DE4130532C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Regulierung von einem an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Wechselstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regulierung von einem an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Wechselstrom-Motor mit Kurzschlußläufer, wobei die Versorgungs-Wechselspannung Lücken mit einer oder mehreren Vollwellen und abwechselnd gegenphasige Spannungshalbwellen aufweist.

Es ist bereits bekannt, zur Drehzahlveränderung solcher Elek­ tromotoren Frequenzumrichter vorzusehen, um die Frequenz des den Motor versorgenden Netzes entsprechend der gewünschten Drehzahl zu variieren. Solche Frequenzumrichter ergeben jedoch einen vergleichsweise hohen Aufwand, was gerade bei kleineren Motoren entsprechend ins Gewicht fällt. Dabei können die Ko­ sten für den Frequenzumrichter die Kosten des Motors deutlich überschreiten.

Weiterhin ist nachteilig, daß bei Einphasenwechselstrom-Moto­ ren mit Kondensatorhilfsphase Frequenzumrichter nur in einem kleinen Frequenzbereich einsetzbar sind, da der für den Motor benötigte Phasenschieberkondensator nur für eine bestimmte Be­ triebsfrequenz dimensioniert ist.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, bei solchen Motoren eine Polumschaltung vorzusehen, um die Drehzahl zu variieren. Dies erfordert jedoch beim Motor eine entsprechend höhere Anzahl von Polwicklungen und damit einen erhöhten Aufwand.

Insgesamt ist bei den eingangs erwähnten Wechselstrom-Elektro­ motoren auch nachteilig, daß diese bereits im Leerlauf etwa die halbe Nennleistungsaufnahme aufweisen und somit einen re­ lativ schlechten Wirkungsgrad haben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wodurch eine Leistungsaufnahme- Regulierung eines Elektromotors im Teillast- und Leer­ laufbetrieb mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich ist und somit eine Verbesserung des Wirkungsgrades.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Spannungs-Zeit-Flächen der Halbwellen zur Reduzierung der Aufnahmeleistung im Teillast- bzw. Leerlaufbetrieb in Relation zum Lastdrehmoment des Motors reduziert werden. Durch den lückenden Betrieb des Motors kann dieser mit redu­ zierter Aufnahmeleistung und dabei gegebenenfalls gleicher Drehzahl wie bei Vollbetrieb bei entsprechend reduzierter Last arbeiten oder aber mit reduzierter Drehzahl.

Die Drehzahlreduzierung kann durch die Größe der jeweiligen Lücke zwischen den Wechselspannungs-Abschnitten gewählt wer­ den, oder durch Variation der Spannungs-Zeitflächen.

Durch die Anpaßbarkeit an das Lastdrehmoment im Teillast- bzw. Leerlaufbetrieb kann die Aufnahmeleistung des Motors im Teillast- und Leerlaufbetrieb ganz erheblich reduziert werden.

Aus der dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5 zugrundeliegenden DE 38 30 196 A1 ist zwar ein Verfahren bekannt, bei dem eine Phasenanschnittsteuerung als Frequenzumrichter eingesetzt wird, in dem durch rhythmischen Wechsel zwischen freigegebenen und gesperrten Halbwellen ein Spannungsverlauf geschaffen wird, der als Grundfrequenz die gewünschte Netzfrequenz enthält. Der Anschnittwinkel ist aber dort stationär.

Die Spannungs-Zeit-Flächen der Halbwellen werden nicht in Relation zum Lastdrehmoment reduziert.

Auch aus der Druckschrift Stamberger: "Drehzahlveränderbare Antriebe" in Elektroniker, 1980, Heft 9, S. EL 29-EL 32 ist es bereits bekannt, eine Frequenzreduzierung durch Auslassung einer oder mehrerer Spannungsvollwellen zu erreichen.

Damit wird zwar eine Reduzierung der Motordrehzahl erreicht, eine Reduzierung der Aufnahmeleistung im Teillast- bzw. Leerlaufbetrieb ist damit jedoch nicht möglich.

Es sind andererseits auch schon aus den Druckschriften "Wie man Blindleistung reduziert", in ETZ-B, 1979, Heft 24, Seiten 1397-1398, "Integrierter Regler spart Energie bei Motoren", in Elektronik Industrie, 1984, Heft 3, Seiten 39, 40 sowie der US 48 00 326 Maßnahmen vorgeschlagen worden, um die Leistungsaufnahme eines Motors im Teillastbereich zu senken, indem die Spannung am Motor auf einen der augenblicklichen Belastung entsprechenden Wert reduziert wird. Dort werden aber keine Vollwellen ausgetastet. Auf eine Wechselwirkung zwischen Vollwellenaustastung und lastabhängiger Spannungsreduzierung gibt es somit auch keinen Hinweis.

Aus der DE 34 27 479 A1 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors bekannt, bei dem eine Anschnittsteuerung vorgesehen ist, mit der eine Spannung mit herabgesetzter Frequenz erzeugt wird, in dem Gruppen von aufeinanderfolgenden Halbwellen gleiche Polarität aufweisen. Dies kann insbesondere bei großen Anschnittwinkeln dazu führen, daß sich die Magnetisierungs- oder Hysteresekurve aus ihrer Symmetrielage verschiebt und dadurch einseitig in den Sättigungsbereich gelangt, wodurch die Stromaufnahme erhöht wird.

Beim Erfindungsgegenstand wird dies vermieden, weil durch die ausgetasteten Vollwellen und die in ihrer Polarität sich abwechselnden Halbwellen zu einer laufenden Symmetrierung führen. Ein einseitiges Auswandern der Magnetisierung in den Sättigungsbereich wird dadurch auch bei großen Anschnittwinkeln vermieden.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß in den Spannungsversorgungslücken über die EMK (elektromotorische Kraft) die Istdrehzahl des Elektromotors gemessen und der Meßwert zur Regelung der Motordrehzahl oder zur Steuerung der Motorstromaufnahme verwendet wird. Damit ist ein geregelter Betrieb des Motors mit selbsttätiger Anpassung an unterschiedliche Betriebssituationen möglich.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Regulierung der Drehzahl und/oder der Leistungsaufnahme eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Wechselstromelektromotors mit Kurzschlußläufer, wobei die Vorrichtung einen mit dem Motor in Reihe geschalteten und mit einer Ansteuerschaltung verbundenen elektronischen Wechselstromschalter aufweist, wobei die Ansteuerschaltung eine Austaststeuerung zum lückenden Ausblenden einer oder mehrerer Spannungsvollwellen und Ansteuern von abwechselnd gegenphasigen Spannungshalbwellen entsprechenden Periodenfolge aufweist.

Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung zur Reduzierung der Aufnahmeleistung im Teillast- bzw. Leerlaufbetrieb in Relation zum Lastdrehmoment des Motors durch Reduzierung der Spannungs-Zeit-Flächen der Halbwellen vorgesehen ist.

Wie bereits in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnt, läßt sich eine solche Austastschaltung einfach realisieren, so daß der Aufwand insgesamt, auch unter Einbeziehung der vorgesehenen Steuerung zum Verändern des Effektivwertes der Wechselspannung gering ist. Dieser vergleichsweise geringe Aufwand ist durch die Einsparung beim Betrieb des Motors über kurze Zeit amortisiert.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 detailliertere Darstellungen der in Fig. 1 als Block gezeigten Austaststeuerung sowie der Steuereinrich­ tung zur Anlaufhilfe,

Fig. 3 ein gegenüber Fig. 1 um eine Drehzahl-Istwert-Bildung sowie einen Drehzahlregler erweitertes Blockschalt­ bild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 den prinzipiellen inneren Aufbau der Drehzahl-Ist­ wert-Bildung sowie des Drehzahlreglers,

Fig. 5 ein gegenüber Fig. 1 erweitertes und mit einer Um­ schalteinrichtung für die Austaststeuerung versehenen Einrichtung und

Fig. 6 mehrere Diagramme mit Darstellung des Motorstromes und der Motorspannung bei lückendem Betrieb sowie der Motorspannung bei angeschnittenen Halbwellen.

Fig. 1 zeigt eine als Blockschaltbild dargestellte Vorrichtung 1, mittels der die Drehzahl und/oder die Leistungsaufnahme ei­ nes an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Elektromotors 2 reguliert werden kann.

Als Stellglied 3 ist ein in Reihe zu dem Motor 2 geschalteter, durch einen Triac 4 gebildeter, elektronischer Wechselstrom­ schalter vorgesehen. Dieser kann über ein per Optokoppler 5 zündbares Triac 6 gezündet werden.

Die Ansteuerschaltung für das Stellglied 3 weist im wesentli­ chen eine Austaststeuerung 7 auf, durch die der Elektromotor 2 mit lückender Wechselspannung betrieben werden kann. Dies be­ deutet, daß mit Hilfe der Austaststeuerung 7 eine oder mehrere Vollwellen der Wechselspannung ausgeblendet werden können, so daß der Motor dann mit abwechselnd gegenphasigen Spannungs­ halbwellen betrieben wird.

Weiterhin weist die Ansteuerschaltung noch eine Steuerung 8 zum Verändern des Effektivwertes der Wechselspannung auf. Diese Steuerung 8 kann vorzugsweise durch eine Phasenan­ schnitt- oder Phasenabschnittsteuerung, gegebenenfalls auch durch einen Sinus-Amplituden-Versteller gebildet sein. Im Aus­ führungsbeispiel handelt es sich, auch in Verbindung mit Fig. 6, um eine Phasenanschnittsteuerung, bei der die Netzwechsel­ spannung jeweils verzögert zum Beginn einer Halbwelle an den Motor geschaltet wird.

Mittels der Austaststeuerung 7 kann, wie bereits vorerwähnt, an den Elektromotor 2 eine lückende Wechselspannung angelegt werden, wobei die Lücke eine oder mehrere Perioden, also Vollwellen dauern kann. Bei einer Lücke von der Dauer einer Vollwelle ergibt sich eine Frequenz von 33 Hertz (vergleiche Fig. 6), so daß dementsprechend auch das Drehfeld des Motors mit dieser Frequenz umläuft. Bei einer Lücke von zwei hintereinander liegenden Vollwellen würde sich eine Frequenz von 20 Hertz ergeben.

Theoretisch ergibt dies dann bei einem Motor, der üblicher­ weise bei einer Frequenz von 50 Hertz der Wechselspannung mit 3000 Umdrehungen pro Minute läuft, eine Reduktion auf 2000 Um­ drehungen pro Minute bei 33 Hertz und auf 1000 Umdrehungen pro Minute bei 20 Hertz. Die Drehzahlreduktion bei diesen angege­ benen Frequenzen ist jedoch lastabhängig und auch von dem jeweils verwendeten Motor abhängig. Demnach ist es möglich, trotz reduzierter Drehfeld-Frequenz die Nenndrehzahl von zum Beispiel 3000 Umdrehungen pro Minute beizubehalten, wenn am Motor nur ein kleines Lastdrehmoment ansteht und er zuvor mit Vollwellenbetrieb auf 3000 Upm gebracht wurde. Wird eine be­ stimmte Last überschritten, so kippt der Motor auf die redu­ zierte Drehzahl. Auch besteht bei bestimmten Motoren die Mög­ lichkeit, daß diese auch bei 33 Hertz Drehfeldfrequenz nicht mit zwei Drittel der Drehzahl entsprechend der Frequenzreduk­ tion laufen, sondern nur mit ein Drittel der Drehzahl des 50 Hertz-Betriebes.

Damit der Strombedarf bei lückendem Halbwellenbetrieb angepaßt werden kann, wird mit der Phasenanschnitt-Steuerung 8 jede Halbwelle der Netzwechselspannung angeschnitten. Dadurch ergibt sich eine beträchtliche Stromeinsparung.

In Fig. 1 ist zusätzlich noch eine Steuereinrichtung 9 ge­ zeigt, die als Anlaufhilfe dient und durch die beim Start des Motors der Wechselspannungseffektivwert für eine kurze, vor­ gebbare Zeit vergrößert werden kann. Dies erfolgt bei Verwen­ dung einer Phasenanschnitt-Steuerung 8, indem der Stromfluß­ winkel bei geschlossenem Schalter 11 vergrößert wird und/oder indem bei geschlossenem Schalter 12 auf Vollwellenbetrieb ohne Zwischenlücken umgeschaltet wird.

Mit 10 ist in Fig. 1 noch ein Netzteil und mit 13 eine Ein­ richtung zum Setzen definierter Anfangsbedingungen bei den einzelnen Baugruppen der Vorrichtung bezeichnet.

Fig. 2 zeigt in zwei punktiert umrandeten Blöcken die Austast­ steuerung 7 sowie die Steuereinrichtung 9.

Die Eingänge 14 und 15 sind mit der Phasenanschnitt-Steuerung 8 verbunden, wobei die Steuerung 8 Zündsignale direkt beim Nulldurchgang der Netzspannung oder eine einstellbare Zeit nach einem solchen Nulldurchgang liefert. Die Zündsignale 14, 15 gelangen über ein ODER-Gatter 16 und anschließend über ein UND-Gatter 17 zu einem Flip-Flop 18 und setzt dieses. Durch das UND-Gatter 17 gelangt das Zündsignal, weil am zweiten Eingang dieses UND-Gatters ebenfalls ein Signal ansteht, das von einem noch in Ruhe befindlichen Monoflop 19 kommt. Der Ausgang des Flip-Flops 18 ist mit einem ODER-Gatter 20 verbunden und dieses mit einem Treiber 21 über den das Zündsignal an den Triac 4 geführt werden kann.

Über den mit dem Flip-Flop 18 verbundenen Ausgang des UND-Gat­ ters 17 ist auch der Setz-Eingang des Monoflops 19 verbunden.

Die Laufzeit des Monoflops 19 ist auf die Anzahl der auszu­ blendenden Wechselspannungsperioden eingestellt. Für eine Fre­ quenz von 33 Hertz beträgt somit die Laufzeit des Monoflops 19 28 Millisekunden, während für eine Frequenz von 20 Hertz die Laufzeit 48 Millisekunden betragen muß.

Wenn nun das Monoflop 19 gestartet ist, blockiert dessen Aus­ gang das UND-Gatter 17, so daß die am anderen Eingang des UND- Gatters 17 ankommenden Zündimpulse für die Dauer der Laufzeit des Monoflops 19 nicht weitergeleitet werden.

Die hinter dem ODER-Gatter 16 anstehenden Zündimpulse werden auch einem Inverter 22 zugeleitet, der diese invertierten Zün­ dimpulse bei geschlossenem Schalter 23 an den Rücksetzeingang des Flip-Flops 18 führt und dieses rücksetzt, sobald im Nulldurchgang keine Zündimpulse von der Steuerung 8 kommen. Dieses Flip-Flop 18 dient zur Impulsverlängerung der Zündsignale,wie sie auch von der Steuerung 8 erzeugt werden. Da der Triac 4 erst beim nächsten Nulldurchgang der Netzspannung sperrt, bleibt der Motor 2 bis zum Ende der gerade gezündeten Halbwelle bestromt.

Bei einer Lücke von einer Periodenlänge (t1) wird der Triac 4 bei einer Netzfrequenz von 50 Hertz erst wieder nach 30 Milli­ sekunden (t2) gezündet, woraus sich der 33 Hertz-Betrieb er­ gibt (siehe Fig. 6).

Um Überschneidungen zu vermeiden, ist das Monoflop 19 für einen 33 Hertz-Betrieb auf eine etwas kleinere Laufzeit als 30 Millisekunden eingestellt. Das Monoflop 19 könnte dadurch zwar schon vor dem nächsten Nulldurchgang in seine Ausgangslage zu­ rück kippen, ein erneutes Zünden am Ende der Halbwelle wird jedoch dadurch vermieden, daß die Zündpulse beispielsweise 1 bis 2 Millisekunden vor dem nächsten Nulldurchgang enden. Dies ist gut in Fig. 6 in der dritten und vierten Diagrammzeile zu erkennen.

Der sich bei diesem Betrieb am Motor ergebende Strom ist in der ersten Diagrammzeile und die am Motor anstehende Spannung in der zweiten Diagrammzeile wiedergegeben.

Fig. 2 zeigt noch die Steuereinrichtung 9 zur Anlaufhilfe des Elektromotors 2. Mit dieser Steuereinrichtung kann für eine bestimmte Zeit der Stromflußwinkel vergrößert werden oder aber von lückendem auf Vollbetrieb umgeschaltet werden. Im Ausfüh­ rungsbeispiel kann über den Schalter 11 die Phasenanschnitt- Steuerung 8 (siehe Fig. 8) über den Transistor 24 im Sinne einer Vergrößerung des Stromflußwinkels beeinflußt werden.

Die Phasenanschnittsteuerung 8 ist vorzugsweise ein käuflicher Steuerbaustein, über dessen Eingangssteuerleitung 57 der Phasenanschnitt mit kleiner werdender Steuerspannung verkleinert werden kann. Wenn das Monoflop 25 (Fig. 2) gesetzt ist, wird der Transistor 24 leitend und legt die Leitung 57 über den geschlossenen Schalter 11 an Null Volt. Damit ist der Phasenanschnitt gleich Null.

Bei geschlossenem Schalter 12 kann das Triac 4 permanent gezündet werden, weil am Oder-Gatter 20 "high" ansteht, solange das Monoflop 25 gesetzt ist. Folglich steht auch bei der Leitung 58 "High"-Signal an, so daß über den Optokoppler 5, 6 auch das Triac 4 angesteuert wird.

Als Zeitglied weist die Steuereinrichtung 9 ein Monoflop 25 auf, das beim Einschalten des Motors von der Einrichtung 13 über einen Inverter 26 gestartet wird. Ein entsprechendes Startsignal wird von der Einrichtung 13 auch an die Phasenanschnitt-Steuerung 8 sowie die Austaststeuerung 7 gegeben, um definierte Anfangsbedingungen zu setzen und um Fehlfunktionen während des Aufbaues der Versorgungsspannung zu vermeiden (vgl. Fig. 1).

Der bei der Austaststeuerung 7 befindliche Schalter 23 ermög­ licht eine Umschaltung zwischen lückendem Betrieb (Schalter geschlossen) und Vollbetrieb (Schalter offen).

Erwähnt sei noch, daß nach dem Zeitablauf des Monoflops 25 die jeweils gewählten Anlaufhilfen - Vergrößerung des Stromfluß­ winkels oder Umschaltung auf Vollbetrieb - ausgeschaltet und auf die jeweils gewählte Betriebsart automatisch umgeschaltet wird.

Fig. 3 zeigt eine um eine Drehzahl-Istwertbildung 27 sowie einen Drehzahlregler 28 erweitertes Blockschaltbild. Die hin­ zugekommenen Blöcke 27 und 28 sind in Fig. 4 detaillierter wiedergegeben.

Der Drehzahl-Istwert des Motors wird im Ausführungsbeispiel in den Spannungsversorgungslücken über die EMK gemessen. Dazu wird am Motor über einen Gleichrichter 29 die positive Halb­ welle ausgekoppelt und über den anschließenden Kondensator 30 geglättet. Diese pulsierende Gleichspannung wird dem Eingang 31 der Drehzahl-Istwertbildung 27 zugeführt.

Die pulsierende Gleichspannung liegt an einem Analogschalter 32 an, der das Signal nur dann durchschaltet, wenn an seinem Steuereingang 33 ein entsprechendes Freigabesignal ansteht.

Die Freigabe des Analogschalters 32 erfolgt an bestimmter Stelle innerhalb einer Spannungsversorgungslücke und auch für eine vorgebbare Zeit. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Frei­ gabe etwa 22 Millisekunden (t3) nach dem letzten negativen Zündimpuls für eine Zeitdauer t4 von etwa 5 Millisekunden (vgl. zweite Diagrammzeile in Fig. 6). Durch diese zeitlichen Verhältnisse wird bewirkt, daß tatsächlich nur die an den Mo­ torklemmen anstehende EMK-Spannung gemessen wird. In der zwei­ ten Diagrammzeile von Fig. 6 ist nämlich gut erkennbar, daß nach der angeschnittenen, negativen Spannungshalbwelle noch erhebliche Spannungsschwankungen und Überlagerungen vorhanden sind, die die tatsächliche EMK-Spannung verfälschen würde.

Die Drehzahl-Istwertbildung 27 weist ein UND-Gatter 36 auf, dessen Eingänge 34′ und 35′ an die Ausgänge 34 und 35 der Austaststeuerung (vgl. Fig. 2) und den Ausgang 35 der Steuerung 8 (vergleiche Fig. 3) angeschlossen sind. Damit wird bewirkt, daß das UND-Gatter bei Anliegen eines Zündimpulses für eine negative Halbwelle durchschaltet. Mit seinem Aus­ gangssignal startet das UND-Gatter 36 ein Monoflop 37, dessen Laufzeit beispielsweise auf 22 Millisekunden eingestellt ist. Nach Ablauf dieser Zeit wird ein sich anschließendes weiteres Monoflop 38 gestartet, das eine Laufzeit von beispielsweise 5 Millisekunden hat. Diese Laufzeit ist die Abtast-Freigabezeit, wobei dieses Signal den Analogschalter 32 durchschaltet. Das am Eingang 31 anstehende Meßsignal wird dann über einen Impe­ danzwandler 39 und ein Filter 40 einer Sample und Hold-Schal­ tung 41 zugeführt. Bei lückendem Betrieb wird der Meßwert durchgeschaltet und über die Leitung 42 dem Drehzahlregler 28 zugeführt. Je nach dort eingestelltem Drehzahlsollwert stellt sich dann am Ausgang des Drehzahlreglers eine Steuerspannung ein, welche zur Phasenanschnitt-Steuerung 8 weitergeleitet wird und entsprechend den Zündwinkel bei Drehzahlabweichungen vom Sollwert verändert.

Die in Fig. 4 strichliniert innerhalb der Drehzahl-Istwertbil­ dung 27 umgrenzte Schaltungsgruppe 43 bewirkt, daß der letzte, vor einem Umschalten auf Vollbetrieb zur Verfügung stehende Drehzahlist-Meßwert in der Sample und Hold-Schaltung 41 zwi­ schengespeichert wird. Die Schaltungsgruppe 43 weist ein Flip- Flop 44, zwei UND-Gatter 45 und 46 sowie einen Inverter 47 auf.

Beim Zurückschalten von Vollbetrieb auf lückenden Betrieb steht aus der Sample und Hold-Schaltung 41 sofort der letzte eingespeicherte Meßwert für den Drehzahlregler 28 zur Verfü­ gung, bis sich über das Filter 40 am Eingang der Sample und Hold-Schaltung 41 ein neuer Meßwert aufgebaut hat.

Über die Steuerleitungen 48 und 49 ist die Schaltungsgruppe 43 mit den Ausgängen 34 und 49′ der Austaststeuerung in Fig. 2 verbunden.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante der Vorrichtung 1, die eine Umschalteinrichtung 50 sowie eine Strommeßeinrichtung 51 zusätzlich aufweist. Mit Hilfe dieser beiden Baugruppen kann einerseits lastabhängig, andererseits drehzahlabhängig zwi­ schen lückendem und Vollbetrieb hin und hergeschaltet werden. Ein typisches Anwendungsbeispiel wäre eine Kreissäge, wo ohne Last im Leerlauf lückend mit Austastung gearbeitet wird und wo andererseits beim Sägen umgeschaltet wird auf nichtlückenden Vollbetrieb. Die Umschalteinrichtung 50 weist im wesentlichen ein Flip-Flop 52, ein ODER-Gatter 53, einen Spannungskompara­ tor 54 sowie einen Stromkomparator 55 auf. Der Spannungskompa­ rator 54 ist mit einem Eingang an die Drehzahl-Istwertbildung 27 und mit seinem anderen Eingang an einen Drehzahl-Sollwert­ geber angeschlossen.

Der Stromkomparator ist mit einem Eingang an die Strommeßein­ richtung 51 und mit seinem anderen Eingang an einen Stromsoll­ wertgeber angeschlossen.

Ausgehend von dem vorerwähnten Anwendungsbeispiel bei einer Kreissäge ergibt sich folgender Funktionsablauf:

Der Sägen-Motor läuft zunächst im Vollbetrieb am 50-Hertz- Netz mit einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen während eines Sägevorganges. Nach dem Sägen geht entsprechend die Last zurück, so daß auch der Stromistwert reduziert ist und einen voreingestellten Stromsollwert unterschreitet. Über den Stromkomparator 55 und das daran angeschlossene Flip-Flop 52 wird dann auf 33 Hertz-Betrieb umgeschaltet, wobei aber die Nenndrehzahl von 3000 Umdrehungen beibehalten bleibt. Beim nächsten Sägevorgang geht die Drehzahl wegen des lückenden 33 Hertz-Betriebes etwas zurück und der Drehzahlistwert unterschreitet den voreingestellten Drehzahlsollwert. In diesem Falle wird über den Spannungskomparator 54 sowie das ODER-Gatter 53 das Flip-Flop 52 angesteuert, worauf wieder auf Vollbetrieb umgeschaltet wird.

Im lückenden Betrieb ist auch die Anschnitt-Steuerung 8 wirk­ sam, so daß auch die Leerlauf- bzw. Teillast-Stromaufnahme re­ duziert wird. Mit dem in Fig. 5 am Steuereingang der Phasenan­ schnitt-Steuerung 8 angeschlossenen Potentiometer 56 kann bei lückendem Betrieb auf optimalen Phasenanschnitt, d. h. auf mi­ nimale Stromaufnahme eingestellt werden.

In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, daß ein sogenannter Kondensatormotor mit 750 Watt Nennleistung und einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute bei einer Netzfrequenz von 50 Hertz eine Verlustleistung von etwa 500 Watt im Leerlauf hat. Bei lückendem Betrieb, im Beispiel mit 33 Hertz und der gleichen Drehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute hat dieser Motor dann nur noch eine Aufnahmeleistung von 150 Watt und bei 33 Hertz und reduzierter Drehzahl auf 1000 Umdrehungen pro Minute ist nur noch eine Leistungsaufnahme von 25 Watt im Leerlauf vorhanden. Insbesondere im Leerlaufbetrieb werden somit die Verluste ganz drastisch verringert. Auch im Teillastbereich ergibt sich bei lückendem Betrieb eine Reduzierung der Aufnahmeleistung. Erwähnt sei noch, daß im lückenden 33 Hertz-Betrieb mit 3000 Umdrehungen pro Minute beim Überschreiten einer bestimmten Last der Motor auf eine Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute zurückgeht und dort stabil läuft.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eignet sich zum Einsatz in Verbindung mit Kondensator-Einphasen-Motoren, Spaltpolmotoren und für Dreiphasen-Kurzschlußläufer-Motoren. Durch die im vor­ erwähnten, praktischen Beispiel erläuterte Verringerung der Verlustleistung ergibt sich auch eine wesentlich reduzierte Wärmeentwicklung beim Motor.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist der Einsatz bei einer Pumpenanordnung, wo zwei Pumpen unterschiedlicher Leistung installiert sind. Ist eine große Fördermenge gefordert, arbeitet die große Pumpe, gegebenenfalls zusammen mit der kleinen Pumpe und bei geringerem Förderbedarf wird auf die kleine Pumpe umgeschaltet. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nun die kleine Pumpe entfallen, weil die große Pumpe verlustreduziert in Sparschaltung betrieben werden kann.

Claims (16)

1. Verfahren zur Regulierung von einem an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Wechselstrom-Motor mit Kurzschlußläufer, wobei die Versorgungs-Wechselspannung Lücken mit einer oder mehreren Vollwellen und abwechselnd gegenphasige Spannungshalbwellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs-Zeit-Flächen der Halbwellen zur Reduzierung der Aufnahmeleistung im Teillast- bzw. Leerlaufbetrieb in Relation zum Lastdrehmoment des Motors reduziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spannungsversorgungslücken über die EMK die Istdrehzahl des Elektromotors gemessen und der Meßwert zur Regelung der Motordrehzahl oder zur Steuerung der Motorstromaufnahme verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anlaufen des Motors für eine kurze, Motor­ abhängig wählbare Zeit die Spannungs-Zeit-Flächen der Halbwellen vergrößert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Motorstrom gemessen und der Meßwert zum Umschalten zwischen lückendem und Vollbetrieb beziehungs­ weise umgekehrt verwendet wird.

5. Vorrichtung zur Regulierung der Drehzahl und/oder der Lei­ stungsaufnahme eines an ein Wechselstromnetz angeschlosse­ nen Wechselstrommotors mit Kurzschlußläufer, wobei die Vorrichtung einen mit dem Motor in Reihe geschalteten und mit einer Ansteuerschaltung verbundenen, elektronischen Wechselstromschalter aufweist, wobei die Ansteuerschaltung eine Austaststeuerung zum lückenden Ausblenden einer oder mehrerer Spannungsvollwellen und Ansteuern von abwechselnd gegenphasigen Spannungshalbwellen aufweist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (8) zur Reduzierung der Aufnahmeleistung im Teillast- bzw. Leerlaufbetrieb in Relation zum Lastdrehmoment des Motors durch Reduzieren der Spannungs- Zeit-Flächen der Halbwellen vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (8) zum Verändern der Spannungs-Zeit-Flächen der Halbwellen durch eine Phasenanschnitt- oder Phasenab­ schnittsteuerung oder einen Sinus-Amplituden-Versteller gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Austaststeuerung (7) ein entsprechend der vorgesehenen Austastzeit einstellbares Zeitglied sowie eine von dem Zeitglied angesteuerte Torschaltung (17) aufweist, zur zeitweisen Ausblendung eines Steuersignales für ein im Motorstromkreis befindliches Stellglied (3).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied der Austaststeuerung (7) im wesentlichen durch ein Monoflop (19) und die Torschaltung im wesentli­ chen durch ein UND-Gatter (17) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (9) zur Anlauf­ hilfe vorgesehen ist, die für kurze, motorabhängig wähl­ bare Zeit ein Ausgangssignal zur Vergrößerung des an den Motor geschalteten Wechselspannungs-Effektivwertes lie­ fert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie eine Drehzahlregelung (27, 28) auf­ weist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlregelung eine Einrichtung (27) zur Bildung des Drehzahl-Istwertes sowie einen damit verbundenen Drehzahl­ regler (28) aufweist, der mit der Steuerung (8) zum Verän­ dern der Spannungs-Zeit-Flächen der Halbwellen verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (27) zur Bildung des Drehzahl-Istwertes bei lückendem Betrieb Zeitglieder zur Messung der am Motor anstehenden EMK für eine vorgebbare Zeit innerhalb der Spannungsversorgungslücken aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitglieder durch Monoflops (37, 38) gebildet sind, die nach einer einstellbaren Pause ab Beginn eines Zündsi­ gnales für eine vorgebbare Zeit ein Freigabesignal an eine Torschaltung (32) liefern.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Einrichtung (27) zur Bildung des Drehzahl-Istwertes ein Zwischenspeicher (41) für den jeweils letzten Meßwert vor dem Umschalten auf Vollbetrieb vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Strommeßeinrichtung (51) zur Mes­ sung des Motorstromes vorgesehen ist, die mit einer Um­ schalteinrichtung zum Umschalten von Vollbetrieb auf lückenden Betrieb verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung mit der Drehzahl-Istwertbildung (27) verbunden ist zum Umschalten von lückendem auf Voll­ betrieb.