DE3219057C1

DE3219057C1 - Schaltungsanordnung zur Drehzahländerung eines Einphasen-Wechselstrommotors

Info

Publication number: DE3219057C1
Application number: DE19823219057
Authority: DE
Inventors: Eckhard 5901 Wilnsdorf Kucharczyk
Original assignee: Siegenia Frank KG
Current assignee: Siegenia Aubi KG
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1982-05-21
Publication date: 1983-11-17
Also published as: CH658962A5; FR2527396B1; ATA146483A; AT380596B; FR2527396A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahländerung eines Einphasen-Wechselstrom-(Induktions-)motors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE-AS 12 23 033 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der nachteilig ist, daß der zur *o Drehzahländerung dienende Spannungsteiler als Leistungswiderstand ausgelegt werden muß, der eiaer beträchtlichen Wärmeentwicklung unterliegt und daher zur Vermeidung des wärmeelektrischen Durchschlags eine Baugröße erfordert, die jederzeit eine genügend große Wärmeableitung gewährleistet

Abgesehen davon, daß sich Schaltungsanordnungen mit solchen als Leistungswiderstand ausgeführten Spannungsteilern, bedingt durch deren Baugröße in Einphasen-WechseIstrom-(Induktions-)motoren gerin- ^Μ ger elektrischer Leistung, wie sie für Ventilatoren oder Gebläse zur Raumlüftung benötigt werden, nicht unmittelbar baulich integrieren lassen, sind sie, hauptsächlich bedingt durch den hohen Aufwand für die als Leistungswiderstand auszulegenden Spannungsteiler, ^S5 auch noch relativ teuer.

Bei der Lüftung von Räumen mit Hilfe von Ventilatoren oder Gebläsen kommt es nicht allein darauf an, daß die als Antrieb benutzten Einphasen-Wechselstronv(Induktions-)motoren geringer elektri- scher Leistung zur Beeinflussung der Luftleistung (mVh) eine Drehzahländerung ermöglichen. Vielmehr ist es auch wichtig, daß mit der Drehzahländerung auch eine Beeinflussung des Eigengeräusch-Pegels (L_A-Pege\, dB (A) erreichbar ist, und zwar dergestalt, daß mit Verringerung der Luftleistung auch eine beträchtliche Absenkung des Eigengeräusch-Pegels einhergeht

Da diese Wirkung mit einer Schaltungsanordnung

nach DE-AS 1233 033 nicht erreichbar ist, wurde nach einem diesseitigen, älteren Vorschlag (DE-OS 30 43 368) die Schaltungsanordnung so ausgelegt, daß die Reihenschaltung von Diode und Widerstand wahlweise an- und abschaltbar ist, daß bei angeschalteter Reihenschaltung Hilfswicklung und Hauptwickiung gemeinsam über einen Hilfskondensator mit dem Netz in Verbindung stehen, und daß durch Abschaltung der Reihenschaltung gleichzeitig eine unmittelbare Verbindung von Hilfswicklung und Hauptwicklung mit dem Netz herstellbar ist Hiernach ist es wichtig, den Hilfskondensator so vorzusehen, daß er im Einschalt-Zustand nicht nur an der Hilfswicklung sondern gleichzeitig auch an der Hauptwicklung einen äußeren Spannungsabfall herbeiführt, welcher neben einer gewissen Drehzahlminderung hauptsächlich die Verminderung des Motor-Laufgeräusches zur Folge hat Die weitere Verminderung der Läuferdrehzahl wird während dessen durch die allein an die Hilfswicklung angelegte Reihenschaltung aus Diode und ohmschen Widerstand herbeigeführt Diese Schaltungsanordnung macht es zwar möglich, durch An- und Abschaltung der Reihenschaltung von Diode und ohmschen Widerstand entweder eine vom Widerstand bestimmte Drehzahl oder aber die aus der Motorauslegung resultierende Nenn-Drehzahl zu fahren sowie auch eine Verminderung der Laufgeräusche des Motors zu erreichen. Abgesehen davon, daß aber auch hier der ggf. von einem Potentiometer gebildete und mit der Diode in Reihe geschaltete ohmsche Widerstand als Leistungswiderstand auszulegen ist und damit die bereits geschilderten Nachteile herbeiführt, sind zur zweckentsprechenden Betätigung der Schaltungsanordnung auch noch zwei zusätzliche Schalter notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorausgesetzte Schaltungsanordnung so zu verbessern, daß sie sich raumsparend und kostengünstig realisieren läßt und ggf. einen unmittelbaren Einbau in den Einphasen-Wechselstrom-\'Jnduktioiis-)motor ermöglicht

Aus der DE-OS 3014 946 ist es bekannt, als Stellwiderstand einen Transistor zu verwenden, zu dessen Steuerung parallel zu seiner Kollektor-Emitterstrecke ein Spannungsteiler liegt, dessen Abgriffspunkt mit der Basis verbunden ist

Die Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegeben.

Der besondere Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß der Transistor als Leistungsschalter wirkt und damit als Spannungsteiler anstelle eines wärmefesten Leiistungswiderstandes ein ohmscher Widerstand einfacher Bauart benutzt werden kann. Die hieraus resultierende Miniaturisierung der Schaltungsanordnung läßt deren raumsparende Zuordnung zum Einphasen-WechseIstrom-(Induktions-)motor, ggf. sogar einen unmittelbaren Einbau in diesen, zu.

In vielen Fällen kann es sich dabei als zweckmäßig erweisen, wenn nach Anspruch 2 der Spannungsteiler ein Potentiometer ist, weil hierdurch eine stufenlose Drehzahländerung des Motors innerhalb vorgegebener Grenzen erreichbar ist

Aus Gründen der dauerhaften Funktionssicherheit der Schaltungsanordnung ist nach Anspruch 3 ferner vorgesehen, daß zwischen die Basis des Transistors und den Abnehmer des Spannungsteilers ein Schutzwiderstand geschaltet wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden in der nachfolgenden

Beschreibung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine vollständige Schaltungsanordnung zur Drehzahländerung von Einphasen-Wechselstrom-(Induktions-)motoren,

Fig.2 einen Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 in abgewandelter Ausführung und

Fig.3 eine graphische Darstellung der durch Versuche ermitteUen Eigengeräusche eines mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für Belüftung betriebenen Ventilators in Gegenüberstellung zu einem Ventilator mit herkömmlicher Betriebsweise bei Nenndrehzahl.

F i g. 1 der Zeichnung zeigt als Antriebsmotor für einen der Raumlüftung dienenden Ventilator bzw. ein Gebläse 1 einen Einphasen- Wechselstrom-(Induktions-)-motor 2, welcher eine Hauptwicklung 3 und eine Hilfswicklung 4 aufweist Vor der Hilfswicklung liegt dabei ein Betriebskondensator 5. Der Einphasen-Wechselstrom-(Induktions-)motor 2 ist somit als sogenannter Kondensatormotor ausgelegt, und zwar in der Weise, daß die Hilfswicklung 4 mit dem Kondensator 5 dauernd eingeschaltet bleibt Hierdurch bildet sich im Luftspalt des Motors 2 ein gleichmäßigeres Drehfeld aus, als es der Fall wäre, wenn nur der Strombelag der Hauptwicklung 3 und der der Läuferwicklung das Feld erregen würden. Für Ventilatoren oder Gebläse zur Be- und/oder Entlüftung von Räumen sind derartige Einphasen-WechseIstrom-(Induktions-)motoren 2 für geringe elektrische Leistung ausgelegt weil die Luftförderung nur eine minimale Nutzleistung erfordert Hierbei hat es sich bisher als problematisch erwiesen, wünschenswerte Drebzahländerungen, beispielsweise zwecks Verminderung der Luftförderleistung, zu bewirken, weil nur technisch aufwendige und verlustreich arbeitende, somit also teure Regelgeräte zur Verfügung stehen. Diesen zwischen das Netz und die Hauptwickiung 3 des Motors 2 zu schaltenden Regeigeräten haftet dabei der besondere Mangel an, daß sie entweder bei einer gegenüber der Nenndrehzahl verminderten Arbeitsdrehzahl das Laufgeräusch des Motors 2 verstärken oder aber, daß sie sich im Dauerbetrieb stark erwärmen und demzufolge eine Zusatzkühlung erfordern.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung ist demgegenüber so ausgelegt, daß sie s>ch mit geringem schaltungstechnischem Aufwand verwirklichen läßt, verlustarm und nahezu erwärmungsfrei arbeitet sowie das Laufgeräusch des Motors 2 bei Verringerung der Arbeitsdrehzahl erheblich vermindert. so

Diese Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß Haaptwicklung 3 und Hilfswicklung 4 unter Zwischenschaltung eines Hilfskondensator 8 mit dem Netz 7 verbunden bzw. verbindbar sind. Außerdem ist parallel zur Hilfswicklung 4 ein in Reihe mit einer Diode 10 liegender Spannungsteiler 11 vorgesehen.

In Reihe mit der Diode 10, also parallel zur Hilfswicklung 4 sowie auch parallel zum Spannungsteiler 11 ist ein Transistor 6 über seinen Kollektor und seinen Emitter geschaltet, während sein Basisanschluß an den Abnehmer des Spannungsteilers 11 gelegt ist.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, parallel zum Hilfskondensator 8 einen Schutzwiderstand 12 zu schalten, weil dieser Spannungsrückschläge aus dem Hilfskondensator S verhindert, die an steckerfertig installierten Geräten beim Berühren der Steckkontakte durch die Bedienungsperst η unangenehme Stromschläee verursachen könnten.

Ein Schutzwiderstand 13 kann auch zwischen dem Basisanschluß des Transistors 6 und dem Abnehmer des Spannungsteilers 11 vorgesehen werden, um dort Beschädigungen zu vermeiden.

Fin Schalter 14 kann vorgesehen sein, um die Reihenschaltung von Transistor 6 und Diode 10 mit Bezug auf die Hilfswicklung 4 wahlweise wirksam oder unwirksam zu machen.

Ist der Schalter 14 geöffnet, also die Reihenschaltung aus Transistor 6 und Diode 10 unwirksam, dann wird der Einphasen-Wechselstrom-(Induktions-)motor 2 über den Hilfskondensator 8 gespeist Der äußere Widerstand des Hauptstromkreises wird damit erhöht und unterliegt einem Spannungsabfall, welcher eine gewisse, und zwar nur relativ geringfügige Drehzahlminderung des Motors 2 gegenüber seiner durch die Netzfrequenz und durch die Zahl der Pole bestimmten Nenn-Drehzahl zur Folge hat Schon hierdurch stellt sich jedoch eine Minderung des Eigengeräusch-Pegels am Motor 2 ein.

Wird der Schalter 14 geschlossen ir>.d damit in den Kurzschlußstromkreis für die Hilfswicklung 4 die über den Spannungsteiler 11 beeinflußbare Re'inenschaltung aus Transistor 6 und Diode 12 gelegt, dann wird durch die Hilfswicklung 4 eine magnetische Feldstörung induziert deren Ausmaß durch den Spannungsteiler 11 bestimmt ist Ober die in den Kurzschlußstromkreis gelegte Reihenschaltung aus Transistor 6 und Diode 10 wird dann nämlich ein pulsierender Gleichstrom in die Hilfswicklung 4 induziert der die magnetische Feldstörung hervorruft und damit das Drehfeld im Luftspalt des Motors so beeinflußt, daß sich eine weitere Verminderung der Läuferdrehzahl einstellt, und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des Motor-Laufgeräusches.

Das Ausmaß der Drehzahländerung ist im wesentlichen von der Auslegung des Spannungsteilers ti abhängig, d. h. die Durchlässigkeit des Transistors 6 wird durch die auf seine Basis geschaltete Ausgangsspannung am Abnehmer des Spannungsteilers 11 bestimmt. Diese Ausgangsspannung ist bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wiederum abhängig von der Auslegung der beide»· in Reihe geschalteten Widerstände des Spannungsteilers 11 und damit durch entsprechende Auswahl dieser Widerstände innerhalb bestimmter Grenzen festlegbar.

Kommt es jedoch darauf an, den Motor 2 mit stufenlos regelbarer Drehzahl zu betreiben, dann empfiehlt es sich, die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 so abzuändern, wie das aus F i g. 2 ersichtlich ist

Die Änderung besteht hierbei darin, daß als Spannungsteiler 11 ein Potentiometer verwendet wird, dessen Abnehmer stufenlos verstellbar ist und damit innerhalb gegebener Grenzen eine stufenlose Änderung der Ausqangsspannung an diesem ermöglicht.

Da somit die Speisespannung für die Basis des Transistors 6 zwischen 0 und dem Höchstwert geregelt werden kann, wird in diesem Falle auch der Schalter 14 nicht benötigt, weil durch die Zusammenarbeit des veränderbaren Spannungsteilers 11 mit dem Transistor 6 auch dessen Funktion erfüllt werden kann.

Die in der Zeichnung dargestellten und vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen wurden in Verbindung mit Einphasen-Wechselstrom-(Indi:ktions-)motoren 2 erprobt, deren Arbeitswicklung 3 einen inneren Widerstand von 672 Ω und deren Hilfswicklung 4 einen inneren Widerstand vuti 250 ii aufwies, während deren Betriebskondensator 5 eine Kapazität von 1,5 μΡ hatte. In der Schaltungsanordnung wurde dabei ein Hilfskondensator 8 verwendet, der ebenfalls eine Kapazität von

5 6

1,5 nF hatte, während ein Spannungsteiler mit 1OkQ Die Ergebnisse der Eigengeräusch- und Luftleistungs-

zum Einsatz gelangte. Dabei wurde eine Diode 10 vom messung bei regelbarer Drehzahl wurden dabei den

Typ 1 N 4007 und ein Transistor 6 vom Typ BDY 80 A entsprechenden Ergebnissen gegenüber gestellt, die sich

verwendet. Als Schutzwiderstand 12 wurde ein solcher bei Betrieb des gleichen Lüfters bzw. Gebläses 1 mit

von 100 kfi und als Schutzvriderstand 13 ein solcher von 5 Nenndrehzahl einstellten.

1,5 kii benutzt. Die Ergebnisse der Erprobung sind einerseits für

Die Erprobung zielte dabei darauf ab, in Abhängigkeit Belüftungsbetrieb und andererseits für Entiüftungsbe-

von der Drehzahl des Motors sowohl den Eigenge- trieb des Ventilators bzw. Gebläses 1 in der folgenden

rausch-Pegel als auch die Luftleistung eines Ventilators Tabelle zusammengefaßt:

oder Gebläses 1 zu ermitteln. io

	Drehzahl	Entl.	Luftleislung	Entl.	/.₄-Pegel	Entl.
	U/min	2840	m³/h	29.4	(IB(A)	36.2
	Bei.	2780	Bei.	30,0	Bei.	35,4
Lüfter rnit NenndrehTahl	2830	1800	39.0	18,0	34.5	25,5
Lüfter mit regelbarer Drehzahl	2770	1300	39,6	14,4	33,7	21,5
	1800	27,6	24,3
	1300	18,0	21,3

920 940 16,2 13,2 18,0 18,7

Eine graphische Darstellung der bei dieser Erprobung ermittelten Eigengeräusche zeigt das in Fig. 3 dargestellte Diagramm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahländerung eines Emphasen-Wechselstrom-(lnduktions-)motors mit HauptwickJung und Hilfswicklung sowie zwischen diesen angeschlossenem Betriebskondensator, insbesondere mit geringer elektrischer Leistung für Ventilatoren und Gebläse, bei welcher parallel zur Hilfswicklung ein mit einer Diode in Reihe liegender Widerstand angeordnet ist und Hilfswicklung und Hauptwicklung gemeinsam über einen Hilfskondensator mit dem Netz verbunden oder verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (6) mit seiner Emitter-Kollektorstrecke parallel n zum Widerstand (11) liegt und daß der Widerstand (11) als Spannungsteiler ausgebildet ist, an dessen Teilerpunkt die Basis liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (11) ein Potentiometer ist (F i g. 2).

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basis des Transistors (6) und den Abnehmer des Spannungsteilers (11) ein Schutzwiderstand (13) geschaltet ist

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 3, gekennzeichnet durch einen Trennschalter (14) in dem zur Hilfswicklung (4) parallel liegenden Stromkreis (6,10,11).