DE4228858A1 - Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren, insbesondere von Motoren für den Antrieb von Ven­ tilatoren, die mit Mitteln zum stufenweisen Verändern der am Motor anliegenden Spannung und mit einem Schalter zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe versehen ist.

Einrichtungen zur Drehzahlsteuerung der vorgenannten Art und Zweckbestimmung sind allgemein bekannt. Dabei dienen als Mittel zum Verändern der am Motor anliegen­ den Spannung Transformatoren mit Sekundäranzapfungen.

Bei Steuerungen für Ventilatorantriebe sind in der Regel fünf Drehzahlstufen einstellbar und beispiels­ weise bei einer Eingangsspannung von 220/240 Volt am Trafo können an dessen Sekundäranzapfungen Aus­ gangsspannungen von 60, 105, 130, 160 und 220 Volt abgegriffen werden.

Steuerungen dieser Art haben sich zwar bewährt, sind aber kostspielig im Aufbau und darüber hinaus mit schlechten Wirkungsgraden behaftet. So erreichen Transformatoren allenfalls einen Wirkungsgrad von 80 Prozent. Auch müssen zumindest bei größeren Leistun­ gen die Transformatoren mit Verrippungen zur Wärme­ abfuhr versehen oder gar mit besonderen Kühlsystemen ausgerüstet sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer im Aufbau einfacheren und kosten­ günstiger herstellbaren Steuerung der eingangs genann­ ten Art und Zweckbestimmung, die darüber hinaus sich auch durch bessere Wirkungsgrade als die Steuerungen nach dem Stande der Technik auszeichnen soll.

Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß bei der Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Steuerung über je einen Kondensator in jeder Drehzahlstufe erfolgt, die in den Versorgungsstrang des Motors parallel zueinander einschaltbar sind, und daß jeder Kondensator zunächst über einen kontaktlosen Halbleiterschalter und unmittel­ bar danach über ein Relais mit einem zum jeweiligen Halbleiterschalter parallel angeordneten Schaltkontakt an Versorgungsspannung anlegbar ist.

Bei der Erfindung handelt es sich somit darum, daß Kondensatoren an die Stelle eines Transformators mit einer der gewünschten Anzahl Schaltstufen ent­ sprechenden Anzahl Sekundäranzapfungen getreten sind. Diese Kondensatoren sind je nach gewünschter Schalt­ stufe nach und nach in Parallellage zueinander schalt­ bar. Dadurch ist eine praktisch verlustfrei arbeitende Drehzahlsteuerung verwirklicht.

Bekanntlich treten beim Schalten von Kondensatoren in aller Regel erhebliche Schaltfunken auf, die leicht zum Verbrennen oder Verschweißen der Schaltkontakte führen können. Dies wird bei der Erfindung nun dadurch unterbunden, daß jedem Kondensator in Parallellage zueinander jeweils ein kontaktloser Halbleiterschalter und der Schaltkontakt eines Schaltrelais zugeordnet sind und daß zunächst der kontaktlose Halbleiter­ schalter durch Anlegen einer Steuerspannung durchge­ schaltet und dann unmittelbar danach durch Ansteuerung des Relais der Relaiskontakt dieser Schaltstufe in Schließlage gebracht wird.

Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Steuerung ist mithin, daß beim Schalten einer Drehzahlstufe deren Kondensator zunächst über den kontaktlosen Halbleiterschalter an Versorgungsspannung gelegt und unmittelbar danach durch Schließen des Relais­ kontaktes dieser Schaltstufe ein zweiter Strompfad geschaffen sowie während des Betriebes aufrechterhalten wird. Da im Augenblick des Schließens des Relais­ kontaktes einer jeden Schaltstufe deren Kondensator bereits über den kontaktlosen Halbleiterschalter an Versorgungsspannung liegt, bestehen am Schaltkon­ takt des zugeordneten Relais allenfalls nur geringe Potentialunterschiede (Flußspannung der Halbleiter) und folglich können beim Betätigen des Relais-Schalt­ kontaktes in seine Schließlage auch keine Schaltfunken bzw. Kontaktschweißen auftreten.

Es ist somit eine Drehzahlsteuerung geschaffen worden, die für eine beliebige Anzahl Schaltstufen ausgelegt werden kann, wobei jeder Schaltstufe jeweils ein Kondensator zugeordnet und letzterer aufeinander­ folgend über einen kontaktlosen Halbleiterschalter und dann über den Schaltkontakt eines Relais an Ver­ sorgungsspannung anlegbar ist. Die Kondensatoren der einzelnen Schaltstufen sind dabei parallel zu­ einander schaltbar mit der Folge, daß beim Einschalten der zweiten und jeder folgenden Drehzahlstufe die Kapazitäten der diesen Stufen zugeordneten Kondensa­ toren einander addieren.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in jeder Drehzahlstufe der kontaktlose Halb­ leiterschalter und das Relais mit dem zum Halbleiter­ schalter parallelen Schaltkontakt über ihrerseits parallel zueinander angeordnete Schaltkontakte an­ steuerbar sind und daß jeweils der zum Ansteuern des Relais dienende Schaltkontakt einer jeden Dreh­ zahlstufe unmittelbar nach dem Betätigen des Schalt­ kontaktes zum Ansteuern des zugeordneten Halbleiter­ schalters in seine Schließlage betätigt wird.

Gemäß dieser Ausgestaltung ist mithin sichergestellt, daß zwangsgesetzlich nach der Ansteuerung des kontakt­ losen Halbleiterschalters einer Schaltstufe das Relais dieser Schaltstufe ebenfalls angesteuert und mithin der Relaiskontakt in seine Schließlage be­ tätigt wird und den Elektronikstrompfad kurzschließt.

Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn der Schalter zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe als Folgeschalter mit zwangsläufiger Betätigung der dem Ansteuern der Relais in den ein­ zelnen Schaltstufen dienenden Kontakte nach vorheriger Betätigung der Kontakte zum Ansteuern des jeweiligen Halbleiterschalters in ihre Schließlagen ausgebildet ist. Bei diesem Schalter kann es sich um einen Dreh- oder Schiebeschalter handeln.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Schaltfunktionen des Schalters zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe in Abhängigkeit von Umgebungszuständen mittels einer Sensorik ausgelöst werden.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehzahl­ steuerung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen.

Fig. 1 in einem Prinzipschaltbild eine Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Einphasen-Wechsel­ strommotors und

Fig. 2 in einem Schaubild die jeweils aufeinander­ folgende Betätigung eines Schaltkontaktes zum Ansteuern des kontaktlosen Halbleiter­ schalters und nachfolgend eines Schaltkon­ taktes zum Ansteuern eines Schaltrelais in verschiedenen Schaltstufen.

Bei der in dem Prinzipschaltbild gemäß Fig. 1 dar­ gestellten Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Einphasen-Wechselstrommotors M sind zwei aufeinander­ folgende Schaltstufen 1 und 2 gezeigt. Es ist ohne weiteres die Ausrüstung mit weiteren Schaltstufen möglich, die untereinander gleich ausgebildet sein können. Dies deuten die im Schaltbild rechts von der Schaltstufe 2 angeordneten Pünktchen an.

Jede der Schaltstufen der Einrichtung zur Drehzahl­ steuerung ist mit einem in den Versorgungsstrang des Motors M einschaltbaren Kondensator C1, C2 . . . ausgerüstet und besitzt ferner einen kontaktlosen Halbleiterschalter T1, T2 . . . (in spezieller Anord­ nung mit passiven Bauelementen) sowie ein Relais R1, R2 . . . mit einem jeweils zum Halbleiterschalter der betreffenden Schaltstufe in Parallellage ange­ ordneten Schaltkontakt K1, K2 . . . . Schließlich sind die Halbleiterschalter T1, T2 . . . über Schaltkontakte S1.1, S2.1 . . . und die Relais R1, R2 . . . über die Schaltkontakte S1.2, S2.2 . . . ansteuerbar, und zwar mittels eines nicht dargestellten Schalters, der als handbetätigter Folgeschalter in Form eines Dreh- oder Schiebeschalters ausgebildet sein kann.

Beim Einschalten der ersten Schaltstufe wird mittels des Folgeschalters der Kontakt S1.1 in Schließlage gebracht und dadurch der kontaktlose Halbleiterschal­ ter T1 auf Durchgang geschaltet mit der Folge, daß sich über den kontaktlosen Halbleiterschalter T1, den Kondensator C1 und den Motor M ein Stromkreis von L nach N schließt. Unmittelbar nach dem Schalten des kontaktlosen Halbleiterschalters T1 auf Durchgang gelangt, wie das Schaubild gemäß Fig. 2 veranschau­ licht, der Schaltkontakt S1.2 der ersten Stufe in Schließlage, wodurch das Relais R1 angesteuert wird und seinen in Parallellage zu dem Halbleiterschalter T1 angeordneten Schaltkontakt K1 in Schließlage betä­ tigt, der dann einen zum Halbleiterschalter T1 parallelen Strompfad bildet. Angesichts des Bestehens eines Strompfades über den Halbleiterschalter T1 im Zeitpunkt des Schließens des Schaltkontaktes K1 bestehen an diesem nur geringe Potentialunterschiede, so daß beim Schalten keinerlei Schaltfunken am Schalt­ kontakt K1 auftreten können. Der über den geschlos­ senen Schaltkontakt K1 gebildete Strompfad stellt die weitere Versorgung des Motors M über den Konden­ sator C1 sicher, wenn der Halbleiterschalter T1 nach Herstellen des erwähnten parallelen Strompfades über K1 abfällt.

Der Aufbau der zweiten Schaltstufe, und ggf. vorhan­ dener weiterer Schaltstufen, ist gleich der Schalt­ stufe 1 . Wenn die zweite Schaltstufe zugeschaltet werden soll, wird mittels des erwähnten Folgeschal­ ters zunächst durch Schließen des Schaltkontaktes S2.1 der kontaktlose Halbleiterschalter T2 angesteuert und auf Durchgang geschaltet, worauf wiederum durch unmittelbar nachfolgende Betätigung des Schaltkon­ taktes S2.2 das Relais R2 angesteuert und dadurch der Schaltkontakt K2 geschlossen wird. Der Kondensator C2 der Schaltstufe 2 liegt dann in Parallelschaltung zum Kondensator C1 der Schaltstufe 1 und die in den Versorgungsstrang des Motors M eingeschaltete Gesamt­ kapazität ist gleich der Summe der Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2.

Das Schaubild gemäß Fig. 2 veranschaulicht analog zur Schaltstufe 1 für die Schaltstufe 2 und eine in diesem Schaubild angedeutete dritte Schaltstufe das Schließen des das Relais R2 an Versorgungsspannung anlegenden Schaltkontaktes S2.2 unmittelbar nach dem Schließen des Schaltkontaktes S2.1 zum Anlegen des kontaktlosen Halbleiterschalters T 2 an Versor­ gungsspannung.

In Fig. 1 sind lediglich der anschaulichen Darstel­ lung wegen die kontaktlosen Halbleiterschalter T1, T2 in gleicher Weise wie die Schaltkontakte K1, K2 der Relais R1, R2 als zwischen einer Schließ- und einer Öffnungslage betätigbare Schaltkontakte veran­ schaulicht. Tatsächlich handelt es sich indessen bei den Halbleiterschaltern um kontaktlose Schalt­ elemente in Verbindung mit passiven Bauelementen, die durch Anlegen an eine spezielle Versorgungsspannung infolge Betätigung der zugeordneten Schaltkontakte S1.1, S2.1 auf Durchgang geschaltet werden.

Das Abschalten oder Umschalten auf eine niedere Dreh­ zahlstufe erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren, insbesondere von Motoren für den Antrieb von Ventilatoren, die mit Mitteln zum stufenweisen Verändern der am Motor anliegen­ den Spannung und mit einem Schalter zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung über je einen Kondensator (C1, C2 . . . ) in jeder Drehzahlstufe (1, 2 . . . ) erfolgt, die in den Versorgungsstrang des Motors (M) parallel zu­ einander einschaltbar sind, und daß jeder Konden­ sator (C1, C2 . . .) zunächst über einen kontaktlosen Halbleiterschalter (T1, T2 . . .) und unmittelbar da­ nach über ein Relais (R1, R2 . . .) mit dem zum je­ weiligen Halbleiterschalter (T1, T2 . . .) parallel angeordneten Schaltkontakt (K1, K2 . . .) an Versor­ gungsspannung anlegbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in jeder Drehzahlstufe (1, 2 . . .) der kontaktlose Halbleiterschalter (T1, T2 . . .) und das Relais (R1, R2 . . .) mit dem zum Halbleiterschalter (T1, T2 . . .) parallelen Schaltkontakt (K1, K2 . . .) über ihrerseits parallel zueinander angeordnete Schaltkontakte (S1.1, S1.2; S2.1, S2.2; . . .) ansteuer­ bar sind und daß jeweils der Schaltkontakt (S1.2, S2.2 . . .) das Relais (R1, R2 . . .) einer jeden Dreh­ zahlstufe unmittelbar nach dem Betätigen des Schalt­ kontaktes (S1.1, S2.1 . . .) zum Ansteuern des zuge­ ordneten Halbleiterschalters (T1, T2 . . .) in seine Schließlage betätigt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schalter zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe (1, 2 . . .) als Folgeschalter mit zwangsläufiger Betätigung der dem Ansteuern der Relais (R1, R2 . . .) in den einzelnen Schaltstufen dienenden Kontakte (S1.2, S2.2 . . .) nach vorheriger Betätigung der Kontakte (S1.1, S2.1 . . .) zum Ansteuern des jeweiligen Halbleiter­ schalters (T1, T2 . . .) in ihre Schließlagen ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunktionen des Schalters zum Einstellen der jeweils gewünsch­ ten Drehzahlstufe (1, 2 . . .) in Abhängigkeit von Umgebungszuständen mittels einer Sensorik ausgelöst werden.