DE3042927A1 - Energy economiser for polyphase induction motors - has two triacs conducting differently at very light loads for smooth operation and max. energy saving - Google Patents

Abstract

A standard three-phase induction motor starts with all three of its input connections connected to the three-phase power line. Two of these connections are through triacs which remain continuously conducting below the motor's particular most energy-efficient speed, which is above about 95% of synchronous speed. This assures full starting torque and undiminished overload handling capability. The triacs, in response to a control signal, may open the circuits over a sufficiently wide portion of the sine wave input voltage to maintain the particular efficient speed under all rated load conditions. The DC control voltage which determines the operation of the triacs is generated by a frequency discriminator circuit which receives its information from a load detecting device that is frequency modulated by load/speed related properties inherent in induction motors.

Description

Steuerschaltung bei einem Dreiphasendrehstrommotor Control circuit for a three-phase three-phase motor

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung bei einem Dreiphasendrehstrommotor, wo in Abhängigkeit der am Motor wirkenden Last eine Phasenschnittsteuerung vorgenommen wird.The invention relates to a control circuit in a three-phase three-phase motor, where a phase cut control is carried out depending on the load acting on the motor will.

Bei konventionellen Induktionsmotoren liegt die gesamte Sinuswelle der Spannung a der Statorwicklung an, und abhängig von der Last, welche am Motor wirkt. In denjenigen Fällen, wo die Last über einen weiten Bereich sich verändert, sinkt der Wirkungsgrad des Motors stark ab wenn er ohne Last oder im Teillastbetrieb arbeitet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Eisenverluste im Stator im wesentlichen die gleichen sind bei Volllastbetrieb und bei einem Betrieb unterhalb der Volllast. Bei einem Volllastbetrieb kommt noch hinzu, daß die Ströme und somit die Kupferverluste wesentlich sind.With conventional induction motors, the entire sine wave lies the voltage a of the stator winding, and depending on the load on the motor works. In those cases where the load changes over a wide range, the efficiency of the motor drops sharply when it is operated without load or in partial load operation is working. This is due to the fact that the iron losses in the stator are essentially the same are in full load operation and in operation below full load. In the case of full load operation, there is also the fact that the currents and thus the copper losses are essential.

Wenn ein konventioneller mehrphasiger Induktionsmotor betrieben wird im Teillastbereich, dann genügt ein Teil der Sinuswelle der Spannung oder ein einphasiger Betrieb um die notwendige Leistung aufzubringen. Das Abschneiden eines Teils der Sinuswellenspannung oder die Arbeitsweise im Einphasenbetrieb führt dazu, daß die Eisen- und die Kupferverluste und das Erwärmen des Stators wesentlich herabgesetzt werden. Die geringere Betriebstemperatur des Motors vermindert weiterhin wegen des dann geringeren ohmschen Widerstandes die Kupferverluste. Diese Faktoren führen insgesamt zu einer Verminderung der vom Motor verbrauchten Energie, wodurch der Betrieb des Motors preisgünstiger wird.When a conventional multi-phase induction motor is operated in the partial load range, then part of the voltage sine wave or a single-phase one will suffice Operation to provide the necessary performance. The cutting off one Part of the sine wave voltage or the mode of operation in single-phase operation leads to that the iron and copper losses and the heating of the stator are significantly reduced will. The lower operating temperature of the engine is further reduced because of the then lower ohmic resistance, the copper losses. These factors lead overall result in a reduction in the energy consumed by the motor, thereby reducing the Operation of the engine becomes cheaper.

Die vorliegende Erfindung geht davon aus, die dem rotor zugeführte elektrische Energie und die Flußdichte im Stator bei einem üblichen nicht modifizierten mehrphasigen Induktionsmotor als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs zu steuern. Der Grundgedanke ist hierbei, in Abhängigkeit des Motorschlupfes einen mehr oder weniger großen Anteil der Sinuswellenspannung zum Motor durchzulassen oder in im Einphasenbetrieb zu betreiben. Dies führt jeweils zu einer Verminderung der Eisen- und Kupferverluste.The present invention assumes that the rotor is fed electrical energy and the flux density in the stator in the case of a common unmodified to control multi-phase induction motor as a function of the instantaneous load demand. The basic idea here is one more or more, depending on the motor slip to let through less large part of the sine wave voltage to the motor or in im To operate single-phase operation. This leads to a reduction in the iron and copper losses.

Zu diesem Zweck wird lediglich eine Wicklung des Stators direkt mit einer Phase des Drehstroms verbunden. Die beiden anderen Wicklungen sind über Triacs mit der Drehstromquelle verbunden. Wird der Motor eingeschaltet, dann sind diese Triacs kontinuierlich leitend, wodurch ein Anlauf des Motors mit vollem Drehmoment gewährleistet ist. Nach dieser Startphase werden die Triacs Teil einer nicht linearen positiven Rückkopplungsschleife, bei welcher der Phasenwinkel gesteuert wird durch Phasenscllnittsteuerschaltungen,und zwar in Abhängigkeit durch ein frequenzmoduliertes Signal, dessen Modulation von der am Motor wirkenden Last abhängig ist. Der Phasen -winkel ist also abhängig von der jeweils augenblicklich am Motor wirkenden Last. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Motordrehzahl bei allen Lastbedingungen im wesentlichen konstant bleibt. Wirkt am Motor eine große Last, dann wirkt die volle elektrische Energie am Motor.For this purpose, only one winding of the stator is used directly connected to a phase of three-phase current. The other two windings are via triacs connected to the three-phase power source. If the motor is switched on, then these are Triacs continuously conductive, allowing the motor to start with full torque is guaranteed. After this start phase, the triacs become part of a non-linear one positive feedback loop in which the phase angle is controlled by Phase cut control circuits, specifically as a function of a frequency-modulated Signal whose modulation depends on the load acting on the motor. The phases -angle is therefore dependent on the current moment on the engine acting load. In this way it is achieved that the engine speed under all load conditions remains essentially constant. If a large load acts on the engine, then it acts full electrical energy on the motor.

Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erhalten und um zu erreichen, daß der Motor und die Steuerschaltung in allmählichen Übergängen arbeiten, erfolgen die Phasenschnitte bei den beiden restlichen Phasen bei unterschiedlichen Winkeln. Hierdurch wird auch bewirkt, daß bei sehr geringer Last oder bei Nullast eine Phase abgeschaltet wird, so daß der Motor nunmehr als Einphasenmotor arbeitet.To get optimal efficiency and to achieve that the motor and the control circuit operate in gradual transitions the phase cuts in the two remaining phases at different angles. This also has the effect that with a very low load or with no load a phase is switched off so that the motor now works as a single-phase motor.

Ein Ausführu.ngsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der Steuerschaltung und Fig, 2 ein Schaltschema eines bevcrzugten Ausführungsbeispiels der in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung.An exemplary embodiment is explained in more detail below with the aid of the drawings explained. 1 shows a block diagram of the control circuit and FIG. 2 shows a block diagram Circuit diagram of a preferred embodiment of the control circuit shown in FIG.

Wie die Fig. 1 zeigt, weist der übliche Dreiphasenmotor 10 Statorwindungen 2a, 2b und 2c auf, welche über die Leitungen 4a, 4b und 4c mit einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle 3 verbunden sind. Bei einer Bestromung der Statorwindungen wird der Rotor 12 in Drehung versetzt. Anstelle einer direkten Verbindung der Statorwindungen mit der Wechselstromquelle 3 ist eine Verbindung vorgesehen, wie sie die Fig. 1 zeigt. Lediglich die Leitung 4c ist direkt in üblicher Weise mit der Statorwindung 2c verbunden. Die Leitungen 4b und 4a dagegen sind mit einer Seite eines von jeweils zwei Festkörperschaltern 5 und 6 verbunden. Die an alle Windungen angekuppelte mittlere Energie von der Stromquelle 3, einschließlich der Statorwindung 2c wird somit eine Funktion der Leitfähigkeitsdauer der Schalter 5 und 6. Bei den Schaltern 5 und 6 handelt es sich beispielsweise um Triacs, welche Teilen von Wellenmodifikatoren 7 und8 sind, deren Arbeitsweise gesteuert wird durch eine Gleichstromsteuerspannung, wie sie in der Leitung 16b am Ausgang eines Emitterfolgers 11 auftritt. Die Größe dieser Gleichstromsteuerspannung entspricht der Frequenzmodulation, wie sie erzeugt wird durch einen verhältnismâßig kleinen Wechselstromgenerator, welcher mechanisch mit dem Motor 10 verbunden ist.As FIG. 1 shows, the conventional three-phase motor has 10 stator windings 2a, 2b and 2c, which via lines 4a, 4b and 4c with a three-phase AC voltage source 3 are connected. When the stator windings are energized the rotor 12 is set in rotation. Instead of a direct connection of the stator windings a connection is provided with the alternating current source 3, as shown in FIG. 1 shows. Only the line 4c is directly connected to the stator winding in the usual way 2c connected. The lines 4b and 4a, on the other hand, are one side of each two solid-state switches 5 and 6 connected. The middle one, coupled to all turns Energy from the power source 3 including the stator winding 2c thus becomes one Function of the conductivity time of switches 5 and 6. For switches 5 and 6 For example, it is about triacs, which are parts of wave modifiers 7 and 8, the operation of which is controlled by a direct current control voltage, as occurs in line 16b at the output of an emitter follower 11. The size this DC control voltage corresponds to the frequency modulation as it is generated is powered by a relatively small alternator, which is mechanically is connected to the engine 10.

Der Generator 18 von Fig. 1 weist einen gezahnten Rotor 18a auf, der auf einer Welle 13 angeordnet ist, wobei es sich gleichzeitig bei dieser Welle um die Welle des Induktionsmotors 10 handelt. Der gezahnte Rotor 18 und sein Stator bilden zusammen einen kleinen Wechselstromgenerator, dessen Ausgangsfrequenz bestimmt wird durch die Drehgeschwindigkeit des Rotors 18a und die Anzahl der Zähne des Rotors. Die Ausgangsfrequenz des Generators ist ein ganzzahnig Vielfaches der Drehgeschwindigkeit des Induktionsmotors 10 und beträgt beispielsweise das 60-fache der minütlichen Umdrehungszahl des Motors. Der Ausgang des Generators 18, der bevorzugt eine wesentlich höhere Frequenz aufweist als die Wechselstromquelle 3 ist ein elektromechanisch erzeugtes Wechselstromsignal, mit zwei Arten von lastbezogener Frequenzmodulation. Eine erste Art der rotorerzeugten Frequenzmodulation im Generator 18 ist allen Indukticnsmotoren inhärent und wird bewirkt durch die Änderung des Rotorschlupfeslwelche aus einer Anderung in der mechanischen Motorlast resultiert. Die mittlere Frequenz des Wechselstromsignales (erzeugt durch die Motorwellenumdrehung) ändert sich direkt proportional mit Anderungen der Drehzahl, welche durch die Last bedingt sind.The generator 18 of Fig. 1 has a toothed rotor 18a, the is arranged on a shaft 13, which shaft is at the same time the shaft of the induction motor 10 acts. The toothed rotor 18 and its stator together form a small alternating current generator whose output frequency is determined is determined by the speed of rotation of the rotor 18a and the number of teeth on the rotor. The output frequency of the generator is a whole tooth multiple of the rotational speed of Induction motor 10 and is, for example, 60 times the number of revolutions per minute of the motor. The output of the generator 18, which is preferably a much higher one Has frequency than the alternating current source 3 is an electromechanically generated AC signal, with two types of load-related frequency modulation. A first The type of frequency modulation produced by the rotor in the generator 18 is common to all inductive motors inherent and is caused by the change in the rotor slip which results from a Change in mechanical engine load results. The average frequency of the AC signal (generated by the motor shaft rotation) changes in direct proportion to changes the speed, which are due to the load.

Sowohl mehrphasige als auch einphasige Motoren erzeugen diese Form von lastinduzierten Frequenzverschiebungsmodulationen.Both multi-phase and single-phase motors create this shape of load-induced frequency shift modulations.

Weniger merkbare Rotorbewegungen eines dreiphasigen Motors, welcher einphasig oder in dreiphasiger Teilsinuswelle betrieben wird, erzeugt eine weitere Form der Frequenzmodulation im Ausgang des Generators 18. Bei einphasigen Motorbetrieb sind natürliche Drehmomentveränderungen vorhanden. Diese treten auf infolge des sinusförmigen Stromdurchflusses durch die Staturwindungen, da hierbei der Strom zweimal während jedes Zykluses durch den Nullpunkt hindurch geht, wodurch geringfügige Drehzahlveränderungen auftreten. Bei einer 60 Hz Wechselstrom Stromquelle tritt bei einphasigem Betrieb eine lastabhängige Drehzahlveränderung und Geschwindigkeitsveränderung von 120 mal/Sekunde auf. Wird ein Dreiphasenmotor mit 60Hz und mit Teilsinuswellen betrieben, dann treten diese Jrehz ah 1 - und Geschwindigkeit sänderunyen 360 mal/Sekunde auf, wobei diese Frequenz ebenfalls den Ausgang des Generators moduliert. Wenn die am Motor 10 wirkende Last sich erhöht von der Nullast ab, dann besteht das vom Generator 18 erzeugte Signal aus einer mittleren Frequenz, welche proportional ist zur mittleren Geschwindigkeit mit Variationen oberhalb und unterhalb dieser mittleren Frequenz, welche zuerst auftreten mit einer Frequenz von 120/ Sekunden während der einphasigen Arbeitsweise und welche sich verändern auf eine Frequenz von 360/Sekunde bei einer dreiphasigen Arbeitsweise mit Phasenschnitt.Less noticeable rotor movements of a three-phase motor, which is operated single-phase or in three-phase partial sine wave, generates another Form of frequency modulation in the output of generator 18. For single-phase motor operation there are natural torque changes. These occur as a result of the sinusoidal current flow through the stator windings, as this is the current passes through zero twice during each cycle, creating minor Speed changes occur. With a 60 Hz AC power source occurs a load-dependent speed change and speed change in single-phase operation from 120 times / second. Will be a three-phase motor with 60Hz and partial sine waves operated, then this Jrehz ah 1 - and speed sänderunyen 360 times / second on, with this frequency also the output of the generator modulated. If the load on engine 10 increases from zero load, then the signal generated by the generator 18 consists of a mean frequency, which is proportional to the mean speed with variations above and below this middle frequency, which occurs first with a frequency of 120 / seconds during the single-phase operation and which change on a frequency of 360 / second with a three-phase mode of operation with phase cut.

Dieses frequenzmodulierte Wechselstromsignal wird dem Eingang eines Frequenzdiskriminators 17 zugeführt, welcher die in der Leitung 20 vorhandene Frequenzmodulation umsetzt in eine entsprechende Gleitstromsteuerspannung in der Leitung 16, deren Amplitude eine Funktion der Gesamtfrequenzmodulation des Signals bei Motordrehzahlen oberhalb etwa 95 % der Synchrondrehzahl ist.This frequency-modulated alternating current signal is the input of a Frequency discriminator 17 supplied, which the existing in the line 20 frequency modulation converted into a corresponding sliding current control voltage in line 16, the Amplitude is a function of the total frequency modulation of the signal at engine speeds is above about 95% of the synchronous speed.

Zum Verständnis der nachfolgenden Beschreibung sei vorausgesetzt, daß der Generator 18 60 Zähne aufweist und da der Induktionsmotor bei einer Drehzahl von 30 Umdrehungen/Minute arbeitet, so daß der Wechselstrom des Generators eine Frequenz von 1800 nz aufweist.To understand the following description it is assumed that that the generator 18 has 60 teeth and there the induction motor at one speed of 30 revolutions / minute works, so that the alternating current of the generator a Has a frequency of 1800 nz.

Das Ausgangssignal des Wechselstromgenerators 18 liegt an einem LC Schaltkreis 32 gem. Fig. 2 an. Dieser LC Schaltkreis weist eine breite Resonanz bei der Generatorfrequenz auf, wodurch die Ausgangsspannung nahezu sinusförmig wird. Das resultierende Wechselstromsignal wird über einen Kondensator 33 der Basis des Transistors 34 zugeführt, dessen Kollektor über einen Widerstand 35 an der positiven Gleichstromleitung 31 anliegt. Irgendwelche Amplitudenveränderungen des vom Wechselstromgenerator 18 erzeugten Signals werden eliminiert durch die Klemmwirkung einer Diode 36 und die Begrenzungswirkung der Basis-Emitterstrecke des Transistors 34. Somit arbeitet der Transistor 34 als Begrenzungsverstärker.The output of the alternator 18 is applied to an LC Circuit 32 according to FIG. This LC circuit has a broad resonance at the generator frequency, making the output voltage almost sinusoidal. The resulting alternating current signal is fed through a capacitor 33 to the base of the The transistor 34 is fed, the collector of which is connected to the positive via a resistor 35 DC line 31 is present. Any changes in amplitude from the alternator 18th generated signal are eliminated by the clamping effect of a diode 36 and the Limiting effect of the base-emitter path of the transistor 34. Thus, the works Transistor 34 as a limiting amplifier.

Infolge der positiven und negativen Klemmwirkungen wird die Kurvenform an der Basis und am Kollektor des Transistors 34 an der Spitze abgeflacht. Diese flachen Spitzenimpulse werden zugeführt einem Resonatorschaltkreis 37, welcher hierduch erregt wird und welcher oberhalb einer der Frequenzen des Generators 18 schwingt bei näherungsweise 1850 Hz. Das Ausgangssignal des Wechselstromgenerators -wirkt an der Schräge der Resonanzkurve des Schaltkreises 37, so daß dieser Schaltkreis 37 praktisch wie ein Frequenzdiskriminator arbeitet, d.h. die am Schaltkreis 37 auftretende Spannung verändert sich bezüglich ihrer Amplitude in übereinstimmung mit der Frequenz des Signals, welches vom Transistor 34 zugeführt wird.As a result of the positive and negative clamping effects, the curve shape becomes flattened at the base and collector of transistor 34 at the top. These flat peak pulses are applied to a resonator circuit 37, which hereby is excited and which oscillates above one of the frequencies of the generator 18 at approximately 1850 Hz. The output of the alternator -acts at the slope of the resonance curve of the circuit 37, so that this circuit 37 works practically like a frequency discriminator, i.e. the one on circuit 37 occurring voltage changes with respect to its amplitude in accordance at the frequency of the signal supplied by transistor 34.

Das im Resonatorschaltkreis 37 erzeugte Signal wird über ein Potentiometer 38 und einen Kondensator 39 einem vorgespannten Gleichstromverstärker zugeführt, welcher einen Transistor 40 umfaßt. Sobald die positive Signal spannung den Schwellwert dieses Verstärkers überschreitet, tritt beim Transistor 40 rasch-ein nicht linearer Kollektorstrom auf. Hierbei ist der Potentiometer 38 so eingestellt, daß das nicht lineare Einschalten des Transistors bezogen ist auf eine spezielle energiegünstige Drehzahl von etwa 95 % der Synchrondrehzahl des Motors. Oberhalb dieser Drehzahl wird die mittlere Leitfähigkeit des Transistors allmählich mehr lineal in Abhängigkeit der demodulierten Signalsparinungsamplitude. Der Transistor 40 ist in beiden Richtungen vorgespannt durch das Lader und Entladen des Kondensators 39 infolge des Durchgangs eines Wechselstroms durch diesen Kondensator und die nachfolgende Gleichrichtung durch den Transistor 40. Infolge der negativen Vorspannung und infolge des Emitterwiderstands 45 beim Transistor 40 ist die Last, die durch den Transistor 40 am Resonatorschaltkreis 37 wirkt, minimal. Eine Zehnerdiode 41, welche zwischen der Anode einer Diode 42 und Masse angeordnet ist, bildet einen niederomigen Entladekreis für den Kondensator 39 bei negativen Signal spitzen, welche die Schwellwertspannung der Zehnerdiode übersteigen. Hierdurch wird der Transistor 40 gegen hohe negative Spannungsspitzen geschützt. Die Diode 42 verhindert, daß das positive Wechselstromsignal über die Zehnerdiode 41 nach Masse abgeleitet wird.The signal generated in the resonator circuit 37 is via a potentiometer 38 and a capacitor 39 fed to a biased DC amplifier, which comprises a transistor 40. As soon as the positive signal voltage reaches the threshold value exceeds this amplifier, transistor 40 rapidly becomes non-linear Collector current on. Here, the potentiometer 38 is set so that this is not the case linear turn-on of the transistor is related to a special energy-efficient Speed of about 95% of the synchronous speed of the motor. Above this speed the mean conductivity of the transistor becomes gradually more linear as a function the demodulated signal saving amplitude. The transistor 40 is in both directions biased by the charger and capacitor 39 discharging as a result the passage of an alternating current through this capacitor and the subsequent one Rectification by transistor 40. As a result of the negative bias and as a result of the emitter resistor 45 in transistor 40 is the load imposed by the transistor 40 acts on the resonator circuit 37, minimal. A Zener diode 41, which between the anode of a diode 42 and ground is arranged, forms a low-impedance discharge circuit for the capacitor 39 peak at negative signal, which the threshold voltage the Zener diode. This turns transistor 40 toward high negative Voltage peaks protected. Diode 42 prevents the positive AC signal is derived via the Zener diode 41 to ground.

Da die Amplitude der Wechselspannung über dem Resonatorschaltkreis 37 sich verändert in übereinstimmung mit der lastbezogenen Frequenzmodulation des dort zugeführten Signals, verändert sich auch die Vorspannung beim Transistor 40. Der Teil des Signals, welcher den Transistor 40 in den leitenden Zustand bringt, verändert sich somit zu jedem Zeitpunkt in übereinstimmung mit der Motorlast.Because the amplitude of the AC voltage across the resonator circuit 37 changes in accordance with the load-related frequency modulation of the signal fed there, the bias voltage in transistor 40 also changes. That part of the signal which brings transistor 40 into the conductive state, thus changes at any point in time in accordance with the engine load.

Oberhalb des nicht linearen Schwellwert des Transistors 40 führt eine anwachsende Amplitude der Wechselspannung über dem Resonatorschaltkreis 37 zu einem Anwachsen des Stromflusses durch den Widerstand 43, der seinerseits zu einem größeren Spannungsabfall längs des Widerstandes 43 führt, wodurch die Spannung am Kollektor des Transistors 40 vermindert wird und umgekehrt. Insgesamt gesehen arbeitet dieser Teil des Schaltkreises wie ein inverser Signal -generator, d.h. eine Umkehr der Amplitudenänderung tritt zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 40 auf.Above the non-linear threshold value of transistor 40, one leads increasing amplitude of the AC voltage across the resonator circuit 37 to one Increase in the current flow through the resistor 43, which in turn becomes a greater The voltage drop across the resistor 43 results, reducing the voltage on the collector of transistor 40 is reduced and vice versa. Overall, this one works Part of the circuit like an inverse signal generator, i.e. a reverse of the Change in amplitude occurs between the base and collector of transistor 40 on.

Der Kollektor des Transistors 40 ist mit einer Seite eines Kondensators 44 verbunden, dessen andere Seite an Masse liegt. Der Kondensator 44 wird aufgeladen über den Widerstand 43 während eines Teils der Zeit, d.h. wenn der Transistor 40 nicht leitend ist und wird über den Transistor 40 und den Widerstand 45 entladen, wenn der Transistor 40 sich im leitenden Zustand befindet. Die Zeitkonstante des RC Kreises 43, 44 ist lang in Bezug auf 1800dz, d.h. die nominale Ausgangsfrequenz des Wechselstromgenerators 18. Die Spannung der Frequenz kleiner Welligkeit über den Kondensator 44 weist daher eine sehr kleine Amplitude auf. Wenn der Motor 10 also sich mit einer Drehzahl dreht, welche nahe der energiewirksamsten Drehzahl ist, dann fällt die Spannung über dem Kondensator 44 auf ein nahezu konstantes Gleichstrompotential ab, dessen mittlere Amplitude sich verändert proportional zur last- und drehzahl.The collector of transistor 40 is connected to one side of a capacitor 44 connected, the other side of which is connected to ground. The capacitor 44 is charged across resistor 43 during part of the time, i.e. when transistor 40 is not conductive and is discharged through transistor 40 and resistor 45, when the transistor 40 is in the conductive state. The time constant of the RC circuit 43, 44 is long in relation to 1800dz, i.e. the nominal output frequency of alternator 18. The voltage of frequency small ripple above the capacitor 44 therefore has a very small amplitude. When the engine 10 So it rotates at a speed which is close to the most energy efficient speed is then the voltage across capacitor 44 drops to a nearly constant DC potential from, the mean amplitude of which changes proportionally to the load and speed.

induzierten Frequenzmodulation. Die Spannung des Kondensators 44 stellt also die Gleichstromsteuerspannung dar, welche in der Leitung 16 gem. den Fig. 1 und 2 auftritt. In Fig. 1 ist gezeigt, daß die Gleichstromsteuerspannung der Leitung 16 angeschlossen ist an den Eingang eines Emitterfolgers 11. Die Fig. 2 zeigt, daß dieser Emitterfolger 11 besteht aus einem Transistor 11, einem Wechselstrombypasskondensator 80, einem Potentiometer 82, einem Ausgangswiderstand 81 und Dioden 83 und 34.induced frequency modulation. The voltage of the capacitor 44 sets thus represents the direct current control voltage which is present in line 16 according to FIG and 2 occurs. In Fig. 1 it is shown that the DC control voltage of the line 16 is connected to the input of an emitter follower 11. FIG. 2 shows that this emitter follower 11 consists of a transistor 11, an alternating current bypass capacitor 80, a potentiometer 82, an output resistor 81 and diodes 83 and 34.

Der Emitterfolger 11 arbeitet auf konventionelle Weise und dient zur Isolierung der am Kollektor des Transistors 40 auftretenden Gleichstromsteuerspannung von der Last der Gleichstrorn,tcuerspanflungscirlrJ;i der We 11 enmod f i -katoren 7 und 8.The emitter follower 11 operates in a conventional manner and is used for Isolation of the DC control voltage appearing at the collector of transistor 40 on the load of the direct current, voltage circuit, i of the We 11 enmod f i -kators 7 and 8.

Die Einstellung des Potentiometers 82 bestimmt den Maximalwert, auf welchen der Kondensator 44 aufgeladen wird, während der Zeitdauer, wenn der Transistor 40 abgeschaltet ist. Damit wird durch diesen Widerstand 82 bestimmt die Geschwindigkeit, mit welcher sich die mittlere Gleichstromsteuerspannung zu ändern vermag mit der lastinduzierten Frequenzmodulation. In anderen Worten dient der Widerstand 82 dazu, die Ansprechzeit des Systems in Bezug auf Änderungen der Motorlast zu verändern.The setting of potentiometer 82 determines the maximum value on which capacitor 44 is charged during the period when the transistor 40 is switched off. This resistance 82 determines the speed, with which the mean direct current control voltage can change with the load-induced frequency modulation. In other words, resistor 82 serves to change the response time of the system to changes in engine load.

Die Dioden 83 und 84 dienen dazu, die Gleichstromsteuerspannung der Leitung 16b mit den Wellenmodifikatoren 7 und 8 zu verbinden. Die zum Widerstand 87 parallel geschaltete Zehnerdiode 86 wird bei hohen Amplituden der Gleichstromsteuerspannung leitend und bewirkt somit ein rascheres Ansprechen der Modifikatoren, wenn eine starke Last abrupt am Motor 10 wirkt.The diodes 83 and 84 are used to control the DC voltage of the Line 16b to connect to wave modifiers 7 and 8. The resistance 87 Zener diode 86 connected in parallel becomes the direct current control voltage at high amplitudes conductive and thus causes the modifiers to respond more quickly if a heavy load acts abruptly on motor 10.

Jeder Fasenschnittsteuerschaltkreis 7, 8-benötigt zwei Steuersignaleingänge. Einer dieser Eingänge ist beiden Schaltkreisen gemeinsam, d.h. dieser Eingang ist verbunden mit dem Gleichstromsteuerausgang des Emitterfolgers 11. Der andere Eingang ist ein Wechselstrombezugssignal, welches die Leitfähigkeit eines Nulldurchgang-Detektors (Transistor 52 und 52a) synchronisiert mit den Spannungsnulldurchgang einer bestimmten Phase (von der Wechselstromspeisespannungsquelle 3) durch welche der zugehörige Wellenmod.ifikator 7 oder 8 gesteuert wird. Im Falle des Modifikators 7 wird das zweite Eingangssteuersignal abgegriffen von der Phase 2.Each bevel cut control circuit 7, 8-requires two control signal inputs. One of these inputs is common to both circuits, i.e. this input is connected to the DC control output of the emitter follower 11. The other input is an AC reference signal that shows the conductivity of a zero crossing detector (Transistor 52 and 52a) synchronized with the voltage zero crossing of a given Phase (from the AC supply voltage source 3) through which the associated Wave modifier 7 or 8 is controlled. In the case of modifier 7, this will be second input control signal tapped from phase 2.

Nachfolgend wird lediglich die Arbeitsweise der Phasenschnittsteuerschaltung 7 und ihres Nulldurchgangsdetektors beschrieben. Der Schaltkreis 8 arbeitet in entsprechender Weise. Das Synchronisationsbezugssignal wird abgegriffen von einem Transformator 28. dessen Primärseite zwischen die Phasen 2 und 3 geschaltet ist.Only the operation of the phase cut control circuit is described below 7 and its zero crossing detector. The circuit 8 operates in a corresponding manner Way. The synchronization reference signal is tapped from a transformer 28th of which Primary side is connected between phases 2 and 3.

Die Sekundärseite des Transformators 28, welche eine geringe Spannung von beispielsweise 12,6 V Wechselstrom bei 60 Ftz aufweist, ist verbunden mit einem Doppelweggleichrichter 51, dessen Ausgang eine negative Wellenform in Bezug auf Masse aufweist (Kurvenform 29 in Fig. 2). Dieser Ausgang liegt an der Basis eines Transistors 52 an. Der Basis des Transistors 52 wird weiterhin zugeführt ein positiver Vorspannstrom von der Gleichstromversorgung 31 über den Widerstand 46. Die negativen Impulse vom Gleichrichter 51 führen den Transistor 52 in den nicht leitenden Zustand mit Ausnahme an den Punkten, wo die Spannung den Nullwert kreuzt. Die positive Vorspannung durch den Widerstand 46 bewirkt eine Kollektor-Emittersättigung des Transistors 52 im Bereich dieser Nulldurchgänge. Während dieser Zeit liegt der Verbindungspunkt zwischen Widerstand 47 und Kondensator 48, d.h. der Kollektor des Transistors 52 nahezu an Massepotential und weist beispielsweise eine Spannung von 0,1 V Gleichstrom auf. Nachdem also die Referenzspannung der Phase 2 durch Null hindurchgegangen ist, beginnt die vom Gleichrichter 51 zugeführte Spannung auf den negativen Spitzenwert von -12,6 V Gleichstrom abzufallen. Wenn die resultierende Spannung an der Basis des Transistors 52 etwa unter 0,7 V Gleichstrom abfällt, dann tritt eine Kollektor-Emittersperrung ein. Der Transistor 52 bleibt gesperrt, bis die Spannung an seiner Basis den Wert von +0,7V übersteigt infolge der Vorspannung durch den Widerstand 46 nahe dem Zeitpunkt, wo die Phase 2 bezüglich ihrer Spannung den Nullpunkt durchstreitet.The secondary side of the transformer 28, which is a low voltage of, for example, 12.6 VAC at 60 Ftz is connected to a Full wave rectifier 51 whose output has a negative waveform with respect to Has mass (curve shape 29 in Fig. 2). This exit is at the base of a Transistor 52 on. The base of transistor 52 is still fed a positive Bias current from DC power supply 31 through resistor 46. The negative Pulses from the rectifier 51 lead the transistor 52 to the non-conductive state except at the points where the voltage crosses the zero value. The positive bias through resistor 46 causes collector-emitter saturation of the transistor 52 in the area of these zero crossings. The connection point is located during this time between resistor 47 and capacitor 48, i.e. the collector of transistor 52 almost at ground potential and has, for example, a voltage of 0.1 V direct current on. So after the reference voltage of phase 2 has passed through zero, the voltage supplied by the rectifier 51 starts at the negative peak value from -12.6 VDC. When the resulting tension at the base of transistor 52 drops below about 0.7 V DC, then collector-emitter blocking occurs a. The transistor 52 remains blocked until the voltage at its base reaches the value of + 0.7V exceeds due to the bias voltage through the resistor 46 near the point in time where phase 2 crosses zero with respect to its voltage.

Dies bedeutet also, da8 der Transistor 52 während der meisten Zeit eines Wechselstromzyklusses abgeschaltet ist und lediglich kurz vor, während und nach den Nulldurchgängen dieser Phase leitend wird. Die Dauer der Leitfähigkeit des Transistors 52 beträgt näherungsweise lms.This means that the transistor 52 during the most Time of an alternating current cycle is switched off and only shortly before, during and becomes conductive after the zero crossings of this phase. The duration of conductivity of transistor 52 is approximately 1 ms.

Wenn der Transistor 52 leitend wird, dann entlädt sich der Kondensator 48. Ist der Transistor 52 abgeschaltet, dann lädt sich der Kondensator 48 über den Widerstand 47 in Richtung der Amplitude der Gleichstromsteuerspannung auf, wie sie am Kondensator 44 anlieg-t. Das resultierende Signal wird über einen Widerstand 44 der Basis eines Transistors 55 zugeführt, wodurch dieser Transistor 55 leitend wird. Der Beginn des Leitzustandes des Transistors 55 ist jedoch verzögert in Bezug auf die Spannung, welche als Augenblickswert an der positiven Seite des Kondensators 48 anliegt. Dies bedeutet alsoFdaß der Transistor 55 im nichtleitenden Zustand verbleibt,bis die Spannung am Kondensator 48, welche über den Widerstand 54 mit der Basis des Transistors 55 gekoppelt ist, etwa t 0,7V erreicht. Danach tritt im Transistor 55 ein Kollektor-Emitterstror auf, was bedeutet, daß es sich bei dem Transistor 55 um einen verzögerten Triggerschalter handelt.When transistor 52 becomes conductive, the capacitor discharges 48. If the transistor 52 is switched off, the capacitor 48 is charged via the Resistor 47 in the direction of the amplitude of the DC control voltage as it applied to the capacitor 44. The resulting signal is across a resistor 44 fed to the base of a transistor 55, whereby this transistor 55 is conductive will. However, the beginning of the conduction state of transistor 55 is delayed in relation on the voltage, which is an instantaneous value on the positive side of the capacitor 48 is present. This means that the transistor 55 remains in the non-conductive state until the voltage across the capacitor 48, which is connected through the resistor 54 to the base of the Transistor 55 is coupled, about t reached 0.7V. Then occurs in transistor 55 a collector-emitter current, which means that transistor 55 is a delayed trigger switch.

Der Transistor 55 ist verbunden mit den Emittern eines Transistors 56, welcher mit einem weiteren Transistor 57 zusammenarbeitet. Diesen beiden Transistoren sind eine Reihe von Widerständen und Kondensatoren zugeordnet, wodurch ein Mehrfachgattertriggergenerator entsteht, der mit einer Ausnahme einen astabilen Multivibrator bekannter Art umfaßt. Die Ausnahme besteht darin, daß bei einem normalen astabilen Multivibrator der Emitter des Transistors 57 an Masse liegen würde. Bei der gezeigten Schaltung dagegen ist der Emitter des Transistors 56 nicht direkt mit Masse verbunden sondern ist über den Transistor 55 mit Masse verbindbar. Dies bedeutet, daß die typische Multivibratorarbeitsweise der Transistoren 56 und 57 unterbunden ist, solange der Transistor 55 nicht leitend ist. Wird er leitend, dann liegt der Emitter des Transistors 56 an Masse und die Transistoren 56 und 57 arbeiten im Multivibratorbetrieb.The transistor 55 is connected to the emitters of a transistor 56, which works together with a further transistor 57. These two transistors are associated with a series of resistors and capacitors, creating a multiple gate trigger generator arises, which, with one exception, includes an astable multivibrator of known type. The exception is that with a normal astable multivibrator the Emitter of transistor 57 would be connected to ground. In the circuit shown, however, is the emitter of transistor 56 is not directly connected to ground but is via the transistor 55 can be connected to ground. This means that the typical multivibrator mode of operation of transistors 56 and 57 is prevented as long as transistor 55 is not conductive is. If it becomes conductive, then the emitter of transistor 56 is connected to ground and the Transistors 56 and 57 operate in multivibrator mode.

Sobald also der Transistor 55 zur Sättigung gebracht ist, tritt eine typische astabile Multivibratorarbeitsweise auf. Der Start des Mehrfachgattertriggergenerators 56, 57 wird beschleunigt durch den Kondensator 58, welcher den Startimpuls vom Ausgang des Generators zum Transistorschalter 55 zurückleitet.As soon as the transistor 55 is brought to saturation, one occurs typical astable multivibrator mode of operation. The start of the multiple gate trigger generator 56, 57 is accelerated by the capacitor 58, which the start pulse from the output of the generator returns to the transistor switch 55.

Die Bauteile des Multivibrators 56, 57 sind so gewählt, daß der Multivibrator bei etwa 20 kHz schwingt. Das Ausgangssignal, welches erzeugt wird, wenn der Triggergenerator arbeitet, weist die Form eines In'pulszuges von Triggerimpulsen auf, welche jeweils eine Breite in der Größenordnung von 25 es haben, wobei dieser Impulszug auftritt maximal über eine Dauer von 7ms pro Periode der Wechselspannungsspeisequelle 13. Diese Dauer kann auch einen kleineren Bruchteil des Speisespannungszyklusses umfassen, abhängig davon, wie lange der Transistor 55 leitend ist.The components of the multivibrator 56, 57 are chosen so that the multivibrator oscillates at about 20 kHz. The output signal that is generated when the trigger generator works, has the form of an In'pulszug of trigger pulses, which each have a width on the order of 25 es with this train of pulses occurring a maximum of 7 ms per period of the AC voltage supply source 13. This duration can also include a smaller fraction of the supply voltage cycle, depending on how long the transistor 55 is conductive.

Nach dem Transistor 55 zur Sättigung gebracht wurde durch die kombinierte Wirkung der positiven Vorspannung vom Kondensator 48 und der positiven Vorspannung der Basis des Transistors 55 über den Kondensator 58 vom Ausgang des des Triggergenerators, wird dieser Transistor 55 leitend gehalten durch die kombinierten Vorspannungen für den Rest des Speisspannungszyklusses. Die positiven Spannungsimpulse der Ausgangsseite des Triggergenerators sind über einen Widerstand 59 verbunden mit einem Gattertriggerverstärkeribestehend aus einem Transistor 60, einem zugeordneten Transformator 61, einer Schutzdiode 61a zur Umsetzung in höherstromige Impulse, die ihrerselts zugeführt werden einer Gatterelektrode oder Steueranschluß 62 einer Triacbaueinheit 6, welche geschaltet ist zwischen der Phase 2 der Speisespannungsquelle 3 und der Statorwicklung 2b des Induktionsmotors 10. Die Schutzdioden 61a verhindern einen positiven Gatterstromfluß und begrenzen die umgekehrte Gatterspannung auf etwa 2 V infolge der Diodenklemmwirkung.After transistor 55 has been brought to saturation by the combined Effect of positive bias from capacitor 48 and positive bias the base of transistor 55 via capacitor 58 from the output of the trigger generator, this transistor 55 is kept conductive by the combined bias voltages for the rest of the supply voltage cycle. The positive voltage pulses the Output side of the trigger generator are connected to via a resistor 59 a gate trigger amplifier consisting of a transistor 60, an associated one Transformer 61, a protective diode 61a for conversion into higher current pulses, which are seldom fed to a gate electrode or control terminal 62 of a Triac unit 6, which is connected between phase 2 of the supply voltage source 3 and the stator winding 2b of the induction motor 10. The protection diodes 61a prevent a positive gate current flow and limit the reverse gate voltage about 2 V due to the diode clamping effect.

Die Triacbaueinheit 6 schaltet ein bei Ankunft des ersten Impulses des Impulszugs an der Gatterelektrode vom Gattertriggerverstärker 60. Der nachfolgend der Gatterelektrode 62 der Triacbaueinheit 6 zugeführte Impulszug stellt sicher die volle Leitfähigkeit der Triacbaueinheit 6 unabhängig irgendwelcher Stoßspannungen welche erzeuyt werden können durch Veränderung der induktiven Last beim Motor 10 . Diese Stoßspannungen könnten sonst außerhalb des Nulldurchgangs der Speisespannung zu einem wechselnden Ungleichgewicht führen.The triac unit 6 switches on when the first pulse arrives of the pulse train at the gate electrode from the gate trigger amplifier 60. The following the gate electrode 62 of the triac unit 6 supplied pulse train ensures the full conductivity of the triac unit 6 regardless of any surge voltages which can be generated by changing the inductive load on the motor 10 . Otherwise, these surge voltages could be outside the zero crossing of the supply voltage lead to a changing imbalance.

Der Aufbau der Phasenschnittsteuerung 8 ist die Gleiche wie diejenige der Schaltung 7 mit Ausnahme eines zusätzlichen Widerstands 85a , welcher wischen dem Ladekondensator 48a und Masse geschaltet ist. Hierdurch wird eine Differenz in den Zeitkonstanten erzeugt, d.h. die Ladegeschwindigkeit wird hierdurch geringer. Veränderbare Widerstände 47 und 47a werden bei der Montage eingestellt, um die Notwendigkeit präziser Bauteile zu vermeiden. Durch diese Potentiometer 47 und 47a kann die Verzögerung der Steuerspullnunyseingangscharakteristika genau eingestellt werden. Die Widerstände 47 und 47a dienen auch dazu, die Phasenschnittsteuerschaltungen 7 und 8 auf die unterschiedlichen Drehmomenteneigenschaften von Dreiphasenmotoren unterschiedlicher Hersteller einstellen zu können.The construction of the phase cutting controller 8 is the same as that of circuit 7 with the exception of an additional resistor 85a, which wipe the charging capacitor 48a and ground is connected. This creates a difference generated in the time constants, i.e. the loading speed is reduced as a result. Variable resistors 47 and 47a are adjusted during assembly to meet the need more precise components to be avoided. By means of these potentiometers 47 and 47a, the delay of the control coil input characteristics precisely adjusted will. The resistors 47 and 47a also serve to control the phase cut control circuits 7 and 8 refer to the different torque properties of three-phase motors from different manufacturers.

Die Arbeitsweise des Schaltkreises nach Fig. 2 wird nachfolgend beschrieben. Als erstes sei vorausgesetzt, daß mit der Welle 13 des Rotors 12 keine Last verbunden ist.The operation of the circuit of Fig. 2 will now be described. First, it is assumed that there is no load connected to the shaft 13 of the rotor 12 is.

Wenn die Statorwicklungen 2b und 2a des Dreiphasenmotors 10 mit den Festkörperschaltern 6 und 5 verbunden sind und eine Phase der Speisespannuns direkt am Anschluß 2c des Motors und die beiden anderen Phasen an den Festkörperschaltern anliegen, dann tritt noch kein Ausgangssignal am Generator 18 auf, da der Motor 10 noch nicht begonnen hat, sich zu drehen, Dies führt zu einem Maximum der Gleichstromsteuerspannung in der Leitung 16b. Diese neue Gleichstromsteuerspannung bewirkt, daß beide Schaltkreise 7 und8 einen Impulszug von Triggerimpulsen dem jeweiligen Festkörperschalter zuführen, und zwar ohne Verzögerung nach jedem Nulldurchgang der jeweiligen Phase, so daß die Festkörperschalter ohne Verzögerung leitend werden. Da diese Arbeitsweise sich fortsetzt, lassen diese Schalter Strom in beiden Richtungen durch, so daß die Statorwicklungen 2 b und 2a die ganzen Wellen der 60 Hz Spannung erhalten, wie dies bei der Wicklung 2c der Fall ist, so daß der Rotor 12 mit vollem Drehmoment zu drehen beginnt.When the stator windings 2b and 2a of the three-phase motor 10 with the Solid-state switches 6 and 5 are connected and one phase of the supply voltage directly at connection 2c of the motor and the other two phases at the solid-state switches are present, then there is still no output signal at the generator 18 because the motor 10 has not yet started to rotate, this leads to a maximum of the DC control voltage in line 16b. This new DC control voltage causes both circuits 7 and 8 feed a pulse train of trigger pulses to the respective solid-state switch, without delay after each zero crossing of the respective phase, so that the solid-state switches become conductive without delay. Because this way of working continues, these switches let current through in both directions, so that the stator windings 2b and 2a get the whole waves of the 60 Hz voltage, as in the case of the winding 2c is the case, so that the rotor 12 begins to rotate with full torque.

Sobald der Motor 10 die volle Drehzahl erreicht hat, wirkt der frequenzmodulierte Wechselstromgenerator 18 über den Frequenzdiskrimenator 17 in Richtung auf eine Verminderung der Amplitude er relativ hohen Steuerspannung in der Leitung 16 und der Leitung 16b. Die Steuerspannung in den Leitungen 16 und 16b nimmt soweit ab, da die Kondensatoren 48a und 48 über ihre entsprechenden Ladewiderstände 47a und 47 nicht mehr voll aufgeladen werden können, bevor sie durch die Transistoren 52a und 52 entladen werden. Die Transistoren 52a und 52 wirken als Rückstellschalter beim Nulldurchgang der Bezugsphasenspannung. Bei dieser Bedingung sind die Spannungen, welche an den Kondensatoren 48a und 48 anliegen, unmittelbar nach dem Nulldurchgang nicht mehr ausreichend groß, um den Leitschwellwert der Transistoren 55a und 55 zu erreichen. Somit werden die Triggergeneratoren nicht in Betrieb gesetzt. Das Resultat besteht also darin, daß die Festkörperschalter 5 und 6 nicht. mehr unmittelbar leitend werden zu Beginn eines Sinuswellenzyklusses der Speisespannungsquelle 3, wie dies zuvor der Fall war. Somit wird nur ein Teil der Wellen über die Schalter 6 und 5 zu den Wicklungen 2b und 2a durchgelassen. Die resultierende Wellenform bei der Wicklung 2c stellt nur einen Teil einer Sinuswelle dar,wie sie von der Speisespannungsquelle 3 zur Verfügung gestellt wird. Die zugeführte Leistung wird also verrringert. As soon as the motor 10 has reached full speed, the frequency-modulated one acts AC generator 18 through the frequency discriminator 17 towards a Reduction in the amplitude of the relatively high control voltage the Line 16 and line 16b. The control voltage in lines 16 and 16b decreases so far as the capacitors 48a and 48 have their respective charging resistors 47a and 47 can no longer be fully charged before passing through the transistors 52a and 52 are discharged. The transistors 52a and 52 function as reset switches at the zero crossing of the reference phase voltage. With this condition the tensions are which are applied to capacitors 48a and 48, immediately after the zero crossing no longer sufficiently large to meet the threshold value of the transistors 55a and 55 to reach. This means that the trigger generators are not put into operation. That So the result is that the solid-state switches 5 and 6 are not. more immediate become conductive at the beginning of a sine wave cycle of the supply voltage source 3, as was the case before. Thus only a part of the waves is over the switch 6 and 5 allowed through to the windings 2b and 2a. The resulting waveform in the case of winding 2c represents only part of a sine wave, as it is from the supply voltage source 3 is made available. The power supplied is therefore reduced.

Wie schon zuvor erwähnt, sind die Ladezeitkonstanten der Eingangsschaltkreise zu den Transistoren 55a und 55 unterschiedlich durch das Hinzufügen eines Widerstandes 85a beim Schaltkreis 8. Dies bedeutet, daß die Zeit, die erforderlich ist, damit der Transistor 55a leitend wird, länger ist und die Ladegeschwindigkeit pro Einheit der Steuerspannung bei Kondensator 48a geringer ist als im Vergleich zum Transistor 55 und Kondensator 43. Wenr die Steuerspannung vom Anlauf des Motors 10 mit voller Leistung bis zur voller Geschwindigkeit abnimmt, dann tritt eine Verzögerung beim Einschalten nach der Nulldurchgangsrückstellung auf, welche zuerst auftritt beim Schalter 5, welcher für die Phase 1 zuständig ist. Wirkt am Motor keine Last1 dann nimmt die Steuerspannung kontinuierlich ab, nachdem der Motor seine volle Drehzahl erreicht hat. Der Festkörperschalter 6 wird in gleicher Weise nicht leitend unmittelbar nach dem Nulldurchgang der Phase 2.As mentioned before, the charging time constants are the input circuitry different from transistors 55a and 55 by adding a resistor 85a in circuit 8. This means that the time it takes to do so the transistor 55a becomes conductive, is longer and the charging rate per unit the control voltage at capacitor 48a is lower than compared to the transistor 55 and capacitor 43. If the control voltage from the start of the motor 10 with full If performance decreases to full speed, then a delay occurs Switch on after zero crossing reset on which one first occurs at switch 5, which is responsible for phase 1. Works on the engine no load1 then the control voltage decreases continuously after the motor has its has reached full speed. The solid-state switch 6 is not in the same way conductive immediately after the zero crossing of phase 2.

Da die Steuerspannung kontinuierlich abnimmt, nimmt der Anteil der Sinuswellenleistung infolge der Arbeitsweise der Schnittsteuerschaltung 8, welche auf den Schalter 5 wirkt, kontinuierlich ab. Letztlich erreicht bei diesen Nullastbedingungen der von der Steuerspannung aufgeladenen Kondensator 48a nicht mehr den Ladezustand, bei welchem der Schwellwert des Transistors 55a erreicht wird beim Nulidurchgang der Phase 1, so daß zu keinem Zeitpunkt der Sinuswellenperiode der Schalter 5 leitend wird.As the control voltage decreases continuously, the proportion of Sine wave power due to the operation of the editing control circuit 8, which acts on the switch 5, continuously. Ultimately achieved at these no-load conditions the capacitor 48a charged by the control voltage no longer has the state of charge, at which the threshold value of the transistor 55a is reached when passing zero of phase 1, so that at no point in time of the sine wave period the switch 5 is conductive will.

Damit wird die Wicklung 2a des Motors abgeschaltet, was bedeutet, daß der Dreiphasenmotor nunmehr wie ein Einphasenmotor arbeitet. Es ist bekannt, daß ein nichtbelasteter Dreiphasenmotor nahe der Synchrondrehzahl arbeitet, wenn lediglich zwei der drei Statorwicklungen mit der dreiphasigen Spannungsquelle verbunden sind. Liegt am Motor also keine Last an, dann arbeitet das Steuersystem, nachdem der Motor mit voller Last angelaufen ist, derart, daß eine bestimmte Motordrehzahl aufrechterhalten wird, in dem die Wicklung 2a abgeschaltet ist und der Wicklung 2b elektrische Energie für etwa 6ms zugeführt wird bei einer Zyklusdauer von 16,6ms bei einer Speisespannungsfrequenz von 60 Hz. Diese spezielle Motcrdrehzahl ist ein energiewirksamer Betriebsbezug und wird erhalten durch Einstellen des Potentiometers 38 in Fig. 2 auf eine Motordrehzahl, die bei einer Nullast den maximalen Mo Lorw i rk inyyr'id Lrg 1 bt . 1 r Lf' 11 t drei, IfldX i -malen Motorwirkungsgrades bzw. der Drehzahl,bei der dieser Wirkungsgrad herrscht, ist mit abhängig von den Eigenschaften des gesteuerten Motors. Gegebenenfalls können zu diesem Zweck auch die Widerstände 47 und 47a eingestellt werden.This disconnects the winding 2a of the motor, which means that the three-phase motor now works like a single-phase motor. It is known, that an unloaded three-phase motor works near the synchronous speed, if only two of the three stator windings are connected to the three-phase voltage source are. So if there is no load on the engine, then the control system works after the engine has started at full load, so that a certain engine speed is maintained in which the winding 2a is switched off and the winding 2b electrical energy is supplied for about 6 ms with a cycle duration of 16.6 ms at a supply voltage frequency of 60 Hz. This special motor speed is a Energy-efficient operational reference and is obtained by setting the potentiometer 38 in Fig. 2 to an engine speed which, at zero load, the maximum Mo Lorw i rk inyyr'id Lrg 1 bt. 1 r Lf '11 t three, IfldX i -paint Motor efficiency or the speed at which this efficiency prevails is dependent on the Properties of the controlled motor. If necessary, can also be used for this purpose the resistors 47 and 47a can be adjusted.

Nach dem Start mit voller Leistung arbeitet der dreiphasige Motor 10 derart, daß nur ein Teil der dreiphasigen Leistung über die Steuerschaltung 7 der Stator wicklung 2b zugeführt wird. Die Wicklung 2c ist direkt mit der Phase 4a verbunden, während die Wicklung 2a durch den Schalter 5 abgeschaltet ist. Hierdurch verbraucht der Motor 10 wesentlich weniger Energie wenn er betrieben wird durch einen Teil der Sinuswelle im einphasigen Betrieb im Vergleich zu einem Betreib, wo zwei oder drei Statorwicklungen direkt mit der Stromquelle 3 verbunden sind. Es wird auch weniger Energie verbraucht im Vergleich zu einem Betrieb, wo alle drei Statorwicklungen mit Teilen von Sinuswellen gespeist werden.After starting at full power, the three-phase motor works 10 such that only a part of the three-phase power via the control circuit 7 the stator winding 2b is supplied. The winding 2c is directly with the phase 4a connected, while the winding 2a is switched off by the switch 5. Through this The motor 10 consumes significantly less energy when it is operated by part of the sine wave in single-phase operation compared to operation, where two or three stator windings are directly connected to the power source 3. It also uses less energy compared to an operation where all three Stator windings are fed with parts of sine waves.

Nachfolgend sei vorausgesetzt, daß die an der Welle 13 des Rotors 12 angreifende Last über Null ansteigt.It is assumed below that the shaft 13 of the rotor 12 applied load rises above zero.

Wenn die Motorlast anwächst, dann wird der Schlupf des Motors 10 vergrößert und die Drehzahl fällt ab. Hierdurch wird die mittlere Frequenz vermindert und eine lastinduzierte Frequenzmodulation de-s Generators 18 erzeugt.As the engine load increases, the slip of the engine 10 is increased and the speed drops. This will reduce the mean frequency and one load-induced frequency modulation of the generator 18 is generated.

Dies führt zu einer proportionalen Erhöhung der Steuerspannung am Ausgang des Frequenzdiskriminators 17 in der Leitung 16welche die Kondensatoren 48 und 48a auflädt. Die anwachsende Steuerspannung schließt den Transistor 55a, bevor der Transistor 52a den Kondensator 48a beim Nulidurchgang der Phase 1 entlädt, so daß der Schalter 6 schließt, und zwar näher beim Beginn des Spannungszyklusses in der Leitung 4a. Der Schalter 5, der zuvor geöffnet war,wird leitend etwas bevor die Spannung in der Leitung 4b den Nullwert kreuzt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der dreiphasige Motor 10, der zuvor als einphasiger Motor gearbeitet hat, nunmehr wieder als Dreiphasenmotor zu arbeiten. Da nunri;ehr ein größerer Teil der Sinuswelle der Statorwicklung 2b über den Schalter 6 zugeführt wird und der Schalter 5 wiederum beginnt, einen Teil der Sinuswelle der Statorwicklung 2a zuzuführen, arbeitet nunmehr der Dreiphasenmotor in einem unsymetrischen Dreiphasenbetrieb.This leads to a proportional increase in the control voltage on the Output of the frequency discriminator 17 in the line 16 which the capacitors 48 and 48a charges. The increasing control voltage closes the transistor 55a, before transistor 52a discharges capacitor 48a at the zero crossing of phase 1, so that the Switch 6 closes closer to the beginning of the Voltage cycle in line 4a. The switch 5, which was previously open, is conductive a little before the voltage in the line 4b crosses the zero value. To this Time begins the three-phase motor 10, which previously worked as a single-phase motor has to work again as a three-phase motor. Since nunri; rather a larger part the sine wave of the stator winding 2b is fed through the switch 6 and the Switch 5 in turn begins to feed part of the sine wave to the stator winding 2a, The three-phase motor now works in asymmetrical three-phase operation.

Mit wachsender Last wächst die Leitdauer der Schalter 5 und 6 an, wobei das Anwachsen der Leitdauer mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bei den Schaltungen 8 und 7 erfolgt infolge der unterschiedlichen Zeitkonstanten.As the load increases, the duration of switches 5 and 6 increases, the increase in the duration of the conductance at different rates in the Circuits 8 and 7 take place as a result of the different time constants.

Der unsymetrische Dreiphasenbetrieb ist hierbei typisch bei leichter Last, während der Einphasenbetrieb typisch ist bei sehr geringen Lasten. Infolge der unterschiedlichen Zeitkonstanten bei den Schaltkreisen 7 und 8 wird ein symetrischer Betrieb rasch erreicht oberhalb einer geringen Motorbelastung. Bei großen Lasten sind die beiden Schalter 6 und 5 kontinuierlich leitend, so daß ein normaler Dreiphasenbetrieb herrscht, bei welchem die Sinuswellen unbeeinflußt an den Statorwicklungen anliegen.The asymmetrical three-phase operation is typical here with lighter Load, while single-phase operation is typical at very low loads. As a result of the different time constants in circuits 7 and 8 becomes a symmetrical one Operation reached quickly above a low engine load. With large loads the two switches 6 and 5 are continuously conductive, so that normal three-phase operation prevails, in which the sine waves are applied unaffected to the stator windings.

Wenn der Motor eingeschaltet wird und an ihm eine Last wirkt, dann wird die Steuerspannung in der Leitung 15b, welche abhängig ist von der lastiduzierten Frequenz modulation des Generatcrs 18nicht abnehmen, so daß die vollen Sinuswellen der dreiphasigen Speisespannurgsquelle kontinuierlich vom Start des Motors ab die Motorwicklungen durchfließen. Falls die Motorlast verringert wird, findet gleichzeitig eine Verringerung des Motorschlupfes statt, so daß die Drehzahl anwächst. Dieses Anwachsen der lastinduzierten Frequenzmodulation und das Anwachsen der mittleren Ausgangsfrequenz des Wechselstromgenerators vermindert den Arbeitswinkel der den Statorwicklungen 2b und 2a zugeführten Wechsel spannung und damit auch die Leistung der dem Motor zugefuhrten drei Phasen. Falls die Last weiter abnimmt, wird der Schalter 5 nicht mehr weiter getriggert. Der Schalter 6 dagegen wird nach wie vor getriggert, so daß der Motor 10 wiederum im Einphasenbetireb arbeitet.If the motor is switched on and a load acts on it, then becomes the control voltage in line 15b, which is dependent on the load-induced Frequency modulation of the generator 18 does not decrease, so that the full sine waves the three-phase supply voltage source continuously from the start of the motor from flowing through the motor windings. If the engine load is reduced, at the same time there is a reduction in the motor slip, so that the speed grows. This increase in load induced frequency modulation and the increase the mean output frequency of the alternator reduces the working angle the alternating voltage supplied to the stator windings 2b and 2a and thus also the Power of the three phases fed to the motor. If the load continues to decrease, will the switch 5 is no longer triggered. The switch 6, however, is still like before triggered, so that the motor 10 again operates in Einphasenbetireb.

Unabhängig von den Lastbedingungen, bei denen der Motor gestartet wird und zu jedem späteren Zeitpunkt1 hält der Motor im wesentlichen seine Drehzahl bei, bei der der Dreiphasenmotor mit größtem Wirkungsgrad die elektrische in mechanische Energie umsetzt.Regardless of the load conditions under which the engine started and at any later point in time1 the motor essentially maintains its speed in which the three-phase motor with the greatest efficiency converts the electrical into mechanical Converts energy.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (17)

Ansprüche 1.Steuerschaltung für einen Dreiphasendrehstrommotor zur Verminderung der Eisen- und Kupferverluste, in dem die Form und Größe der an dem Motor anliegenden Spannung verändert wird, wobei die Steuerschaltung einen positiven Rückkopplungsschaltkreis mit dem Motor bildet, der die Energiezufuhr zum Motor in Abhängigkeit seines Drehzahlverhaltens bei einer bestimmten Drehzahl steuert, welche nahe der vollen Drehzahl des Motors liegt, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Motorlastdetektor mit dem Rotor des Motors verbunden ist, der in Abhängig keit der Last ein frequenzmoduliertes Signal erzeugt, mit dem Motorlastdetektor ein Frequenzdiskriminator verbunden ist, der ein Gleichstromsteuersignal erzeugt, dessen Amplitude sich umgekehrt zur Motordrehzahl verhält, mit dem Ausgang des Frequenzdiskriminators verbunden ist ein Emitterfolger, der den Diskriminatorausgang von zwei Phasenwinkelschnittsteuerschaltungen trennt und diesen jeweils das Gleichstromsteuersignal zuführt, die Schnittsteuerschaltunjen zwei in jeweils einer Phase des Drehstroms angeordnete Schalter umfassen, die zu zwei der Statorwicklungen führen und die dritte Statorwicklung direkt mit der dritten Phase des Drehstroms verbunden ist. Claims 1. control circuit for a three-phase three-phase motor for Reduction of iron and copper losses, in which the shape and size of the Voltage applied to the motor is changed, with the control circuit generating a positive Forms feedback circuit with the motor that feeds power to the motor in Depending on its speed behavior at a certain speed controls which is close to the full speed of the motor, which means that it is not indicated that a motor load detector is connected to the rotor of the motor, the dependent speed of the load generates a frequency-modulated signal with the engine load detector a frequency discriminator is connected which generates a direct current control signal, whose amplitude is inversely related to the engine speed, with the output of the frequency discriminator connected is an emitter follower, the discriminator output of two phase angle control circuits separates and each of these feeds the DC control signal, the editing control circuitry comprise two switches, each arranged in a phase of the three-phase current, to which two of the stator windings lead and the third stator winding directly with the third Phase of three-phase current is connected. 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß beim Hochlaufen des Motors auf die bestimmte Drehzahl die Schalter ganz geöffnet sind und danach der elektrische Winkel jedes Zyklusses der mit den beiden Statorwicklungen verbundenen Phasen verändert wird in Abhängigkeit des Energiebedarfs zum Überwinden des am Motor wirkenden Lastmoments bei dieser bestimmten Drehzahl.2. Control circuit according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that when the engine is running up to the specific speed, the switches completely are open and then the electrical angle of each cycle of the with the two Stator windings connected phases is changed depending on the energy requirement to overcome the load torque acting on the motor at this specific speed. 3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schalter zwei Triacs sind,die jeweils zwischen eine Phase des Drehstroms und einer Statorwicklung geschaltet sind und die Steuerelektroden der Triacs jeweils angeschlossen sind an einen Schnittsteuerschaltkreis, der seinerseits vom Gleichstromsteuersignal gesteuert wird.3. Control circuit according to claim 1 or 2, characterized in that g e -k e n n z E i c h n e t that the switches are two triacs, each between a phase the three-phase current and a stator winding are connected and the control electrodes of the triacs are each connected to an editing control circuit, which in turn is controlled by the DC control signal. 4. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Mctorlastdetektor ein last- und drehzahl abhängiges Frequenzmodulationssignal erzeugt.4. Control circuit according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the Mctorlastdetektor a load and speed dependent frequency modulation signal generated. 5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Frequenzdiskriminator ein last- und drehzahl abhängiges Gleichstromsteuersignal erzeugt.5. Control circuit according to claim 4, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the frequency discriminator a load and speed dependent DC control signal generated. 6. Steuerschaltung nach Anpsruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß jeder Schnittsteuerschaltkreis einen Triggerimpulsgenerator umfaßt, der in Abhängigkeit des Gleichstromsteuersignals arbeitet und dessen Triggerimpulszüge über je einen Verstärker der jeweiligen Steuerelektrode eines Triacs zugeführt werden.6. Control circuit according to claim 3, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that each editing control circuit includes a trigger pulse generator, which works as a function of the direct current control signal and its trigger pulse trains are fed to the respective control electrode of a triac via an amplifier. 7. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Schnittsteuerschaltkreis einen Nulldurchgangsdetektor umfaßt, der den Beginn und das Ende der Triggerimpulszüge bestimmt. 7. Control circuit according to one of claims 1 to 6, characterized g e It is not noted that each edit control circuit has a zero crossing detector includes, which determines the beginning and the end of the trigger pulse trains. 8. Steuerschaltung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Nulldurchgangsdetektor mit der Basis eines ersten Transistors verbunden ist, der beim Nulldurchgang kurzzeitig leitend wird und der mit einem weiteren Transistor verbunden ist, der seinerseits mit dem Triggerimpulsgenerator verbunden ist und diesen ein- und ausschaltet. 8. Control circuit according to claim 7, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that each zero crossing detector is connected to the base of a first transistor is connected, which is briefly conductive at the zero crossing and which is connected to a Another transistor is connected, which in turn with the trigger pulse generator connected and turns it on and off. 9 Steuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Kondensator den Ausgang des Triggerimpulsgenerators mit der Basis des weiteren Transistors verbindet. 9 Control circuit according to claim 8, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a capacitor connects the output of the trigger pulse generator to the base of the further transistor connects. 10. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Triggerimpulsgenerator ein astabiler Multivibrator ist.10. Control circuit according to one of claims 7 to 9, characterized g e it is not stated that the trigger pulse generator is an astable multivibrator is. 11. Steurschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,daß die Gleichstromsteuerspannung einen Kondensator lädt, der parallel zur Basis-Emitterstrecke des weiteren Transistors geschaltet ist und der periodisch beim Nulldurchganc durch den ersten Transistor entladen wird.11. Control circuit according to one of claims 7 to 10, characterized g e it is not evident that the DC control voltage charges a capacitor, which is connected in parallel to the base-emitter path of the further transistor and which is periodically discharged at zero crossing through the first transistor. 12. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch g e -ke n n z e i c h n e t , daß der Motorlastdetektor ein mit der Rotorwelle des Motors verburdener Wechselstromgenerator ist, dessen frequenzmodulierte Wechseistromsignale sich mit der Drehzahl und Last verändern.12. Control circuit according to claim 1 or 4, characterized in that g e -ke n n z Make sure that the motor load detector is connected to the rotor shaft of the motor Alternator is whose frequency-modulated AC signals change with speed and load. 13. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem Wechselstromgenerator und dem Frequenzdiskriminator ein Amplitudenbegrenzer geschaltet ist.13. Control circuit according to one of claims 1 to 12, characterized g e does not indicate that between the alternator and the frequency discriminator an amplitude limiter is connected. 14. Steuerschaltung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t ,daß dem Frequenzdiskriminator ein signalvorgespannter nicht linearer Gleichspannungsverstärker nachgeschaltet ist.14. Control circuit according to claim 13, characterized in that g e k e n n -z e i c n e t that the frequency discriminator is a signal biased non-linear DC voltage amplifier is downstream. 15. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der elektrische Winkel, bei dem ein Phasenschnitt stattfindet im Teil- und Nullastbereich bei beiden Phasen unterschiedlich ist.15. Control circuit according to one of claims 1 to 14, characterized g e it does not indicate that the electrical angle at which a phase cut takes place in the partial and no load range is different in both phases. 16. Steuerschaltung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß im Nullastbereich eine der Phasen von der zugehörigen Statorwicklung abgeschaltet ist, 16. Control circuit according to claim 15, characterized in that g e k e n n -z e i c n e t that in the no-load range one of the phases of the associated stator winding is switched off, 17. Steuerschaltung nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Gleichspannungsverstärker eine Parallelschaltung einer Zenerdiode und eines Widerstands umfaßt.17. Control circuit according to claim 14, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the DC voltage amplifier is a parallel connection of a Zener diode and a resistor.