DE4423816A1 - Speiseschaltung zum Betrieb eines Wechselstrommotors - Google Patents
Speiseschaltung zum Betrieb eines WechselstrommotorsInfo
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- H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Speiseschaltung zum Betrieb
eines Wechselstrommotors der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art.
Es ist allgemein bekannt, kollektorlose Wechselstrommotoren an
einer Gleichstromquelle mit Hilfe von Schalt- und Steuerein
richtungen zu betreiben. Hierbei werden allgemein Dreiphasen-
Drehstrommotoren verwendet, die zumindestens drei Wicklungen
aufweisen, so daß der Motor relativ aufwendig und kostspielig
aufgebaut ist.
Für Wechselstrom-Netzbetrieb sind Zweiphasenmotoren mit Hilfs
phasen zum Anlauf oder zum Anlauf und Betrieb bekannt. Diese
Motoren weisen verglichen mit Dreiphasen-Drehstrommotoren einen
vereinfachten Wicklungsaufbau auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speiseschaltung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen vereinfachten
Aufbau sowohl der Steuer- und Schalteinrichtungen als auch des
Motors selbst ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Speiseschaltung
ist es möglich, als Wechselstrommotor einen Zweiphasenmotor
mit einer Hilfsphase zu verwenden, wobei die Wicklung der
Hilfsphase gleich oder unterschiedlich wie die Wicklung der
Hauptphase dimensioniert sein kann. Die Steuerschaltung ist
vorzugsweise ein Mikroprozessor, der die erforderlichen
impulslängenmodulierten Steuersignale in Abhängigkeit von der
gewünschten Drehzahl des Motors liefert.
Der durch die Wicklungen des Motors fließende Strom wird
vorzugsweise gemessen und der Steuerschaltung als weiteres
Steuersignal zugeführt.
Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es zur
Erzeugung des sinusförmigen Stromes durch die Wicklungen aus
reichend, nur einen der jeweils die Pole der Gleichstromquelle
mit den Wicklungen verbindenden Schalter mit impulslängen
modulierten Steuersignalen zu steuern, während der andere je
weilige Schalter dauernd während der entsprechenden Sinushalb
welle geschlossen ist.
Dieser während einer Sinushalbwelle dauernd geschlossene
Schalter ist vorzugsweise der mit dem positiven Pol der Gleich
stromquelle verbundene Schalter, so daß dieser Schalter ein
Schalter mit relativ langsamen und damit preiswerten Bauteilen
sein kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
der Zeichnungen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer ersten
Ausführungsform der Speiseschaltung,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines der Doppel
schalter nach Fig. 1,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der
Doppelschalter nach Fig. 1,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der
Doppelschalter nach Fig. 1,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der
Doppelschalter nach Fig. 1,
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der
Doppelschalter nach Fig. 1,
Fig. 7 Schwingungsformen der Spannung, die gemäß einer
Ausführungsform den jeweiligen Enden einer
Wicklung über ein Doppelschalter-Paar zugeführt
werden,
Fig. 8 Schwingungsformen der Spannung, die gemäß einer
abgeänderten Ausführungsform den jeweiligen
Enden einer Wicklung über ein Doppelschalter-
Paar zugeführt werden,
Fig. 9 Schwingungsformen der Spannung an der Haupt
bzw. Hilfsphase,
Fig. 10 eine abgeänderte Ausführungsform der Speise
schaltung.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der Speiseschaltung
dargestellt, die zum Betrieb eines Zweiphasenmotors 1 mit einer
Hauptphase 3 und einer Hilfsphase 2 zum Anlauf oder zum Anlauf
und Betrieb ausgebildet ist.
Die Wicklung der Hilfsphase 2 kann entsprechend abweichend von
oder gleich der Hauptphase 3 dimensioniert sein.
Jede Phase 2, 3 wird durch je zwei Doppelschalter 6, 7 bzw. 4, 5
gesteuert, die ihrerseits von einer digitalen elektronischen
Steuerschaltung 9, wie z. B. einem Mikroprozessor, gesteuert
werden.
Mit einem Widerstand 8 wird der von dem Motor insgesamt aufge
nommene Strom gemessen und der elektronischen Steuerschaltung
9 zugeführt.
Die elektronischen Doppelschalter 4 bis 7 schalten den einen
oder den anderen Pol der Gleichstromquelle Us an die jeweilige
Wicklung 2, 3 oder unterbrechen den Strom an diese Wicklung.
Ausführungsbeispiele der Doppelschalter 4 bis 7 bei niedriger
Speisespannung sind in den Fig. 2 bis 6 gezeigt.
Die Doppelschalter nach den Fig. 2, 3 und 6 bestehen jeweils
aus einem N-Kanal-Feldeffekt- (oder gegebenenfalls einem
bipolaren NPN-) Leistungstransistor 10, der einen jeweiligen
Anschluß der zugehörigen Wicklung 2 bzw. 3 (über den Widerstand
8) mit dem negativen (Erd-) Anschluß der Speisespannung
verbinden kann, und einem P-Kanal-Feldeffekt- oder bipolaren
PNP-Leistungstransistor 11, der den jeweiligen Anschluß der
zugehörigen Wicklung mit dem positiven Anschluß der
Speisespannung Uss verbinden kann.
Obwohl dies in den Fig. 2 bis 6 nicht dargestellt ist, ist es
für den Fachmann verständlich, daß die Schalttransistoren der
Doppelschalter entweder integrierte Freilaufdioden aufweisen
oder mit derartigen Freilaufdioden beschaltet sind.
Die Steuerung der Leistungstransistoren 10, 11 ,erfolgt mit in
üblicher Weise aufgebauten integrierten Treiberschaltungen 12
(Fig. 2 und 4) oder mit diskret aufgebauten Transistorschal
tungen 13 mit Bipolar- oder Feldeffekttransistoren (Fig. 3,
5 und 6).
Wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, kann auch ein
N-Kanal-Feldeffekttransistor 11a (oder ein bipolarer NPN-Tran
sistor) zur Durchschaltung der positiven Spannung eingesetzt
werden, wenn eine zusätzliche Steuerschaltungs-Versorgungs
spannung Uv, deren Potential höher als das der Speisespannung
Uss ist, verwendet wird.
Bei der Ausführungsform des Doppelschalters nach Fig. 6 wird
zur Durchschaltung des positiven Anschlusses der Speisespannung
ein bipolarer PNP-Transistor 11b verwendet.
Potentialfreie Schaltungen, wie sie bei den Umrichtern für
Dreiphasendrehstromantriebe heute allgemein eingesetzt werden,
sind ebenfalls möglich.
Die Steuerschaltung 9 liefert an die Steueranschlüsse A und B
der Doppelschalter zueinander invertierte Steuersignale, so daß,
wenn der mit dem positiven Anschluß der Speisespannung verbun
dene Transistor 11 (bzw. 11a, 11b) eines Doppelschalters durch
geschaltet ist, der mit dem negativen Anschluß der Speisespan
nung verbundene Transistor 10 dieses Doppelschalters gesperrt
ist, und umgekehrt.
Die Steuersignale der der Hauptwicklung 3 zugeordneten Doppel
schalter 4, 5 sind hierbei gegenüber den Steuersignalen der der
Hilfsphase 2 zugeordneten Doppelschalter 6, 7 um 90 Grad phasen
verschoben.
Weiterhin ist selbstverständlich der jeweilige Steueranschluß A
eines Doppelschalters (z. B. 4) eines Doppelschalter-Paares (z. B.
4, 5) mit dem jeweiligen Steueranschluß B des anderen Doppel
schalters (z. B. 5) dieses Paares verbunden.
Zum Betrieb des Motors verbinden die jeweiligen Doppelschalter-
Paare 4, 5 bzw. 6, 7 jeweils einen Anschluß einer jeweiligen
Wicklung 2 bzw. 3 mit dem positiven Anschluß der Speisespannung
und den anderen Anschluß dieser Wicklung mit dem negativen
Anschluß der Speisespannung.
Durch Impulslängenmodulation der den Steueranschlüssen A bzw.
B der Doppelschalter von der Steuerschaltung 9 zugeführten
Steuersignale kann dabei ein sinusförmiger Strom gemäß Fig. 9
in der jeweiligen Wicklung erzeugt werden.
Fig. 7 zeigt die an den Ausgangsanschlüssen C bzw. C′ eines
Doppelschalter-Paares auftretenden und den jeweiligen Enden
einer Wicklung zugeführten Spannungen.
Die Doppelschalter werden dabei so gesteuert, daß in den beiden
Wicklungen 3 und 2 zwei vorzugsweise um 90° verschobene sinus
förmige Ströme gemäß Fig. 9 fließen und das Drehfeld erzeugen.
Dieses treibt den Rotor des Motors an. In Abhängigkeit von der
Ausgestaltung der Wicklung des Motors können selbstverständlich
auch andere Phasenunterschiede erforderlich oder sinnvoll sein.
Zur Erzeugung der sinusförmigen Ströme ist es ausreichend, wenn
nur ein Schalter eines jeweiligen Doppelschalters mit impuls
längenmodulierten Steuersignalen angesteuert wird, während der
andere Schalter der Doppelschalter, vorzugsweise der mit dem
positiven Anschluß der Speisespannung verbundene Schalter dieser
Doppelschalter, während der Sinushalbwelle dauernd durchgeschal
tet ist, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist, die in ähnlicher Weise
wie in Fig. 7 die Ausgangssignale des einer Wicklung zugeordne
ten Doppelschalter-Paares zeigt. Damit kann der letztgenannte
Schalter ein einfacherer Schalter mit relativ langsamen und
preiswerten Bauteilen sein.
Eine entsprechende Ausführungsform der Speiseschaltung ist in
Fig. 10 gezeigt. Hierbei sind die Anschlüsse A der Doppelschal
ter eines Paares über einen Inverter 14 miteinander verbunden
und werden von der Steuerschaltung 9 über Rechtecksignale mit
einer der in den Wicklungen 2, 3 zu erzeugenden Sinusschwingung
entsprechenden Periodendauer angesteuert.
Der zu verwendende Zweiphasen-Wechselstrommotor ist einfacher
aufgebaut und daher preiswerter als ein Dreiphasen-Drehstrom
motor.
Derartige Zweiphasen-Wechselstrommotoren werden heute allgemein
als Kondensatormotoren für Netzspannung eingesetzt. Die be
schriebene Speiseschaltung nach den Fig. 1 bzw. 10 ermöglicht
die Verwendung eines derartigen Zweiphasen-Wechselstrommotors
bei entsprechender Bemessung der Wicklungen als Niederspannungs
motor ohne die Verwendung eines Kondensators.
Für die Durchschaltung der Spannung an den Zweiphasen-Wechsel
strommotor ist zwar gegenüber dem Dreiphasen-Drehstrommotor ein
zusätzlicher Doppelschalter erforderlich, dieser kann aber ein
facher aufgebaut werden, da beispielsweise bei der Ausführungs
form nach den Fig. 8 und 10 ein Schalter, z. B. der mit dem
positiven Anschluß der Speisespannung verbundene Schalter, nur
relativ langsam durchschalten muß. Weiterhin können die Doppel
schalter 6, 7 der Hilfsphase 2, wenn die schwächer als die
Hauptphase 3 ausgelegt wird, einfacher aufgebaut werden.
Die Steuerschaltung 9 kommt mit weniger Leistungsfähigkeit, d. h.
Rechenleistung beim Mikroprozessor aus, da nur zwei Phasen
erzeugt werden müssen.
Claims (7)
1. Speiseschaltung zum Betrieb eines Wechselstrommotors aus
einer Gleichstromquelle, mit Schalteinrichtungen zur gesteuerten
Zuführung der Speisespannung der Gleichstromquelle an die
Phasenwicklungen des Wechselstrommotors und mit einer Steuer
schaltung zur Steuerung der Schalteinrichtungen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrommotor ein Zwei
phasenmotor mit einer Hauptphasenwicklung (3) und einer Hilfs
phasenwicklung (2) ist, daß die Schalteinrichtungen (4-7)
jeweilige elektronische Doppelschalter (4, 5 bzw. 6, 7) zur
Polumschaltung der Anschlüsse der Haupt- bzw. Hilfsphasenwick
lung (3, 2) einschließen, und daß die Steuerschaltung (9)
impulslängenmodulierte Steuersignale an die Doppelschalter
(4-7) derart liefert, daß zwei gegeneinander phasenverschobene
sinusförmige Ströme durch die beiden Wicklungen (2, 3) fließen.
2. Speiseschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die einer Wicklung (2, 3) zugeordne
ten Doppelschalter (4-7) jeweils ein Doppelschalter-Paar (4, 5
bzw. 6, 7) bilden, daß jeder Doppelschalter einen mit einem
jeweiligen Anschluß der zugehörigen Wicklung (2, 3) verbundenen
Ausgangsanschluß (C, C′), einen ersten, zwischen dem positiven
Pol der Gleichstromquelle dem Ausgangsanschluß eingeschalteten
Schalttransistor (11; 11a; 11b), einen zweiten, zwischen dem
negativen Pol der Gleichstromquelle eingeschalteten Schalt
transistor (10) und jeweilige mit den Steuerelektroden der
Schalttransistoren verbundene Treiberschaltungen (12; 13)
aufweist, die mit der Steuerschaltung (9) verbundene Eingangs
anschlüsse (A, B) aufweisen.
3. Speiseschaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse (A, B) der
Treiberschaltungen (12; 13) der Doppelschalter eines Doppel
schalterpaares überkreuzt miteinander und mit der Steuerschal
tung (9) verbunden sind, die gegenphasige impulslängenmodulierte
Steuersignale derart liefert, daß jeweils mit entgegengesetzten
Polen der Gleichstromquelle verbundene Leistungstransistoren
des Doppelschalterpaares (4, 5 bzw. 6, 7) impulsförmig
durchgeschaltet werden.
4. Speiseschaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse (A) der
Treiberschaltungen für die mit einem Pol der Gleichstromquelle
verbundenen Leistungstransistoren (11, 11a, 11b) eines Doppel
schalter-Paares (4, 5 bzw. 6, 7) über Inverter (14) miteinander
verbunden und von der Steuerschaltung (9) derart gesteuert sind,
daß während jeweiliger Halbperioden der in den Phasenwicklungen
(2, 3) fließenden Ströme der mit diesem Pol verbundene Leistungs
transistor eines Doppelschalters des Doppelschalter-Paares
dauernd durchgeschaltet ist und einen Anschluß der zugehörigen
Wicklung mit diesem Pol verbindet, während der mit dem anderen
Pol der Gleichstromquelle verbundene Leistungstransistor (10)
des mit dem jeweils anderen Anschluß dieser Wicklung verbundenen
Doppelschalters des Doppelschalter-Paares durch impulslängen
modulierte Steuersignale zur Erzielung eines sinusförmigen
Verlaufes des Stromes in der jeweiligen Wicklung impulsförmig
durchgeschaltet wird.
5. Speiseschaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der mit dem positiven Pol
der Gleichstromquelle verbundene Leistungstransistor (11; 11a;
11b) während einer Halbperiode der Wechselspannung dauernd
durchgeschaltet ist.
6. Speiseschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelschalter durch P- bzw.
N-Kanal-Feldeffekttransistoren gebildet sind.
7. Speiseschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Wicklungen (2, 3)
fließende Strom in einer Meßeinrichtung (8) gemessen und der
Steuerschaltung (9) als Steuersignal zugeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944423816 DE4423816A1 (de) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Speiseschaltung zum Betrieb eines Wechselstrommotors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944423816 DE4423816A1 (de) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Speiseschaltung zum Betrieb eines Wechselstrommotors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4423816A1 true DE4423816A1 (de) | 1996-01-18 |
Family
ID=6522469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944423816 Ceased DE4423816A1 (de) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Speiseschaltung zum Betrieb eines Wechselstrommotors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4423816A1 (de) |
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1994
- 1994-07-06 DE DE19944423816 patent/DE4423816A1/de not_active Ceased
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8131 | Rejection |