DE4310043A1 - Schaltungsanordnung zur Steuerung bzw. Regelung des Anlaufens, Abbremsens und der Drehzahl eines Drehstrom-Asynchronmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung bzw. Regelung des Anlaufens, Abbremsens und der Drehzahl eines Dreh­ strom-Asynchronmotors umfassend einen Regler, dessen erster Eingang mit einer Einrichtung zur Erfassung der Ist-Drehzahl des Motors verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einer Einrichtung zur Vorgabe der Soll- Drehzahl verbunden ist und dessen Ausgang mit einer Mehrzahl von Lei­ stungshalbleitern, wie Triacs, Alternistoren oder gegengerichtet parallel geschalteten Thyristorpaaren verbunden ist, um über eine Phasenan­ schnittsteuerung die den Motorwindungen von den Klemmen des Motors zu­ geführte Drehstromeinspeisung zu steuern, wobei weiterhin eine Drehrich­ tungs-Umkehrschaltung derart vorgesehen ist, daß die Zuordnung wenig­ stens zweier Phasen zu zwei Motorwindungen vertauschbar ist, und wobei bei wenigstens einem Teil der Phasen die Zuordnung zu der jeweiligen Motorwicklung durch Auf- bzw. Zusteuern der Leistungshalbleiter mittels der Steuer- und Regelanordnung erfolgt.

Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung unter Verwendung des Prinzips der Phasenanschnittsteuerung zur Spannungsverstellung einer vorhandenen Drehstromeinspeisung ist beispielsweise aus der Veröffentlichung in "lift REPORT Heft 5/91, S. 12 bis 14" bekannt. Darüber hinaus ist es generell bekannt, durch Umkehren der Phasenreihenfolge ein Drehmoment zu erzeu­ gen, welches sowohl motorisch als auch bremsend wirken kann. Bei einer bekannten derartigen Schaltung ist beispielsweise vorgesehen, daß in je­ der Phase des Netzanschlusses ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar angeordnet ist, und daß drei weitere Thyristorpaare derart parallel ge­ schaltet sind, daß durch Auf- bzw. Zusteuern der ersten oder der zweiten Gruppe von Thyristorpaaren ein Moment in einer ersten oder in einer zweiten Richtung erzeugt werden kann. Die drei jeweils aktivierten Grup­ pen von Leistungshalbleitern werden symmetrisch mit Phasenanschnitt­ steuerung betrieben, wobei hierüber der Betrag des jeweiligen Dreh­ moments einstellbar ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine be­ kannte derartige Schaltungsanordnung zu vereinfachen und dementspre­ chend einen sowohl kostengünstigen als auch sehr kompakten Aufbau zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Phase der Klemmenspannung ohne Zwischenschaltung von Leistungshalbleitern direkt mit einer Motorwicklung verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden einschließlich der Drehrich­ tungsumkehr-Schaltungsanordnung nur noch vier Gruppen von Leistungs­ halbleitern benötigt, so daß der Aufwand an Steuer- ebenso wie an Lei­ stungselektronik wesentlich reduziert werden kann. Damit einher geht eine Verminderung der Verluste durch die Leistungselektronik und es wird gleichzeitig ein außerordentlich kompakter Aufbau ermöglicht.

Bei einer Variante der erfindungsgemäßen Schaltung ist vorgesehen, daß den Leistungshalbleitern in den beiden nicht direkt mit einer Motor­ wicklung verbundenen Phasen ein Umschalt-Relais zum Vertauschen ihrer Zuordnung zu den Motorwicklungen und damit zur Drehrichtungsumkehr nachgeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Umschaltung der Drehrichtungsumkehr über eine Relaisschaltung, vorzugsweise in einem stromlosen Zustand kurz nach dem Sperren der Zündpulse der Thyristoren. Die Relaisschaltung kann dabei alternativ ein Umschalt-Relais oder zwei verriegelte Relais umfassen. Die Relais können der Leistungselektronik vor- oder nachgeschaltet sein.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß lediglich zwei Gruppen von Leistungshalbleitern benötigt werden, so daß der Aufwand für die Steuer- und Regelelektronik ebenso wie das Bauvolumen minimiert werden.

Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, daß eine erfindungsgemaße Schaltungsanordnung am oder im Motorgehäuse, vorzugsweise im Klemmka­ sten angeordnet ist. Dies ist aufgrund des geringen Bauvolumens her­ kömmlicherweise nicht möglich gewesen. Für viele Anwendungsfälle ist es aber von großem Vorteil, für die Steuerung kein gesondertes Gehäuse vor­ sehen und montieren zu müssen, sondern Motor und Steuerung als kompak­ te Einheit verfügbar zu haben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform und

Fig. 4 ein Schaltbild der Drehrichtungsumkehr-Schaltungsanordnung gemäß einer Variante der zweiten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik dar­ gestellt. Diese umfaßt einen Drehstrommotor M mit einer Einrichtung T zur Erfassung der Ist-Drehzahl, also zum Beispiel einem Tachogenerator. Die­ ser Wert der Ist-Drehzahl wird einer Vergleichsstelle V einer Drehzahl­ regelanordnung zugeführt und dort mit dem Drehzahl-Ist-Wert verglichen, wobei die Drehzahlregelanordnung in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Signal ausgibt. Der Drehzahlregelanordnung ist eine Steueranordnung nachgeordnet, die mit den Phasen L1, L2, L3 zur Synchronisation des Zündzeitpunktes der Phasenanschnittsteuerung verbunden ist, welche über den schematisch dargestellten Ausgang PA bewerkstelligt wird.

Die Phasenanschnitts- und Drehrichtungs-Umkehrschaltungsanordnung PH und DU umfaßt fünf gegengerichtet parallel geschaltete Thyristorpaare, wobei die ersten beiden Paare 1.1, 1.2 bzw. 2.1, 2.2 mit der Klemme L1, das Paar 3.1, 3.2 mit der Klemme L2 und die beiden Paare 4.1, 4.2 bzw. 5.1, 5.2 mit der Klemme L3 verbunden sind. Ein Thyristor dient jeweils zur Bewerkstelligung eines Phasenanschnitts der positiven bzw. negativen Halbwelle der jeweiligen Phase.

Die Ausgänge der Thyristorpaare 1.1, 1.2 und 4.1, 4.2 sind mit der Mo­ torwindung W1, die Ausgänge der Thyristorpaare 2.1, 2.2 und 5.1, 5.2 mit der Motorwindung W3 und der Ausgang des Thyristorpaares 3.1, 3.2 mit der Motorwindung W2 verbunden.

Hieraus wird deutlich, daß durch die Drehzahlregel- und Steueranordnung D, S über eine Phasenanschnittsteuerung die Leistungszufuhr zum Motor M gesteuert werden kann, und daß darüber hinaus durch Aktivierung der Thyristorpaare 1.1, 1.2 und 3.1, 3.2 sowie 5.1, 5.2 eine erste Momen­ tenrichtung und durch Aktivierung der Thyristorpaare 2.1, 2.2 und 3.1, 3.2 sowie 4.1, 4.2 eine zweite Momentenrichtung realisierbar ist. In jeder Betriebsphase werden die Gruppenzweige mit symmetrischer Phasenan­ schnittssteuerung betrieben.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik. Sie unterscheidet sich hiervon allerdings dadurch, daß die der Phase L2 entsprechende Klemme direkt und ohne Zwischen­ schaltung von angesteuerten Leistungshalbleitern mit der Motorwindung W2 verbunden ist. Gleichwohl läßt sich über die Ansteuerung der Thyristo­ renpaare 1.1, 1.2 und 2.1, 2.2 einerseits und 3.1, 3.2 und 4.1, 4.2 an­ dererseits eine Leistungssteuerung bewerkstelligen. Bei Aktivierung der Thyristorpaare 1.1, 1.2 und 4.1, 4.2 entsteht ein Drehmoment in einer er­ sten Richtung und bei Aktivierung der Thyristorpaare 2.1, 2.2 und 3.1, 3.2 entsteht ein Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung.

Dementsprechend wird deutlich, daß der Schaltungsaufwand beträchtlich reduziert werden kann, wobei überraschenderweise das Steuer- und Regel­ verhalten wenig beeinträchtigt wird.

Auch die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsvariante ist im Prinzip ähnlich aufgebaut wie vorstehend beschrieben. Allerdings sind dort lediglich zwei Paare von Thyristoren vorgesehen, welche ausschließlich für die Phasen­ anschnittsteuerung dienen. Die Phase L3 ist direkt mit der Motorwindung W3 verbunden. Die Ausgänge der Thyristorpaare 1.1, 1.2 bzw. 2.1, 2.2 sind über eine Relaisschaltung R mit den Motorwindungen W1 und W2 ver­ bunden. Die Relaisschaltung R umfaßt in der Ausführungsform nach Fig. 3 ein Umschaltrelais. Hierdurch ist es möglich, die Verbindung der Phasen L1 und L2 mit den Motorwicklungen W1 und W2 zu vertauschen und hier­ durch eine Momentenrichtungsumkehr zu bewerkstelligen.

Bei der Schaltungsvariante gemäß Fig. 4 umfaßt die Relaisschaltung R′ zwei verriegelte Relais R1 und R2. Die Funktion ist identisch wie die bei der Schaltung nach Fig. 3.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung bzw. Regelung des Anlaufens, Ab­ bremsens und der Drehzahl eines Drehstrom-Asynchronmotors umfassend ei­ nen Regler, dessen erster Eingang mit einer Einrichtung zur Erfassung der Ist-Drehzahl des Motors verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einer Einrichtung zur Vorgabe der Soll-Drehzahl verbunden ist und dessen Ausgang mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleitern, wie Triacs, Alterni­ storen oder antiparallel geschalteten Thyristorpaaren verbunden ist, um über eine Phasenanschnittsteuerung die den Motorwindungen von den Klem­ men des Motors zugeführte Drehstromeinspeisung zu steuern, wobei weiter­ hin eine Drehrichtungs-Umkehrschaltung derart vorgesehen ist, daß die Zuordnung wenigstens zweier Phasen zu zwei Motorwindungen vertauschbar ist, und wobei bei wenigstens einem Teil der Phasen die Zuordnung zu der jeweiligen Motorwicklung durch Auf- bzw. Zusteuern der Leistungs­ halbleiter mittels der Steuer- und Regelanordnung erfolgt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Phase der Klemmenspannung ohne Zwischenschal­ tung von Leistungshalbleitern direkt mit einer Motorwicklung verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dreh­ richtungsumkehr in den beiden nicht direkt verbundenen Phasen parallel geschaltete Leistungshalbleiter bzw. Leistungshalbleiterpaare angeordnet sind, welche durch Auf- und Zusteuern hinsichtlich ihres Anschlusses an die Motorwicklungen vertauschbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Leistungshalbleitern in den beiden nicht direkt mit einer Motor­ wicklung verbundenen Phasen ein Wende-Schütz zum Vertauschen ihrer Zu­ ordnung zu den Motorwicklungen und damit zur Drehrichtungsumkehr nachgeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im oder am Motorgehäuse angeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Klemmengehäuse des Motors angeordnet ist.