DE4222431A1

DE4222431A1 - Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Einphasen-Elektromotors

Info

Publication number: DE4222431A1
Application number: DE4222431A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr Ing Greitzke; Juergen Strelow
Original assignee: Wilo GmbH
Current assignee: Wilo GmbH
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1994-01-13

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Einphasen-Elektromotors, insbesondere eines Pumpen- oder Lüftermotors, der eine Hauptwicklung mit einem ersten und einem zweiten mit einem Nulleiter verbundenen Anschluß und in Reihe zueinander geschalteten Hilfswicklungen aufweist, von denen die erste an eine Phase und die letzte über einen Kondensator an den Nulleiter angeschlossen ist, wobei der erste Anschluß der Hauptwicklung jeweils mit der Phase, einem der Verbindungspunkte der Hilfswicklungen oder den zweiten Anschluß der letzten Hilfswicklung verschaltbar ist.

Ein Elektromotor, der mit einer solchen Umschaltvorrichtung versehen ist, ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 37 43 168 A1 bekannt. Bei diesem Motor ist es möglich, die Hilfswicklung und die Hauptwicklung durch Einstecken eines Wahlsteckers in einen Kontaktblock miteinander zu verschalten. Dabei bewirken unterschiedliche Einsteckstellungen des Steckers eine unterschiedliche Verschaltung der Wicklungen. Auf diese Weise kann der Motor durch Umstecken des Wahlsteckers in verschiedenen Betriebsstufen betrieben werden, in denen er mit unterschiedlichen Drehzahlen läuft.

Ist beispielsweise nur die Hauptwicklung zwischen Phase und Nulleiter geschaltet, so sind die Hilfswicklungen wirkungslos und der Motor läuft mit einer niedrigen Drehzahl. Dieser Betriebszustand kann verändert werden, in dem die Verbindung zwischen Hauptwicklung und Phase unterbrochen wird und stattdessen die Hauptwicklung mit einem der Verbindungspunkte der Hilfswicklungen verschaltet wird. Auf diese Weise liegen die zwischen Phase und dem jeweiligen Verbindungspunkt geschalteten Hilfswicklungen in Reihe zu der Hauptwicklung, so daß sich der Motor verursacht durch den erhöhten magnetischen Fluß schneller dreht.

Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung zum Umschalten der Wicklungen eines Einphasen-Motors besteht darin, daß bei ihr zum Umschalten der Betriebsstellung eine manuelle Betätigung des Wahlsteckers erforderlich ist. Solche manuell betätigten Umschalteinrichtungen eignen sich nicht für die automatische Drehzahlregelung von Einphasen-Motoren. Sie sind daher in Verbindung mit einer automatischen Steuerung in einem Heizungssystem unbrauchbar, die die Drehzahl der von dem Motor getriebenen Heizungspumpe beispielsweise in Abhängigkeit vom Rohrleitungsdruck regelt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einfachen Mitteln eine kostengünstige Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Elektromotors zu schaffen, die eine automatische, stufenweise Verstellung des Betriebszustandes des Motors ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem ersten Anschluß der Hauptwicklung und der Phase, den Verbindungspunkten der Hilfswicklungen sowie dem zweiten Anschluß der letzten Hilfswicklung schaltbare Halbleiterelemente geschaltet sind, deren Steuereingänge mit einer gemeinsamen Steuereinheit verbunden sind, welche in Abhängigkeit vom Stellsignal Steuersignale zum Schließen jeweils eines der Halbleiterelemente abgibt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung gewährleistet das präzise automatische Verändern des Betriebszustandes eines Elektromotors in Zusammenspiel mit einer automatischen Regeleinrichtung, die beispielsweise den Zustand eines Heizungssystems überwacht. Da die Vorrichtung aus herkömmlichen Bauteilen aufgebaut ist, kann sie kostengünstig hergestellt werden. Darüber hinaus ist sie aufgrund ihres einfachen Aufbaus störunanfällig und kann mit geringen Wartungskosten betrieben werden.

Nach der Erfindung werden die Umschalter zwischen den verschiedenen Wicklungen durch schaltbare Halbleiterelemente gebildet. Überdies sind die Verbindungspunkte der in Serie geschalteten Hilfswicklungen sowie der freie Anschluß der letzten Hilfswicklung mit dem ersten Anschluß der Hauptwicklung über schaltbare Halberleiterelemente verbunden. Der erste Anschluß der ersten Hilfswicklung ist an die Phase der Bespannungsquelle angeschlossen. Zusätzlich ist zwischen dem ersten Anschluß der Hauptwicklung und der Phase ein weiteres schaltbares Halbleiterelement angeordnet.

Bei der Erfindung sind die Steuereingänge der Halbleiter mit einer Steuereinheit verbunden, welche vorzugsweise aus einem Mikroprozessor gebildet ist. Die Steuereinheit gibt in Abhängigkeit von Stellsignalen, welche beispielsweise von einer Überwachungseinrichtung abgesendet werden, die den Druck- oder den Durchfluß in einem Rohrleitungssystem einer Heizung überwacht, Steuersignale ab, durch die jeweils einer der schaltbaren Halbleiterelemente geschlossen wird, während die anderen Halbleiterelemente gleichzeitig geöffnet werden.

Mit jedem Wechsel des Schaltzustandes der Halbleiterelemente geht eine Änderung der Drehzahl des Elektromotors einher. Daher lassen sich durch kontinuierliches Hin- und Herschalten zwischen unterschiedlichen Schaltzuständen Drehzahlen erzielen, die zwischen den durch die Dimensionierung der Wicklungen vorgegebenen Drehzahlwerten liegen.

Soll der Elektromotor vollständig abgeschaltet werden können, so kann dies mit Hilfe eines zwischen dem Nulleiter und dem zweiten Anschluß der letzten Hilfswicklung geschalteten schaltbaren Halbleiterelements geschehen, dessen Steuereingang über einen Widerstand mit dem ersten Anschluß der Hauptwicklung verbunden ist.

Da der Steuereingang dieses zusätzlichen schaltbaren Halbleiterelements mit dem ersten Anschluß der Hauptwicklung verbunden ist, bleibt dieses Halbleiterelement geschlossen, solange eine Spannung an dem Anschluß anliegt. Dies ist der Fall, wenn eines der zwischen dem Anschluß und der Phase bzw. den Hilfswicklungen angeordneten schaltbaren Halbleiterelementen geschlossen ist. Sind diese Halbleiterelemente dagegen geöffnet, d. h. liegt keine Spannung mehr an dem Anschluß der Hauptwicklung an, so wird auch das zusätzliche Halbleiterelement geöffnet und jeder Stromfluß zwischen der Phase und dem Nulleiter unterbrochen.

Zur Glättung des Zündstroms sollte zwischen dem Steuereingang des zusätzlichen schaltbaren Halbleiterelements und dem Nulleiter ein Kondensator geschaltet sein.

Als schaltbare Halbleiterelemente haben sich in der Praxis Thyristoren für hohe Schaltleistungen oder Triacs für mittlere Schaltleistungen bewährt.

Eine besonders vielseitige Verwendbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn die Steuereinrichtung eine digitale oder pulsweiten modulationsgesteuerte Schnittstelle aufweist.

Das Regelverhalten der in die Vorrichtung integrierten Steuereinrichtung kann dadurch weiter verbessert werden, daß die Steuereinrichtung einen integrierten PI-Regler aufweist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Umschalten der Wicklungen eines Vierstufen-Einphasen-Elektromotors. Der Elektromotor weist eine Hauptwicklung Ha und drei in Reihe geschaltete Hilfswicklungen Hi1-Hi3 auf. Der erste Anschluß Hi1₁ der Hilfswicklung Hi1 ist mit einer Phase L einer Stromversorgung verbunden, an die zusätzlich der erste Anschluß A1 eines Triacs T1 angeschlossen ist. Der zweite Anschluß K1 des Triacs T1 ist mit dem ersten Anschluß Ha₁ der Hauptwicklung Ha verbunden. Mit diesem Anschluß Ha₁ sind darüber hinaus die zweiten Anschlüsse K2, K3, K4 von Triacs T2, T3, T4 verbunden, deren ersten Anschlüsse A2, A3, A4 mit den Verbindungspunkten V1, V2 der Hilfswicklungen Hi1-Hi3 bzw. dem zweiten Anschluß Hi3₂ der dritten Hilfswicklung Hi3 verschaltet sind. Die Steuereingänge G1-G4 der Triacs T1-T4 sind mit den Steuerausgängen eines Mikroprozessors mP verbunden.

Der zweite Anschluß Hi3₂ der letzten Hilfswicklung Hi3 ist über einen Kondensator C_MOT an den ersten Anschluß A5 eines fünften Triacs T5 angeschlossen, dessen Steuereingang G5 über einen Widerstand R1 mit dem ersten Anschluß Ha₁ der Hauptwicklung Ha verbunden ist. Der zweite Anschluß K5 des Triacs T5 ist wie der zweite Anschluß Ha₂ der Hauptwicklung Ha mit einem Nulleiter N der Stromversorgung verbunden. Zwischen dem Steuereingang G5 des Triacs T5 und dem Nulleiter N ist zudem ein Kondensator C1 zur Glättung des Zündstroms mit einem Widerstand R2 parallel geschaltet.

Zum Einschalten des Elektromotors wird einer der Triacs T1-T4 durch ein Steuersignal des Mikroprozessors mP gezündet. Sobald dieser Triac geschlossen ist, liegt Spannung an dem ersten Anschluß Ha₁ der Hauptwicklung Ha an. Gleichzeitig wird der Triac T5 über den Widerstand R1 geschlossen, so daß ein Strom über die Hilfswicklungen Hi1-Hi3 und die Hauptwicklungen fließt.

Die Wicklungen werden durch Schließen und Öffnen der Triacs T1-T4 umgeschaltet. Dabei stellt der Mikroprozessor mP sicher, daß jeweils nur einer der Triacs T1-T4 geschlossen ist.

Ist beispielsweise der Triac T1 geschlossen, so ist nur die Hauptwicklung Ha zwischen Phase L und Nulleiter N geschaltet und der Motor läuft mit seiner niedrigsten Drehzahl. Ist dagegen der Triac T4 geschlossen, so sind die Hilfswicklungen Hi1-Hi3 in Reihe zu der Hauptwicklung Ha geschaltet. Sind alle Triacs T1-T4 geöffnet, so liegt auch keine Spannung mehr am Steuereingang G5 des Triacs T5 an. Dies hat zur Folge, daß auch dieser geöffnet wird. Von diesem Moment an fließt kein Strom mehr über Hilfswicklungen Hi1-Hi3 und der Motor kommt zum Stillstand.

Claims

1. Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Einphasen-Elektromotors, insbesondere eines Pumpen- oder Lüftermotors, der eine Hauptwicklung (Ha) mit einem ersten (Ha₁) und einem zweiten mit einem Nulleiter (N) verbundenen Anschluß (Ha₂) und in Reihe zueinander geschalteten Hilfswicklungen (Hi1-Hi3) aufweist, von denen die erste an eine Phase (L) und die letzte über einen Kondensator (C_MOT) an den Nulleiter (N) angeschlossen ist, wobei der erste Anschluß (Ha₁) der Hauptwicklung (Ha) jeweils mit der Phase (L), einem der Verbindungspunkte (V1-V2) der Hilfswicklungen (Hi1-Hi3) oder den zweiten Anschluß (Hi3₂) der letzten Hilfswicklung (Hi3) in Serie verschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Anschluß (Ha₁) der Hauptwicklung (Ha) und der Phase (L), den Verbindungspunkten (V1, V3) der Hilfswicklungen (Hi1-Hi3) sowie dem zweiten Anschluß (Hi3₂) der letzten Hilfswicklung (Hi3) schaltbare Halbleiterelemente (T1-T4) geschaltet sind, deren Steuereingänge (G1-G4) mit einer gemeinsamen Steuereinheit (mT) verbunden sind, welche in Abhängigkeit von Stellsignalen Steuersignale zum Schließen jeweils eines der Halbleiterelemente (T1-T4) abgibt.

2. Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Elektromotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Nulleiter (N) und dem zweiten Anschluß (Hi3₂) der letzten Hilfswicklung (Hi3) ein schaltbares Halbleiterelement (T5) geschaltet ist, dessen Steuereingang (G5) mit dem ersten Anschluß (Ha1) der Hauptwicklung (Ha) verbunden ist.

3. Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Elektromotors nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuereingang (G5) und dem Nulleiter (N) ein Kondensator (C1) geschaltet sind.

4. Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Elektromotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbaren Halbleiterelemente (T1-T5) Thyristoren oder Triacs sind.

5. Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Elektromotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (mP) durch einen Mikroprozessor gebildet ist.

6. Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Elektromotors, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine digitale oder pulsweiten modulationsgesteuerte Schnittstelle aufweist.

7. Vorrichtung zur Wicklungsumschaltung eines Elektromotors nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen integrierten PI-Regler aufweist.