Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren

Abstract

 In jeder Drehzahlstufe der Steuereinrichtung ist ein Kondensator angeordnet, der über einen kontaktlosen Halbleiterschalter und unmittelbar nachfolgend über ein Relais mit einem zum jeweiligen Halbleiterschalter parallel angeordneten Schaltkontakt in den Versorgungsstrang des Motors ohne Bildung von Schaltfunken einschaltbar ist. Die Kondensatoren der Schaltstufen, die untereinander gleich oder auch unterschiedlich ausgebildet sein können, sind in Parallellage in den Versorgungsstrang des Motors einschaltbar.
Die Einstellung der jeweils gewünschten Drehzahlstufe kann mittels eines von Hand betätigbaren Folgeschalters in Form eines Dreh- oder Schiebeschalters erfolgen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren, insbesondere von Motoren für den Antrieb von Ventilatoren, die mit Mitteln zum stufenweisen Verändern der am Motor anliegenden Spannung und mit einem Schalter zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe versehen ist.

[0002] Einrichtungen zur Drehzahlsteuerung der vorgenannten Art und Zweckbestimmung sind allgemein bekannt. Dabei dienen als Mittel zum Verändern der am Motor anliegenden Spannung Transformatoren mit Sekundäranzapfungen.

[0003] Bei Steuerungen für Ventilatorantriebe sind in der Regel fünf Drehzahlstufen einstellbar und beispielsweise bei einer Eingangsspannung von 220/240 Volt am Trafo können an dessen Sekundäranzapfungen Ausgangsspannungen von 60, 105, 130, 160 und 220 Volt abgegriffen werden.

[0004] Steuerungen dieser Art haben sich zwar bewährt, sind aber kostspielig im Aufbau und darüber hinaus mit schlechten Wirkungsgraden behaftet. So erreichen Transformatoren allenfalls einen Wirkungsgrad von 80 Prozent. Auch müssen zumindest bei größeren Leistungen die Transformatoren mit Verrippungen zur Wärmeabfuhr versehen oder gar mit besonderen Kühlsystemen ausgerüstet sein.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer im Aufbau einfacheren und kostengünstiger herstellbaren Steuerung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung, die darüber hinaus sich auch durch bessere Wirkungsgrade als die Steuerungen nach dem Stande der Technik auszeichnen soll.

[0006] Gelöst ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß bei der Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Steuerung über je einen Kondensator in jeder Drehzahlstufe erfolgt, die in den Versorgungsstrang des Motors parallel zueinander einschaltbar sind, und daß jeder Kondensator zunächst über einen kontaktlosen Halbleiterschalter und unmittelbar danach über ein Relais mit einem zum jeweiligen Halbleiterschalter parallel angeordneten Schaltkontakt an Versorgungsspannung anlegbar ist.

[0007] Bei der Erfindung handelt es sich somit darum, daß Kondensatoren an die Stelle eines Transformators mit einer der gewünschten Anzahl Schaltstufen entsprechenden Anzahl Sekundäranzapfungen getreten sind. Diese Kondensatoren sind je nach gewünschter Schaltstufe nach und nach in Parallellage zueinander schaltbar. Dadurch ist eine praktisch verlustfrei arbeitende Drehzahlsteuerung verwirklicht.

[0008] Bekanntlich treten beim Schalten von Kondensatoren in aller Regel erhebliche Schaltfunken auf, die leicht zum Verbrennen oder Verschweißen der Schaltkontakte führen können. Dies wird bei der Erfindung nun dadurch unterbunden, daß jedem Kondensator in Parallellage zueinander jeweils ein kontaktloser Halbleiterschalter und der Schaltkontakt eines Schaltrelais zugeordnet sind und daß zunächst der kontaktlose Halbleiterschalter durch Anlegen einer Steuerspannung durchgeschaltet und dann unmittelbar danach durch Ansteuerung des Relais der Relaiskontakt dieser Schaltstufe in Schließlage gebracht wird.

[0009] Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Steuerung ist mithin, daß beim Schalten einer Drehzahlstufe deren Kondensator zunächst über den kontaktlosen Halbleiterschalter an Versorgungsspannung gelegt und unmittelbar danach durch Schließen des Relaiskontaktes dieser Schaltstufe ein zweiter Strompfad geschaffen sowie während des Betriebes aufrechterhalten wird. Da im Augenblick des Schließens des Relaiskontaktes einer jeden Schaltstufe deren Kondensator bereits über den kontaktlosen Halbleiterschalter an Versorgungsspannung liegt, bestehen am Schaltkontakt des zugeordneten Relais allenfalls nur geringe Potentialunterschiede (Flußspannung der Halbleiter) und folglich können beim Betätigen des Relais-Schaltkontaktes in seine Schließlage auch keine Schaltfunken bzw. Kontaktschweißen auftreten.

[0010] Es ist somit eine Drehzahlsteuerung geschaffen worden, die für eine beliebige Anzahl Schaltstufen ausgelegt werden kann, wobei jeder Schaltstufe jeweils ein Kondensator zugeordnet und letzterer aufeinanderfolgend über einen kontaktlosen Halbleiterschalter und dann über den Schaltkontakt eines Relais an Versorgungsspannung anlegbar ist. Die Kondensatoren der einzelnen Schaltstufen sind dabei parallel zueinander schaltbar mit der Folge, daß beim Einschalten der zweiten und jeder folgenden Drehzahlstufe die Kapazitäten der diesen Stufen zugeordneten Kondensatoren einander addieren.

[0011] Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in jeder Drehzahlstufe der kontaktlose Halbleiterschalter und das Relais mit dem zum Halbleiterschalter parallelen Schaltkontakt über ihrerseits parallel zueinander angeordnete Schaltkontakte ansteuerbar sind und daß jeweils der zum Ansteuern des Relais dienende Schaltkontakt einer jeden Drehzahlstufe unmittelbar nach dem Betätigen des Schaltkontaktes zum Ansteuern des zugeordneten Halbleiterschalters in seine Schließlage betätigt wird.

[0012] Gemäß dieser Ausgestaltung ist mithin sichergestellt, daß zwangsgesetzlich nach der Ansteuerung des kontaktlosen Halbleiterschalters einer Schaltstufe das Relais dieser Schaltstufe ebenfalls angesteuert und mithin der Relaiskontakt in seine Schließlage betätigt wird und den Elektronikstrompfad kurzschließt.

[0013] Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn der Schalter zum Einstellen der geweils gewünschten Drehzahlstufe als Folgeschalter mit zwangsläufiger Betätigung der dem Ansteuern der Relais in den einzelnen Schaltstufen dienenden Kontakte nach vorheriger Betätigung der Kontakte zum Ansteuern des jeweiligen Halbleiterschalters in ihre Schließlagen ausgebildet ist. Bei diesem Schalter kann es sich um einen Dreh- oder Schiebeschalter handeln.

[0014] Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Schaltfunktionen des Schalters zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe in Abhängigkeit von Umgebungszuständen mittels einer Sensorik ausgelöst werden.

[0015] Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehzahlsteuerung soll nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen.

Fig. 1

in einem Prinzipschaltbild eine Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Einphasen-Wechselstrommotors und

Fig. 2

in einem Schaubild die jeweils aufeinanderfolgende Betätigung eines Schaltkontaktes zum Ansteuern des kontaktlosen Halbleiterschalters und nachfolgend eines Schaltkontaktes zum Ansteuern eines Schaltrelais in verschiedenen Schaltstufen.

[0016] Bei der in dem Prinzipschaltbild gemäß Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Drehzahlsteuerung eines Einphasen-Wechselstrommotors M sind zwei aufeinanderfolgende Schaltstufen 1 und 2 gezeigt. Es ist ohne weiteres die Ausrüstung mit weiteren Schaltstufen möglich, die untereinander gleich ausgebildet sein können. Dies deuten die im Schaltbild rechts von der Schaltstufe 2 angeordneten Pünktchen an.

[0017] Jede der Schaltstufen der Einrichtung zur Drehzahlsteuerung ist mit einem in den Versorgungsstrang des Motors M einschaltbaren Kondensator C1, C2 ... ausgerüstet und besitzt ferner einen kontaktlosen Halbleiterschalter T1, T2 ... (in spezieller Anordnung mit passiven Bauelementen) sowie ein Relais R1, R2 ... mit einemn jeweils zum Halbleiterschalter der betreffenden Schaltstufe in Parallellage angeordneten Schaltkontakt K1, K2 .... Schließlich sind die Halbleiterschalter T1, T2 ... über Schaltkontakte S1.1, S2.1 ... und die Relais R1, R2 ... über die Schaltkontakte S1.2, S2.2 . .. ansteuerbar, und zwar mittels eines nicht dargestellten Schalters, der als handbetätigter Folgeschalter in Form eines Dreh- oder Schiebeschalters ausgebildet sein kann.

[0018] Beim Einschalten der ersten Schaltstufe wird mittels des Folgeschalters der Kontakt S1.1 in Schließlage gebracht und dadurch der kontaktlose Halbleiterschalter T1 auf Durchgang geschaltet mit der Folge, daß sich über den kontaktlosen Halbleiterschalter T1, den Kondensator C1 und den Motor M ein Stromkreis von L nach N schließt. Unmittelbar nach dem Schalten des kontaktlosen Halbleiterschalters T1 auf Durchgang gelangt, wie das Schaubild gemäß Fig. 2 veranschaulicht, der Schaltkontakt S1.2 der ersten Stufe in Schließlage, wodurch das Relais R1 angesteuert wird und seinen in Parallellage zu dem Halbleiterschalter T1 angeordneten Schaltkontakt K1 in Schließlage betätigt, der dann einen zum Halbleiterschalter T1 parallelen Strompfad bildet. Angesichts des Bestehens eines Strompfades über den Halbleiterschalter T1 im Zeitpunkt des Schließens des Schaltkontaktes K1 bestehen an diesem nur geringe Potentialunterschiede, so daß beim Schalten keinerlei Schaltfunken am Schaltkontakt K1 auftreten können. Der über den geschlossenen Schaltkontakt K1 gebildete Strompfad stellt die weitere Versorgung des Motors M über den Kondensator C1 sicher, wenn der Halbleiterschalter T1 nach Herstellen des erwähnten parallelen Strompfades über K1 abfällt.

[0019] Der Aufbau der zweiten Schaltstufe, und ggf. vorhandener weiterer Schaltstufen, ist gleich der Schaltstufe 1. Wenn die zweite Schaltstufe zugeschaltet werden soll, wird mittels des erwöhnten Folgeschalters zunächst durch Schließen des Schaltkontaktes S2.1 der kontaktlose Halbleiterschalter T2 angesteuert und auf Durchgang geschaltet, worauf wiederum durch unmittelbar nachfolgende Betätigung des Schaltkontaktes S2.2 das Relais R2 angesteuert und dadurch der Schaltkontakt K2 geschlossen wird. Der Kondensator C2 der Schaltstufe 2 liegt dann in Parallelschaltung zum Kondensator C1 der Schaltstufe 1 und die in den Versorgungsstrang des Motors M eingeschaltete Gesamtkapazität ist gleich der Summe der Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2.

[0020] Das Schaubild gemäß Fig. 2 veranschaulicht analog zur Schaltstufe 1 für die Schaltstufe 2 und eine in diesem Schaubild angedeutete dritte Schaltstufe das Schließen des das Relais R2 an Versorgungsspannung anlegenden Schaltkontaktes S2.2 unmittelbar nach dem Schließen des Schaltkontaktes S2.1 zum Anlegen des kontaktlosen Halbleiterschalters T2 an Versorgungsspannung.

[0021] In Fig. 1 sind lediglich der anschaulichen Darstellung wegen die kontaktlosen Halbleiterschaltert T1, T2 in gleicher Weise wie die Schaltkontakte K1, K2 der Relais R1, R2 als zwischen einer Schließ- und einer Öffnungslage betätigbare Schaltkontakte veranschaulicht. Tatsächlich handelt es sich indessen bei den Halbleiterschaltern um kontaktlose Schaltelemente in Verbindung mit passiven Bauelementen, die durch Anlegen an eine spezielle Versorgungsspannung infolge Betätigung der zugeordneten Schaltkontakte S1.1, S2.1 auf Durchgang geschaltet werden.

[0022] Das Abschalten oder Umschalten auf eine niedere Drehzahlstufe erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Drehzahlsteuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren, insbesondere von Motoren für den Antrieb von Ventilatoren, die mit Mitteln zum stufenweisen Verändern der am Motor anliegenden Spannung und mit einem Schalter zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung über je einen Kondensator (C1, C2...) in jeder Drehzahlstufe (1, 2 ...) erfolgt, die in den Versorgungsstrang des Motors (M) parallel zueinander einschaltbar sind, und daß jeder Kondensator (C1, C2 ...) zunächst über einen kontaktlosen Halbleiterschalter (T1, T2 ...) und unmittelbar danach über ein Relais (R1, R2 ...) mit dem zum jeweiligen Halbleiterschalter (T1, T2 ...) parallel angeordneten Schaltkontakt (K1, K2 ...) an Versorgungsspannung anlegbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Drehzahlstufe (1, 2 ...) der kontaktlose Halbleiterschalter (T1, T2 ...) und das Relais (R1, R2 ...) mit dem zum Halbleiterschalter (T1, T2 ...) parallelen Schaltkontakt (K1, K2 ...) über ihrerseits parallel zueinander angeordnete Schaltkontakte (S1.1, S1.2; S2.1, S2.2; ...) ansteuerbar sind und daß jeweils der Schaltkontakt (S1.2, S2.2 ...) das Relais (R1, R2 ...) einer jeden Drehzahlstufe unmittelbar nach dem Betätigen des Schaltkontaktes (S1.1, S2.1 ...) zum Ansteuern des zugeordneten Halbleiterschalters (T1, T2 ...) in seine Schließlage betätigt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe (1, 2 ...) als Folgeschalter mit zwangsläufiger Betätigung der dem Ansteuern der Relais (R1, R2 ...) in den einzelnen Schaltstufen dienenden Kontakte (S1.2, S2.2 ...) nach vorheriger Betätigung der Kontakte (S1.1, S2.1 ...) zum Ansteuern des jeweiligen Halbleiterschalters (T1, T2 ...) in ihre Schließlagen ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunktionen des Schalters zum Einstellen der jeweils gewünschten Drehzahlstufe (1, 2 ...) in Abhängigkeit von Umgebungszuständen mittels einer Sensorik ausgelöst werden.

Zeichnung