DE4312987A1 - Verfahren und Schaltung zur Überwachung von an einem einphasigen Wechselstromnetz betriebenen Asynchronmotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung von an einem einphasigen Wechselstromnetz betriebenen Asynchronmotoren, wobei der betreffende Asynchronmotor mindestens zwei an einem Ende miteinander verbundene Ständerwicklungen aufweist, deren freie Enden durch einen Kondensator überbrückt sind und alternativ mit der Phase eines Wechselstromnetzes verbindbar sind. Eine derartige Schaltung für den Betrieb von Asynchronmotoren an Wechselstromnetzen ist bekannt, wobei die eine Ständerwicklung gemäß dieser Schaltung unmittelbar zwischen Phase und Nulleiter des Wechselstromnetzes liegt, während die zweite Ständerwicklung über den Kondensator mit der Phase verbunden ist, so daß sie eine entsprechende Phasenverschiebung erfährt, durch welche das gewünschte Drehfeld im Motor erzeugt wird. Je nachdem, welches der freien Enden der beiden Ständerwicklungen mit der Phase verbunden wird, vertauschen die beiden Ständerwicklungen ihre Rollen, so daß sich die Phasenverschiebung in ihrer Richtung umkehren läßt, was eine Änderung des Drehsinnes des im Motor erzeugten Magnetfeldes bewirkt. Auf diese Weise läßt sich die Drehrichtung des Motors verändern. Der Kondensatoranschluß derjenigen Ständerwicklung, welche gerade über den Kondensator mit der Phase verbunden ist, wird dabei als "Hilfsphase" bezeichnet. Auch herkömmliche Drehstrommotoren können in einer entsprechenden Schaltung (siehe Fig. 4) als Asynchronmotoren an einphasigen Wechselstromnetzen betrieben werden, wobei zusätzlich noch eine der Ständerwicklungen des Drehstrommotors zu dem die Phasenverschiebung bewirkenden Kondensator parallel liegt.

Asynchronmotoren haben, wie schon der Name sagt, eine gegenüber der Netzfrequenz bzw. dem umlaufenden Magnetfeld nicht synchrone Umlauffrequenz, sondern einen gewissen Schlupf gegenüber dem umlaufenden Feld, wobei dieser Schlupf auch von der Belastung des Motors abhängt und umso größer wird, je größer das vom Motor aufzubringende Drehmoment ist. Aus diesem zunehmenden Schlupf bei wachsendem Drehmoment resultiert eine Abnahme der Hilfsphasenspannung.

Schutzschaltungen für derartige Asynchronmotoren überwachen im allgemeinen den über die Netzphase zugeführten Strom und schalten die Stromzufuhr ab oder begrenzen die Stromzufuhr, sobald ein vorgebbarer Grenzwert des Motorstromes überschritten wird. Damit läßt sich zwar ein Durchbrennen des Motors z. B. im Falle einer Blockierung verhindern, jedoch ist eine derartige Motorschutzschaltung relativ unempfindlich auf kleine Veränderungen des Drehmomentes des Motors.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung von an einem einphasigen Wechselstromnetz betriebenen Asynchronmotoren zu schaffen, welches eine zuverlässige Überwachung des Drehmomentes eines Asynchronmotors gewährleistet.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die an der Hilfsphase liegende Spannung erfaßt und mit mindestens einem Grenzwert verglichen wird, wobei nach oder bei dem Unterschreiten dieses Grenzwertes ein Signal für eine Auswertelogik erzeugt wird, durch welche entweder der Drehsinn des Motors umgekehrt oder seine Stromzufuhr unterbrochen wird.

Hinsichtlich der zugrundeliegenden Schaltung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Spannungsabgriff der jeweiligen Hilfsphase vorgesehen ist, und daß diese Hilfsspannung, gegebenenfalls in einer Spannungsteilerschaltung, auf ein elektrisches Schaltelement gegeben wird, welches in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung jeweils einen von mindestens zwei möglichen, meßtechnisch unterscheidbaren Zuständen annimmt.

Da sich die Hilfsphasenspannung eines Asynchronmotors in Abhängigkeit von dem auf­ zubringenden Drehmoment relativ stark ändert, kann auf diese Weise eine sehr feinfühlige Grenzwerterfassung realisiert werden, so daß der betreffende Motor gut reproduzierbar immer bei Erreichen desselben Drehmomentgrenzwertes seine Drehrichtung umkehrt oder aber die Stromzufuhr unterbricht. Besonders zweckmäßig ist dies im Zusammenhang mit der Anwendung auf Torantriebe jeglicher Art. Bei Torantrieben muß grundsätzlich damit gerechnet werden, daß ein Hindernis in dem Bewegungsweg des Tores verblieben ist. Dabei kann es sich um eine Person, ein Fahrzeug oder einen sonstigen Gegenstand handeln, an welchen das Tor beim Öffnen oder Schließen anstößt. Um in derartigen Situationen Verletzungen bei Menschen oder massive Beschädigungen von Gegenständen zu vermeiden, sehen einschlägige Vorschriften vor, daß der Torantrieb gestoppt oder zurückgefahren werden muß, sobald die auf ein Hindernis ausgeübte Kraft einen bestimmten, vorgebbaren Grenzwert übersteigt. Für ein gegebenes Tor und einen gegebenen Torantrieb, z. B. ein Garagentor, kann man eine derartige, auf ein Hindernis möglicherweise ausgeübte Kraft konkret in ein entsprechendes Drehmoment des Motors umrechnen, welches dieser beim Auftreten einer entsprechenden Kraft aufbringt. Dabei ist allerdings häufig, gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von der Torposition, das maximale Drehmoment des Motors kleiner als es der an einer Torkante oder dergleichen zulässigen Maximalkraft entspricht. Stößt also das Tor oder die Torkante auf ein Hindernis, so führt dies in einem solchen Fall zur Blockierung des Motors, ohne daß die zulässige Maximalkraft überschritten wird, während in anderen Situationen eine Überschreitung der zulässigen Maximalkraft auftreten kann, bevor der Motor blockiert. Durch den erfindungsgemäßen Motor und das Verfahren zu seiner Überwachung ist es möglich, alle vorgenannten Situationen praktisch zu beherrschen, wobei es sich versteht, daß die Erläuterung der Anwendung auf Torantriebe und insbesondere auf Garagentore nur beispielhaft erfolgt ist, da sich eine solche Überwachung des Betriebs von Asynchronmotoren selbstverständlich auch in anderen Bereichen sinnvoll einsetzen läßt, die nichts mit Torantrieben zu tun haben.

Erfindungsgemäß ist ein erster Grenzwert für die Hilfsphasenspannung vorgesehen, der größer ist als die Hilfsphasenspannung bei blockiertem Motor, gleichzeitig aber kleiner ist als die Hilfsphasenspannung bei mit maximalem Drehmoment gerade noch laufendem Motor, wobei vorausgesetzt ist, daß dieser Wert als noch zulässig für den Betrieb des Motors angesehen wird, während ein Blockieren des unter Strom stehenden Motors auf jeden Fall vermieden werden soll und deshalb allenfalls kurzzeitig auftreten darf. Fällt dann die Hilfsphasenspannung unter den ersten Grenzwert ab, so ist dies ein eindeutiges Zeichen für eine Blockierung des Motors, was erfindungsgemäß ein Signal für eine Auswertelogik auslöst, die dann - über an sich bekannte Schalteinrichtungen - die Drehrichtung des Motors umkehrt, oder aber die Stromzufuhr zu diesem unterbricht.

Falls der betreffende Motor größer dimensioniert ist oder für einen anderen Einsatzbereich oder einen anderen Stellwegabschnitt des Motors kann auch ein größerer Grenzwert (hier als dritter Grenzwert bezeichnet) vorgesehen werden, der größer als der erste Grenzwert ist und der eine Änderung der Drehrichtung des Motors oder einen Stop der Stromzufuhr bereits auslöst, bevor der Motor sein maximales Drehmoment erreicht hat. Um bei dem Beispiel der erwähnten Torantriebe zu bleiben, so ist es beispielsweise denkbar, daß aufgrund der beim Öffnen und Schließen eines Tores auftretenden Hebelverhältnisse in bestimmten Stellbereichen bereits ein relativ kleines Drehmoment des Motors ausreicht, um eine große Kraftwirkung an der Kante oder einem sonstigen sich bewegenden Teil eines Tores hervorzurufen, während in einem anderen Abschnitt des Stellweges aufgrund veränderter Hebelverhältnisse ein relativ großes Drehmoment des Motors erforderlich ist, um eine bestimmte Kraft an der Torkante oder dergleichen zu erzeugen. Ein stellwegabhängiger Umschalter könnte dann dafür sorgen, daß in dem letztgenann­ ten Bereich der erste Grenzwert und in dem erstgenannten Bereich der dritte Grenzwert als Kriterium für die Umkehr der Drehrichtung des Motors verwendet werden.

Je nach Anwendungsfall kann man sich jedoch auch auf einen der beiden ersten oder dritten Grenzwerte beschränken.

Zusätzlich ist erfindungsgemäß jedoch auch ein sogenannter "zweiter Grenzwert" für die Hilfsphasenspannung vorgesehen, der unterhalb der Hilfsphasenspannung bei blockiertem Motor, gleichzeitig aber dennoch deutlich über dem Spannungswert Null liegt, so daß mit Hilfe dieses Grenzwertes unterschieden werden kann, ob der Motor abgeschaltet bzw. die Stromzufuhr zu ihm unterbrochen ist oder ob der Motor lediglich blockiert wird. Es versteht sich, daß, da dieser zweite Grenzwert kleiner als der erste und der dritte Grenzwert ist, das Unterschreiten des zweiten Grenzwertes gleichzeitig auch das Unterschreiten der ersten und dritten Grenzwerte beinhaltet, was dementsprechend eine Umkehr der Drehrichtung des Motors auslösen könnte. Dieses ist jedoch unerwünscht, wenn beispielsweise ein Tor in eine seiner beiden Endpositionen gelangt ist und über einen Endschalter die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen wird. Damit die Schaltung bzw. die zugehörige Auswertelogik diesen Zustand erkennt, muß das Kriterium der Unter­ schreitung des zweiten Grenzwertes über das der Unterschreitung des ersten oder dritten Grenzwertes dominieren, was man in der Praxis ohne weiteres durch Zeitverzögerungsglieder erreichen kann, welche eine relativ kurze Zeitkonstante für die Erfassung des zweiten Grenzwertes und vergleichsweise längere Zeitkonstanten für die Erfassung der ersten und dritten Grenzwerte bereitstellen. Diese Zeitverzögerungen können schon bei der Messung bzw. Erfassung der Grenzwerte selbst integriert sein, sie können jedoch auch in einer entsprechenden Auswertelogik vorgesehen werden, die hier nicht näher dargestellt ist.

Die Erfassung des zweiten Grenzwertes sorgt demnach für die Erhaltung des status quo, d. h. wenn beispielsweise ein Garagentor seinen Endanschlag erreicht hat, soll es in dieser Position stehen bleiben und der Motor bleibt abgeschaltet. Das heißt, das Unterschreiten der ersten und dritten Grenzwerte wird ignoriert, wenn gleichzeitig auch der zweite Grenzwert unterschritten worden ist.

Insbesondere bezüglich des dritten Grenzwertes, eventuell aber auch bezüglich des ersten Grenzwertes kann es zweckmäßig sein, wenn der Grenzwert sich automatisch zusammen mit einer etwaigen wechselnden Netzspannung proportional verschiebt.

In einer einfachen Variante der vorliegenden Erfindung kann das Schaltelement, welches in der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung einen von mindestens zwei möglichen, meßtech­ nisch unterscheidbaren und an die Auswertelogik weiterzugebenden Zuständen annehmen kann, einfach eine Glimmlampe sein, die gegebenenfalls zusammen mit einem Vorwiderstand zwischen Nulleiter und Hilfsphase geschaltet sein kann. Die Glimmlampe benötigt zum Leuchten eine gewisse Mindestspannung und erlischt, sobald diese unterschritten wird. Dieses vorhandene oder fehlende Lichtsignal kann über einen Optokoppler an eine entsprechende Auswertelogik gegeben werden, welche dann, z. B. nach dem Erlöschen der Glimmlampe, ein Umschalten zwischen Phase und Hilfsphase und damit eine Umkehr der Drehrichtung des Motors veranlaßt. Desweiteren kann anstelle einer Glimmlampe auch eine Leuchtdiode wiederum über einen Vorwiderstand mit der vom Motor abgeleiteten Hilfsphasenspannung beaufschlagt werden, wobei wiederum ein Optokoppler den Zustand der Leuchtdiode (leuchtend/nicht leuchtend) an die Auswertelogik weitergibt. Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Auswertelogik unmittelbar zwei Relais ansteuern kann, welche wahlweise, aber jeweils nur alternativ zueinander, eines der beiden freien Enden der Ständerwicklungen mit der Phase verbinden können, wodurch das andere freie Ende automatisch die Hilfsphasenspannung annimmt, die von dort an die entsprechenden Schalt­ elemente weitergeleitet wird.

Wie bereits aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wurde, ist der Begriff "Schaltelement" hier bewußt sehr weit gefaßt und wird allein durch die Tatsache definiert, daß das Schaltelement mindestens zwei meßtechnisch unterscheidbare Zustände annehmen kann.

Für die Stromversorgung der Relais ist vorzugsweise ein Transformator vorgesehen, dessen Sekundärseite mit einem Gleichrichter versehen ist, welcher die Relais mit Spannung versorgt.

In den beiden Zuleitungen zu den freien Enden der Ständerwicklungen ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung je ein Endschalter vorgesehen, welcher beim Erreichen einer vorgebbaren Endposition des Motors oder eines von diesem bewegten Gegenstandes die betreffende Leitung unterbricht. Derartige Endschalter können beispielsweise eine vollständige Offenstellung und die vollständig geschlossene Stellung eines Tores wiedergeben und können insbesondere durch das Tor oder Teile hiervon selbst betätigt werden. Es versteht sich, daß beim Öffnen des einen Endschalters der andere geschlossen ist und bleibt, so daß der Betrieb des Motors in umgekehrter Drehrichtung (d. h. entgegen der Drehrichtung, welche die Unterbrechung durch den erstgenannten Endschalter ausgelöst hat) noch möglich ist.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine spannungs­ proportionale Grenzwerteinstellung vorgesehen ist, indem die, vorzugsweise über einen Spannungsteiler einstellbare und reduzierbare, Hilfsspannung an die Basis eines Darlington- Transistors gelegt ist, während eine Gleichspannung, welche als Grenzwert mit der Hilfsspannung zu vergleichen ist, an den Emitter des Darlington-Transistors gelegt wird. Der Darlington-Transistor geht dann jeweils immer nur für einen kurzen Moment in den leitfähigen Zustand, wenn der positive (je nach Art des Transistors oder der Schaltung alternativ der negative) Anteil der Hilfsspannung, die ja eine Wechselspannung ist, den eingestellten Gleichspannungsgrenzwert übersteigt. Dies wird in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einfacher Weise dadurch erfaßt, daß ein entsprechender Kollektorstrom registriert wird, welcher während der Leitfähigkeit des Transistors jeweils kurzzeitig einen entsprechenden Stromimpuls liefert. Das Ausbleiben derartiger, bei einer normalen Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hz auftretenden Impulsen, kann dann von einer Auswertelogik erfaßt und verarbeitet werden. Diese Art der Schaltung ist besonders geeignet zur Erfassung eines einstellbaren, netzproportionalen Grenzwertes, wobei man zur Veränderung einer Grenzwert- bzw. Drehmomenteinstellung nicht notwendigerweise den Grenzwert selbst verändern muß, sondern statt dessen auch die Amplitude der Hilfsphase variieren kann, indem diese von einem Spannungsteiler abgegriffen und anschließend erst mit einem fest eingestellten, entsprechend niedriger gewählten Grenzwert verglichen wird.

Bei der vorgenannten Ausführungsform ist es zweckmäßig, wenn in den Kollektorkreis die Leuchtdiode eines Optokopplers geschaltet ist, so daß auch hier wiederum entsprechende Signale über den Optokoppler an eine Auswertelogik geliefert werden.

Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Vergleichsspannung an einem Transformator abgegriffen und über eine Diode und einen Kondensator gleichgerichtet und geglättet wird, wobei dann diese Gleichspannung an den Emitter des Darlington-Transistors gelegt wird. An die Basis des Transistors wird vom Abgriff eines Spannungsteilers ein wählbarer Anteil der Hilfsphasen­ spannung gelegt. Schließlich wird die Kollektor-Emitterspannung ebenfalls an dem Transformator abgegriffen und über eine weitere Diode und einen weiteren Kondensator gleichgerichtet und geglättet. Der Kollektorkreis bleibt jedoch stromfrei, solange der Transistor sperrt, d. h. solange die über den Spannungsteiler abgegriffene Hilfsphasenspannung kleiner bleibt als der am Emitter liegende Vergleichswert. In diesem Fall gibt auch die in den Kollektorkreis geschaltete Leuchtdiode kein Licht ab. Überschreitet jedoch die Hilfsphasenspannung den am Emitter anliegenden Grenzwert, so wird der Transistor in den leitenden Zustand gebracht und aufgrund des nun fließenden Kollektorstroms beginnt die Leuchtdiode zu leuchten, was von einem Optokoppler erfaßt und an eine Auswertelogik weitergegeben wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines einphasig betreibbaren Asynchronmotors mit Erfassung der Hilfsphasenspannung,

Fig. 2 in einer Grafik qualitativ den Zusammenhang zwischen Hilfsphasenspannung und Drehmoment des Motors,

Fig. 3 eine bevorzugte Schaltung zur Drehmomentüberwachung entsprechend einem Grenzwert G₃ in Fig. 2,

Fig. 4 eine zu Fig. 1 im wesentlichen analoge Schaltung eines Drehstrommotors für die Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung und

Fig. 5 den Zusammenhang zwischen Hilfsphasenspannung, Grenzwertspannung und Kollektorstrom bei einer Schaltung gemäß Fig. 3.

Es wird zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Beim Lauf des Motors 6 wird über den Ruhekontakt 2 oder 3, d. h. den nicht mit L₁ verbundenen Kontakt, die an der Hilfsphase 1 anliegende Spannung U_H erfaßt. Diese Spannung U_H sinkt, wie in Fig. 2 anschaulich dargestellt ist, mit steigendem Drehmoment des Motors 6 ab. Bei blockiertem Motor 6 (Überschreitung des Kippmoments) nimmt die Spannung U_H einen Wert an, der deutlich unter der Spannung bei gerade noch laufendem Motor liegt. In Fig. 2 ist dieser Wert U_HB als horizontale Linie dargestellt, ohne daß hier die Länge der Linie den auftretenden Drehmomenten entsprechen soll. Man erkennt, daß die Hilfsphasenspannung des mit maximalem Drehmoment gerade noch laufenden Motors erheblich von der Hilfsphasenspannung bei blockiertem Motor abweicht, so daß es leichtfällt, dazwischen einen Grenzwert G₁ zu definieren, der die Spannung U_HB bei blockiertem Motor eindeutig von der Spannung U_H bei (gerade noch) laufendem Motor unterscheidet. Durch Auswahl eines entsprechenden Vorwiderstandes 14 kann dieser Grenzwert G₁ gerade mit der Spannung übereinstimmen, bei welcher eine Glimmlampe 10 von dem leuchtenden in den nicht leuchtenden Zustand übergeht oder umgekehrt. Ein Optokoppler 12 kann dieses Leuchten oder Nichtleuchten der Glimmlampe erfassen und an eine nicht dargestellte Auswertelogik weitergeben. Unter der Annahme, daß zum Einschalten des Motors 6 zunächst das Relais 4 betätigt wurde und so das freie Ende der Ständerwicklung 7 direkt mit der Phase L₁ verbunden hat, so wird an der Leitung 1 die Hilfsphasenspannung abgegriffen, da die Leitung 1 über den Ruhekontakt 3 des Relais 5 mit dem freien Ende der über den Kondensator 8 mit L₁ verbundenen Ständerwicklung 7′ verbunden ist. Wird die Drehrichtung des Motors umgekehrt, d. h. zieht das Relais 5 an und verbindet das freie Ende der Ständerwicklung 7′ mit L₁, während das Relais 4 über den Ruhekontakt 2 die Verbindung zwischen der Leitung 1 und dem freien Ende der Ständerwicklung 7 herstellt, so definiert wiederum die Leitung 1 die Hilfsphase, da nunmehr das freie Ende der Ständerwicklung 7 über den Kondensator 8 mit der Phase L₁ verbunden ist.

Diese Hilfsphasenspannung liegt, über den Vorwiderstand 14, an der bereits beschriebenen Glimmlampe 10 mit dem Optokoppler 12, und gemäß Fig. 1 gleichzeitig auch, wiederum über einen Vorwiderstand 15, an einer Leuchtdiode 11 eines weiteren Optokopplers 13.

Durch eine mechanische oder elektrische Sicherheitseinrichtung kann sichergestellt werden, daß nicht gleichzeitig beide Relais 4, 5 den Kontakt zur Phase L₁ herstellen können, sondern nur alternativ mit der Phase L₁ oder aber mit den Ruhekontakten 2, 3 verbunden sein können.

Geht man wiederum von einer Position aus, bei welcher das Relais 4 angezogen hat und die abgeleitete Spannung U_H aufgrund einer Blockierung des Motors schlagartig auf den Wert U_HB abnimmt, so daß die Glimmlampe 10 verlischt, was über den Optokoppler 12 weitergegeben wird, so veranlaßt die Auswertelogik eine Umschaltung der Relais 4, 5, so daß das Relais 4 wieder die Verbindung mit dem Ruhekontakt 2 herstellt, während das Relais 5 die Verbindung der Ständerwicklung 7′ mit der Phase L₁ herstellt, wodurch sich die Drehrichtung des Motors umkehrt, und sich ein Tor oder dergleichen von dem die Blockierung verursachenden Hindernis löst.

Der Vorwiderstand 15 wird dabei so gewählt, daß die Leuchtdiode 11 auch bei blockiertem Motor, d. h. beim Absinken der Hilfsphasenspannung auf den Wert U_HB, immer noch leuchtet, so daß die Auswertelogik in diesem Fall keine Unterschreitung des durch die Leuchtdiode 11 definierten Grenzwertes G₂ registriert. Diese Unterschreitung des Grenzwertes G₂ wird jedoch spätestens dann registriert, wenn durch Betätigung eines der Endschalter 9 oder 9′ die Stromzufuhr zu dem Motor 6 unterbrochen wird. Die Endschalter 9, 9′ sind dabei so positioniert, daß der Endschalter 9 dann ausgelöst wird, wenn der Motor in einer Drehrichtung gelaufen ist, die dem Anziehen des Relais 4 und der Verbindung des freien Endes der Ständerwicklung 7 mit der Phase L₁ entspricht, während der Endschalter 9′ bei Erreichen der entgegengesetzten Endposition auslöst. Da in der erstgenannten Position das Relais 5 auf den Ruhekontakt 3 geschaltet hat, sorgt die Auslösung des Endschalters 9 für eine vollständige Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor 6. Wenn der Motor in Gegenrichtung an einen Endanschlag bzw. Endschalter 9′ läuft, d. h. in der Position, wo das Relais 4 auf den Ruhekontakt 2 geschaltet hat, während das Relais 5 die Verbindung zur Phase L₁ hergestellt hat, wird die Stromzufuhr über den Endschalter 9′ unterbrochen und sorgt dann ebenfalls für eine vollständige Abtrennung des Motors 6 von der Phase L₁. In diesem Fall bricht die Hilfsphasenspannung U_H mehr oder weniger vollständig zusammen und neben der Glimmlampe 10 erlischt auch die Leuchtdiode 11. Durch Zeitverzögerungsglieder wird sichergestellt, daß die Auswertelogik zuerst das Verlöschen der Leuchtdiode 11 registriert und/oder es wird durch logische Verknüpfungen sichergestellt, daß beim Registrieren der Unterschreitung beider Grenzwerte G₁, G₂ der Grenzwert G₂ die dominante Funktion hat und daß ausschließlich die hiermit verknüpfte Maßnahme ausgelöst wird. Beim Öffnen oder Schließen eines Garagentores, welches jeweils an einen Endanschlag bzw. Endschalter stößt, der die Stromunterbrechung bewirkt, soll dieser Zustand selbstverständlich erhalten bleiben, so daß die Auswertelogik lediglich die Umkehr der Drehrichtung (durch Schalten der Relais 4, 5) verhindern muß, die ansonsten bei Unterschreitung des Grenzwertes G₁ eintreten würde.

Der in Fig. 2 dargestellte Grenzwert G₃, der die Kurve der Hilfsphasenspannung für den laufenden Motor schneidet, ist entsprechend dem Doppelpfeil A einstellbar, wobei diese Wirkung in analoger Weise auch dadurch erzielt werden kann, daß die Hilfsphasenspannung U_H über das Potentiometer eines Spannungsteilers abgegriffen wird, was einer vertikalen Verschiebung, genauer einer Multiplikation des Wertes von U_H mit einem Faktor < 1, entspricht.

Dieses Grenzwertverhalten wird durch eine Schaltung gemäß Fig. 3 realisiert. Man erkennt in Fig. 3 einen Transformator 17 und einen auf der Sekundärseite des Transformators 17 angeordneten Gleichrichter 16, welcher die Relais 4, 5 mit der erforderlichen Betriebsspannung versorgt.

Auf der Primärseite des Transformators 17 ist ein Abgriff für eine Spannung U₂ vorgesehen, welche über eine Diode 23 gleichgerichtet und durch den Kondensator 24 geglättet wird und an dem Emitter eines Darlington-Transistors 18 liegt. Der Emitterstrom fließt über einen Widerstand 20 ab. Die am Emitter anliegende Gleichspannung ist mit U_G bezeichnet und entspricht dem Grenzwert 3, wobei in Fig. 5 dieser Grenzwert im oberen Teil nochmals dargestellt ist. Auch die zwischen Kollektor und Emitter des Darlington-Transistors 18 (einschließlich einer vorgeschalteten Diode im Optokoppler 19 und eines Vorwiderstandes) anliegende Spannung U₁ wird von dem Transformator 17 abgegriffen und über die Diode 21 gleichgerichtet und durch den Kondensator 22 geglättet. Über die Diode des Optokopplers 19 und den Vorwiderstand fließt der Kollektorstrom IC, dessen Wert jedoch von dem Verhältnis der Spannung U′_H zu der Spannung U_G abhängt. Die Spannung U′_H wird von dem Potentiometer eines Spannungsteilers 25 abgegriffen und entspricht damit einem einstellbaren Bruchteil der Hilfsphasenspannung U_H, die in völlig gleicher Weise an den Ruhekontakten der Relais 4, 5 abgegriffen wird, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.

In Fig. 5 ist anschaulich die Spannung U′_H als Funktion der Zeit unter der Annahme eines zeitlich zunehmenden Drehmomentes des Motors 6 dargestellt. Die von der Hilfsphasenspannung abgeleitete Spannung U′_H ist eine Wechselspannung mit einer Amplitude entsprechend der Einstellung des Potentiometers, wobei aufgrund des steigenden Drehmomentes im Laufe der Zeit mit der Spannung U_H auch die Spannung U′_H proportional abnimmt. Dies wird in Fig. 5 durch die aufeinanderzulaufenden geraden Einhüllenden der Wechselspannungskurve U′_H verdeutlicht. Eingezeichnet ist im oberen Teil der Fig. 5 auch der Spannungsgrenzwert U_G, der am Darlington-Transistor 18 mit der Spannung U′_H verglichen wird, indem nämlich der Darlington- Transistor 18 jedesmal dann in den leitenden Zustand kommt, wenn die positiven Halbwellen der Spannungskurve U′_H mit ihren Spitzen den Wert U_G übersteigen. Während eines entsprechenden Zeitraumes fließt ein Strom IC, was im unteren Teilbild der Fig. 5 als eine Folge von Rechteckimpulsen angedeutet wird, deren Breite genau der Zeitdauer entspricht, während der die Spannung U′_H oberhalb der Spannung U_G liegt. Diese Stromimpulse IC werden in der Leuchtdiode des Optokopplers 19 in eine entsprechende Folge kurzer Lichtblitze umgesetzt, deren Frequenz der Netzfrequenz bzw. der Frequenz der Spannung U′_H entspricht, also im Regelfall 50 Hz beträgt. Mit abnehmender Amplitude der Spannung U′_H wird zunächst die Breite der Stromimpulse IC und damit die Dauer der Lichtpulse kürzer, bis diese schließlich ganz aufhören. Die hier nicht dargestellte Auswertelogik kann das Ausbleiben der Impulse spätestens nach zwei Schwingungsperioden (etwa 40 Millisekunden) registrieren und dann wegen der damit erfaßten Unterschreitung des Grenzwertes G₃ eine Umkehr der Drehrichtung des Motors 6 durch Schalten der Relais 4, 5 veranlassen.

In Fig. 4 ist schließlich noch ein Drehstrommotor dargestellt, der in der dargestellten Schaltung ebenfalls an einem Einphasennetz als Asynchronmotor betrieben werden kann. In diesem Fall wird der Kondensator 8 einfach zu einer Wicklung 7′′ parallel geschaltet, wobei je nach Schaltung der Phasenkontakte völlig analog wie mit den bereits beschriebenen Relais 4, 5 wahlweise der Punkt R oder S zur Hilfsphase wird, deren Spannung über die Leitung 1 abgegriffen wird.

Es versteht sich, daß die Schaltung gemäß Fig. 3 mit der Schaltung nach Fig. 1 ohne weiteres kombiniert werden kann, indem beispielsweise in Fig. 3 parallel zu dem Spannungsteiler 25 die Glimmlampe 10 und die Leuchtdiode 11 mit ihren entsprechenden Vorwiderständen 14, 15 geschaltet werden.

Die Schaltung gemäß Fig. 3 läßt sich darüberhinaus nicht nur einsetzen, um beispielsweise beim Auftreffen auf Hindernisse eine Umkehr der Drehrichtung auszulösen, sondern kann auch verwendet werden, um eine Überlastung des Motors anzuzeigen und/oder zu verhindern, beispielsweise indem die Versorgungsspannung herabgeregelt wird.

Claims (19)

1. Verfahren zur Überwachung von an einem einphasigen Wechselstromnetz betriebenen Asynchronmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Hilfsphase (1) liegende Spannung (U_H) erfaßt und mit mindestens einem Grenzwert (G₁) verglichen wird, wobei nach dem Unterschreiten dieses Grenzwertes (G₁) die Drehrichtung des Motors (6) umgekehrt oder die Stromzufuhr für den Antrieb des Motors (6) unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Grenzwert (G₂) mit der Hilfsspannung (U_H) verglichen wird, wobei der zweite Grenzwert (G₂) kleiner ist als der erste Grenzwert (G₁) und auch kleiner als die Hilfsspannung (U_HB) bei blockiertem Motor, jedoch größer als die Hilfsphasenspannung bei abgeschaltetem Motor (6) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsphasen­ spannung zur Erzeugung eines Signals für eine Auswertelogik verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante für eine Erzeugung eines Signals bei Unterschreiten des zweiten Grenzwertes (G₂) kleiner ist als die Zeitkonstante für die Erzeugung eines Signals bei Unterschreiten des ersten Grenzwertes (G₁).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Grenzwert (G₃) vorgesehen ist, welcher größer ist als der erste und der zweite Grenzwert, aber kleiner ist als die Hilfsphasenspannung (U_H) bei unbelastetem Motor (6).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des ersten Grenzwertes (G₁) und/oder, soweit vorgesehen, des dritten Grenzwertes (G₃) eine Umkehrung der Drehrichtung des Motors (6) oder eine Unter­ brechung der Stromzufuhr zu dem Motor (6) veranlaßt wird, während bei Unterschreiten des zweiten Grenzwertes (G₂) das Unterschreiten der ersten und dritten Grenzwerte (G₁, G₃) ignoriert wird und wahlweise ein Anzeigesignal für eine Motorendstellung abgegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine netzwerkproportionale Grenzwertangleichung für den dritten Grenzwert (G₃) vorgesehen ist.

8. Schaltung zur Überwachung von an einem einphasigen Wechselstromnetz betriebenen Asynchronmotoren, mit mindestens zwei an einem Ende miteinander verbundenen Ständerwicklungen (7, 7′), deren freie Enden durch einen Kondensator (8) überbrückt und wahlweise alternativ mit der Phase (L₁) eines Wechselstromnetzes (L_1,n) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsabgriff (2, 3) der jeweiligen Hilfsphase (1) vorgesehen ist und daß die entsprechende Hilfsphasenspannung (U_H), gegebenenfalls in einer Spannungsteilerschaltung, auf ein elektrisches Schaltelement (10, 11, 19) gegeben wird, welches in Abhängigkeit von der anliegenden Spannung jeweils einen von mindestens zwei möglichen, meßtechnisch unterscheidbaren Zuständen annimmt.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine Glimmlampe (10) ist, deren Zustand von einem Optokoppler (12) erfaßt wird.

10. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine Leuchtdiode (11) mit angeschlossenem Optokoppler (13) ist.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, bei verschiedene Hilfsphasenspannungen schaltende Schaltelemente (10, 11, 18) in Parallelschaltung zueinander vorgesehen sind.

12. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Ständerwicklungen (7, 7′) alternativ über je ein Relais (4, 5) mit der Netzphase (L₁) verbindbar sind.

13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuleitungen von der Phase (L₁) zu den Ständerwicklungen (7, 7′) je ein Endschalter (9, 9′) vorgesehen ist, welcher die Zuleitung unterbricht, sobald der Motor (6) oder ein von diesem bewegter Gegenstand eine vorgebbare Endposition erreicht hat.

14. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Transformator (17) mit Gleichrichter (16) zur Bereitstellung einer Gleichspannung für das Schalten von Relais (4, 5) aufweist.

15. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (17) vorgesehen ist, von welchem Spannungen für den Betrieb einer Spannungsvergleichsschaltung abgreifbar sind.

16. Schaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine netzspannungs­ proportionale Grenzwerteinstellung aufweist, indem die, vorzugsweise über einen Spannungsteiler (25) reduzierte, Hilfsspannung (U′_H) an die Basis und ein hiermit zu vergleichender Gleichspannungsgrenzwert an den Emitter eines Darlington-Transistors (18) gelegt wird.

17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kollektorkreis des Darlington-Transistors (18) die Leuchtdiode eines Optokopplers (19) geschaltet ist.

18. Schaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Grenzwert (G₃) bildende Emitterspannung (U_G) als Wechselspannung (U₂) von dem Transformator (17) abgegriffen und über eine Diode (23) und einen Kondensator (24) gleichgerichtet und geglättet wird.

19. Schaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U₁) zwischen Emitter und Kollektor des Darlington-Transistors (18) ebenfalls am Transistor (17) abgegriffen und über eine weitere Diode (21) und einen weiteren Kondensator (22) gleichgerichtet und geglättet wird.