DE2842391A1 - Vorrichtung zum umschalten der drehzahl eines drehstrommotors - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Umschalten der Drehzahl eines
• Drehstrommotors Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
• Drehstrommotpren laufen in der Regel mit einer Drehzahl, die in einem festen Verhältnis zur Frequenz der den Drehstrommotor versorgenden Wechselspannung steht. Eine kontinuierliche Regelung der Drehzahl eines Drehstrommotors ist daher nur mit beträchtlichem elektronischen Aufwand möglich, beispielsweise durch Halbleitersteller für stetige Frequenzumformung. Ein derartiger Halbleitersteller ist beispielsweise aus der DE-OS 25 57 710 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird ein Asynchronmotor über einen Dreiphasen-Wechselrichter gespeist, dessen Halbleiterschalter von einem Steuersatz zyklisch mit der gewünschten Frequenz durchgeschaltet werden.
• Es ist weiterhin bekannt, eine stufenweise Umschaltung der Drehzahlen des Drehstrommotors dadurch zu erreichen, daß die Polpaarzahl des Drehstrommotors umschaltbar gemacht wird. Nachteile dieser polumschaltbaren Motoren ist jedoch, daß sie eine sehr aufwendige Wicklung erfordern und das Gewicht des Motors insgesamt sehr hoch wird.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, ein Umschalten der Drehzahl eines Drehstrommotors mit vergleichsweise geringem elektronischen Aufwand zu ermöglichen.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. So ist es beispielsweise mit nur fünf Halbleiterschaltern (Triacs) in und zwischen den Zuleitungen vom Drehstrommotor zur Stromversorgungseinheit möglich, einen Drehstrommotor in Sternschaltung mit Mittelpunktsleiter in der Drehzahl umschaltbar zu machen; bei Verwendung eines Drehstrommotors ohne Mittelpunktsleiter sind sieben Halbleiterschalter erforderlich.
• In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Halbleiterschalter mit einer Harmonischen der Wechselspannung umgeschaltet, so daß die Drehzahl des Drehstrommotors auf ein Drittel, ein Neuntel usf. der Nenndrehzahl heruntergeschaltet werden kann.
• Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Drehstrommotor in Sternschaltung mit Mittelpunktsleiter; Fig. 2 Spannungsverläufe zur Erläuterung der Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 1; Fig. 3 das Prinzipschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Drehstrommotor in Sternschaltung ohne Mittelpunktsleiter; Fig. 4 das Prinzipschaltbild einer dritten Auführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Drehstrommotor in Sternschaltung ohne Mittelpunktsleiter bei Anschluß an eine Einphasen-Stromversorgung.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist mit 10 ein Drehstrommotor bezeichnet, der über in Stern geschaltete Wicklungen 11, 12, 13 verfügt.
• Die Wicklungen 11, 12, 13 sind an Klemmen 14, 15, 16 geführt, die üblicherweise mit u, v, w bezeichnet werden.
• Der Sternpunkt ist mit einer weiteren Klemme 17 verbunden, wie sie mit MP bezeichnet wird. Zur Versorgung des Drehstrommotors 10 ist eine Stromversorgunseinheit 20 vorgesehen, die über einen ersten Anschluß 21, einen zweiten Anschluß 22 und einen dritten Anschluß 23, die mit den Phasenspannungen R, S und T beschaltet sind sowie einen vierten Anschluß 24, der mit MP bezeichnet ist, verfügt. Die Verbindung von Stromversorgungseinheit 20 zum Drehstrommotor 10 erfolgt über Zuleitungen 25, 26, 27, 28. In und zwischen die Zuleitungen 25, 26, 27 ist eine Halbleiterschalter-Anordnung 30, bestehend aus einem ersten Schalter 31 in der Zuleitung 25, einem zweiten Schalter 32 in der Zuleitung 26, einem dritten Schalter 33 in der Zuleitung 27, einem vierten Schalter 34 zwischen dem zweiten Anschluß 22 und der Klemme 14 sowie einem fünften Schalter 35 zwischen dem zweiten Anschluß 22 und der Klemme 16, angeordnet. In die Zuleitung 28 ist eine Saugdrossel 40 geschaltet.
• Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung kann mit Hilfe der Spannungsverläufe aus Fig. 2 erläutert werden. In einer ersten Betriebsweise sind die Schalter 31, 32, 33 geschlossen und die Schalter 34, 35 geöffnet.
• In dieser ersten Betriebsweise ist demnach der Drehstrommotor 10 in bekannter Weise mit der Stromversorgungseinheit 20 verbunden und dreht sich mit seiner Nenndrehzahl.Die Spannungen an den Klemmen 14, 15, 16 haben damit den bekannten Verlauf nach Fig. 2a. In einer zweiten Betriebsweise werden nun jedoch die Schalter 31 und 33 geöffnet und die Schalter 32, 34, 35 zyklisch geschlossen, d.h., es ist jeweils ein Schalter geschlossen und zwei geöffnet. Entsprechend Fig. 2b werden die Schalter 32, 34, 35 zyklisch mit jeder Halbwelle einer Phasenspannung umgeschaltet. Dies bedeutet, daß beispielsweise an der Klemme 15 ein Spannungsverlauf auftritt, wie er aus Fig. 2b ersichtlich ist. Die Grundfrequenz des so entstehenden Spannungsverlaufes beträgt ein Drittel der Nennfrequenz, so daß der Drehstrommotor 10 nur noch mit einem Drittel der Nenndrehzahl umläuft. In entsprechender Weise ist es selbstverständlich auch möglich, ein Neuntel usf.
• der Nenndrehzahl zu erreichen.
• Im Betriebsfall mit einem Drittel, Neuntel usf. der Nenndrehzahl ist die vom Läufer des Drehstrommotors 10 in den Wicklungen 11, 12, 13 induzierte Spannung nur ein Drittel, Neuntel usf. der Nennspannung. Zur Vermeidung eines Überstroms in der jeweils angesteuerten Wicklung ist die Saugdrossel 40 vorgesehen.
• Die Anordnung entsprechend Fig. 3 bezieht sich auf einen im Stern geschalteten Drehstrommotor ohne Mittelpunktsleiter. Zum erfindungsgemäßen Betrieb eines solchen Drehstrommotors sind zwei weitere Schalter 36, 37 erforderlich, die zwischen den dritten Anschluß 23 und die Klemmen 14 bzw. 15 geschaltet sind.
• Auch bei der Vorrichtung entsprechend Fig. 3 werden in einer ersten Betriebsweise (Nenndrehzahl) die Anschlüsse 21, 22, 23 durch Schließen der Schalter 31, 32, 33 und gleichzeitiges öffnen der übrigen Schalter fest mit den Klemmen 14, 15, 16 verbunden. In der zweiten Betriebsweise wird die verkettete Spannung S-T, wie sie zwischen den Anschlüssen 22 und 23 abnehmbar ist, vermittels der Schalter 32, 34, 35 und 33, 36, 37 zyklisch auf die Klemmen 15, 14, 16 geschaltet. Für eine zyklische Umschaltung I-II-III ergibt sich damit ein Umschaltschema der folgenden Art. (Der erste Schalter 31 ist in dieser Betriebsweise stets geöffnet): Schalter I II III zweiter (32) 1 0 0 dritter (33) 1 Ci 0 vierter (34) 0 1 0 fünfter (35) 0 0 1 sechster (36) 0 0 1 siebter (37) 0 1 0 Eine Vorrichtung entsprechend Fig. 3 eignet sich ebenfalls für Einphasen-Stromversorgungseinrichtungen, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist. Hierbei ist zwischen den ersten Anschluß 21 und den zweiten Anschluß 22 in bekannter Weise ein Kondensator 41 geschaltet. Der zweite Anschluß 22 ist mit der Phasenspannung P und der dritte Anschluß mit den Nulleiter N beschaltet.
• Eine Vorrichtung zum zyklischen Umschalten der Halbleiterschalter (31, 32, 33, 34, 35, 36) ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung. Sie wurde daher im einzelnen nicht beschrieben.

Claims (9)

1. Ansprüche Vorrichtung zum Umschalten der Drehzahl eines Drehstrommotors mit einer über Zuleitungen an den Drehstrommotor angeschlossenen Stromversorgungseinheit mit wenigstens einem ersten, zweiten und dritten Anschluß, an denen wenigstens eine Phasenspannung abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zuleitungen (25, 26, 27) und zwischen die Zuleitungen (25, 26, 27) eine Vielzahl von Schaltern (31, 32, 33, 34, 35) geschaltet ist, mit denen in einer ersten Betriebsart die Anschlüsse (21, 22, 23) der Stromversorgungseinheit (20) fest an die Klemmen (14, 15, 16) des Drehstrommotors (10) anschließbar si-nd und in einer zweiten Betriebsart eine Phasenspannung von der Stromversorgungseinheit (20) zyklisch an die Klemmen (14, 15, 16) des Drehstrommotors (10) schaltbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor (10) im Stern mit Mittelpunktsleiter (MP) geschaltet ist, daß ein erster/zweiter/dritter Schalter (31, 32, 33) in der ersten/zweiten/dritten Zuleitung (25, 26, 27) angeordnet ist, daß der zweite Anschluß (22) der Stromversorgungseinheit (20) über einen vierten bzw. fünften Schalter (34, 35) mit den jeweils nicht zugeordneten Klemmen (14, 16) des Drehstrommotors (10) verbunden ist, daß in der ersten Betriebsweise der erste, zweite und dritte Schalter (31, 32, 33) geschlossen und der vierte und fünfte Schalter (34, 35) geöffnet sind und daß in der zweiten Betriebsweise der erste und dritte Schalter (31, 33) geöffnet sind und von dem zweiten, vierten und fünften Schalter (32, 34, 35) zyklisch je einer geschlossen ist und die beiden anderen geöffnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster/zweiter/dritter Schalter (31, 32, 33) in der ersten/zweiten/dritten Zuleitung (25, 26, 27) angeordnet ist, daß ferner der zweite Anschluß (22) der Stromversorgungseinheit (20) über einen vierten bzw.

   fünften Schalter (34, 35) mit den jeweils nicht zugeordneten Klemmen (14, 16) des Drehstrommotors (10) verbunden ist, daß der dritte Anschluß (23) der Stromversorgungseinheit (20) über einen sechsten bzw.

   siebten Schalter (36, 37) mit den jeweils nicht zugeordneten Klemmen (14, 15) des Drhstrqmmotors (10) verbunden ist, daß in der ersten Betriebsweise der erste, zweite und dritte Schalter (31, 32, 33) geschlossen und der vierte, fünfte, sechste und siebte (34, 35, 36, 37) geöffnet sind und daß in der zweiten Betriebsweise der erste Schalter (31) geöffnet ist und die übrigen Schalter nach dem Schema: Schalter I II III zweiter(32) 1 0 0 dritter (33) 1 0 0 vierter (34) 0 1 0 fünfter (35) 0 0 1 sechster (36) 0 0 1 siebter (37) 0 1 0 zyklisch umgeschaltet werden.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor (10) im Stern ohne Mittelpunktsleiter (MP) oder im Dreieck geschaltet ist und daß an den drei Anschlüssen (21, 22, 23) der Stromversorgungseinheit (20) Drehstrom-Phasenspannungen (R, S, T) abnehmbar sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor (10) im Stern ohne Mittelpunktsleiter (MP) oder im Dreieck geschaltet ist, daß der zweite Anschluß (22) der Stromversorgungseinheit (20) mit einer Phasenspannung (S) und mit dem ersten Anschluß (21) über einen Kondensator (41) verbunden ist und daß der dritte Anschluß (23) als Nulleiter (N) dient.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zyklische Umschaltung der Schalter (32, 33, 34, 35, 36, 37) in der zweiten Betriebsweise mit einer Harmonischen der Frequenz des Drehstromes erfolgt.
7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37) als Triacs ausgebildet sind.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Anprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste/zweite/dritte Schalter (31, 32, 33) als elektromechanischer Schalter mit drei Schaltstrecken ausgebildet ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mittelpunktsleiter (28), eine Saugdrossel (40) geschaltet ist.