EP0585551A2 - Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren - Google Patents

Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren Download PDF

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EP0585551A2
EP0585551A2 EP93109672A EP93109672A EP0585551A2 EP 0585551 A2 EP0585551 A2 EP 0585551A2 EP 93109672 A EP93109672 A EP 93109672A EP 93109672 A EP93109672 A EP 93109672A EP 0585551 A2 EP0585551 A2 EP 0585551A2
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switching
semiconductor switch
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relay
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids

Definitions

  • the invention relates to a device for speed control of AC or three-phase motors, in particular motors for driving fans, which is provided with means for gradually changing the voltage applied to the motor and with a switch for setting the desired speed level.
  • Transformers with secondary taps are used as a means of changing the voltage applied to the motor.
  • five speed levels can generally be set and, for example, with an input voltage of 220/240 volts on the transformer, output voltages of 60, 105, 130, 160 and 220 volts can be tapped from its transformer taps.
  • Controls of this type have proven themselves, but they are expensive to set up and, moreover, have poor efficiencies. At most, transformers achieve an efficiency of 80 percent. Also, at least for larger outputs, the transformers must be provided with ribs for heat dissipation or even be equipped with special cooling systems.
  • the object of the present invention is therefore to provide a control of the type and intended use which is simpler and less expensive to manufacture, and which is also to be characterized by better efficiencies than the controls according to the prior art.
  • control device in the control device according to the preamble of claim 1, the control takes place via one capacitor at each speed level, which can be switched on in parallel in the supply line of the motor, and in that each capacitor is initially connected via a contactless semiconductor switch and directly can then be applied to the supply voltage via a relay with a switching contact arranged in parallel with the respective semiconductor switch.
  • the invention is therefore that capacitors have taken the place of a transformer with a number of secondary taps corresponding to the desired number of switching stages. Depending on the desired switching level, these capacitors can gradually be switched in parallel to one another. A practically loss-free speed control is thereby realized.
  • each capacitor in parallel to each other is assigned a contactless semiconductor switch and the switching contact of a switching relay and that first the contactless semiconductor switch is switched on by applying a control voltage and then immediately afterwards by triggering the relay the relay contact of this switching stage in Closing position is brought.
  • a speed control has thus been created which can be designed for any number of switching stages, each switching stage being assigned a capacitor and the latter being able to be applied to the supply voltage in succession via a contactless semiconductor switch and then via the switching contact of a relay.
  • the capacitors of the individual switching stages can be connected in parallel with one another with the result that when the second and each subsequent speed stage are switched on, the capacitances of the capacitors assigned to these stages add up to one another.
  • An expedient development of the invention provides that the contactless semiconductor switch and the relay with the switch contact parallel to the semiconductor switch can be controlled in each speed stage via their in turn arranged switching contacts and that the switching contact serving to control the relay of each speed level immediately after actuating the Switch contact is actuated to control the associated semiconductor switch in its closed position.
  • the switch for setting the desired speed level is designed as a sequential switch with inevitable actuation of the contacts serving to actuate the relays in the individual switching stages after prior actuation of the contacts for actuating the respective semiconductor switch in their closed positions.
  • This switch can be a rotary or slide switch.
  • Another advantageous further development of the invention provides that the switching functions of the switch for setting the desired speed level depending on environmental conditions are triggered by means of a sensor system.
  • Each of the switching stages of the device for speed control is equipped with a capacitor C1, C2 ... which can be switched into the supply line of the motor M and also has a contactless semiconductor switch T1, T2 ... (in a special arrangement with passive components) and a relay R1, R2 ... with a switching contact K1, K2 ... arranged in parallel to the semiconductor switch of the relevant switching stage.
  • the contact S1.1 When the first switching stage is switched on, the contact S1.1 is brought into the closed position by means of the sequential switch and thereby the contactless semiconductor switch T1 is switched to continuity, with the result that a circuit from L to the contactless semiconductor switch T1, the capacitor C1 and the motor M. N closes.
  • the switch contact S1.2 of the first stage Immediately after the contactless semiconductor switch T1 has switched, as shown in the diagram in FIG. 2, the switch contact S1.2 of the first stage is in the closed position, as a result of which the relay R1 is actuated and its switch contact K1 arranged in parallel with the semiconductor switch T1 Closed position actuated, which then forms a current path parallel to the semiconductor switch T1.
  • the structure of the second switching stage, and any other switching stages that may be present, is the same as switching stage 1. If the second switching stage is to be switched on, the contactless semiconductor switch T2 is first activated and closed for continuity by closing the switch contact S2.1, whereupon the relay R2 is actuated by immediately following actuation of the switch contact S2.2 and the switch contact K2 is thereby closed. The capacitor C2 of the switching stage 2 is then connected in parallel to the capacitor C1 of the switching stage 1 and the total capacitance switched into the supply line of the motor M is equal to the sum of the capacitances of the capacitors C1 and C2.
  • the diagram according to FIG. 2 illustrates analogously to switching stage 1 for switching stage 2 and a third switching stage indicated in this diagram the closing of the switching contact S2.2 applying the relay R2 to the supply voltage immediately after the closing of the switching contact S2.1 to apply the contactless semiconductor switch T2 to the supply voltage.
  • the contactless semiconductor switches T1, T2 are illustrated in the same way as the switch contacts K1, K2 of the relays R1, R2 as switch contacts which can be actuated between a closed and an open position, merely for the sake of clarity.
  • the semiconductor switches are contactless switching elements in connection with passive components which are switched to continuity by application to a special supply voltage as a result of actuation of the assigned switching contacts S1.1, S2.1.

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Abstract

In jeder Drehzahlstufe der Steuereinrichtung ist ein Kondensator angeordnet, der über einen kontaktlosen Halbleiterschalter und unmittelbar nachfolgend über ein Relais mit einem zum jeweiligen Halbleiterschalter parallel angeordneten Schaltkontakt in den Versorgungsstrang des Motors ohne Bildung von Schaltfunken einschaltbar ist. Die Kondensatoren der Schaltstufen, die untereinander gleich oder auch unterschiedlich ausgebildet sein können, sind in Parallellage in den Versorgungsstrang des Motors einschaltbar. Die Einstellung der jeweils gewünschten Drehzahlstufe kann mittels eines von Hand betätigbaren Folgeschalters in Form eines Dreh- oder Schiebeschalters erfolgen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren, insbesondere von Motoren für den Antrieb von Ventilatoren, 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 anliegenden Spannung Transformatoren mit Sekundäranzapfungen.
  • Bei Steuerungen für Ventilatorantriebe sind in der Regel fünf Drehzahlstufen einstellbar und beispielsweise bei einer Eingangsspannung von 220/240 Volt am Trafo können an dessen Sekundäranzapfungen Ausgangsspannungen 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 Leistungen die Transformatoren mit Verrippungen zur Wärmeabfuhr versehen oder gar mit besonderen Kühlsystemen ausgerüstet sein.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer im Aufbau einfacheren und kostengünstiger herstellbaren Steuerung der eingangs genannten 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 unmittelbar 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 entsprechenden Anzahl Sekundäranzapfungen getreten sind. Diese Kondensatoren sind je nach gewünschter Schaltstufe nach und nach in Parallellage zueinander schaltbar. 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 Halbleiterschalter durch Anlegen einer Steuerspannung durchgeschaltet 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 Relaiskontaktes dieser Schaltstufe ein zweiter Strompfad geschaffen sowie während des Betriebes aufrechterhalten wird. Da im Augenblick des Schließens des Relaiskontaktes einer jeden Schaltstufe deren Kondensator bereits über den kontaktlosen Halbleiterschalter an Versorgungsspannung liegt, bestehen am Schaltkontakt des zugeordneten Relais allenfalls nur geringe Potentialunterschiede (Flußspannung der Halbleiter) und folglich können beim Betätigen des Relais-Schaltkontaktes 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 aufeinanderfolgend über einen kontaktlosen Halbleiterschalter und dann über den Schaltkontakt eines Relais an Versorgungsspannung anlegbar ist. Die Kondensatoren der einzelnen Schaltstufen sind dabei parallel zueinander schaltbar mit der Folge, daß beim Einschalten der zweiten und jeder folgenden Drehzahlstufe die Kapazitäten der diesen Stufen zugeordneten Kondensatoren einander addieren.
  • Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in jeder Drehzahlstufe der kontaktlose Halbleiterschalter und das Relais mit dem zum Halbleiterschalter parallelen Schaltkontakt über ihrerseits parallel zueinander angeordnete Schaltkontakte ansteuerbar sind und daß jeweils der zum Ansteuern des Relais dienende Schaltkontakt einer jeden Drehzahlstufe unmittelbar nach dem Betätigen des Schaltkontaktes zum Ansteuern des zugeordneten Halbleiterschalters in seine Schließlage betätigt wird.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung ist mithin sichergestellt, daß zwangsgesetzlich nach der Ansteuerung des kontaktlosen Halbleiterschalters einer Schaltstufe das Relais dieser Schaltstufe ebenfalls angesteuert und mithin der Relaiskontakt in seine Schließlage betätigt wird und den Elektronikstrompfad kurzschließt.
  • Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn der Schalter zum Einstellen der geweils gewünschten Drehzahlstufe als Folgeschalter mit zwangsläufiger Betätigung der dem Ansteuern der Relais in den einzelnen 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 Drehzahlsteuerung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen.
    • Fig. 1
    in einem Prinzipschaltbild eine Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Einphasen-Wechselstrommotors und
    Fig. 2
    in einem Schaubild die jeweils aufeinanderfolgende Betätigung eines Schaltkontaktes zum Ansteuern des kontaktlosen Halbleiterschalters und nachfolgend eines Schaltkontaktes zum Ansteuern eines Schaltrelais in verschiedenen Schaltstufen.
  • Bei der in dem Prinzipschaltbild gemäß Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Einphasen-Wechselstrommotors M sind zwei aufeinanderfolgende 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 Drehzahlsteuerung ist mit einem in den Versorgungsstrang des Motors M einschaltbaren Kondensator C1, C2 ... ausgerüstet und besitzt ferner einen kontaktlosen Halbleiterschalter T1, T2 ... (in spezieller Anordnung mit passiven Bauelementen) sowie ein Relais R1, R2 ... mit einemn jeweils zum Halbleiterschalter der betreffenden Schaltstufe in Parallellage angeordneten 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 Halbleiterschalter 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 veranschaulicht, 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 betätigt, 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 Schaltkontakt K1 auftreten können. Der über den geschlossenen Schaltkontakt K1 gebildete Strompfad stellt die weitere Versorgung des Motors M über den Kondensator C1 sicher, wenn der Halbleiterschalter T1 nach Herstellen des erwähnten parallelen Strompfades über K1 abfällt.
  • Der Aufbau der zweiten Schaltstufe, und ggf. vorhandener weiterer Schaltstufen, ist gleich der Schaltstufe 1. Wenn die zweite Schaltstufe zugeschaltet werden soll, wird mittels des erwöhnten Folgeschalters zunächst durch Schließen des Schaltkontaktes S2.1 der kontaktlose Halbleiterschalter T2 angesteuert und auf Durchgang geschaltet, worauf wiederum durch unmittelbar nachfolgende Betätigung des Schaltkontaktes 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 Gesamtkapazität 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 T2 an Versorgungsspannung.
  • In Fig. 1 sind lediglich der anschaulichen Darstellung wegen die kontaktlosen Halbleiterschaltert T1, T2 in gleicher Weise wie die Schaltkontakte K1, K2 der Relais R1, R2 als zwischen einer Schließ- und einer Öffnungslage betätigbare Schaltkontakte veranschaulicht. Tatsächlich handelt es sich indessen bei den Halbleiterschaltern um kontaktlose Schaltelemente 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 Drehzahlstufe 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 anliegenden 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 zueinander einschaltbar sind, und daß jeder Kondensator (C1, C2 ...) zunächst über einen kontaktlosen Halbleiterschalter (T1, T2 ...) und unmittelbar danach über ein Relais (R1, R2 ...) mit dem zum jeweiligen Halbleiterschalter (T1, T2 ...) parallel angeordneten Schaltkontakt (K1, K2 ...) an Versorgungsspannung anlegbar ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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; ...) ansteuerbar sind und daß jeweils der Schaltkontakt (S1.2, S2.2 ...) das Relais (R1, R2 ...) einer jeden Drehzahlstufe unmittelbar nach dem Betätigen des Schaltkontaktes (S1.1, S2.1 ...) zum Ansteuern des zugeordneten Halbleiterschalters (T1, T2 ...) in seine Schließlage betätigt wird.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, 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 Halbleiterschalters (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 gewünschten Drehzahlstufe (1, 2 ...) in Abhängigkeit von Umgebungszuständen mittels einer Sensorik ausgelöst werden.
EP9393109672A 1992-08-29 1993-06-17 Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren. Withdrawn EP0585551A3 (de)

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