Umkehrschaltanordnung für dreiphasige Motoren
Für Drehriahtungsumschaltschütze, die in rascher Folge einen Motor umsteuern müssen, werden mit Vorteil gesteuerte Halbleiter verwendet, um eine hohe Lebensdauer zu erreichen. Da Kontakte vor allem durch das Ein- und Ausschalten von Strom beansprucht und verbraucht werden, ist !es nicht notwendig, dass alle Kontakte durch Halbleiter zusetzt werden. Stromlos schaltende Kontakte können weiterhin verwendet werden.
Für Stromstärken bis zu einigen Amperes sind im Handel sogenannte ReedKontakbe (in Glasröhrchen eingeschmolzen) erhältlich, welche bei stromlosem Schal ten bis zu 100 Millionen Schaltungen erreichen, also wesentlich mehr als ein Sohütz der bisher üblichen Bauart.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Umkehrsohaltanordnung für dreiphasige Motoren mit gesteuerten Halbleitern für das Ein- und Ausschalten des Stromes und elektromagnetisch betätigten Schalt gliedern, z. B. Relais oder Reedkontakte, für das Vertauschen von zwei Phasen. Damit diese SchaltgLieder tatsächlich stromlos geschaltet werden, ist eine zeitliche Staffelung der verschiedenen. Schaltvorgänge notwendig.
Bei den bisher bekanntgewordenen ähnlichen Um kehrschaltanordnungen wurde entweder auf eine solche zeitliche Staffelung nicht geachtet, was dann in der Praxi!s oft zu Kurzschlüssen und Zerstörung der Halb leiterventile führte, oder es wurden mechanische Mittel zu diesem Zweck eingesetzt. So kann z.
B. der Steuerschalter, der den Umschaltvorgang einleiten soll, mit mehreren Kontakten versehen werden, welche infolge einer entsprechenden mechanischen Betätigung in der gewünschten Reihenfolge die verschiedenen Schaltvorgänge auslösen. Es ist aber schwierig, so komplizierte Schalter z. B. in Maschinen einzubauen und von der Mechanik betätigen zu lassen, ausserdem ist die me chanische Abnützung oft zu gross, so dass die Schaltreihenfolge sich mit der Zeit verändert.
Da bei Reed Kontakt-Relais zusätzliche Hilfskontakte für Verriege lungszwecke relativ teuer sind, ist auch dies keine vorteilhafte Lösung. Für die vorliegende Erfindung wurde eine billige, rein elektronische Schaltung für die zeitliche Staffelung gesucht, unter Verwendung der bekannten RC-Zeilbkreise.
Die erfindungsgemässe Umkehrsohaltanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass für die zeitliche Staffelung der Schaltvorgänge mindestens eine RC-Zeitstufe vorgesehen ist, deren zeitbestimmender Kondensator mit einem Schwellwertschalter und über einen ersten Wider- stand sowie einen Schalter mit einer Spamun.gsquelle verbunden i.st und dass der zeibbestimmen,de Kondensator zudem durch mindestens ein weiteres Schaltelement mit ohmschem Widerstand überbrückt ist.
In den Zeichnungen ist das Prinzipschema von Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Alle für das Verständnis der Funktion unwesentlichen Teile sind weggelassen worden.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 vor allem den Hauptstromkreis der Schaltung, während in Fig. 2 die Steuerstromkreise mit den Zeitgliedern dargestellt sind.
Fig. 3 zeigt einen andern Steuerstromkreis.
Im Hauptstromkreis (Fig. 1) sind oben die Anschlüsse für die dreiphasige Netzzuieitung mit R, S, T bezeichnet. Unten sind die Abgänge U, V, W für den Anschluss des umzusteuernden Dreiphasen-Motors. Mit 1 und 2 sind die Kontakte zum stromlosen Vorbereiten der einen Drehrichtung bezeichnet, welche von der Relais-Spule P3 betätigt werden. Die Kontakte 3, 4 und Spule P2 dienen für die andere Drehrichtung.
Als gesteuerte EIalbleiberventile 8 bis 10 sind Zwei weg-Wechselstromthyrisstonen, sogenannte Triacs , d. h. in beiden Stromrichtungen arbeitende Halbleiter, vorgesehen.
Ein weiteres Relais mit Spule Pl und den Kontakten 5 bis 7 dient lediglich zur Übertragung der .Schaltbe- fehle von der Steuerung auf die gesteuerten Halbleiterventile 8 bis 10. Dies könnte ebensogut z. B. mittels Impulserzeuger und Transformatoren oder auf irgendeine andere Weise erfolgen.
Für stromloses Schalten der Kontakte 1 bis 4 und zum Vermeiden von Kurzschlüssen ist beim Umschalten der Drehrichtung folgende Reihenfolge notwendig:
1. Sperren der Haibleiterventile mittels Ausschalten der Spule P1
2. Pause von mindestens 1 Halbperiode
3. Ausschalten der Spule P2 (oder P3)
4. Einschalten der Spule P3 (oder P2)
5. Zünden der Haibleiterventile mittels Einschalten der Spule P1.
Obwohl eine eigentliche Pause nur zwischen 1. und 3. notwendi.g ist (zum Abklingen des Stromes in bereits gezündeten Halbleiterventilen 8 bis 10), ist es vorteilhafter, auch zwischen den weiteren Befehlen 3., 4. und 5. je eine kurze Pause einzulegen, um auch bei unterschiedlichen Ansprechverzögerungen der verschiedenen Relais immer die richtige Reihenfolge der Betätigung der Kontakte zu erhalten.
Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Steuerstrom- kreis sind als Beispiel zu diesem Zweck drei Zeitglieder vorhanden, jedes im wesentlichen bestehend aus einem RC-Glied, einer Triggerdiode und einem Transistor.
Der Umschalter mit den Kontakten 11, 12 und 13 wird umgelegt, wenn die Drehrichtung des Motors umgeschaltet werden soll. Der Vorgang ist dabei folgender:
1. Ausgangszustand
Der Kontakt 11, 12 sei geschlossen, dann sind die Relais P1 und P2 erregt, weil die Transistoren T1 und T2 leiten. Dagegen ist Relais P3 abgefallen, weil der an Kontakt 13 angeschlossene Teil der Schaltung spannungslos ist.
2. Offnen des Kontaktes 11, 12
Die Speisung der Zeitkreise T1 und T2 wird damit unterbrochen. Der Kondensator Cl entlädt sich rasch über die Triggerdiode D1 und den Transistor T1. Nur wenig Strom fliesst über Widerstand R1 und Spule P1, so dass Relais P1 rasch abfällt.
Widerstand R10 hat einen viel grösseren Wert als der ohmsche Widerstand der Spule P2, so dass C2, der praktisch auf die volle Speisespannung aufgeladen war, sich über D5, P2 und T2 entlädt und somit P2 noch einige Zeit gehalten wird und erst später lals P1 abfällt. Die Zeitverzögerung beim Abfallen von P2 wird somit vom Kondensator C2 und Widerstand der Spule P2 bestimmt, weil die Diode D5 den Widerstand R2 überbrückt.
3. Sclillessen des Kontaktes 11, 13
Der Zeitkreis P3, T3 mit R3 und C3 wird jetzt unter Spannung gesetzt. Da aber C3 noch entladen ist, führt die Basis von T3 noch keinen Strom, und T3 ist gesperrt. Relais P3 kann nicht anziehen. Solange an C2 noch Spannung liegt, wird diese über den Spannungsteiler R8, R9 auf die Basis des Transistors T6 übertragen, welcher mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke über dem Kondensator C3 liegt. Da T6 leitet, führt er den über R3 zugeleiteten Strom ab und verhindert, dass C3 aufgeladen wird. Erst wenn C2 genügend entladen ist, beginnt T6 zu sperren und C3 wird langsam aufgeladen. Die Verbindung über Rll auf die Basis von T3 ist vorerst noch unterbrochen durch die Triggerdiode D3.
Erst wenn die Spannung an D3 den Ansprechwert erreicht, bricht diese durch, T3 wird leitend, und P3 zieht an. R3 und C3 bestimmen also zusanunen mit D3 die Zeitverzögerung vom Abfallen von P2 bis zum Anziehen von P3. Dies gilt allerdings nur, wenn nach dem Öffnen von Kontakt 11, 12 auf 11, 13 umgeschaltet wird, bevor P2 abgefallen ist. Andernfalls beginnt .die Zeitverzögerung erst, wenn der Kontakt 11, 13 geschlossen ist.
Sobald der Kontakt 11, 13 geschlossen ist, liegt, solange T3 nicht leitet, auf der Verbindung zwischen P3 und T3 die volle Speisespannung, welche über D12 und den Spannungsteiler R4, R5 auf die Basis des Transistors T4 übertragen wird, so dass dieser leitet und den Kondensator C1 kurzschliesst. Erst wenn die Zeit in Zeitglied T3 abgelaufen ist, d. h. wenn T3 leitend geworden ist, sperrt T4 und Cl kann über R1 aufgeladen werden. Analog wie im schon beschriebenen Zeit- kreis wird T1 nach Ablauf der gewünschten Zeit leibend, und Relais P1 zieht an.
Damit werden auch die gesteuerten Halblelterventile 8 bis 10 wieder gezündet, und der Motor wird in der anderen Drehrich- tung eingeschaltet.
Ein erneutes Umschalten in die ursprüngliche Drehrichtung erfolgt ganz analog. Falls der Umschalter 11, 12, 13 iin die Mittelstellung gebracht wird, so dass beide Kontakte 12 und 13 spannungslos sind, fallen alle 3 Relais Pl bis P3 ab, und der Motor bleibt ausgeschaltet.
Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel eines Steuerstromkreises. Die grundsätzliche Arbeitsweise ist dieselbe wie in Fig. 2, aber einige Teile sind durch andere ersetzt:
Ein monostabiler Schmitt-Trigger T5, T6 (T7, T8) arbeitet als Schwellwertschalter mit den Zeitkreisen C2, R2, R15 (C3, R3, R16). Wiederum bewirkt der Kondensator C2 (C3) eine Zeitverzögerung, wenn er über R2 (R3) aufgeladen wird, sowie auch, wenn er über R15 (R16) entladen wird. Um den Zaitkreis C2, R2 (C3, R3) zu blockieren, d. h. den Kondensator C2 (C3) zu überbrücken und bei bestimmten Schaltungszuständen hurzzuschlliessen, Idientidie Verbindung über D15 undT3 (Dl6undT2).
In den Fig. 2 und 3 dienen die Dioden 11 und 12 zum selben Zweck: wenn beim Umschalten Kontakt 11, 13 schliesst, bevor 11, 12 geöffnet hat, fällt das Relais P1 nicht direkt durch die Wirkung des Schalters 11, 12, 13 ab. Jedoch überträgt die Diode 12 genügend Spannung auf R5 und auf die Basis von Transistor T4, um diesen leitend zu machen. Dadurch wird C1 entladen und T1 blockiert, was dann das Relais P1 zum Abfallen bringt. Weil die Abschaltung von P2 mittels C2 und R15 verzögert ist, wird die notwendige Pause zwischen dem Abfallen von P1 und P2 immer erzwungen.
Die Schemata in beiden Fig. 2 und 3 zeigen deutlich, dass bei jeder beliebigen Art und Weise der Betätigung des Umschalters 11, 12, 13, z. B. auch, wenn der eine Kontakt schliesst, bevor der andere öffnet, dank den mehrfach ausgenützten Zeitkreisen sowie den Verriegelungsstromkreisen zwischen den verschiedenen Zeitkreisen immer die richtige Reihenfolge der weiteren Vorgänge erzwungen wird.
Selbstverständlich gibt es noch viele andere Möglichkeiten für solche Steuerstromkreise. Verschiedene Teile könnten weggelassen oder durch andere ersetzt werden. So könnten z. B. einige der Transistoren durch Thyristoren ersetzt werden.