewirkt der Phasenschieber eine dem Ergebnis dieses Vergleichs proportionale Phasenverschiebung. Bei Gleichphasigkeit ist der Transistor Q6 voll durchgeschaltet und die Brücke DB1 kurzgeschlossen und findet keine Phasenverschiebung statt. Bei einem kleinen Verlustwinkel ist der Transistor Q6 teilweise durchgeschaltet und bewirkt die Brücke DB1 eine geringe Phasenverschiebung. Bei einem großen Verlustwinkel ist der Transistor Q6 gesperrt und bewirkt die Brücke DBT eine Phasen-

verschiebung um 180°. In der Figur 5B ist bei 62 das Eingangssignal des Phasenschiebers und bei 64 dessen phasenverschobenes Ausgangssignal dargestellt, das über den Widerstand R5 an den Pluseingang des Operationsverstärkers A6 (Figur 5A) angelegt wird.

Der Operationsverstärker A6 erzeugt eine von dem phasenverschobenen Ausgangssignal der Diodenbrücke DB1 abgeleitete Rechteck-Wechselspannung 66 (Figur 5B), die von dem Kondensator C5 in ein Signal 68 umgeformt wird, mit dem über die Leuchtdioden 12 und 13 die gesteuerten Siliciumgleichrichter SCR-3 und SCR-4 optoelektronisch gesteuert werden.

Der an der Sekundärwicklung L7 erscheinende Teil der transformierten Phasenspannung A wird über die Dioden D1 und D2 an die Widerstände R9 und R10 und die Kondensatoren C6 und C7 angelegt. In der Figur 5C ist bei 70 die an die Diode D2 und den Kondensator C7 angelegte Spannung und bei 72 die an die Diode D1 und den Widerstand R9 angelegte Spannung dargestellt. Bei 74 ist in der Figur 5C das auch in der Figur 5B gezeigte Signal dargestellt, das durch die Summierung der Signale 70 und 72 (Figur 5C) erhalten wird und zur Stromversorgung des gesteuerten Siliciumgleichrichters SCR-3 dient (Linie A-A¹ in Figur 5A).

Der durch das Signal 68 gesteuerte Siliciumgleichrichter SCR-3, der durch das Signal 74 mit Strom versorgt wird, erzeugt somit an den Widerständen R11 und R12 eine Zündspannung, die in Figur 5B bei 76 dargestellt ist und als Steuerspannung an den SCR 42 in Figur 1 angelegt wird.

Die Wirkungsweise der Leuchtdiode 13 im Zusammenwirken mit dem gesteuerten Siliciumgleichrichter SCR-4 und ihnen zugeordneten Elementen (Figur 5A) entspricht der vor-

S3

stehend beschriebenen Wirkungsweise der Leuchtdiode 12 und des Gleichrichters SCR-3, mit dem Unterschied, daß die Leuchtdiode 13 und der Gleichrichter SCR-4 auf die entgegengesetzte Phase der des ImpulsspannungsSignaIs 68 in Figur 5B ansprechen. Unter Steuerung duinh die Leuchtdiode 13 erzeugt der Gleichrichter SCR-4 daher eine Zündspannung für den Gleichrichter SCR 43 in Figur 1. Der Schaltungsteil 40b für die Phase B und der des Schaltungsteils 40c für die Phase C arbeiten ebenso wie der Schaltungsteil 40a für die Phase A und erzeugen Zündspannungen für die SCR 44 bis 47 in Figur 1.

Figur 6A ist ein Schaltschema des Bezugssignalgebers 14 und der Strommeßschaltung 16 der Motorsteuereinrichtung.

Der Bezugssignalgeber 14 besteht im wesentlichen aus den Verstärkern A7, A8 und A9. Im Betrieb werden die in der Spannungsmeßschältung 12 (Figur 5A) erzeugten Phasenspannungen 11A bis 11C über Spannungsteiler R1 und R4, R2 und R5 bzw. R3 und R6 an den Plus- und den Minuseingang der entsprechenden Verstärker A7, A8 und A9 angelegt, deren in Figur 6B bei 90 dargestellte Ausgangssignale über je einen Widerstand R29, R30 bzw. R31 an die Summierpunkte 80, 82 und 84 angelegt werden.

Die Strommeßschaltung 16 besteht im wesentlichen aus den Verstärkern A10, A11 und A12. Im Betrieb werden die am Ausgang des Schaltkreises 48 (Figur 1) erhaltenen Phasenspannungen über Spannungsteiler- und Filternetzwerke R11, R12, C3; R15, R16, C4; bzw. R19, R20, C5 an den Pluseingang je eines der Verstärker A10, A11, und A12 angelegt, an deren Minuseingänge von Spannungsteilern R9, R10; R13, R14; bzw. R17, R18 Bezugsspannungen angelegt werden. Die in der Figur 6B bei 92 dargestellten Ausgangssignale der Verstärker A10, A11 und A12 werden über je einen Widerstand R32, R33 bzw. R34 an die

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•30·

Suramierpunkte 80, 82 und 84 angelegt und dort mit den Ausgangssignalen der Verstärker A7, A8 und A9 des Bezugssignalgebers 14 summiert. Die auf diese Weise erhaltenen Signale werden an je eine der Dioden D101, D102 und D103 angelegt, deren Ausgaungssignale Sununensignale für je eine Phase darstellen. Jeder Impuls 94 in Figur 6B besitzt eine aufgesetzte Spannungskappe 96, die dem Verlustwinkel zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom entspricht. Die Summensignale für die einzelnen Phasen werden an dem Summierpunkt 18 erneut summiert. Das so erhaltene Gesamtsummensignal wird der Regelstufe 20 (Figur 1 und 7) zugeführt.

In dem Schaltschema der Figur 7 sind der Anlaufzeitgeber 28, die. Verlustwinkel-Sollwert- und Sägezahngeneratorschaltung 22 und die Regelstufe 20 der Motorsteuereinrichtung dargestellt.

Der Anlaufzeitgeber 28 besteht im wesentlichen aus dem Verstärker A13, dem Transistor Q3 und der Leuchtdiode LED3. Im Betrieb erzeugt der Verstärker A13 im Zusammenwirken mit den Widerständen R34, R35 und R38, dem Kondensator C10 und der Diode D14 bei anlaufendem Motor ein Ausgangssignal, das über den Widerstand R72 an die Basis des Transistors Q3 angelegt wird, der dadurch durchgeschaltet wird, so daß die Leuchtdiode LED3 leuchtet und durch das Lichtsignal 54 anzeigt, daß der Motor anläuft. Das von der Leuchtdiode LED3 erzeugte Lichtsignal 54 wird wie vorstehend beschrieben an den Phototransistor 11 des Überstromauslösers 36 (Figur 4) abgegeben, so daß beim Anlaufen des Motors die verzögerte Überstromauslösung unterdrückt wird.

In der Verlustwinkel-Sollwert- und Sägezahngeneratorschaltung 22 (Figur 1) ist der Sägezahngenerator 22a (Figur7) enthalten, der im wesentlichen aus dem Verstärker A14 besteht,

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mit dessen Pluseingang über die einen Spannungsteiler bildenden Widerstände R76 und R77 der Ausgang des Verstärkers Ä13 des Anlaufdetektors 28 verbunden ist. Der Verstärker A14 besitzt ferner einen über den Kondensator C25 geerdeten Steuereingang, mit dem über den Widerstand R74 der Ausgang des Verstärkers A13 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers A 14 ist mit seinem Minuseingang über eine Rückkopplungsschleife verbunden f in der der Kondensator C2O und der Widerstand R75 angeordnet sind. Im Betrieb erzeugt der Verstärker A14 aufgrund des das Anlaufen anzeigenden Ausgangssignals des Verstärkers Al 3 eine sägezahnförmige Ausgangsspannung, die entsprechend der durch die Werte des Widerstandes R75 und des Kondensators C2O bestimmten Zeitkonstante ansteigt und mittels des Widerstandes R79 und des Kondensators C21 gefiltert wird, die zwischen dem Ausgang des Verstärkers A14 und Erde liegen.

Die Verlustwinkel-Sollwert- und Sägezahngeneratorschältung 22 (Figur 1) enthält ferner einen Verlustwinkel-Sollwertgeber 22b mit der Diode D17, dem Potentiometer P1, der diesem zugeordneten Diode D15 und den Widerständen R8O bis R83. Im Betrieb wird das sägezahnförmige Ausgangssignal des Verstärkers Ä14 des Sägezahngenerators 22a in der Diode D17 gleichgerichtet und das gleichgerichtete Signal über den Widerstand R8O an den Summierpunkt 88 angelegt, an den ferner über die Diode D15 und die. Widerstände &81 bis R83 eine an dem Potentiometer P1 eingestellte Bezugsspannung angelegt wird. Die Einstellung des Potentiometers P1 entspricht der vorstehend beschriebenen manuellen Einstellung des Potentiometers 22a (Figur T) und bestimmt eine Spannung, die dem Sollwert des Verlustwinkels entspricht. Diese Spannung wird an dem Summierpunkt 88 mit dem gleichgerichteten sägezahnförmigen Ausgangssignal des Sägezahngenerators 22a summiert. Das Summensignal wird an die Rpgelstufe 20 angelegt. Es enthält die konstante Bezugsspannung, mit der in der Regelstufe 20 die an dem Summierpunkt 18 in Figur 1

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erhaltene Spannung vergleichen wird, die dem Verlustwinkel zwischen dem Motorstrom und der Motorspannung art spricht.

Gemäß der Figur 7 besteht die Regelstufe 20 im wesentlichen aus dem Verstärker A15, den ihm zugeordneten Widerständen R84 bis R87, Kondensatoren C23, C24 und der Diode D16, ferner aus dem Transistor Q6 mit den ihm zugeordneten Widerständen R88 bis R92 und der Diode D24. Im Betrieb wird an den Minuseingang des Verstärkers A15 von dem zwischen dem Bezugssignalgeber 14 und der Strommeßschaltung 16 (Figur 1) liegenden Summierpunkt 18 ein Signal angelegt, das dem Verlustwinkel zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom entspricht und wird an den Pluseingang des Verstärkers A15 die Verlustwinkel-Sollwert-Spannung angelegt, die am Ausgang des Verlustwinkel-Sollwertgebers 22b erhalten wird. Der Verstärker A15 vergleicht die Verlustwinkelspannung mit der Verlustwinkel-Sollwertspannung und erzeugt aufgrund dieses Vergleichs ein Stellsignal, das über den Widerstand R87 an die Anschnittsteuerschaltung 40 angelegt wird. Bei einer Zunahme der Belastung des Motors 50 (Figur 1) wird daher die von dem Summierpunkt 18 an den Minuseingang des Verstärkers A15 angelegte Spannung niedriger, so daß der Verstärker A15 eine höhere Ausgangsspannung 15 an die Anschnittsteuerschaltung 40 anlegt und diese bewirkt, daß die gesteuerten Siliciumgleichrichter 42 bis 47 während längerer Zeiten durchgeschaltet sind, so daß die Motorspannung entsprechend steigt. Eine Belastungsabnahme führt zu dem entgegengesetzten Ergebnis.

Die an dem Summierpunkt zwischen dem mit der 12 V-Spannungsquelle verbundenen Widerstand R91 und dem Widerstand R92 erhaltene, konstante Spannung wird über den Widerstand R90 und die Diode D1G an den Pluseingang des Verstärkers A15 angelegt, so daß die Diode D16 teilweise durchgeschaltet ist. Bei piner Zunahme, der Belastung des Motors 50 (Figur 1) nimmt die Ausgangsspannung des Verstärkers A15 der Regelstufe 20 zu, so

daß die Anschnittsteuerschaltung 40 (Figur 1) die SCR 42 bis 47 des Schaltkreises 48 während gesteuerter, längerer Zeiträume durchschaltet. Bei einem Anstieg der Ausgangsspannung des Verstärkers A15 wird die mit dessen Ausgang über den Kondensator C24 verbundene Diode D16 voll durchgeschaltet, so daß die an den Pluseingang des Verstärkers Al 5 angelegte Spannung und damit auch die an die Anschnittsteuerschaltung 40 angelegte Ausgangsspannung des Verstärkers A15 weiter zunimmt und daher die SCR bis 48 des Schaltkreises 48 noch langer durchgeschaltet sind. Bei einer Zunahme der Belastung des Motors 50 wird daher in relativ kurzer Zeit dem Motor eine mehr als ausreichende Leistung zugeführt, so daß die Gefahr, daß der Motor infolge einer überbelastung stehenbleibt, beseitigt oder wenigstens stark vermindert wird.

Gemäß der Figur 7 bildet der Widerstand R83 mit dem Kondensator C24 und der Diode D16 einen Teil eines Spannungsteilers am Pluseingang des Verstärkers A15. Bei zunehmender Ausgangsspannung des Verstärkers A15 wird der Kondensator C24 schließlich vollständig aufgeladen, so daß er keine positive Plusspannung mehr an den Eingang des Verstärkers A15 rückkoppelt. Infolgedessen geht die Ausgangsspannung des Verstärkers Al 5 auf den der Belastung des Motors entsprechenden Normalwert zurück. Wenn daher eine zunehmende Belastung des Motors dazu geführt hat, daß an die Änschnittsteuerschaltung 40 ein mehr als ausreichend großes Stellsignal angelegt wird, damit dem Motor eine, höhere Leistung zugeführt und dadurch die Gefahr eines überlastungsbedinten Stehenbleibens des Motors beseitigt oder vermindert wird, geht das von der Regelstufe 20 an die Anschnittsteuerschaltung 40 angelegte Stellsignal bald auf einen normalen Wert zurück, so daß dem Motor eine seiner Belastung entsprechende Leistung zugeführt wird.

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Dies gilt jedoch nicht während des Anlaufens des Motors. Während des Anlaufens des Motors bewirkt das Ausgangssignal des Verstärkers A13 des Anlaufzeitgebers 28 (Figur 7), daß der Transistor Q6, dessen Basis über die Erdungsdiode D24 und den Spannungsteiler R38, R89 mit dem Ausgang des Verstärkers A13 verbunden ist, durchgeschaltet ist, so daß der Kondensator C24 und die Diode. D16 geerdet sind. Diese ist mit dem Kollektor des Transistors Q6 verbunden, dessen Emitter geerdet ist. Wenn der Kondensator C24 und die Diode D16 geerdet sind, legt der Verstärker A15 der Regelstufe 20 an die Anschnittsteuerschaltung 40 kein übertrieben großes Stellsignal an, so daß beim Anlaufen des Motors 50 (Figur 1) die diesem zugeführte Leistung seiner Belastung entspricht, ohne daß die Gefahr eines überlastungsbedingten Stillsetzens des Motors in der vorstehend beschriebenen Weise beseitigt oder vermindert wird.

Die Erfindung schafft somit eine energiesparende Einrichtung zur Steuerung der an einen belasteten Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung. Vorstehend wurde eine Ausführungsform beschrieben, in der die an einen Drehstrom-Asynchronmotor angelegte Spannung und die ihm zugeführte Leistung mit Hilfe von sechs SCR 42 bis 47 (Figur 1) gesteuert werden, wobei jeder Phase zwei dieser SCR zugeordnet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Steuereinrichtungen für Drehstrommotoren eingeschränkt, sondern kann allgemein auf Steuereinrichtungen für Mehrphasenmotoren angewendet werden.

Die bekannten Motorsteuereinrichtungen dienen vorwiegend zur Steuerung von Einphasenmotoren, und es ist schon versucht worden, diese Motorsteuereinrichtungen auch bei Drehstrommotoren zu verwenden und zu diesem Zweck die elektrische Schaltung im Innern des Motors zu verändern. Durch die Erfin-

dung wird nun der wichtige Vorteil erzielt, daß Änderungen der elektrischen Schaltung im Innern des Motors nicht mehr notwendig sind, so daß die energiesparende Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung zur Steuerung verschiedener Mehrphasenmotoren (z.B. von Drehstrommotoren in Stern- und Dreieckschaltung, aber ohne Einschränkung darauf) verwendet werden kann, ohne daß die Schaltung der Motorwicklungen abgeändert wird. Die Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung kann daher auch bei vorhandenen, handelsüblichen Drehstrommotoren verwendet werden.

Vorstehend wurde ausführlich erläutert, daß zur Steuerung des Motors der VXrlustwinkel gemessen und mit einer Bezugsspannung verglichen wird, die dem Sollwert des Verlustwinkels zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom entspricht. Durch Verstärkung des am Ausgang der Regelstufe erhaltenen Stellsignals wird ein Gleichspannungssignal erhalten, das in der Stellstufe 38 (Figur 1) an die sechs SCR 42 bis 47 des Schaltkreises 48 angelegt wird.

Die Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung hat noch weitere wichtige Funktionen. Wie vorstehend ausführlich erläutert wurde, bewirkt sie, daß bei einer Zunahme der Belastung des bereits belasteten Motors diesem eine übertrieben große Leistung zugeführt wird, um ein überlastungsbedingtes Stehenbleiben des Motors zu verhindern. Ferner legt die Steuereinrichtung beim Anlauf des Motors an diesen eine verminderte Spannung an, so daß der Anlaufstrom verringert und damit der Spitzenstrombedarf herabgesetzt wird. Die Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht ferner eine manuell einstellbare Strombegrenzung mittels des Strombegrenzers 34 (Figur 1 ), der zur Strombegrenzung ein Signal CUTBACK erzeugt. Außerdem bewirkt die Motorsteuereinrichtung, daß der Motor abgeschaltet wird, wenn der Phasenausfalldetektor 26 (Figur 1) den Ausfall einer Phase anzeigt.

- 2β -

• 36.

Die Motorsteuereinrichtung genäß der Erfindung hat ferner zwei verschiedene Überstromauslösefunktionen. Wenn der Motorstrom einen höheren vorherbestimmten Schwellenwert überschreitet, erfolgt eine sofortige überStromauslösung innerhalb von 8 ms, d.h. innerhalb einer Halbperiode des Netzwechselstroms, so daß der Motor bei einem beispielsweise durch einen Erdschluß in dem Motor selbst verursachten Überstrom nicht beschädigt wird. Zur verzögerten überstromauslösung werden alle, drei Phasenströme des Drehstromnetzes überwacht und bewirkt der überstromauslöser 36 (Figur 1), daß der Motor verzögert abgeschaltet wird, wenn der Motorstrom einen niedrigeren Schwellenwert überschreitet, der mit dem Schalter 36a des Überstromauslösers 36 (Figur 1) einstellbar ist. Dabei ist die Verzögerungszeit dem Betrag des Überstroms umgekehrt proporional, d.h., daß der Motor bei einem großen überstrom früher und bei einem kleinen Überstrom später abgeschaltet wird.

Die die Anschnittsteuerschaltung 40 enthaltende Regelstufe 38 der Motorsteuereinrichtung dient zur Steuerung des die SCR 42 bis 47 enthaltenden Schaltkreises 40 derart, daß die SCR 42 bis 47 wie Schmelzsicherungen wirken, so daß der schwerwiegendste Nachteil der bekannten Motorsteuereinrichtungen vermieden wird und in der Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung keine Schmelzsicherungen erforderlich sind. Dadurch werden die Kosten der Steuereinrichtungen beträchtlich herabgesetzt.

Figur 8 zeigt in einem Blockschema einen Teil einer zweiten Ausführungsform der Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung. Man erkennt in der Figur 8 den Bezugssginalgeber 14, die Strommeßschaltung 16, den Summierpunkt 18 und die Regelstufe 20, die den in der Figur 1 gezeigten und vorstehend beschriebenen Teilen entsprechen. In der Ausführungsform gemäß

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der Figur 8 ist zwischen den Summierpunkt 18 und die Regelstufe 20 ein Vorhaltnetzwerk 100 geschaltet, das die Stabilität des in der Motorsteuereinrichtung zur Steuerung des Leistungsfaktors dienenden Regelkreises erhöht.

Bei der Verwendung der Motorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung zur Steuerung eines großen Drehstrommotors bedingt die große Zeitkonstante des Motors eine verzögerte Ansprache des Regelkreises. Wenn diese Verzögerung fast 180° beträgt, kann der Regelkreis unstabil werden und zu schwingen beginnen. Um eine derartige Unstabilität zu vermeiden, bewirkt das zwischen den Summierpunkt 18 und die Regelstufe 20 geschaltete Vorhaltnetzwerk 100 eine Phasenvoreilung zum Ausgleich der durch den Motor 50 (Figur 1) und die anderen energiespeichernd den Bauelemente, beispielsweise den Integrierkondensator C23 der Regelstufe 20 (Figur 7), bewirkten Phasenverzögerung.

Das in der Figur 8 gezeigte Vorhaltnetzwerk 100 besitzt eine erste Vorhaltstufe mit einem Kondensator C34, einem Widerstand RI12 und einem Widerstand R114. Wenn der durch diese erste Vorhaltstufe bewirkte Vorhalt nicht genügt, können ihr weitere Stufen, beispielsweise die aus dem Kondensator C36 und dem Widerstand R116 bestehende, zweite Stufe und die aus dem Kondensator C38 und dem Widerstand R118 bestehende, dritte Stufe, kaskadenartig nachgeschaltet werden.

Die in der Figur 8 gezeigte Ausführungsform besitzt ferner ein aktives Filter 102 und ein Phasenumkehrglied 104, die in Reihe zwischen dem Summierpunkt 18 und dem Vorhaltnetzwerk 100 geschaltet sind. Das aktive Filter 102 besteht aus den Widerständen &100, R102 und R104, dem Kondensator C30 und dem Verstärker A20. Das Phasenumkehrglied 104 besteht aus den Widerständen R106, R108 und R110, dem Kondensator C32 und dem

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• ZS-

Verstärker A22. Mittels des aktiven Filters 102 und dem Phasenumkehrglied 104 wird die an dem Summierpunkt 18 erhaltene Spannung filtriert und einer Phasenumkehr unterworfen, so daß die an den Eingang des Vorhaltnetzwerks 100 angelegte Spannung den richtigen Wert und die richtige Polarität hat.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können im Rahmen des Erfindüngsgedankens abgeändert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

/ 1.yMotorsteuereinrichtung zur Steuerung der an einen Menrpnasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung, gekennzeichnet durch

eine Meßstufe zum Messen des Verlustwinkels zwischen der an den Motor angelegten Spannung und dem dem Motor zugeführten Strom,

eine mit der Meßstufe verbundene Regelstufe zum Vergleich des gemessenen Verlustwinkels mit einem Sollwert des Verlustwinkels und zum Erzeugen eines entsprechenden Stellsignals, und

eine der Regelstufe nachgeschaltete Stellstufe zur Steuerung der an den Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung in Abhängigkeit von dem Stellsignal,

wobei die Stellstufe für jede Phase des Mehrphasenmotors zwei gesteuerte Siliciumgleichrichter und eine Anschnittsteuereinrichtung besitzt, die an die beiden gesteuerten Siliciumgleichrichter entsprechend zeitlich gesteuerte Anschnittimpulse abgibt.
2. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 1, für einen Mehrphasenmotor mit einer beim Anlaufen erhöhten Stromaufnahme, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Mehrphasenmotor und dem Stellglied ein Strombegrenzer geschaltet ist, der beim Anlaufen des Mehrphasenmotors das von der Regelstufe an die Stellstufe abge-

gebene Stellsignal derart abändert, daß während des Anlaufens des Mehrphasenmotors der diesem zugeführt«³ Anlaufstrom begrenzt wird.
3. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mehrphasenmotor und das Stellglied ein Überstromausloser geschaltet ist, der bei Zuführung eines Überstroms zu dem Mehrphasenmotor an die Stellstufe ein Abschaltsignal abgibt, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor unterbricht.
4. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromauslöser geeignet ist, an die Stellstufe ein Signal zur verzögerten Abschaltung anzulegen, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor nach einer dem Betrag des Überstroms umgekehrt proportionalen Zeit unterbricht, und daß eine Blockiereinrichtung vorgesehen ist, die beim Anlaufen des Mehrphasenmotors die Funktion des Überstromauslösers automatisch blockiert.
5. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromauslöser geeignet ist, an die Stellstufe, ein Signal zur verzögerten Abschaltung anzulegen, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor nach einer dem Betrag des Überstroms umgekehrt proportionalen Zeit unterbricht, und daß ein Phasenausfalldetektor vorgesehen ist, der im Fall eines Phasenausfalls an die Stellstufe ein Signal abgibt, das bewirkt, daß die Stellstufe während des Phasenausfalls ein Anlegen von Spannung an den Mehrphasenmotor und eine Zuführung von Leistung zu dem Motor verhindert.
6. Motorsteuereinrichtung zur Steuerung der an einen Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung, wobei der Mehrphasenmotor während seines Anlaufens eine erhöhte Stromaufnahme hat, gekennzeichnet durch

eine Meßstufe zum Messen des Verlustwinkels zwischen der an den Motor angelegten Spannung und dem dem Motor zugeführten Strom,

eine mit der Meßstufe verbundene Regelstufe zum Vergleich des gemessenen Verlustwinkels mit einem Sollwert des Verlustwinkels und zum Erzeugen eines entsprechenden Stellsignals , und

eine der Regelstufe nachgeschaltete Stellstufe, zur Steuerung der an den n^hrphasenrnotor angelegten Spannung und der dem Motor: zugeführten Leistung in Abhängigkeit von dem Stellsignal,

wobei zwischen dem Mehrphasenmotor und dem Stellglied ein Strombegrenzer geschaltet ist, der beim Anlaufen des Mehrphasenmotors das von der Regelstufe an die Stellstufe abgegebene Stellsignal derart abändert, daß während des Anlaufens des Mehrphasenmotors der diesem zugeführte Anlaufstrom begrenzt wird.
7. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mehrphasenmotor und das Stellglied ein überstromauslöser geschaltet ist, der bei Zuführung eines überstroms zu dem Mehrphasenmotor an die Stellstufe ein Abschaltsignal abgibt, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor unterbricht.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromauslöser geeignet ist, an die Stellstufe ein Signal zur verzögerten Abschaltung anzulegen, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor nach einer dem Betrag des Überstroms umgekehrt proportionalen Zeit unterbricht, und daß eine Blockiereeinrichtung vorgesehen ist, die beim Anlaufen des Mehrphasenmotors die Punktion des Überstromauslösers automatisch blockiert.
9. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromauslöser geeignet ist, an die Stellstufe ein Signal zur verzögerten Abschaltung anzulegen, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor nach einer dem Betrag des Überstroms umgekehrt proportionalen Zeit unterbricht, und daß ein Phasenausfalldetektor vorgesehen ist, der im Fall eines Phasenausfalls an die Stellstufe ein Signal abgibt, das bewirkt, daß die Stellstufe während des Phasenausfalls ein Anlegen von Spannung an den Mehrphasenmotor und eine Zuführung von Leistung zu dem Motor verhindert.
10. MotorSteuereinrichtung zur Steuerung der an einen Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung, gekennzeichnet durch

eine Meßstufe zum Messen des Verlustwinkels zwischen der an den Motor angelegten Spannung und dem dem Motor zugeführten Strom,

eine mit der Meßstufe verbundene Regelstufe zum Vergleich des gemessenen Verlustwinkels mit einem Sollwert des Verlustwinkels und zum Erzeugen eines entsprechenden Stellsignals, und

S.

eine der Regelstufe nachgeschaltete Stellstufe zur Steuerung der an den Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung in Abhängigkeit von dem Stellsignal,

wobei zwischen den Mehrphasenmotor und das Stellglied ein überstromauslöser geschaltet ist, der bei Zuführung eines Überstroms zu dem Mehrphasenmotor an die Stellstufe ein Abschaltsignal abgibt, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor unterbricht.
11. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der überstromauslöser geeignet ist, an die Stellstufe ein Signal zur verzögerten Abschaltung anzulegen, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor nach einer dem Betrag des Überstroms umgekehrt proportionalen Zeit unterbricht, und daß eine Blockiereinrichtung vorgesehen ist, die beim Anlaufen des Mehrphasenmotors die Funktion des Überstromauslösers automatisch blockiert.
12. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromauslöser geeignet ist, an die Stellstufe ein Signal zur verzögerten Abschaltung anzulegen, das bewirkt, daß die Stellstufe das Anlegen der Spannung an. den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor nach einer dem Betrag des Überstroms umgekehrt proportionalen Zeit unterbricht, und daß ein Phasenausfalldetektor vorgesehen ist, der im Fall eines Phasenausfalls an die Stellstufe ein Signal abgibt, das bewirkt, daß die Stellstufe während des Phasenausfalls ein Anlegen von Spannung an den Mehrphasenmotor und eine Zuführung von Leistung zu dem Motor verhindert.
13. Motorsteuereinrichtung mit einer Steuerschaltung zur Steuerung der an einen Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung für jede Phase des Mehrphasenmotors zwei gesteuerte Siliciumgleichrichter und eine Anschnittsteuereinrichtung besitzt, die an die beiden gesteuerten Siliciumgleichrichter entsprechend zeitlich gesteuerte Anschnittimpulse abgibt.
14. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 13 für einen Mehrphasenmotor mit einer während seines Anlaufens erhöhten Stromaufnahme, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mehrphasenmotor und der Steuerschaltung ein Strombegrenzer geschaltet ist, der beim Anlaufen des Mehrphasenmotors den diesem zugeführten Anlaufstrom begrenzt.
15. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Mehrphasenmotor und der Steuerschaltung ein Überstromausloser geschaltet ist, der bei Zuführung eines Überstroms zu dem Mehrphasenmotor an die Steuerschaltung ein Abschaltsignal abgibt, das bewirkt, daß die Steuerschaltung das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor unterbricht.
16. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstromauslöser geeignet ist, an die Steuerschaltung ein Signal zur verzögerten Abschaltung anzulegen, das bewirkt, daß die Steuerschaltung das Anlegen der Spannung an den Mehrphasenmotor und das Zuführen von Leistung zu dem Motor nach einer dem Betrag des Überstroms umgekehrt proportionalen Zeit unterbricht, und daß eine Blockiereinrichtung vorgesehen ist, die beim Anlaufen des Mehrphasenmotors die Funktion des Überstromauslösers automatisch blockiert.
17. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der überstromauslöser geeignet ist, an die Steuerschaltung ein Signal zur verzögerten Abschaltung anzulegen, das bewirkt, daß die Steuerschaltung ein Phasenausfalldetektor vorgesehen ist, der im Falle eines Phasenausfalls an die Steuerschaltung ein Signal abgibt, das bewirkt, daß die Steuerschaltung während des Phasenausfalls ein Anlegen von Spannung an den Mehrphasenmotor und eine Zuführung von Leistung zu dem Motor verhindert.
18. Motorsteuereinrichtung zur Steuerung der an einen Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung, gekennzeichnet durch

eine Meßstufe zum Messen des Verlustwinkels zwischen der an den Motor angelegten Spannung und dem dem Motor zugeführten Strom,

eine mit der Meßstufe verbundene Regelstufe zum Vergleich des gemessenen Verlustwinkels mit einem Sollwert des Verlustwinkels und zum Erzeugen eines entsprechenden Stellsignals, und

eine der Regelstufe nachgeschaltete Stellstufe zur Steuerung der an den Mehrphasenmotor angelegten Spannung und der dem Motor zugeführten Leistung in Abhängigkeit von dem Stellsignal,

wobei zwischen der Meßstufe und der Regelstufe eine Stabilisiereinrichtung geschaltet ist, die eine durch den Mehrphasenmotor verursachte Phasenverzögerung durch einen Phasenvorhalt kompensiert.

■2-
19. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisiereinrichtung mindestens ein Vorhaltnetzwerk besitzt.
20. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisiereinrichtung ein zwischen die Meßstufe und das mindestens eine. Vorhaltnetzwerk geschaltetes Phasenumkehrglied besitzt.
21. Motorsteuereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisiereinrichtung ein zwischen die Meßstufe und das mindestens eine Vorhaltnetzwerk geschaltetes Filter besitzt.