Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung und/oder Begrenzung der Stromaufnahme, insbesondere während der An- laufphase, eines Drehstrom oder Wechselstrommotors.

Die Begrenzung des Anlaufstromes von induktiven oder kapazitiven Lasten ist eine oft geforderte Vorgabe beim Einsatz von Elektromotoren, insbesondere beim Einsatz von Ein-Phasen Wechselstrommotoren. Unverhältnismäßig hohe Anlaufströme von Motoren in der Industrie und zunehmend auch in privaten Haushalten belasten seit langem das öffentliche Stromnetz. Die entstehenden Schwankungen im öffentlichen Netz müssen mit aufwendigen Schaltungen und Steuerungen für einen kontinuierlichen Betrieb erkannt und ausgeglichen werden.

Hohe Anlaufströme werden daher auch in Vorschriften der Energie Versorgungs-Unternehmen mit Maximalwerten für verschiedene Verbraucher festgelegt und dürfen nicht überschritten werden.

Es sind verschiedene Ansätze zur Begrenzung des Anlaufstromes be- kannt und im Einsatz. Als einfache Lösung ist die Vorschaltung eines Widerstandes bekannt, welcher nach einer fest definierten Anlaufzeit überbrückt wird. Die DE 2819154 beschreibt eine Vorrichtung in welcher ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung eingesetzt wird, welcher mit einem thermo-sensiblen Element versehen ist, welches den Widerstandswert beeinflusst, weiter ist dieser Widerstand überbrückbar ausgeführt.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Ähnliche Ausführungen mit, in die Stromzuführung geschalteten Heißoder Kaltleitern in Kombination mit einem Vorwiderstand, zeigen auch die WO 2004/051837 sowie die US 3,303,402. Die aufgezeigten Lösung sind aber mit Nachteilen belegt, da insbesondere bei häufigen, hintereinander folgenden Anläufen die Temperaturen an den thermo-sensiblen Elementen nicht schnell genug abklingen, diese auch nicht mehr exakt den Stromfluss regulieren. Wünschenswert wäre daher eine Schaltung zur Ansteuerung von insbesondere Wechselstrommotoren, welche den Anlaufstrom begrenzt und welche sich an verschiedene Parameter einfach anpassen lässt und sicher und störungsfreu funktioniert. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung zur Regelung und/oder Begrenzung der Stromaufnahme, insbesondere während der Anlaufphase, eines Wechselstrommotors zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Fortbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind im Folgenden umfasst.

Erfindungsgemäß ist eine Schaltungsanordnung zur Regelung und/oder Begrenzung der Stromaufnahme, insbesondere während der Anlaufphase, eines Drehstrom oder Wechselstrommotors, wobei die Schaltung dem Motor in wenigstens einer Phase in Serie vorgeschaltet ist und über einen Strombegrenzungswiderstand sowie einer Steuer- und/oder programmierbaren Einrichtung zum taktbaren Überbrücken dieses Widerstandes mittels eines elektronischen Schalters in Abhängigkeit der Stromaufnahme des Motors verfügt. Die Schaltungsanordnung wird zwischen die Spannungsversorgung und dem Motoranschluss wenigstens einer Phase in Serie geschaltet und verfügt über wenigstens einen, bevorzugt als Leistungshalbleiterschalter ausgeführten, Schalter, welcher zu einem als Strombegrenzer dienenden Vorwiederstand parallel als Bypass geschaltet ist. Durch eine Steuerung wird dieser Leistungshalbleiterschalter in einer zu wählenden Taktrate geöffnet und geschlossen, womit die wirkende Größe des Vorwiederstandes beeinflusst wird und bei höherer Taktrate ein größerer Strom fließen kann. Die Steuerung des Leistungshalbleiterschalters kann mit einer vorgegebe- nen Taktrate, welche in einem einstellbaren Zeitintervall variabel ist erfolgen oder bevorzugt in Abhängigkeit des fließenden Stromes erfolgen. Die Ermittlung des Stromflusses kann separat festgestellt und die zu berücksichtigen Werte der Steuerung zugeführt werden oder bevorzugt als Erfassungseinrichtung in der Schaltung integriert ausgeführt sein.

Nach einer bevorzugten Ausführung ist die Schaltung mit einem DC- Zwischenkreis am Eingang ausgerüstet, an welchem der Festwiderstand zur Strombegrenzung und ein zu diesem in Serie geschalteter

Shuntwiderstand angeordnet sind. Der Strombegrenzungswiderstand ist wie ausgeführt mit einem Bypass mit einem Leistungshalbleiterschalter, bevorzugt als IGBT mit Recovery Diode ausgeführt, und wird von einer integrierten, von der Versorgungsspannung gespeisten, Steuereinrichtung angesprochen, welche bevorzugt mit einem Mikroprozessor ausgerüstet ist. Die Erfassung des Stromes wird in üblicher Weise durch Messung des Spannungsabfalls am Shuntwiderstand ermittelt und ebenfalls der integrierten Steuereinrichtung zugeführt. Bei einer Taktung des Leistungshalbleiterschalter, die einem offenem Schalter entspricht, würde sich somit der Strom einstellen, welcher durch die Dimensionierung des Begrenzungswiderstandes und des Shuntwiderstandes als Maximalwert festgelegt wurde. Nach dem Anlaufen des Motors geht der Strom zurück, was durch die Messung am Shuntwiderstand durch die Steuereinrichtung erkannt wird und vom Mikroprozessor wird die aktuell zu verwendende Taktfrequenz ermittelt, mit welcher der Leistungshalbleiterschalter den Wert des Begrenzungswiderstandes aktuell beeinflussen kann um den Maximalstrom einzuhalten.

Die Stromermittlung über die Messung am Shuntwiderstand ist erfah- rungsgemäß sehr genau und auch bei mehreren hintereinander folgenden Anläufen reproduzierbar.

Ein wesentlicher Vorteil der Schaltung ist die Möglichkeit der individuellen Einstellung der Veränderung der Taktrate des Leistungshalbleiterschal- ters. Die Zeit in welcher auf die geänderte Stromaufnahme nach der Anlaufphase reagiert werden kann verkürzt sich und kann frei festlegbar kontrolliert werden um das Hochlaufverhalten des Motors zu verbessern.

Da die Stromaufnahme des verwendeten Motors bei Nenndrehzahl be- kannt ist, oder der Steuerung mittels einer dafür vorgesehenen Schnittstelle einprogrammiert werden kann oder diese eingelernt werden kann, ist in einer bevorzugten Ausführung der Schaltungsanordnung eine Signalisierung dieses Zustandes vorgesehen, mittels welcher die gesamte Vorschaltung beim Erreichen dieses Zustandes mittels eines Relais, Schützes oder ähnlichem überbrückt werden kann. Die zur Erkennung der Nenndrehzahl führenden Parameter können auch über den Gradienten der Stromänderung über eine bestimmte Zeit erfolgen. Die Überbrückungsfunktion kann in einer kompakten Einheit der Schaltungsanordnung integriert sein. Da das Verhältnis der Taktung des Leistungshalbleiterschalters im Bypass des Begrenzungswiderstandes zum Stromfluss in der Steuereinrichtung programmierbar ist können verschiedene Anlaufeigenschafften des Motors individuell realisiert werden. Eine langsame Erhöhung des Stromes durch Erhöhung der Taktrate führt zu einem sehr sanften Anlaufen, eine schnelle Nachfolgung der Taktrate, orientiert am maximal fließenden Strom, welcher ebenso einstellbar ist, führt hingegen zu einem schnellen Anlaufen auf die Nenndrehzahl. Auch die Zeit nach welcher die gesamte Schaltungsanordnung überbrückt wird und die Motorzuführung direkt mit der Stromversorgung verbunden wird ist in der Steuereinrichtung frei einstellbar, bzw. an verschiedene Pa- rameter koppelbar.

Die Schaltungsanordnung ist in der beschriebenen Ausführung einzeln in einer Phase zwischenschaltbar oder als kompakte Einheit für drei Phasen ausführbar, wobei aufgrund der synchronen Auslegung einzelne Messdaten nur einfach erfasst werden müssen.

Ein weiterer Vorteil der Schaltungsanordnung besteht in der Möglichkeit das Verhalten der Schaltung individuell einzustellen, bzw. zu programmieren. So kann im Falle des Nichtanlaufens eines Motors bei bereits anliegendem, festgelegten Maximalstrom in der Steuereinrichtung hinterlegt werden, dass der erlaubte Strom kurzfristig trotzdem über den Maximalstrom ansteigen kann um ein Anlaufen des Motors zu erreichen.

Der Anlauf wird durch die Veränderung des fließenden Stromes erkannt, welcher dann sinkt, was von der Steuerung erkannt wird und berücksichtigt wird.

Erst wenn bei kurzzeitigem Erhöhen des Stromes keine Veränderung des Stromflusses erkannt wird, wird dies von der Steuerung als Störung erkannt und die Stromzufuhr unterbrochen.

Durch die Verwendung der integrierten Steuerung ist der Ausfall einer Phase sofort erkennbar und kann zu Diagnosezwecken angezeigt oder ausgegeben werden. In einem Mehrphasen Netz, bzw. einem Dreiphasen Drehstromnetz wird sowohl der Ausfall einer Phase oder das Vertauschen von Phasen untereinander erkannt und ein Störungszustand verhindert die phasenverkehrte Ansteuerung der angeschlossenen Verbraucher.

Die zusätzlich integrierbaren Diagnose und/oder Steuerungsfunktionen für die Schaltungsanlage durch z.B. Ermittlung der aktuellen Energieeffizienz und Steuerung einzelner Parameter wie den Stromfluss ermöglichen eine weitere Optimierung der Schaltungseinrichtung für einen Sanftanlauf. Die Kontrollfunktion der Schaltungsanordnung für den Stromfluss und die Überwachung der einzelnen Phasen in welche die Einrichtung geschaltet ist erlaubt weiter die direkte Störungserkennung und Notabschaltung der gesamten Steuerung über Hauptschütze oder ähnliche Einrichtungen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielhaft näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Schaltung der Schaltungsanordnung.

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung In Fig 1 ist eine vereinfachte Darstellung der Schaltungseinrichtung zu sehen in welcher ein Schalter 5 parallel zu einem zwischen Versorgungsspannung und Motor 2 geschaltet ist. Der verwendete Schalter ist bevorzugt ein Leistungshalbleiterschalter.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Schaltungsanordnung, welche dem Motor 2 vorgeschaltet ist und nach dem Netzeingang über einen DC Zwischenkreis 6 verfügt. Parallel dazu ist der Begrenzungswiderstand 3 mit dem in Reihe geschalteten Shuntwiderstand 7 angeordnet.

Am Shuntwiderstand 7 wird der Spannungsabfall gemessen und dieser Wert der, mit einem Mikroprozessor ausgerüsteten, Steuereinrichtung 4 übergeben. Die Steuereinheit 4 errechnet anhand der Werte den aktuell vom Motor 2 aufgenommenen Strom. Zum Zeitpunkt des Anlaufens ist die Taktung des Leistungshalbleiterschalters 5 ausgeschaltet und der Strom durch den Begrenzungswiderstand 3 und den Shuntwiderstand festgelegt. Wenn sich der kontinuierlich gemessene, vom Motor 2 aufgenommene Strom nach dem Anlaufen verringert, wird dies in der Steuereinheit 4 er- kannt und die Taktung des Leistungshalbleiterschalters 5 erhöht, wodurch der Gesamtwiderstand aus Begrenzugswiderstand 3, parallelem Bypass 8 und Shuntwiderstand 7 kontinuierlich nachgeführt und verringert wird, ohne dass der Maximalstrom überschritten wird.

Beim Erreichen der Nenndrehzahl des Motors 2 wird dieser durch die aktuelle Stromgröße, z.B. über eine festgelegte Zeit von der Steuereinrichtung erkannt und es kann eine Gesamtüberbrückung der Steuereinrichtung durch ein Relais oder Schütz 9 erfolgen.

Nachdem bevorzugte Ausführungen der Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurden, ist festzuhalten, dass die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungen und Anwendungsfälle beschränkt ist und dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen da- ran von einem Fachmann ausgeführt werden können, ohne dass vom Umfang der Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist abgewichen wird.