DE3310206A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum regeln der drehzahl eines asynchron-motors - Google Patents

Description

• " Verfahren und Schaltungsanordnung zum
• Regeln der Drehzahl eines Asynchron-Motors ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ I Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Drehzahl eines Asynchron-Motors, wobei ein von der Leistungsaufnahme und/oder der gewünschten Drehzahl abhängiges Signal in einer Steuerschaltung verarbeitet wird. Verfahren und Schaltungsanordnung der genannten Art sind beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen 32 10 o82.5 und 32 26 150 beschrieben.
• Es handelt sich dabei vorzugsweise um die Steuerung von Käfigläufer-Motoren und andere Asynchron-Motoren Solche Motoren entwickeln bei höherer Leistungsaufnahme einen störenden Geräuschpegel und eine deutliche Erwärmung.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Ansteuerung zu schaffen, die eine deutliche Herabsetzung des Geräuschpegels und der Wärmeentwicklung der Motoren ermöglicht.
• Die Geräuschentwicklung stört vor allem bei solchen Motoren, die Pumpen für Heizungsanlagen oder andere Prozesse antreiben, wobei sich die Geräusche durch die Rohrleitungen fortpflanzen.
• Aus den oben genannten-§lteren deutschen Patentanmeldungen sind bereits Lösungen dieser Aufgabe bekannt, die darin bestehen, daß zur Steuerung des Elektromotors Phasenanschnittsteuerungen, insbesondere eine asymmetrische Phasenanschnittsteuerung verwendet wird.
• Nach der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Steuerschaltung ein erstes Ausgangssignal erzeugt wird, welches bei einer gewünschten Drehzahländerung in jede Stromzuführung zum Motor eine Drossel einschaltet bzw. ausschaltet, bis die erforderliche Drehzahl erreicht ist.
• Zusätzlich hierzu können in den Stromzuführungen zum Motor Halbleiterelemente eingeschaltet sein, die mittels einer Phasenanschnittsteuerung betrieben werden.
• Diese erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen bewirken einen außerordentlich leisen Lauf der so geregelten bzw. gesteuerten Motoren.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
• Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt: Fig. 1: eine Schaltungsanordnung nach einem älteren Vorschlag; Fig. 2: ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer erfindengsgemäßen Schaltungsanordnung; Fig. 3/ ein Blockschaltbild nach der Erfindung; Fig. 4: schematisch den Phasenverlauf mit asymmetrischem Phasenanschnitt; Fig. 5: schematisch ein Phasenverlauf nach einem Merkmal der Erfindung; Fig. 6: schematisch den Phasenverlauf einer einzelnen Phase bei einem Steuervorgang nach der Erfindung in Abhängigkeit vom Spannungspegel am Drehzahlsteller.
• Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art nach der deutschen Patentanmeldung 32 10 o82. Hier wird ein die Leistungsaufnahme des Motors darstellendes Signal von einer als Trafo ausgebildeten Drossel Io von einer der Phasenleitungen (T) abgegriffen und einem Strommeßkreis zugeführt, der Bestandteil der Steuerschaltung ST ist. Die Steuerschaltung enthält als Signalgeber einen IC 12, dessen Ausgangssignale galvanisch getrennt über Optokoppler an den Leistungsteil L übertragen werden. Der Ausgang des Leistungsteils L wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von zwei zwischen die Phasenleitungen des Motors M gelegten Triacs 13 gebildet.
• Es ist ersichtlich, daß der durch die Triacs veränderte Motorstrom als Rückführgröße in den Strommeßkreis eingeht, so daß eine vollständige Regelsohleife entsteht, die mittels Potentiometern eingestellt werden kann.
• Nach diesem älteren Beispiel erfolgt eine Phasenanschnittsteuerung in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme oder einer zweiten Regelgröße, z.B. der Temperatur eines Heizungskreislaufes.
• Bei dem in Fig. 2 in ausgezogenen Linien dargestellten Ausführungsbeispiel nach der älteren Patentanmeldung 32 26 150 wird das die Steuerschaltung ST ansteuernde Signal von einem Druck-Differenzmesser geliefert, der parallel zu einer Pumpe in die Pumpenleitung geschaltet ist und dieses Signal an einen Eingang 14 der Schaltungsanordnung legt.
• Ein Signalwandler SW liefert Ausgangssignale für jede der drei Phasenleitungen RST des Motors M an die Steuerschaltung ST, die außer einem MikropDzessor auch Laufzeitglieder enthält und einen Leistungsteil L ansteuert, der an seinem Ausgang Triacs aufweist, die in die Stromzuführung des Motors eingeschaltet sind.
• Die Schaltungsanordnung nach diesem älteren Vorschlag liefert einen asymmetrischen Phasenanschnitt, der rein schematisch und beispielsweise in der Darstellung nach Fig. 4 angedeutet ist.
• Der Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung entspricht im wesentlichen dem nach Fig. 2 und ist dort in unterbrochenen Linien dargestellt.
• Ein Bezugssignal wird an einen Eingang 15 eines Signalwandlers SW geleitet, dessen Ausgangssignale der Steuerschaltung ST zugeführt werden. Diese enthält einen Mikroprozessor M, der mindestens eine Drossel-Gruppe D in den Motorzuleitungen RST ein- bzw. ausschaltet. Die in die Stromzuleitungen direkt eingeschalteten Drosseln bewirken eine Herabsetzung der Spannung in den drei Phasen R, S und T etwa in der Weise, wie sie in Fig. 5 in unterbrochenen Linien bei 16 eingezeichnet ist.
• Allein diese erfindungsgemäße Maßnahme ermöglicht eine bedeutende Herabsetzung des Geräuschpegels der so angesteuerten Motoren.
• Nach einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die im folgenden weiter erläutert ist, ist vorgesehen beide Maßnahmen entsprechend dem Schema nach Fig. 2 gleichzeitig zur Motoransteuerung und Drehzahlregelung zu verwenden. Ein teilweise in Blockschaltung dargestelltes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt, wobei die einzelnen Blöcke an sich bekannte Schaltungen enthalten.
• Der Signaleingang 15 entspricht demjenigen nach der vorstehend erläuterten Fig. 2 und speist einen Nullspannungsschalter 20. Dessen Ausgangssignal wird einem Phasenschieber 21 zugeführt, der seinerseits die Signale für die drei Phasenleitungen an die Steuerschaltung ST liefert.
• Dem Phasenschieber wird außerdem ein Signal zugeführt, welches an einem Drehzahlsteller 22 abgegriffen wird, der von Hand oder durch Fremdsteuerung einstellbar ist.
• Diese Fremdsteuerung kann beispielsweise durch eine Bezugsgröße gegeben sein, die mit dem Leistungsbedarf des Motors oder mit der Leistungsaufnahme des Motors im Zusammenhang steht.
• Außerdem wird dem Phasenschieber ein Signal aus einer Vergleicherschaltung 23 zugeführt, der ein Spannungspegel entsprechend der Motordrehzahl vorgegeben ist.
• Die Steuerschaltung ST steuert in bekannter Weise über eine Leitungsgruppe 24 die gesteuerten Diodenelemente in den Motorzuleitungen.
• Die Vergleicherschaltung 23 gibt außerdem Signale an die Steuerschaltung ST, die zusammen mit den oben genannten Signalen einem Mikropezessor zugeführt werden, dessen Ausgang von einer Leitungsgruppe 25 gebildet ist. In die Stromzuführungen zu dem Motor M ist jeweils ein elektronischer Schalter 26 gelegt. Wenn dieser Schalter geschlossen ist, wird der Motor direkt an die Zuführanschlüsse angeschlossen.
• Parabel zu den Schaltern 26 liegt jeweils eine Drossel 27, die bei geöffnetem Schalter 26 direkt in die Stromzuführung zum Motor eingeschaltet ist. Hier ist zu erwähnen, daß jeweils alle drei Schalter 26 gleichzeitig betätigt, d.h. geschlossen oder geöffnet werden.
• In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Drosselgruppen D 1, D 2 und D 3 zusammen mit ihren Ansteuerschaltern hintereinander in die Stromzuführungen zum Motor geschaltet. Das Zuschalten einer Drosselgruppe bewirkt das Absenken der Motorspannung entsprechend dem Beispiel nach Fig. 5, das Zuschalten der zweitDrossel- gruppe bewirkt dann ein weiteres Absenken der dem Motor zugeführten Spannung und das Zuschalten der dritten Gruppe, d.h. wenn alle drei Drosselgruppen gleichzeitig eingeschaltet sind, bewirkt ein noch weiteres Absenken der Motorspannung.
• Zur Erläuterung der Funktionsweise sei auf die beispielsweise und rein schematische Darstellung des Spannungsverlaufes in einer einzelnen der drei Phasen R, S, T verwiesen.
• Die Graphik c in Fig. 6 zeigt ein ansteigendes Spannungssignal am Drehzahlsteller 22. Dieses Signal bewirkt in der Steuerschaltung ST einen zunächst zunehmenden Phasenanschnitt bis eine Grenzspannung UG erreicht ist. In diesem Augenblick bewirkt die Steuerschaltung ST, daß die gemäß der Graphik c in Fig. 6 zunächst geschlossenen Drosselschalter 26 geöffnet werden, so daß sich die Speisespannung des Motors verringert. Dies bedeutet, daß in den Sinuslinien jeweils die Maxima und Minima abgeschnitten werden.
• Da das Spannungssignal vom Drehzahlsteller 26 aber weiter ansteigt, wird nunmehr das Leistungsteil L mit den gesteuerten Diodenelementen wieder eingeschaltet, und zwar mit zunehmendem Phasenanschnitt, wie sich aus den schraffierten Flächenbereichen der Graphik a in Fig. 6 ergibt.
• Hier ist zu erwähnen, daß die Kombination der beiden Maßnahmen, nämlich Phasenanschnitt plus Zuschalten von Drosseln eine leichte Verflachung der Flanken bei der Phasenanschnittsteuerung ergibt, die sich günstig auf die Dämpfung der Geräuschentwicklung und der Motorerwärmung auswirkt.
• Das weiterhin ansteigende Signal vom Drehzahlsteller wird im weiteren, in Fig. 6 nicht mehr dargestellten Verlauf schließlich dazu führen, daß die zweite Drosselgruppe D 2 zugeschaltet wird, dann die Phasenanschnittsteuerung wieder stärker in die Motorsteuerung eingreift bis schließlich auch die dritte Drosselgruppe zugeschaltet werden muß.
• Bei Erreichen einer Sollspannung, d.h. bei gleichbleibendem Spannungssignal am Drehzahlsteller wird die Steuerschaltung versuchen, die eingeschalteten Drosseln wieder abzuschalten und mit dem Phasenanschnitt allein weiterzufahren oder aber den Phasenanschnitt abzuschalten und allein mit der eingeschalteten Drosselgruppe weiterzufahren.

Claims (1)

1. Ansprüche 1) Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines Asynchron-Motors, wobei ein von der Leistungsaufnahme und/oder der gewünschten Drehzahl abhängiges Signal in einer Steuerschaltung verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung ein erstes Ausgangssignal erzeugt wird, welches bei einer gewünschen Drehzahländerung in jede Stromzuführung zum Motor eine Drossel einschaltet bzw. ausschaltet bis die Drehzahl erreicht ist.

   l 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweites Ausgangssignal erhalten wird, welches den Phasenanschnitt jeder Phase der Stromzuführung so ansteuert, daß eine lastbedingte Drehzahländerung aufgehoben wird.

   3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eines der beiden oder beide Ausgangssignale bei Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl bzw. einer bestimmten Leistungsaufnahme abschaltet.

   4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal der Steuerschaltung aus einer Vergleicherschaltung erhalten wird, der ein Spannungspegel entsprechend der Motordrehzahl vorgegeben wird und die einen Phasenschieber ansteuert, der das Eingangssignal der Steuerschaltung für drei Phasen erzeugt.

   5) Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Speiseleitungen (R, S, T) zum Motor mindestens je eine Qu- und abschaltbare Drossel (27) geschaltet ist, und daß die Ansteuerschaltung (ST) für die Halbleiterelemente der asymmetrischen Phasenanschnittsteuerung von einem Mikroprozessorgebildet ist, der zugleich das Zu- bzw. Abschalten der Drosseln für die Dauer mindestens einer Phasendrehung steuert 6) Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mikroprozessor vorgeschaltete Regelschaltung einen Eingang (14) für ein der Motorlast proportionales Signal aufweist.

   7) Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mikroprozessor vorgeschaltete Regelschaltung (R) eine Phasenschieberschaltung (21) enthält, die von einem Drehzahlgeber und einer Triggerschaltung und einer Vergleichergruppe angesteuert ist.

   8) Schaltungsanordnung nach. einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln zwischen die Halbleiterelemente zur Phasenanschnittsteuerung und den Motor in dessen Zewleitungen eingeschaltet sind.

   9) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitereleiente zur Phasenanschnittsteuerung zwischen Motor und Sternpunkt angeschlossen sind.

   lo) Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Mikroprozessor enthält.

   11) Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als Antrieb einer Pumpe ausgebildet ist.

   12) Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das der Leistungsaufnahme bzw.

   der Drehzahl des Motors entsprechende Signal von einer mit der von der Pumpe gespeisten Leitung verbundenen Sensor erzeugt wird.

   13) Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente der Phasenanschnittsteuerung als Triacs ausgebildet sind.

   14) Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung zum Erzeugen eines asymmetrischen Phasenanschnitts ausgelegt ist (Fig. 4).