DE4136514A1 - Schaltungsanordnung zur drehzahlvorwahl eines zentrifugenantriebes - Google Patents
Schaltungsanordnung zur drehzahlvorwahl eines zentrifugenantriebesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlvorwahl eines als
Zentrifugenantrieb dienenden dreiphasigen Induktionsmotors mit einem vorge
schalteten Wechselrichter der drei aus zwei steuerbaren elektronischen Schal
tern bestehende an eine Gleichspannungsquelle zueinander parallel angeschlos
sene Reihenschaltungen enthält, wobei zwischen jeweils zwei Schaltern jeder
Reihenschaltung jeweils ein Anschluß einer Phase des Induktionsmotors vorge
sehen ist und wobei der Steuereingang jedes elektronischen Schalters jeweils
mit einem Ausgang einer Steuerlogik zur Übertragung von Steuerimpulsen verbun
den ist, die ihrerseits an ein Steuergerät angeschlossen ist, das drei um 120°
phasenverschobene Steuerimpulse erzeugt.
Bei Zentrifugen, wie sie aus dem Prospekt 2C2.85/VN Ku der Heraeus Christ
GmbH, Osterode bekannt sind, besteht der Zentrifugenantrieb aus einem Asyn
chron-Motor, dem ein Dreiphasenwechselrichter mit drei Halbleiter-Brücken
vorgeschaltet ist. Der prinzipielle Aufbau solcher Wechselrichter ist bei
spielsweise aus dem Buch "Leistungselektronik" von Rudolf Lappe, Springer
Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1988, S. 267 sowie S. 276-280 bekannt.
Die Ansteuerung des für den Zentrifugenantrieb genannten Motors erfolgt aus
einer Steuerlogik mit Impulsgenerator, Frequenzteiler und programmierbarem
Zähler, wobei jeder der sechs Feldeffekt-Transistoren über einen Treiber und
eine eigene Transformator-Kopplung angesteuert wird. Die mit Hilfe von Fre
quenzteilern erzielbare Drehzahlverstellung wird mittels eines Drehzahlvor
wahlreglers eingestellt und mit Hilfe eines Anzeigeinstrumentes kontrolliert.
Nach Abschluß des Zentrifugiervorganges wird der Asynchron-Motor als
Generator betrieben und die erzeugte Bremsenergie in einem separaten, durch
Lüfter gekühlten Bremswiderstand vernichtet.
Als problematisch erweist sich der verhältnismäßig aufwendige Aufbau der be
kannten Vorrichtung, wobei die sechs elektronisch gesteuerten Schalter eine
ebenso große Anzahl von Ansteuerungselementen mit galvanischer Trennung d. h.
Transformatoren erfordern. Die Ansteuerungselektronik wird insbesondere dann
sehr aufwendig, wenn verschiedene Drehzahlbereiche nach einem vorgegebenen
Programm eingestellt werden sollen. Ein weiteres Problem ist in dem verhält
nismäßig aufwendigen Bremsverfahren zu sehen, da neben einer eigenen Umsteuer
elektronik zusätzliche Wärmeabführungsmaßnahmen erforderlich sind.
Aus der US-PS 46 51 079 ist ein Antrieb mit einem Kondensatormotor bekannt,
der in Brückenschaltung zwischen einem Zweigpaar aus Feldeffekt-Transistoren
und einem Zweigpaar aus Kondensatoren angeordnet ist; die beiden Feldeffekt-
Transistoren werden durch eine gegenphasige Impulsfolge mit einer sinusförmigen
Impulsweitenmodulation angesteuert, wobei die Modulation mittels Kompara
tor aus einer Sinuswelle und einer Dreieckwelle gewonnen wird. Mittels dieser
Anordnung soll ein konstantes Amplituden-/Frequenzverhältnis erzielt werden.
Weiterhin ist aus den Technischen Mitteilungen der AEG-TELEFUNKEN 1979,
Heft 5, 6, S. 197-201 ein drehzahlgesteuerter Zentrifugenantrieb mit Impuls
weitenmodulation bekannt, wobei die Stromversorgung über Drehstromeinspeisung
erfolgt und als Antrieb ein Drehstrommotor dient. Die zugehörige Drehstrom
einspeisung schränkt den Gebrauch der Zentrifuge auf eine entsprechende Netz
stromversorgung ein.
Aus der Zeitschrift "Industrie-Elektrik und Elektronik", 1982, Heft 4, S. 56-63
ist es bekannt, Feldeffekt-Transistoren für Leistungsstromkreise durch Opto
koppler mit Signalen aus einem mit Mikrocomputer versehenen Steuerstromkreis
anzusteuern, wobei durch Einsatz von Optokopplern Rückwirkungen vom Lei
stungs-Stromkreis in den Steuerstromkreis wirksam unterbunden werden.
Beim Einsatz solcher Feldeffekt-Transistoren für Schaltungen zum Zentrifugen
antrieb treten Probleme mit der Gate-Kapazität der Feldeffekt-Transistoren
auf, die so rasch wie möglich entladen werden muß, um die Verlustleistung der
Transistoren gering zu halten und um eine möglichst hohe Schaltfrequenz zwecks
hoher Drehzahl erzielen zu können.
Weiterhin ist es aus der Zeitschrift "Industrie-Elektrik und Elektronik",
1990, Heft 1, S. 50, 51 bekannt, einen Antrieb mit Frequenzumrichter zu schaf
fen, wobei zur Gleichstrombremsung eine Gleichspannung an die Wicklung des
Antriebsmotors gelegt wird und der Antriebsmotor nach dem Prinzip der Wirbel
strombremse verzögert wird.
Aus der nicht vorveröffentlichen deutschen Patentanmeldung P 40 14 448.8 ist
eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines als Zentrifugenantrieb
dienenden Wechselstromantriebs in Form eines Kondensatormotors bekannt, wobei
dieser im Brückenzweig eines einphasigen Wechselrichters geschaltet ist. Der
Brückenzweig ist an seinen Enden jeweils mit den Mittelpunkten einer Reihen
schaltung zweier Kondensatoren und zweier Feldeffekt-Transistoren geschaltet,
wobei diese Reihenschaltungen zueinander parallel geschaltet und am Ausgang
eines am Wechselspannungsnetz beschriebenen Gleichrichters angeschlossen sind;
während des Betriebes werden die Kondensatoren mittels Ansteuerung der Feld
effekt-Transistoren wechselweise über den Kondensatormotor entladen, wobei die
Ansteuerung über einen als Impulsgenerator dienenden Mikroprozessor erfolgt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Verringerung der Elemente zur
galvanischen Entkopplung sowie und der Verlustleistungen zu erzielen; dabei
soll eine hohe Schaltfrequenz zwecks hoher Drehzahl erzielt werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedem Steuersignalausgang des Steuer
gerätes ein Löschimpulsausgang zugeordnet; die Steuereingänge der Feldeffekt-
Transistoren sind jeweils mit dem Verbindungspunkt zweier in Serie geschalte
ter Halbleiterschalter der Steuerlogik verbunden, von denen der erste Halb
leiterschalter zur Ansteuerung des Feldeffekt-Transistors vorgesehen ist,
während der zweite Halbleiterschalter zur Entladung des Gate-Bereiches des
Feldeffekt-Transistors dient. Das Steuergerät weist in einer bevorzugten
Ausführungsform einen Mikroprozessor auf, dessen Taktgeber als
Impulsgenerator für die Erzeugung der Steuer- und Lösch- Impulse dient.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind als steuerbare elektro
nische Schalter IGBT-Schaltelemente eingesetzt; sie werden auch als Isolated
Gate Bipolar Transistor bezeichnet.
Als vorteilhaft erweist sich neben einem preisgünstigen Aufbau die einfache
Verstellmöglichkeit von Drehzahlen oder Drehzahl-Zeitfunktionen (Frequenz
profil), durch einfache Umprogrammierung des im Steuergerät befindlichen Mi
kroprozessors. Auf eine zusätzliche kostenintensive Stromversorgung für die
Ansteuerungsstufen kann verzichtet werden, da die für den als Impulsgenerator
dienenden Mikroprozessor erforderliche Stromversorgung auch für die Ansteue
rung der Feldeffekt-Transistoren verwendbar ist. Durch Programmabänderung des
Mikroprozessors ist die Schaltungsanordnung für Motoren verschiedener Lei
stungsklassen einsetzbar.
Im Folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a, 1b, 1c
und 2 näher erläutert.
Fig. 1a zeigt im Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung für einen als
Zentrifugenantrieb dienenden dreiphasigen Induktionsmotor,
wie er symbolisch in Fig. 1b dargestellt ist.
Fig. 1b zeigt schematisch einen dreiphasigen Induktionsmotor mit seinen in
Dreieck geschalteten Wicklungen und dem Läufer L und seinen
Anschluß.
Fig. 1c zeigt im Zeitdiagramm die Ansteuerung der Feldeffekt-Transistoren.
Fig. 2 zeigt eine modifizierte Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der
Feldeffekt-Transistoren.
Gemäß Fig. 1a werden die Wicklungen 1, 2, 3 des in Fig. 1b dargestellten
Asynchron-Motores 4 durch Wechselrichter 5 mit Strom versorgt. Wechsel
richter 5 ist an eine Gleichspannungsversorgungsquelle 6 angeschlossen, die
vom üblichen einphasigen oder dreiphasigen Wechselspannungsnetz versorgt wird.
Die in Dreieckschaltung verbundenen Wicklungen sind an ihren Anschlußpunkten
jeweils mit den Verbindungspunkten 41, 42, 43 angeschlossen, welche zwei in
Serie geschaltete Feldeffekt-Transistoren 11 und 12, 13 und 14, sowie 15 und
16 miteinander verbinden. Die Eingänge 17, 18 der Feldeffekt-Transistoren 11,
12 sind an die Steuerlogik 10′ angeschlossen, während die Eingänge 19, 20 der
Feldeffekt-Transistoren 13, 14 an die Steuerlogik 10′′ angeschlossen sind und
die Steuereingänge 21, 22 der Feldeffekt-Transistoren 15, 16 mit der Steuer
logik 10′′′ verbunden sind. Die innere Schaltung der Steuerlogiken 10′, 10′′,
10′′′ ist identisch aufgebaut, so daß deren innere Bauteile die gleichen Be
zugszeichen führen. Im Folgenden wird daher lediglich die Steuerlogik 10′
näher erläutert. Die Steuereingänge 17, 18 der Feldeffekt-Transistoren 11, 12
sind jeweils an die Ausgänge 38, 40 der Steuerlogik 10′ angeschlossen, welche
mit den Verbindungspunkten 44, 45 der Serienschaltung der Halbleiterschalter
24, 25 beziehungsweise 26, 27 verbunden sind. Die Serienschaltungen der Halbleiterschalter
24, 25 beziehungsweise 26, 27 sind jeweils mit einem Konden
sator 46, 47 parallel geschaltet, wobei diese Parallelschaltung jeweils mit
einer Serienschaltung eines Widerstandes 30, 32 und einer Diode 29, 31 in
Reihe geschaltet ist. Die Halbleiterschalter 24, 25, 26, 27 sind als Photo
transistoren ausgebildet, deren Basis sich jeweils im Bereich einer Leucht
diode 34, 35, 36 und 37 befindet, welche über Eingänge 48′, 49′, 50′, 51′,
52′, 53′, 54′, 55′ mit den Ausgängen 56′, 57′, 58′, 59′, 60′, 61′, 62′ und 63′
des Steuergerätes 9 verbunden sind. Die Eingänge 48′′ bis 55′′ der zweiten
Steuerlogik 10′′ sind entsprechend mit Ausgängen 56′′ bis 63′′ des Steuer
gerätes verbunden, ebenso wie die Steuereingänge 48′′′ bis 55′′′ mit den
Ausgängen 56′′′ bis 63′′′ des Steuergerätes verbunden sind; auf eine Darstellung
der Verbindungen zur zweiten Steuerlogik 10′′ und dritten Steuerlogik
10′′′ wird zwecks besserer Übersichtlichkeit der Fig. 1a verzichtet. Die Ver
bindungspunkte 41, 42 und 43 sind jeweils mit den Ausgängen 39′, 39′′ und
39′′′ der Steuerlogiken verbunden, wobei gemäß Fig. 1a diese Ausgänge mit dem
Emitter eines als steuerbarer elektronischer Schalter ausgebildeten
Phototransistors 25 verbunden sind. Die aus Dioden 29, 31 und Widerstände 30,
32 sowie Parallelschaltungen von Phototransistoren 24, 25 und 26, 27 mit
Kondensatoren 46 und 47 bestehenden Reihenschaltungen sind jeweils mit den
Klemmen 7, 8 der Stromversorgung 6 verbunden. Die an den entsprechenden Ein
gängen der Steuerlogiken 10′, 10′′, 10′′′ anliegenden Signale des Steuerge
rätes 9 sind jeweils um 120° phasenverschoben. Das Steuergerät 9 enthält
hierzu einen nicht näher dargestellten Impulsgenerator als Taktgeber sowie
Zählerbausteine zur Frequenzteilung, um die Phasenverschiebung darzustellen.
Das Steuergerät 9 ist zwecks Bedienung mit einer Tastatur 65, einer Anzeige 69
des Betriebszustandes, eines Signaleingangs für die Deckel-Schloß-Verriegelung
67 sowie einem weiteren Eingang 68 für die Ansteuerung mittels externer Daten
verarbeitungsgeräte wie beispielsweise Mikroprozessoren beziehungsweise PC
versehen.
Zur Inbetriebnahme wird Steuergerät 9 mittels Tastatur 65 oder mittels exter
ner Ansteuerung 68 in Betrieb genommen, welches die Steuersignale und Löschimpulse
für die Steuerlogiken 10′, 10′′ und 10′′′ der drei Phasen des Induktionsmotors
4 erzeugt. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird im Fol
genden lediglich die mit 10′ beschriebene Steuerlogik und die zugehörige Phase
erläutert.
Der grundsätzliche Aufbau solcher dreiphasigen Stromwechselrichter ist dem
Fachmann beispielsweise aus dem vorstehend genannten Buch "Leistungselektro
nik" von R. Lappe, H. Konrad, M. Kronberg (Springer Verlag 1988), Seite 276 ff
bekannt, wo auch ausführlich auf die zugehörigen Strom- und Spannungsverläufe
thyristor- und transistor-bestückter Schaltungsanordnungen verwiesen wird, so
daß sich hier eine weitere Erörterung des Wechselrichter-Prinzips für Dreh
strom-Asynchron-Motoren erübrigt. Aus dem mit Impulsgenerator und Phasen
schieber versehenen Steuergerät 9 wird von den Ausgängen 56′, 57′ die Leucht
diode 34 angesteuert, welche die Basis des Phototransistors 24 bestrahlt,
wodurch dessen Kollektor-Emitter-Strecke durchgeschaltet wird, so daß das Gate
des Feldeffekt-Transistors 11 über Widerstand 30 und Diode 29 mit der positi
ven Klemme 7 der Stromversorgung verbunden wird. Somit liegt am Ausgang 38 der
Steuerlogik 10′ eine positive Spannung an, die dem Steuereingang (Gate) des
Feldeffekt-Transistors 11 zugeführt wird. Die nunmehr hohe Gatespannung Ugs
sorgt für einen Durchlaßstrom ID, durch den Feldeffekt-Transistor 11 über eine
Drittelperiode, durch Wicklung 1 und Feldeffekt-Transistor 14 für eine erste
Sechstelperiode und anschließend durch Wicklungen 1 und 2 über Feldeffekt-
Transistor 16 für eine zweite Sechstelperiode gemäß dem Zustandsdiagramm der
Ansteuerung der Feldeffekt-Transistoren mit Impulsen der Amplitude A nach
Fig. 1c. Zur näheren Erläuterung des Verlaufes wird auf Seite 277 des vor
stehend erwähnten Buches verwiesen, in dem eine entsprechende Schaltung mit
Thyristoren und einem in Sternschaltung angeschlossenen Drehstrom-Verbraucher
verwiesen wird; dieses Diagramm ist mit entsprechenden Abänderungen für einen
in Dreieck-Schaltung angeschlossenen Drehstrom-Verbraucher umzuwandeln. Gemäß
Fig. 1a und 1c wird somit Feldeffekt-Transistor 11 innerhalb einer Periode
von 0 bis 120° mittels Steuerimpuls I durchgeschaltet, während im Bereich von
0 bis 60° Feldeffekt-Transistor 14 durchgeschaltet ist und ab 60° mittels des
negativ dargestellten Löschimpulses II gesperrt wird, während ab 60° Feld
effekt-Transistor 16 durchgeschaltet ist und bis 180° der Periode durchge
schaltet bleibt, so daß im Bereich von 60 bis 180° die Wicklung 3 vom Strom
durchflossen wird. Die Darstellung der Steuerimpulse I mittels positiver Am
plitude und der Löschimpulse II mittels negativer Amplitude erfolgt zwecks
besserer Übersichtlichkeit des Diagramms 1c.
Im Anschluß an Steuerimpuls I wird unmittelbar darauffolgend über die
Ausgänge 58′, 59′ des Steuergerätes 9 ein Löschimpuls II abgegeben, welche
über die Klemmen 50, 51 der Steuerlogik 10′ die Leuchtdiode 35 speist, welche
die Basis des Löschtransistors 25 belichtet. Aufgrund des Löschimpulses II
wird die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 25 leitend und verursacht
einen Kurzschluß zwischen Steuereingang (Gate) 17 und der an den Verbindungs
punkt 41 angeschlossenen Source des Feldeffekt-Transistors 11, so daß der
Gate-Bereich schlagartig entladen wird. Die Dauer des Löschimpulses erstreckt
sich von 120° (2/3) bis 360° (2) der Periode, so daß mit hoher Sicherheit
eventuelle Fehlansteuerungen des Feldeffekt-Transistors vermieden werden kön
nen. Zwischen dem Löschimpuls und dem nachfolgenden Steuerimpuls ist ein ge
ringfügiger Zeitabstand im Bereich weniger Mikrosekunden vorgesehen. Es ist
jedoch auch möglich, kürzere Löschimpulse anzuwenden. Feldeffekt-Transistor 11
wird somit bei Erreichen von 120° der Periode abgeschaltet und aufgrund des
Kurzschlusses zwischen Gate und Source für eine neue Ansteuerung nach Beendi
gung des Löschimpulses vorbereitet. Wie Fig. 1c zu entnehmen ist, wird im
Bereich von 180 bis 300° Feldeffekt-Transistor 12 mittels eines Steuersignals
I über die Ausgänge 60′, 61′ und den aus Leuchtdiode 36 und Phototransistor 26
bestehenden Optokoppler angesteuert und über einen Periodenzeitraum von 120°
durchgeschaltet, wobei der Strom dann im Bereich von 180 bis 240° über Feld
effekt-Transistor 13 Wicklung 1 und Feldeffekt-Transistor 12 geführt wird,
während er von 240 bis 300° über Feldeffekt-Transistor 15, Wicklung 3 und
Feldeffekt-Transistor 12 geführt wird. Nachdem das Steuersignal I an den Klem
men 60, 61′ beendet ist, wird über die Ausgänge 62′, 63′ ein Löschsignal II
über die Klemmen 54′, 55′ der Steuerlogik 10′ an die Leuchtdiode 37 geleitet,
welche - wie bereits oben beschrieben - mittels des Phototransistors 27 einen
Kurzschluß zwischen Gate und Source des Feldeffekt-Transistors 12 verursacht
und den Gate-Bereich von Ladungsträgern räumt, so daß dieser Feldeffekt-Tran
sistor - wie alle übrigen Feldeffekt-Transistoren - wiederum nach einer
äußerst kurzen Freiwerdezeit ansteuerbar ist. Aufgrund der periodisch wieder
kehrenden Schaltvorgänge erübrigen sich weitere Erläuterungen.
Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform, die den gleichen prin
zipiellen Aufbau aufweist wie die anhand der Fig. 1a erläuterte. Im Gegensatz
zu Fig. 1a erfolgt jedoch hier die Ansteuerung der Feldeffekt-Transistoren
11, 12, 13, 14, 15 und 16 über erste Halbleiterschalter 24, 26, die als Opto
koppler ausgebildet sind und jeweils aus einer Leuchtdiode als Lichtsender und
zwei Photodioden 70, 71 als Lichtempfänger aufweist. Bei Ansteuerung der Pho
todioden 70, 71 beziehungsweise 72, 73 mittels der Leuchtdiode 34 beziehungs
weise 36, wird die Gate-Source-Strecke der Feldeffekt-Transistoren 11, 12
angesteuert. Aufgrund der Reihenschaltung der Photodioden wird eine verhält
nismäßig hohe Steuerspannung erzielt, so daß die Strecke zwischen Gate und
Source durchgeschaltet und die Feldeffekt-Transistoren 11, 12 somit leitend
werden. Nach dem Ende des Steuerimpulses I wird ebenso wie bei der anhand
Fig. 1a erläuterten Schaltungsanordnung ein Löschimpuls II vom Steuergerät
über die als zweite Optokoppler eingesetzten Leuchtdioden 35, 37 und Photo-Transistoren
25, 27 an die Gate-Source-Strecke der Feldeffekt-Transistoren 11,
12 weiter geleitet. Die vorstehenden Erläuterungen betreffen selbstverständ
lich auch die Steuerlogiken 10′′, 10′′′, welche ebenfalls mit Serienschaltun
gen zweier Photodioden im Ansteuerungsbereich der Feldeffekt-Transistoren 13,
14, 15, 16 ausgestattet sind.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Kurzschluß
der Gate-Source-Strecke mittels Löschimpulsen zu einer außerordentlich kurzen
Freiwerdezeit des Gatebereiches führt, so daß die Feldeffekt-Transistoren
unmittelbar nach Beendigung des Löschimpulses wieder ansteuerbar sind, so daß
ohne Einsatz von Zwischengetrieben hohe Drehzahlen für Zentrifugenantriebe
erreichbar sind. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Löschimpulse
mit hoher Sicherheit Fehlansteuerungen außerhalb der (für die Steuerimpulse
vorgesehen) Ansteuerzeiten der Feldeffekt-Transistoren verhindern können.
Claims (12)
1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlvorwahl eines als Zentrifugenantrieb die
nenden dreiphasigen Induktionsmotors mit einem vorgeschalteten Wechsel
richter, der drei aus jeweils zwei steuerbaren elektronischen Schaltern
bestehende, an eine Gleichspannungsquelle zueinander parallel angeschlos
sene Reihenschaltungen enthält, wobei zwischen jeweils zwei Schaltern
jeder Reihenschaltung ein Anschluß einer Phase des Induktionsmotors vorge
sehen ist und wobei der Steuereingang jedes elektronischen Schalters je
weils mit einem Ausgang einer Steuerlogik zur Übertragung von Steuerimpul
sen verbunden ist, die ihrerseits an ein Steuergerät angeschlossen ist,
das drei um 120° phasenverschobene Steuerimpulse erzeugt, dadurch gekenn
zeichnet, daß die steuerbaren elektronischen Schalter Feldeffekt-Transis
toren (11, 12; 13, 14; 15, 16) sind, deren Steuereingänge (17, 18; 19, 20;
21, 22) jeweils zusätzlich über die zugeordnete Steuerlogik (10′, 10′′,
10′′′) mit einem Ausgang (58′, 59′; 62′, 63′; 58′′, 59′′; 62′′, 63′′;
58′′′, 59′′′; 62′′′, 63′′′) des Steuergerätes (9) verbunden sind, aus dem
Löschimpulse übertragen werden derart, daß sich an jeden Steuerimpuls
unmittelbar ein Löschimpuls anschließt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Feld
effekt-Transistoren (11, 12; 13, 14; 15, 16) IGBT-Schaltelemente eingesetzt
sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Steuereingang (Gate) (17, 18; 19, 20; 21, 22) jedes Feldeffekt-Tran
sistors (11, 12, 13, 14, 15, 16) mit dem Verbindungspunkt (44, 45) zweier
in Serie geschalteter steuerbarer Halbleiterschalter (24, 25; 26, 27) der
Steuerlogik verbunden ist, von denen jeweils der erste Halbleiterschalter
(24, 26) zur Ansteuerung des Feldeffekt-Transistors (11, 12; 13, 14; 15,
16) vorgesehen ist, während der zweite Halbleiterschalter (25, 27) zur
Übertragung des Löschimpulses an den Feldeffekt-Transistor (11, 12; 13,
14; 15, 16) dient.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die er
sten und die zweiten steuerbaren Halbleiterschalter (24, 26; 25, 27) je
weils als erste Optokoppler ausgebildet sind.
5. Schaltungsanordnung, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als
erste Halbleiterschalter (24, 26) dienenden ersten Optokoppler Photo-
Transistoren sind, deren Kollektor-Emitterstrecke jeweils mit einer Diode
(29; 31) und einem Widerstand (30; 32) eine Reihenschaltung bilden, die
jeweils zur Drain-Gate-Strecke der beiden Feldeffekt-Transistoren (11, 12;
13, 14; 15, 16) einer Phase) parallel geschaltet sind, wobei die Basis der
Phototransistoren (24, 26) zur Aufnahme der Steuerimpulse jeweils im
Strahlungsbereich einer mit dem Steuerimpuls-Ausgang (56′, 57′; 60′, 61′;
56′′, 57′′; 60′′, 61′′; 56′′′, 57′′′; 60′′′, 61′′′) des Steuergerätes (9)
verbundenen Photodiode (34, 36) des ersten Optokopplers angeordnet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die er
sten Halbleiterschalter (24, 26) jeweils wenigstens eine im Ansteuerungs
kreis zwischen Gate und Source der Feldeffekt-Transistoren (11, 12) ge
schaltete Dioden sind, die sich im Strahlungsbereich wenigstens einer mit
dem Steuergerät (9) verbundenen Leuchtdiode (34, 36) befindet und den
ersten Optokoppler bilden.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils
zwei in Reihe geschaltete Photo-Dioden den angesteuerten Teil des ersten
Optokopplers bilden.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich
net, daß die Übertragung der Löschimpulse in der Steuerlogik (10′, 10′′,
10′′′) jeweils über einen zweiten Optokoppler erfolgt.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als
zweite Halbleiterschalter dienenden zweiten Optokoppler Photo-Transistoren
sind, deren einer Phase parallel geschaltet sind, wobei die Basis der
Photo-Transistoren (25; 27) zur Aufnahme der Löschimpulse jeweils im
Strahlungsbereich einer mit dem Löschimpuls-Ausgang (58′, 59′; 62′, 63′;
58′′, 59′′; 62′′, 63′′; 58′′′, 59′′′, 62′′′, 63′′′) des Steuergerätes (9)
verbundenen Photodiode (35, 37) des zweiten Optokopplers angeordnet ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kol
lektoren der ersten Halbleiterschalter (24, 26) und die Emitter der zwei
ten Halbleiterschalter (25, 27) einer Steuerlogik (10′, 10′′, 10′′′) je
weils über einen Kondensator (46, 47) verbunden sind.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Steuergerät (9) einen Mikroprozessor enthält.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwei Anschlüsse des Induktionsmotors (4) über einen zusätz
lichen steuerbaren Halbleiterschalter mit den Polen einer Geichspannungs
quelle verbunden sind, wobei der zusätzliche Halbleiterschalter durch ein
Bremssignal aussteuerbar ist.
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DE19914136514 DE4136514C2 (de) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines als Zentrifugenantrieb dienenden dreiphasigen Induktionsmotors |
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DE19914136514 DE4136514C2 (de) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines als Zentrifugenantrieb dienenden dreiphasigen Induktionsmotors |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997036373A1 (de) * | 1996-03-27 | 1997-10-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektronisches abzweigschaltgerät |
WO2002027913A1 (de) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Antriebssteuerung für einen elektrischen antrieb mit sicherer elektrischer trennung von leistungsteil und regelungseinheit |
US6866621B1 (en) | 1999-07-16 | 2005-03-15 | Eppendorf Ag | Laboratory centrifuge, comprising refrigeration unit |
EP1542330A3 (de) * | 2003-12-08 | 2008-03-12 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Mittel und Verfahren zur Verhinderung des Betreibs von Hochleistungsvorrichtungen |
WO2009053262A1 (de) * | 2007-10-26 | 2009-04-30 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur detektion und lokalisierung von fehlern in einem umrichter und/oder einer elektrischen maschine eines elektrischen antriebs |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0039952A1 (de) * | 1980-05-14 | 1981-11-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Schalter mit einem als Source-Folger betriebenen MIS-FET |
JPS59230470A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-25 | Kazuaki Miyake | 電力変換装置 |
DE3405936A1 (de) * | 1984-02-18 | 1985-08-22 | ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | Einrichtung zur ansteuerung eines leistungs-feldeffekt-schalttransistors |
-
1991
- 1991-11-06 DE DE19914136514 patent/DE4136514C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0039952A1 (de) * | 1980-05-14 | 1981-11-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Schalter mit einem als Source-Folger betriebenen MIS-FET |
JPS59230470A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-25 | Kazuaki Miyake | 電力変換装置 |
DE3405936A1 (de) * | 1984-02-18 | 1985-08-22 | ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang | Einrichtung zur ansteuerung eines leistungs-feldeffekt-schalttransistors |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
BILDGEN, RISCHMÜLLER: "Verbesserter Wirkungsgrad bei Leistungsschaltern" in Elektronik, 1989, H. 26, S. 59-62 * |
JENSCHAR, NIESEL: "Miniverter - ein Pulsumrichter-system mit Leistungstransistoren" in Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 1979, H. 5/6, S. 197-201 * |
PICHLER, SCHOTT: "Potentialfreie Ansteuerung von Leistungstransistoren" in Industrie-Elektrik + Elektronik, H. 4, 1982, S. 56-63 * |
Siemens Datenbuch, Nov. 1980, "Sipmos-Leistungs- transistoren" Best.n 8/2398, S. 16-24 * |
Siliconix Applikations-Handbuch "Mos Power-Applications" 1985, ISBN 0-930519-00-0, S. 5-1 bis 5-8 * |
TIETZE, SCHENK: "Halbleiter-Schaltungstechnik", Springer-Verlag, 4. Aufl., 1978, S. 188 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997036373A1 (de) * | 1996-03-27 | 1997-10-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektronisches abzweigschaltgerät |
US6866621B1 (en) | 1999-07-16 | 2005-03-15 | Eppendorf Ag | Laboratory centrifuge, comprising refrigeration unit |
WO2002027913A1 (de) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Antriebssteuerung für einen elektrischen antrieb mit sicherer elektrischer trennung von leistungsteil und regelungseinheit |
US7415072B2 (en) | 2000-09-29 | 2008-08-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Drive control for an electric drive with a secure electrical separation of power element and control element |
EP1542330A3 (de) * | 2003-12-08 | 2008-03-12 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Mittel und Verfahren zur Verhinderung des Betreibs von Hochleistungsvorrichtungen |
WO2009053262A1 (de) * | 2007-10-26 | 2009-04-30 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur detektion und lokalisierung von fehlern in einem umrichter und/oder einer elektrischen maschine eines elektrischen antriebs |
Also Published As
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DE4136514C2 (de) | 1994-08-18 |
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