DE4429884A1 - Anordnung zur Anpassung einer gelieferten Spannung an eine gewünschte Verbraucherspannung - Google Patents

Description

Das Hauptpatent P 43 05 605.9-31 befaßt sich mit der Anpas­ sung einer gelieferten Spannung an eine gewünschte Verbrau­ cherspannung. Dabei ist insbesondere an den Betrieb eines elektromotorischen Antriebes eines Kompressors eines Kühlag­ gregates für elektrische Schaltschränke gedacht. Hierbei ist gemäß dem Hauptpatent eine direkte elektrische Verbindung vom Netz zum Verbraucher, insbesondere dem o.g. elektro­ motorischen Antrieb, und ferner außer diesem Netzanschluß eine weitere Spannungsquelle in Form eines Transformators mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung vorgese­ hen, dessen Primärwicklung vom Netzanschluß gespeist wird und dessen von der Sekundärwicklung abgegebene Sekundärspan­ nung mittels einer Schalteranordnung entweder additiv oder subtraktiv zur Netzspannung dem Verbraucher zugeführt wird. Dabei ist der Sekundärspannungsbereich zumindest gleich dem Spannungsbereich zwischen den maximal möglichen Abweichungen der in Frage kommenden Netzspannungen einerseits von der Nennspannung oder der Nennspannung ± deren Toleranzgrenzen andererseits des Verbrauchers. Ferner sind Mittel für die von Hand oder bevorzugt automatisch erfolgende Zuschaltung der Sekundärwicklung an den Verbraucher vorgesehen. Das Prinzip der Anordnung nach dem Hauptpatent hat sich bewährt. Es soll gemäß der Aufgaben- bzw. Problemstellung der vor­ liegenden Zusatzerfindung schaltungsmäßig verbessert und/ oder vereinfacht werden.

Die Lehre des Anspruches 1 erreicht bei der gemäß dem Haupt­ patent für die Erzielung des genannten Regelbereiches not­ wendigen Zu- oder Abschaltung des Transformators, daß dieser im abgeschalteten Zustand in seiner Primärwicklung keinen Strom führt. Insbesondere wenn die Eingangsspannung des Transformators relativ niedrig ist und damit in der Primär­ wicklung ein entsprechend höherer Strom fließt besteht die Gefahr, daß sich die Primärwicklung unzulässig oder zumin­ dest in einem störenden Ausmaß erwärmt. Dies hat eine ent­ sprechende Erwärmung des gesamten Transformators und gege­ benenfalls weiterer Bauteile der Anordnung zur Folge. Hinzu kommt ein entsprechender, unnötiger Energieverbrauch.

Die Lehre des Anspruches 1 kann schaltungstechnisch in verschiedener Weise ausgeführt werden. Hierzu wird auf die Ansprüche 2 und 3 verwiesen.

Ferner können Anwendungsfälle auftreten, bei denen die sekundärseitig vom Transformator erzeugte Zusatzspannung nur additiv zur Netzspannung vorhanden sein muß. Hierzu dient die gegenüber der Ausführung des Hauptpatentes entsprechend vereinfachte Schaltung gemäß Anspruch 4.

In Fällen dagegen, bei denen zur Netzspannung die Zusatz­ spannung des Transformators nur subtraktiv eingesetzt wird, dient die gegenüber der Ausführung des Hauptpatentes verein­ fachte Schaltung der Erfindung gemäß Anspruch 5.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 6. Hierdurch kommt man mit einem Schaltmittel für die Zu- und Abschaltung sowohl der Primärwicklung als auch der Sekundärwicklung aus. Dies verringert die Geste­ hungskosten einer solchen Anordnung und vereinfacht die Bedienung bzw. spart zusätzliche Maßnahmen für das Zu- und Abschalten eines weiteren Schaltmittels.

Die Merkmale des Anspruches 7 ermöglichen, mit ein und derselben Anordnung die Sekundärwicklung wahlweise additiv oder subtraktiv wirksam werden zu lassen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nach­ folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Außer­ dem wird zum weiteren Verständnis der Erfindung ausdrücklich auf den Offenbarungsinhalt des Hauptpatentes Bezug genommen, der mit zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Zum leichteren Verständnis sind in der im wesentlichen schematischen Zeichnung teilweise die Darstel­ lungen gemäß dem Hauptpatent mit verwendet worden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung nach der Erfindung sche­ matisch in ihrem Aufbau,

Fig. 2 bis 4 Schaltschemen über die Zu- und Abschal­ tung einer zusätzlichen Spannungsquelle in Form eines Transformators, wobei die Fig. 2, 3 und 4 jeweils unterschiedliche Schaltungen zeigen.

Fig. 1 zeigt einen Schaltschrank 1 zur Kühlung nicht darge­ stellter elektrischer, insbesondere elektronischer Geräte oder Teile, wobei sich Kühllamellen oder dergleichen im Bereich 2 befinden können. Die hier interessierenden, nur schematisch dargestellten Bauteile befinden sich, in bevor­ zugt voll hermetischer Bauart, im unteren Bereich des Schaltschrankes 1. Dies sind im bevorzugten Ausführungsbei­ spiel ein Rollkolben- oder Hubkolbenkompressor 3, ein ihn antreibenden Wechselstrommotor 4, eine zusätzliche Span­ nungseinheit in Form eines Transformators 5 und ebenfalls schematisch als Block angedeutete Schaltmittel 6. Ferner ist nur strichpunktiert ein Block 16 angedeutet, welcher die vorgesehenen Mittel zur Erfassung der jeweiligen Netzspan­ nung, sowie deren Vergleich mit der Nennspannung des Motors aufweist und die verschiedenen Schaltstellungen bewirkt. Der Wechselstrommotor 4 stellt in diesem Ausführungsbeispiel den Verbraucher dar, dem die gewünschte Verbraucherspannung zugeliefert werden soll. Der Aufbau der Schaltmittel, deren Funktion und der zugehörige Einsatz der zum Block 16 gehö­ renden Mittel wie Regelungen usw. wird näher anhand der Fig. 2 erläutert. Die funktionellen Verbindungen oder o.g. Bauteile sind in Fig. 1 nur schematisch mit Pfeilen angedeu­ tet.

In den Fig. 2, 3 und 4 sind gleiche Bauteile oder Schalt­ verbindungen mit den gleichen Nummern beziffert. L, N sind die Phasen eines Wechselstromnetzes. An ihnen liegt die Primärwicklung 8 des Transformators, dessen Sekundärwicklung 9 mittels noch näher zu erläuternder Schaltmittel, wie des Zu- und Abschalters 20 oder Schaltmitteln des Schaltblockes 6, zu- oder abgeschaltet wird.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist der Antriebsmotor 4 zum einen über die Leitung 10 mit der einen Phase N des Netzes und zum andern über die Leitung 11 mit dem Schaltblock 6 verbunden. Im Schaltblock 6 befindet sich ein Schalter 12, der in Fig. 2 in einer Stellung gezeichnet ist, in der er den Motor über die Leitung 11 und eine Leitung 13 an die andere Phase L anschließt. Dies geschieht dann, wenn sich die Netzspannung im Sollbereich (Toleranzbereich) der Nenn­ spannung des Antriebsmotors befindet, d. h. die zusätzliche Spannung des Transformators 5 nicht wirksam werden muß. In diesem Fall kann der Transformator 5 durch das nachstehend noch näher zu erläuternde Schaltmittel 20 abgeschaltet werden.

Zugehörige Einrichtungen zur Erfassung der Spannungen, Betätigungen des schon erläuterten Schalters 12 und der noch zu erläuternden Schalter 14, 15 sowie zu einer gegebenen­ falls vorgesehenen Veränderung bzw. Einstellung der Aus­ gangsspannung der Sekundärwicklung 9 sind vorgesehen und mit dem Block 16 schematisch dargestellt. Sie wirken gemäß den auch nur schematisch angedeuteten Verbindungen 17 auf die Schalter 12, 14, 15 ein. Zu den Einrichtungen gemäß Block 16 gehört bevorzugt auch ein Prozessor (single chip) , der nach Erfassung der Nennspannungsdaten des Motors einerseits und der zur Verfügung stehenden Netzspannung andererseits und ferner unter Einbeziehung des Toleranzbereiches der Motor­ nennspannung falls erforderlich die Zuschaltung des Trans­ formators 5 bewirkt, einschließlich der Einstellung einer etwa vorgesehenen Änderung der Ausgangsspannung dieses Transformators 5 und ferner deren Zuschaltung dahingehend, daß die Sekundärspannung des Transformators der Netzspannung N, L entweder hinzugefügt oder davon abgezogen wird. Ist der Transformator 5 zugeschaltet, so ist dagegen der Schalter 12 geöffnet.

Das vorgenannte Schaltmittel 20 für die Zuschaltung bzw. Abschaltung des Transformators 5 ist gemäß der Erfindung entweder in einer der Zuleitungen vom Netz N, L zur Primär­ wicklung 8 des Transformators bzw. am Eingang zur Primär­ wicklung vorgesehen, so auch bei der vorliegenden Fig. 2. Hierdurch kann die Primärwicklung stromlos gemacht werden, sobald der Transformator 5 und die von ihm erzeugte Sekun­ därspannung nicht zur Spannungsversorgung des Motors 4 gebraucht wird. Ist der Schalter 20 geschlossen, so wird sowohl einen Primärwicklung 8 des Transformators als auch über die Leitung 21 und die Schalteranordnung 14, 15 die Sekundärwicklung 9 an Spannung gelegt. Durch Steuerung vom Block 16 her können in einem gestrichelt angedeuteten Be­ reich vorgesehene Schaltmittel die Ausgänge 18, 19 der Sekundärwicklung umpolen, so daß die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung entweder additiv oder subtraktiv zu Netz­ spannung L, N dem Verbraucher 4 zugeführt wird. Somit kann ein und dieselbe Anordnung für den additiven oder subtrakti­ ven Einsatz der von der Sekundärwicklung zugegebenen Span­ nung verwendet werden.

Es sind aber auch Einsatzfälle bzw. Einsatzbedingungen denkbar, bei denen die Zusatzspannung der Sekundärwicklung entweder nur additiv oder nur subtraktiv vorhanden sein muß. Hierzu sieht die Erfindung Schaltungen gemäß den Fig. 3 und 4 vor. Dabei zeigen die Fig. 3 und 4 in vereinfachter Dar­ stellung nur diejenigen Bauelemente, die zum Verständnis der nachfolgenden Erläuterung dieser Schaltung und ihrer Funk­ tion notwendig sind. Im übrigen wird auf den Aufbau und Funktion der Erfindung verwiesen, wie es vorstehend sowie im Hauptpatent im einzelnen erläutert ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Netzanschlüsse L, N, den Ver­ braucher (hier Wechselstrommotor) 4, den o.g. Schalter 20 und den Schalter 12 (beide vorgenannten Schalter in der Offenstellung) . Der Schalter 12 bewirkt in seiner Schließ­ stellung das Anschließen des Verbrauchers 4 an die Netzspan­ nung für den Fall, daß die Netzspannung der Nennspannung des Antriebsmotors entspricht, zumindest in deren Toleranzbe­ reich liegt. In diesem Fall wird die Sekundärspannung des Transformators nicht benötigt. Der Schalter 20 ist offen. Wird dagegen die vorgenannte Zusatzspannung des Transforma­ tors gefordert, so wird der Schalter 20 geschlossen, während der Schalter 12 geöffnet wird. In diesem Fall wird von L her über den geschlossenen Schalter 20 und die Leitung 22 die Primärwicklung 8 des Transformators an Spannung gelegt und zugleich auch über die Leitung 23 bzw. 23′ die Sekundärwick­ lung 9 des Transformators an Spannung gelegt. Die Markierun­ gen 24 bezeichnen jeweils den Beginn der Wicklung der Primär- und der Sekundärseite des Transformators. In der Schaltung gemäß Fig. 3 ist bei Öffnung des Schalters 12 und Schließung des Schalters 20 die Leitung 23 an den einen Ausgang 18 der Sekundärwicklung gelagert. Somit ist die an der Sekundärwicklung 9 entstehende Spannung zu der vom Netz her erzeugten Spannung additiv, dagegen in der Schaltung nach Fig. 4, in der die Leitung 23′ vom Schalter 20 an den anderen Ausgang 19 der Sekundärwicklung 9 angeschlossen ist, zur Netzspannung subtraktiv. In beiden vorgenannten Fällen muß über den Transformator nur die Leistung entsprechend dem gegebenen Unterschied der Netzspannung zu der Motornennspan­ nung bzw. der Motornennspannung ± der Toleranzgrenzen gelie­ fert werden. Die Erfindung erlaubt es somit auch bei diesen Ausführungsbeispielen, die Stärke der Windungen der Primär­ wicklung auf eine sehr geringe Stromgröße auszulegen, näm­ lich den Strom, der für die seitens des Transformators zu liefernden Zusatzleistung benötigt wird. Ein weiterer Vor­ teil besteht darin, daß mit dem Schalter 20 im Falle des Nichtbedarfes des Transformators 5 auch die Sekundärwicklung 9 abgeschaltet ist.

Insbesondere dann, wenn der vom Transformator 5 abzudeckende Spannungsbereich relativ groß ist, empfiehlt es sich, Vor­ sorge dafür zu treffen, daß die der Netzspannung hinzuzufü­ gende oder von ihr wegzunehmende Ausgangsspannung einge­ stellt werden kann. Hierzu können beispielsweise entspre­ chende Abgriffe an der Wicklung der Sekundärseite 9 vorgese­ hen sein. Die Spannungseinstellung kann automatisch mittels elektronischer Mittel, bevorzugt eines Prozessors (single chip), gesteuert oder geregelt werden, die zu den Bauelemen­ ten gehören, welche generell mit dem Block der Stellung 16 umrissen sind.

Alle erläuterten und dargestellten Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander, sind erfindungswesentlich.

Claims (6)

1. Anordnung zur Anpassung einer gelieferten Spannung an eine gewünschte Verbraucherspannung, bei der eine direk­ te elektrische Verbindung vom Netz zum Verbraucher und außerdem eine weitere Spannungsquelle in Form eines Transformators mit einer Primärwicklung und einer Sekun­ därwicklung vorgesehen ist, dessen Primärwicklung vom Netzanschluß gespeist wird und dessen von der Sekundär­ wicklung abgegebene Sekundärspannung mittels einer Schalteranordnung entweder additiv oder subtraktiv zur Netzspannung dem Verbraucher zugeführt wird, wobei der Sekundärspannungsbereich zumindest gleich dem Spannungs­ bereich zwischen den maximal möglichen Abweichungen der in Frage kommenden Netzspannungen einerseits von der Nennspannung oder der Nennspannung ± deren Toleranzgren­ zen andererseits des Verbrauchers ist und wobei Mittel für die von Hand oder bevorzugt automatisch erfolgende Zuschaltung der Sekundärwicklung an den Verbraucher vorgesehen sind, insbesondere zum Betrieb eines elektro­ motorischen Antriebes eines Kompressors eines Kühlaggre­ gates für elektrische, insbesondere elektronische Schaltschränke, nach Patent 43 05 605, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die Zu- und Abschaltung des Transfor­ mators (5) ein Unterbrecher- Schaltmittel (20) vorgese­ hen ist, das sich im Stromkreis der Primärwicklung (8) des Transformators oder in einer der Zuleitung vom Netz (L, N) zur Primärwicklung befindet und den Stromkreis oder die betreffende Leitung wahlweise öffnet oder schließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrecher-Schaltmittel (20) in einer Verbindungs­ leitung zwischen einem Netzanschluß (L) und dem Eingang der Primärwicklung (8) und einem Eingang zur Sekundär­ wicklung (9) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein weiteres Unterbrecher-Schaltmittel (12) zwischen dem Netzanschluß (L) und dem Verbraucher (4) vorgesehen ist.

4. Anordnung zur Anpassung einer gelieferten Spannung an eine gewünschte Verbraucherspannung, bei der eine direk­ te elektrische Verbindung vom Netz zum Verbraucher und außerdem eine weitere Spannungsquelle in Form eines Transformators mit einer Primärwicklung und einer Sekun­ därwicklung vorgesehen ist, dessen Primärwicklung vom Netzanschluß gespeist wird und dessen von der Sekundär­ wicklung abgegebene Sekundärspannung mittels einer Schalteranordnung entweder additiv oder subtraktiv zur Netzspannung dem Verbraucher zugeführt wird, wobei der Sekundärspannungsbereich zumindest gleich dem Spannungs­ bereich zwischen den maximal möglichen Abweichungen der in Frage kommenden Netzspannungen einerseits von der Nennspannung oder der Nennspannung C deren Toleranzgren­ zen andererseits des Verbrauchers ist und wobei Mittel für die von Hand oder bevorzugt automatisch erfolgende Zuschaltung der Sekundärwicklung an den Verbraucher vorgesehen sind, insbesondere zum Betrieb eines elektro­ motorischen Antriebes eines Kompressors eines Kühlaggre­ gates für elektrische, insbesondere elektronische Schaltschränke, nach Patent 43 05 605, sowie insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sekundärwicklung (9) des Transformators (5) nur additiv zur Netzspannung geschaltet ist, wobei Mittel (20) zum Zu- und Abschalten der Sekundärspannung vorgesehen sind.

5. Anordnung zur Anpassung einer gelieferten Spannung an eine gewünschte Verbraucherspannung, bei der eine direk­ te elektrische Verbindung vom Netz zum Verbraucher und außerdem eine weitere Spannungsquelle in Form eines Transformators mit einer Primärwicklung und einer Sekun­ därwicklung vorgesehen ist, dessen Primärwicklung vom Netzanschluß gespeist wird und dessen von der Sekundär­ wicklung abgegebene Sekundärspannung mittels einer Schalteranordnung entweder additiv oder subtraktiv zur Netzspannung dem Verbraucher zugeführt wird, wobei der Sekundärspannungsbereich zumindest gleich dem Spannungs­ bereich zwischen den maximal möglichen Abweichungen der in Frage kommenden Netzspannungen einerseits von der Nennspannung oder der Nennspannung ± deren Toleranzgren­ zen andererseits des Verbrauchers ist und wobei Mittel für die von Hand oder bevorzugt automatisch erfolgende Zuschaltung der Sekundärwicklung an den Verbraucher vorgesehen sind, insbesondere zum Betrieb eines elektro­ motorischen Antriebes eines Kompressors eines Kühlaggre­ gates für elektrische, insbesondere elektronische Schaltschränke, nach Patent 43 05 605, sowie insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sekundärwicklung (9) des Transformators (5) nur auf Subtraktion zur Netzspannung geschaltet ist, wobei Mittel (20) zum Zu- und Abschalten der Sekundär­ spannung vorgesehen sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (9) einer Anordnung durch weitere Schaltmittel (14, 15, 22) dieser Anordnung wahlweise additiv oder subtraktiv zur Netzspan­ nung (L, N) schaltbar ist.