DE102004017624A1 - Starter für einen Linestart-Elektromotor - Google Patents

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    • H01H2061/004—PTC resistor in series with start winding, e.g. adapted for being switched off after starting for limiting power dissipation

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Starter für einen Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung (4) und mindestens eine Startwicklung (12) aufweist, die mit einem Betriebskondensator (14) in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator (17) und ein PTC-Widerstand (19) parallel geschaltet sind. DOLLAR A Um einen einfach aufgebauten Starter für einen Linestart-Elektromotor zu schaffen, sind der Startkondensator (17) und der PTC-Widerstand (19) mit einer Schalteinrichtung (20) in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung aus Startkondensator (17), PTC-Widerstand (19) und Schalteinrichtung (20) ist parallel zu dem Betriebskondensator (14) geschaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Starter für einen Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung aufweist, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator und ein PTC-Widerstand (Kaltleiter) parallel geschaltet sind. Die Erfindung betrifft auch einen Linestart-Elektromotor mit einem vorab beschriebenen Starter. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung eines vorab beschriebenen Starters.
  • Aus der amerikanischen Patentanmeldung US 2002/0190595 A1 ist ein Linestart-Elektromotor bekannt, bei dem ein Startkondensator und ein PTC-Widerstand parallel zu einem Betriebskondensator und in Reihe mit einer Startwicklung geschaltet sind. Der PTC-Widerstand dient dazu, die Spannungsquelle von dem Startkondensator zu trennen, wenn der Linestart-Elektromotor eine bestimmte Drehzahl erreicht hat. In der Patentanmeldung wird erwähnt, dass der PTC-Widerstand durch einen Fliehkraftschalter ersetzt werden kann. Ein solcher Fliehkraftschalter erfordert einen relativ hohen konstruktiven Aufwand. Außerdem müssen die beweglichen Teile des Fliehkraftschalters im Betrieb geschmiert werden, um einen störungsfreien Dauerbetrieb zu gewährleisten. Das Schmiermittel kann durch die elektrischen Kontakte, zum Beispiel in Folge von Verbrennungen im Lichtbogen, beeinträchtigt werden.
  • Aus dem amerikanischen Patent US 6,356,047 B1 ist ein Starter für elektrische Motoren bekannt, bei dem ein PTC-Widerstand und ein Relais parallel zu einem Betriebskondensator geschaltet sind. Wenn der Motor gestartet wird, dann schließt das Relais und der PTC-Widerstand wird von Strom durchflossen. Während der ersten Motorumdrehungen erwärmt sich der PTC-Widerstand, so dass der Stromfluss reduziert wird. Wenn der Motor die gewünschte Drehzahl erreicht hat, dann öffnet das Relais wieder. Die aus dem amerikanischen Patent bekannte Schaltung ist für Linestart-Elektromotoren ungeeignet, da kein Startkondensator vorhanden ist.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten Starter für einen Linestart-Elektromotor zu schaffen, der mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung umfasst, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator und ein PTC-Widerstand parallel geschaltet sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein optimiertes Verfahren zur Steuerung eines vorab beschriebenen Starters anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Linestart-Elektromotor mit einem einfach aufgebauten Starter zu schaffen, wobei der Linestart-Elektromotor mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung aufweist, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator und ein PTC-Widerstand parallel geschaltet sind.
  • Die Aufgabe ist bei einem Starter für einen Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung umfasst, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator und ein PTC-Widerstand (Kaltleiter) parallel geschaltet sind, dadurch gelöst, dass der Startkondensator und der PTC-Widerstand mit einer Schalteinrichtung in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung aus Startkondensator, PTC-Widerstand und Schalteinrichtung parallel zu dem Betriebskondensator geschaltet ist. Der Startkondensator sorgt dafür, dass der Linestart-Elektromotor startet und synchronisiert. Nach dem Starten sorgt der Betriebskondensator für einen optimalen Lauf des Linestart-Elektromotors. Beim Starten des Linestart-Elektromotors kann die Schalteinrichtung geöffnet oder geschlossen sein. Wenn die Schalteinrichtung beim Starten des Linestart-Elektromotors geöffnet ist und schaltungsbedingt erst nach zum Beispiel einigen Millisekunden geschlossen wird, dann liegen an dem Betriebskondensator und dem Startkondensator unterschiedliche Spannungsniveaus an. Die unterschiedlichen Spannungsniveaus können zu Kurzschlussströmen zwischen dem Betriebskondensator und dem Startkondensator führen, welche die Schalteinrichtung beschädigen können. Diese beim Zuschalten des Startkondensators auftretenden Kurzschlussströme werden durch den PTC-Widerstand begrenzt. Der PTC(Positiv Temperatu re Coefficient)-Widerstand hat einen Widerstand, der mit steigender Temperatur zunimmt. Der PTC-Widerstand sorgt dafür, dass der Strom zu dem Startkondensator begrenzt wird, wenn sich der Linestart-Elektromotor seiner Betriebsdrehzahl nähert. Allerdings verbraucht der PTC-Widerstand auch dann noch Leistung, wenn die Betriebsdrehzahl des Linestart-Elektromotors erreicht ist. Die Schalteinrichtung ermöglicht es, den PTC-Widerstand abzuschalten, wenn der Linestart-Elektromotor seine Betriebsdrehzahl erreicht hat.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung von einem Stromrelais gebildet wird. Bei der Schalteinrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein Stromrelais, das im unbestromten Zustand geöffnet ist und schließt, sobald es bestromt wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass der PTC-Widerstand zwischen den Startkondensator und die Schalteinrichtung geschaltet ist. Die Schalteinrichtung gewährleistet, dass der Startkondensator parallel zu dem Betriebskondensator geschaltet werden kann. Außerdem gewährleistet die Schalteinrichtung, dass der PTC-Widerstand und der Startkondensator abgeschaltet werden können.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkondensator zwischen den PTC-Widerstand und die Schalteinrichtung geschaltet ist. Die Schalteinrichtung gewährleistet, dass der Startkondensator parallel zu dem Betriebskondensator geschaltet werden kann. Außerdem gewährleistet die Schalteinrichtung, dass der PTC-Widerstand und der Startkondensator abgeschaltet werden können.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung zwischen den PTC-Widerstand und den Startkondensator geschaltet ist. Die Schalteinrichtung gewährleistet, dass der Startkondensator parallel zu dem Betriebskondensator geschaltet werden kann. Außerdem gewährleistet die Schalteinrichtung, dass der PTC-Widerstand und der Startkondensator abgeschaltet werden können.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass der Startkondensator, der PTC-Widerstand und die Schalteinrichtung in Reihe mit der Startwicklung geschaltet sind. Der Startkondensator liefert beim Starten des Linestart-Elektromotors Strom zu der Startwicklung.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeipiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung mechanisch betätigt wird. Die Schalteinrichtung kann zum Beispiel einen Fliehkraftschalter umfassen, der in Reihe zu dem PTC-Widerstand und dem Startkondensator geschaltet ist.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung elektrisch betätigt wird. Die Schalteinrichtung kann zum Beispiel von einem Relais gebildet werden, das durch ein Steuersignal zeit-, spannungs- oder stromabhängig betätigt wird.
  • Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Steuerung eines vorab beschriebenen Starters dadurch gelöst, dass die Schalteinrichtung zeitabhängig gesteuert wird. Die optimalen Schaltzeiten können experimentell bestimmt werden.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung beim Starten des Linestart-Elektromotors geschlossen ist und nach Ablauf einer vorgewählten Zeitdauer geöffnet wird. Die vorgewählte Zeitdauer beträgt zum Beispiel etwa zwei Sekunden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung stromabhängig gesteuert wird. Die stromabhängige Steuerung hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung beim Starten des Linestart-Elektromotors geöffnet ist und nach Ablauf einer Zeitdauer, von zum Beispiel fünfzehn Millisekunden, schließt. Im geschlossenen Zustand der Schaltein richtung fließt Strom durch die Schalteinrichtung, den Startkondensator und den PTC-Widerstand. Beim Starten des Linestart-Elektromotors ist das Stromniveau relativ hoch. Mit zunehmender Drehzahl sinkt das Stromniveau. Bei dem verzögerten Schließen der Schalteinrichtung handelt es sich nicht um eine gewollte Verzögerung. Als Schalteinrichtung kann zum Beispiel ein Stromrelais mit einem Anker verwendet werden, der durch die Schwerkraft beaufschlagt ist und nach unten gezogen wird. Die Verzögerung ergibt sich bei einem derartigen Stromrelais dadurch, dass zunächst die auf den Anker wirkende Schwerkraft überwunden werden muss, bevor die Schalteinrichtung beziehungsweise das Stromrelais schließt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung geöffnet wird, sobald ein vorgegebenes Stromniveau unterschritten wird. Wenn sich der Linestart-Elektromotor seiner Betriebsdrehzahl nähert, dann werden der Startkondensator und der PTC-Widerstand quasi abgeschaltet.
  • Bei einem Verfahren zur Steuerung eines Starters für einen Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung aufweist, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator und eine Schalteinrichtung parallel geschaltet sind, ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schalteinrichtung beim Starten des Linestart-Elektromotors geöffnet ist und erst dann geschlossen wird, wenn die Wechselpannung über dem Betriebskondensator das Niveau der Gleichspannung über dem Startkondensator erreicht hat. Das hat den Vorteil, dass auf einen PTC-Widerstand verzichtet werden kann.
  • Bei einem Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung aufweist, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator und ein PTC-Widerstand parallel geschaltet sein können, ist die oben angegebene Aufgabe durch einen vorab beschriebenen Starter gelöst, der insbesondere gemäß dem vorab beschriebenen Verfahren arbeitet.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
    •
  • Die beiliegende Figur zeigt eine Schaltung eines erfindungsgemäßen Linestart-Elektromotors 1. Der Linestart-Elektromotor 1 umfasst zwei Leiterverzweigungen 2 und 3, zwischen denen eine Fahrwicklung 4 angeordnet ist, die auch als Hauptwicklung bezeichnet wird. Die Fahrwicklung 4 wird über Anschlussleitungen 5, 6, die mit Anschlüssen 7, 8 ei ner Spannungsquelle in Verbindung stehen, mit Strom versorgt. Zwischen der Leiterverzweigung 3 und einer weiteren Leiterverzweigung 10 ist eine Startwicklung 12 angeordnet. Die Leiterverzweigungen 2, 3 und 10 sind an den Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Zwischen den Leiterverzweigungen 2 und 10 ist ein Betriebskondensator 14 angeordnet.
  • Ausgehend von der Leiterverzweigung 2 sind ein Startkondensator 17, ein PTC-Widerstand 19 und eine Schalteinrichtung 20 in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung aus dem Startkondensator 17, dem PTC-Widerstand 19 und der Schalteinrichtung 20 ist an die Leiterverzweigungen 2 und 10 angeschlossen und somit parallel zu dem Betriebskondensator 14 geschaltet. Durch eine gestrichelte Linie 22 ist angedeutet, dass die Schalteinrichtung 20 über eine Steuereinrichtung 24 betätigt werden kann. Die Schalteinrichtung 20 wird vorzugsweise von einem stromabhängigen Schaltrelais gebildet. Die Schalteinrichtung 20 kann aber auch zeit- oder spannungsabhängig betätigt werden.
  • Der Linestart-Motor 1 ist über die Anschlüsse 7 und 8 an ein (nicht dargestelltes) Spannungsversorgungsnetz angeschlossen. In dem dargestellten Beispiel enthält der Linestart-Motor 1 eine Fahrwicklung 4 und eine Startwicklung 12. Der Linestart-Elektromotor 1 kann aber auch mehr als eine Fahrwicklung und mehr als eine Startwicklung umfassen. Der Betriebskondensator 14 ist zwischen die Fahr wicklung 4 und die Startwicklung 12 geschaltet. Der Betriebskondensator 14 dient dazu, die Motorwirkung an die Arbeitsbelastung anzupassen. Der Startkondensator 17 wird beim Starten des Linestart-Elektromotors 1 über den Schalter 20 parallel zu dem Betriebskondensator 14 geschaltet. Der Startkondensator 17 bewirkt, dass der Linestart-Elektromotor startet und synchronisiert. Nach dem Starten sorgt der Betriebskondensator für einen optimalen Lauf des Linestart-Elektromotors. Die Kondensatoren 14 und 17 bewirken einen Phasenwechsel des Stroms in der Startwicklung 12 im Verhältnis zum Strom in der Fahrwicklung 4.
  • Der mit dem Startkondensator 17 in Reihe geschaltete PTC-Widerstand 19 weist einen Widerstand auf, der mit zunehmender Temperatur ansteigt. Durch den zunehmenden Widerstand wird der Strom zu dem Startkondensator 17 begrenzt, so dass der Startkondensator 17 abgeschaltet wird, wenn sich der Linestart-Elektromotor seiner Arbeitsgeschwindigkeit nähert. Durch den PTC-Widerstand 19 erfolgt allerdings keine totale Abschaltung des Startkondensators 17, da der PTC-Widerstand 19 auch nach Erreichen der Arbeitsgeschwindigkeit des Linestart-Elektromotors 1 weiterhin circa 2 bis 3 Watt verbraucht. Nach wenigen Millisekunden wird der Strom durch den Startkondensator 17 und den PTC-Widerstand 19 mit Hilfe des Schaltrelais 20 und gegebenenfalls der Steuereinrichtung 24 vollständig abgeschaltet.

Claims (15)

  1. Starter für einen Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung (4) und mindestens eine Startwicklung (12) aufweist, die mit einem Betriebskondensator (14) in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator (17) und ein PTC-Widerstand (19) parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Startkondensator (17) und der PTC-Widerstand (19) mit einer Schalteinrichtung (20) in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung aus Startkondensator (17), PTC-Widerstand (19) und Schalteinrichtung (20) parallel zu dem Betriebskondensator (14) geschaltet ist.
  2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (20) von einem Stromrelais gebildet wird.
  3. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der PTC-Widerstand (19) zwischen den Startkondensator (17) und die Schalteinrichtung (20) geschaltet ist.
  4. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Startkondensator zwischen den PTC-Widerstand und die Schalteinrichtung geschaltet ist.
  5. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung zwischen den PTC-Widerstand und den Startkondensator geschaltet ist.
  6. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startkondensator (17), der PTC-Widerstand (19) und die Schalteinrichtung (20) in Reihe mit der Startwicklung (12) geschaltet sind.
  7. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (20) mechanisch betätigbar ist.
  8. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (20) elektrisch betätigbar ist.
  9. Verfahren zur Steuerung eines Starters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung zeitabhängig gesteuert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung beim Starten des Linestart-Elektromotors geschlossen ist und nach Ablauf einer vorgewählten Zeitdauer geöffnet wird.
  11. Verfahren zur Steuerung eines Starters nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung stromabhängig gesteuert wird.
  12. Starter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung beim Starten des Linestart-Elektromotors geöffnet ist und nach Ablauf einer Zeitdauer, von zum Beispiel fünfzehn Millisekunden, schließt.
  13. Starter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung öffnet, sobald ein vorgegebenes Stromniveau unterschritten wird.
  14. Verfahren zur Steuerung eines Starters für einen Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung aufweist, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem ein Startkondensator und eine Schalteinrichtung parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung beim Starten des Linestart-Elektromotors geöffnet ist und erst dann geschlossen wird, wenn die Wechselspannung über dem Betriebskondensator das Niveau der Gleichspannung über dem Startkondensator erreicht hat.
  15. Linestart-Elektromotor mit einem Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der insbesondere gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13 arbeitet.
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