DE3443637A1

DE3443637A1 - Bremsschaltung fuer wechselstrommotoren

Info

Publication number: DE3443637A1
Application number: DE19843443637
Authority: DE
Inventors: Young Kee Milwaukee Wis. Min
Original assignee: PT Components Inc
Current assignee: PT Components Inc
Priority date: 1983-11-30
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1985-06-05
Also published as: GB8428264D0; CA1251828A; US4560913A; MX157921A; JPS60134785A; GB2150773A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das dynamische Abbremsen von Elektromotoren und insbesondere eine Steuerschaltung zum An- und Abschalten einer elektronischen Motorbremsschaltung von Motoren geringer Leistung an eine und von einer Wechselspannungsquelle .

Die dynamische Motorbremsung beruht auf dem elektri- IQ sehen Prinzip, daß die Beaufschlagung des Stators eines Wechselstrom-Induktionsmotors mit Gleichstrom das Abbremsen des Rotors bewirkt. Dynamische Motorbremsschaltungen haben normalerweise eine Gleichstromquelle, die beim Bremsen verwendet wird, einen Schaltkreis zum An- und Abschalten der Gleichspannungsquelle und eine Zeitsteuereinrichtung zur Regulierung der Zeitdauer der Bremswirkung. Im allgemeinen werden elektronische Motorbremsschaltungen über elektromechanisch betätigte Relaiskontakte an eine Wechselspannungsquelle ange-

2Q schlossen, die der Korrosion und starker Funkenbildung und Abnutzung unterliegen. Es ist daher erwünscht, eine Einrichtung zum funkenlosen An- und Abschalten der Schaltungskontaktgeber zu schaffen. Es wurden bereits verschiedene Schaltungsanordnungen für eine elektronisehe Bremsschaltung mit gesteuerten Halbleitergleichrichtern vorgeschlagen, die zur Reduzierung der Funkenbildung an den Kontakten mit dem Relais zusammengeschaltet sind. Diese Lösungsvorschläge beziehen sich jedoch hauptsächlich auf elektronische Motorbrems-

3Q schaltungen hoher Leistung. Wegen der hohen Kosten sind die Einrichtungen zum funkenlosen An- und Abschalten von Motorbremsschaltungen zur Erhöhung der Relaiskontaktlebensdauer bei Motoren geringer Leistung ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung für eine elektronische Motorbremse zur Verwendung für Wechselstrommotoren geringer Leistung zu schaffen, mit der sich auf wirtschaftliche Weise ein funkenfreies An- und Abschalten einer elektronischen Motorbremsschaltung an eine Wechselspannungsquelle und von dieser ermöglichen läßt. Die Steuerschaltung soll für eine elektronische Motorbremsschaltung geeignet sein, wie sie beim dynamischen Bremsen von Wechselstrommotoren geringer Leistung verwendet wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Erfindung wird somit eine elektronische Motorbremsschaltung zum Beaufschlagen des Stators eines Wechselstrommotors,insbesondere eines solchen geringer Leistung, mit Gleichstrom-Bremsenergie, die über elektromechanische Relaiskontakte an eine Wechselspannungsquelle angeschaltet und von dieser abgeschaltet wird. Es sind Steuerkreise vorgesehen, um einen im wesentlichen funkenfreien Betrieb der Relaiskontakte zu bewirken, die einen optisch gekoppelten und an die Wicklung des Relais angeschlossenen Thyristor enthalten. Diese Steuerkreise werden mit von dem Motor erzeugten Wechselstrom erregt, während dieser ausläuft, nachdem er von seiner normalen Wechselspannungsquelle abgeschaltet worden ist. Das ausgewählte Ansprechen des Optokopplers verhindert die Erregung der Relaiswicklung während der positiven Periode des vom Motor erzeugten Wechselstroms. Während der folgenden negativen Periode des vom Motor erzeugten Stroms schaltet der

Optokoppler ab, so daß die Relaiswicklung durch einen Kondensator momentan erregt werden kann, wodurch die Relaiskontakte geschlossen und die Relaiswicklung und die Motorbremsschaltung mit der normalen Motorwechselspannungsquelle verbunden werden. Dies geschieht jedoch erst, nachdem die Relaiskontakte vollständig geschlossen sind und während die Bremsschaltung entregt ist, so daß eine Funkenbildung an den Relaiskontakten verhindert wird. In der elektronischen Motorbremsschaltung ist ein Zeitgeber eingebaut, um die Dauer zu regulieren, während der dem Motor Bremsenergie zugeführt wird. Wenn der Zeitgeber das Ende seines voreingestellten Zyklus erreicht , wird ein zweiter Optokoppler eingeschaltet, der die Steuerelektrode eines Thyristors kurzschaltet, der die Ausgangsgleichspannung der Bremsschaltung steuert. Hierdurch wird der Thyristor gesperrt, die Bremsschaltung entregt und die Bremsung des Motors unterbrochen. Danach wird die Steuerelektrode eines Thyristors kurzgeschlossen, um die Relaiswicklung zu entregen und dessen Kontakte bei minimaler Funkenbildung zu öffnen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der anliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert, die ein Schaltbild der elektronischen Motorbrems- und Steuerschaltung der Erfindung zeigt.

Die Zeichnung zeigt einen Wechselstrominduktionsmotor 10, der über Kontakte 11, 12, 13 eines Motorkontaktgebers M, der an eine Dreiphasen-Wechselspannungsquelle 14 angeschlossen ist, mit Wechselspannung versorgt wird.

Die Motorkontakte 11 bis 13 werden von einem dreiadrigen Motorsteuerkreis 15 gesteuert, der Start/Stop-Schalter 16 und 17 und einen Haltekontakt 19 des Kontaktgebers M aufweist. Wenn der momentan betätigbare Drucktasten-Startschalter 16 gedrückt wird, spricht der Motorkontaktgeber M an, und durch das Schließen des Kontaktes 19 wird der Startschalter überbrückt, um den Kontaktgeber M erregt zu halten, wenn der Startschalter 16 freigegeben wird. Der Motorsteuerkreis 15 hat auch normalerweise geschlossene Kontakte 18 eines Relais 38. Der Steuerkreis 15 wird von einer Wechselspannungsquelle 21 gespeist und arbeitet in üblicher Weise, um eine Spule 20 zu erregen, wenn der Startschalter geschlossen wird, so daß die Motorkontakte 11 bis 13 und 19 geschlossen und dadurch der Motor mit seiner Hauptspannungsquelle 14 verbunden wird.

Ein elektronischer Motorbremsenmodul 2 5 hat eine Klemmleiste 2 6 mit acht Anschlüssen, von denen die Anschlüsse 1 und 3 durch Leitungen L2 und L3 mit einer Wechselspannungsleitung 2 8 bzw. 2 7 auf der Spannungsquellenseite der Motorkontakte 12 und 13 verbunden sind. Die Anschlüsse 2 und 4 der Klemmleiste 2 6 sind durch Leitungen M2 und M3 mit Leitungen 28' und 27' auf der Motor- bzw. Lastseite der Kontakte 12 und 13 verbunden. Die Anschlüsse 5 und 6 sind durch einen Satz normalerweise geschlossener Kontakte 2 9 des Kontaktgebers M überbrückt. Wenn der Startschalter 16 aktiviert und der Motor 10 in seinem Betriebszustand ist, werden die normalerweise geschlossenen Kontakte des Kontaktgebers M geöffnet und verbleiben in diesem Zustand, während der

Motor erregt ist. Die Anschlüsse 7 und 8 sind mit dem Motorsteuerkreis 15 und den normalerweise geschlossenen Relaiskontakten 18 des Relais 28 verbunden. 5

Der Bremsmodul 2 5 ist eine Anordnung von Schaltungselementen, die auf einer gedruckten Schaltkreisplatte angeordnet und in einem Gehäuse untergebracht sind, das nötigenfalls für Einstellungen und zum elektrischen Anschluß zugänglich ist. Wie zuvor erwähnt, besteht die Grundfunktion der Motorbremse darin, dem Stator des Motors 10 zum Bremsen in einem bestimmten dynamischen Bremsvorgang Gleichstrom zuzuführen. Der Modul 2 5 hat auch eine Steuerschaltung zum An- und Abschalten der Gleichspannungs-Bremsenergie des Motors 10, eine Zeitsteuereinrichtung zur Regulierung der Länge des Bremsvorganges und eine Einrichtung zur funkenfreien An- und Abschaltung der Motorbremse an die Hauptwechselspannungsquelle 14 des Motors.

Wenn der Stopschalter 17 gedrückt bzw. geöffnet ist, ist die Kontaktgeberwicklung 20 entregt, so daß die verschiedenen Motorkontakte 11 bis 13 und 19 geöffnet sind und die normalerweise geschlossenen Kontakte 29 wieder geschlossen werden. Dadurch wird der Motor 10 vollständig von der Dreiphasen-Wechselspannungsquelle 14 getrennt, und der Stromfluß zum Motor 10 wird unterbrochen. Der Rotor des Motors 10 dreht, obwohl abgeschaltet, infolge der Lastträgheit weiter und erzeugt eine Wechselspannung im wesentlichen der gleichen Frequenz und Phase wie diejenige, die von der Wechselspannungsquelle 14 geliefert wird, so daß für eine kurze Zeitperiode der Motor weiter arbeitet, als ob er noch mit der Dreiphasen-Wechselspannungsquelle verbunden wäre.

Der vom auslaufenden Motor erzeugte Wechselstrom besteht aus positiven und negativen Perioden. Es wurde festgestellt, daß die positive Periode, gemessen bezüglich der Kathode einer Diode 30 eines Thyristor/Dioden-Moduls 31 der Bremsschaltung und des Anschlusses 2 der Klemmleiste 26 die ideale Zeit zum Anschließen der Bremsschaltung an den Motor ist. Hierzu hat ein erster Steuerkreis eine Diode 32, die mit dem Anschluß 2 verbunden ist, und eine Leitung 33, die mit dem Anschluß 4 der Klemmleiste 26 verbunden ist. Diese Diode dient dazu, einen Stromfluß von - nach + zwischen dem Anschluß 2 und der Leitung 33 zu verhindern, jedoch von + nach - zuzulassen.

Der positive Stromfluß dient zur Erregung der einen Hälfte eines Optokopplers 3 4 und insbesondere einer Diode 35 hiervon, die mit der Diode 32 und dem Anschluß 2 in Reihe geschaltet ist. Hierdurch wird der anderen Hälfte des Optokopplers 34 signalisiert, einen Transistor 36 einzuschalten, der im Steuerelektrodenkreis eines Relaissteuer-Thyristors 37 liegt. Wenn der Transistor 26 des Optokopplers 34 leitet, ist die Steuerelektrode 5 des Thyristors 3 7 kurzgeschlossen. Dieser Vorgang tritt nur während einer Halbperiode des vom Motor erzeugten Stroms auf, während der die Diode 35 des Optokopplers 37 eingeschaltet ist, d.h. daß der Anschluß 2 der Klemmleiste 26 auf + und der Anschluß 4 auf - liegt.

Unter diesen Bedingungen bleibt die Spule des Relais in Reihe zu dem Thyristor 3 7 im entregten Zustand.

Ein zweiter Steuerkreis, der die normalerweise geschlossenen Kontakte 2 9 des Kontaktgebers M enthält, ist mit den Bremsanschlüssen 5 und 6 verbunden. Diese Kontakte sind normalerweise geschlossen, wenn die Spule 20 entregt

ist. Wenn dies geschieht, entlädt sich ein Kondensator

40, der während der Zeit geladen wurde, während der der Motor eingeschaltet war, so daß der Thyristor 37 eingeschaltet wird und eine Relaiswicklung 38 erregt. Dies erfolgt, wenn die vom Motor erzeugte Spannung einen -/+ Polaritätszustand zwischen den Anschlüssen 2 und 4 hervorruft, zu welchem Zeitpunkt die Diode 35 des Optokopplers 34 gesperrt ist. Als Folge der Entladung des Kondensators 40 zur Erregung der Relaiswicklung 38 wird die Hauptspannungsquelle 14 mit der elektronischen Motorbremse über die Leitungen L2, L3 und die Anschlüsse 1 und 3 der Klemmleiste 26 durch Schließen der Kontakte

41, 42 und 43, 44 des Relais 38 verbunden. Wenn dies erfolgt, ist jedoch die Diode 30 des Thyristor/Dioden-Moduls 31 gesperrt, so daß ein Stromfluß zur Bremsschaltung verhindert wird, bis die Relaiskontakte 41 bis 44 vollständig geschlossen sind, so daß eine Funkenbildung an diesen Kontakten auf ein Minimum reduziert wird.

Sobald ein Strom durch die Diode 30 fließt, wird ein Thyristor 45 des Moduls 31 eingeschaltet, um dem Stator des Motors 10, der über die Leitung 27' und die Leitung M3 mit dem Anschluß 2 der Kontaktleiste 2 6 verbunden ist, Gleichstrom zuzuführen. Die Steuerung des Ausgangsgleichstroms des Thyristors 45 wird durch Einstellen eines mit diesem verbundenen Einstellwiderstandes 48 reguliert.

Zusätzlich zur Erregung des Thyristor/Dioden-Moduls 31 erregt der Wechselstrom, der über die Leitungen L2 und L3 zugeführt wird, einen Vollweg-Brückengleichrichter 50, so daß ein Stromfluß durch einen Widerstand 51 ermöglicht wird, um einen Voreinstell- Zeitgeber 52 zu aktivieren.

Die zeitliche Länge des Bremszyklus wird durch Einstellen

eines Einstellwiderstandes 53 eines Zeitsteuerkreises gewählt. Wenn der Zeitgeber 52 erregt ist, wird ein zugehöriger Kondensator 55 geladen, und ein Thyristor 56 zusammen mit dem zuvor erwähnten Thyristor 37, der der Relaiswicklung 38 zugeordnet ist, wird eingeschaltet. Ein PNP-Transistor 57, der mit der Steuerelektrode des Thyristors 56 verbunden ist, verbleibt im gesperrten Zustand. So lange der Zeitgeber 52 eingeschaltet bleibt, führt der Thyristor/Dioden-Modul 31 dem Motor 10 weiterhin Gleichstrom-Bremsenergie zu.

Wenn der Zeitgeber 52 das Ende seiner voreingestellten Zeitperiode erreicht, wird die Spannung am Anschluß 3 niedrig. Dies dient dazu, eine erste Diode 59 eines zweiten Optokopplers 60 einzuschalten, so daß eine zweite Diode 61 hiervon leitet. Dadurch wird die Ansteuerung der Steuerelektroden des Thyristors 45 unterbrochen, der dem Thyristor/Dioden-Modul 31 zugeordnet ist, so daß dessen Ausgangsgleichspannung ebenfalls unterbrochen wird, um den Bremsstromfluß zum Motor 10 zu unterbrechen.

Zu diesem Zeitpunkt entlädt sich nun der Kondensator 55, der während der Einschaltperiode des Zeitgebers 52 geladen wurde, über einen Widerstand 62 und den Anschluß 3 des Zeitgebers 52. Die Entladegeschwindigkeit ist so gewählt, daß die gespeicherte Motorenergie abfließen kann, bevor der Transistor 57 öffnet, der mit dem Kondensator 55 verbunden ist. Wenn der Transistor 57 öffnet, wird die Steuerelektrode des Thyristors 56 kurzgeschlossen, so daß nicht nur der Thyristor 56 entregt wird, sondern auch der Thyristor 3 7 und die Relaiswicklung 38, und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn die Ausgangsgleichspannung des Moduls 31 keinen Stromfluß zum Motor 10 mehr bewirkt. Dadurch erfolgt beim Entregen

der Relaiswicklung 38 das Öffnen der Relaiskontakte bis 44 zur Abschaltung der entregten elektronischen Motorbremse von den Wechselspannungsleitungen L2 und L3 im wesentlichen funkenfrei.

Die Entregung der Relaiswicklung 38 stellt auch die normalerweise geschlossenen Kontakte 18 zurück, die während des erregten Zustandes des Relais geöffnet waren, so daß der Motor Start- und Steuerkreis 15 wieder in den Zustand für einen erneuten Startvorgang gebracht wird.

Aufgrund der Verwendung der Optokoppler 3 4 und 6 0 ist es mit der oben beschriebenen Schaltung möglich, die elektronische Motorbremsschaltung über elektromechanische Relaiskontakte im wesentlichen funkenfrei an den Motor und die Wechselspannungsquelle 14 an- und von diesen abzuschalten. Die Wirkung des Optikopplers 34 ist extrem schnell, so daß der Anschluß der elektronischen Motorbremse an die Leitungen L2 und L3 in einem sehr kurzen Zeitintervall erfolgen kann, d.h. in der Größenordnung von 25 Millisekunden nach Betätigen des Stopschalters 17. Diese kurze Reaktionszeit ermöglicht eine kürzere Motorstopzeit, so daß aufeinanderfolgende Bremssysteme verwendet werden können. Dies ermöglicht die Verwendung einer elektromechanischen Bremse nach Beendigung des dynamischen Bremszyklus, jedoch unter Verwendung der Bremssteuereinrichtung der Erfindung.

Claims

Patentanwälte

European PatentAuorneyg -1-

Hansmann a Vc^acar

Albert - Roßhaupier - Gtr. 65

O-8000 München 70

PT COMPONENTS, INC. 29. Nov. 1984

7545 Rockville Road Vg/BCh

Indianapolis, Indiana 46206 .. g

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Bremsschaltung für Wechselstrommotoren

PATENTANSPRÜCHE

(Iy Elektronische Bremsschaltung für Wechselstrommotoren geringer Leistung,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Umwandlung von Wechsel- in Gleichspannung, um eine dynamische Bremsung eines Motors (10) durchzuführen, ein Relais (38) zum An- und Abschalten der Bremsschaltung an eine Wechselspannungsquelle (14) und von dieser, und eine Einrichtung zur im wesentlichen funkenfreien Betätigung des Relais (38), bestehend aus einem ersten Steuerkreis mit einem ersten Optokoppler (34), der auf von dem Motor nach dessen Abschalten von der Wechselspannungsquelle (14) erzeugte Wechselspannung anspricht, um das Relais zum Schließen der Kontakte zu veranlassen und die Erregung der Bremsschaltung zu verhindern, bis die Relaiskontakte geschlossen sind, wobei das Schließen der Relaiskontakte dazu dient, die Bremsschaltung mit der Wechselspannungsquelle zu verbinden, sowie einen weiteren Steuerkreis mit einem zweiten Optokoppler (60) zum Entregen des Relais (38) und zum Abschalten der Wechselspannungsquelle von diesem nach dem Entregen der Bremsschaltung.

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2. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der zweite Steuerkreis die Bremsschaltung und das Relais δ nach einem bestimmten Zeitintervall entregt.
3. Bremsschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber (52) zur Bestimmung des Zeitintervalls und zur Steuerung der Aktivierung des zweiten Optokopplers (60) .
4. Bremsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Optokoppler (34) das Schließen der Kontakte des Relais (38) nur in Abhängigkeit zur negativen Halbperiode der vom Motor erzeugten Energie anspricht.
5. Bremsschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Optokoppler (60) die Bremsschaltung vor dem Entregen des Relais (38) entregt.
6. Bremsschaltung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Optokoppler (34) mit einer Diode (32) verbunden ist, um die negative Halbperiode der vom Motor erzeugten Energie zu sperren und die Erregung des ersten Optokopplers (34) zu verhindern
7. Bremsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (38) mit dem ersten Optokoppler (34), einem Kondensator (40) , normalerweise offenen Motorkontakten und einem Thyristor (37) derart zusammengeschaltet ist, daß eine Entladung des Kondensators die Erregung der

Relaiswicklung bewirkt, wenn der erste Optokoppler (34) entregt ist, um die Relaiskontakte zu schließen und die Bremsschaltung und die Relaisspule mit der Wechsel-Spannungsquelle zu verbinden.
8. Bremsschaltung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Diode (59, 61), die die Erregung eines Thyristors (45) verhindert, bis die Relaiskontakte geschlossen sind.
9. Schaltungsanordnung für einen Wechselstrommotor, gekennzeichnet durch eine dynamische Bremsschaltung, die beim Aktivieren Gleichstromenergie zum Bremsen des Motors erzeugt, einen Zeitgeber (52) zur Regulierung der Zeitdauer der Beaufschlagung des Motors mit Gleichstromenergie, ein elektromechanisches Relais (38) mit Arbeitskontakten zum An- und Abschalten der Bremsschaltung an eine Wechselspannungsquelle und von dieser, und eine Einrichtung zum funkenfreien Betätigen der Kontakte, bestehend aus einem Steuerkreis mit einem ersten Optokoppler und der Wicklung des Relais, der auf von dem Motor nach seinem Abschalten von der Wechselspannungsquelle erzeugte Wechselstromenergie anspricht, wobei das Relais die Bremsschaltung an die Wechselspannungsquelle derart anschließt, daß ein Stromfluß durch die Bremsschaltung verhindert wird, bis der Anschluß an die Wechselspannungsquelle hergestellt ist, sowie einen zweiten Steuerkreis, der nach dem Entregen des Zeitgebers (52) die Bremsschaltung entregt und danach die Relaiskontakte öffnet.