DE102006007266A1

DE102006007266A1 - Starter für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE102006007266A1
Application number: DE200610007266
Authority: DE
Inventors: Niels Christian Ing. Weihrauch
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Secop GmbH; Danfoss Power Solutions Parchim GmbH
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23
Also published as: CN101018033A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Starter für einen Elektromotor, insbesondere 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 eine Reihenschaltung eines Startkondensators (17) und eines PTC-Widerstands (19) parallel geschaltet ist. Um einen Starter für einen Elektromotor, insbesondere einen Linestart-Elektromotor, zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist, ist eine Parallelschaltung einer Schalteinrichtung (20) und des PTC-Widerstands (19) in Reihe mit dem Startkondensator (17) geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Starter für einen Elektromotor, insbesondere einen Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung aufweist, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem eine Reihenschaltung eines Startkondensators und eines PTC-Widerstands parallel geschaltet ist.

Aus der internationalen Veröffentlichung WO 2005/006520 A1 sind verschiedene Startervarianten von synchronisierten Asynchronmotoren bekannt, die eine Hauptwicklung und eine Hilfswicklung aufweisen, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist. Bei einer Startervariante (13) ist ein PTC-Widerstand in Reihe mit dem Startkondensator geschaltet. Diese Reihenschaltung ist parallel zu dem Betriebskondensator geschaltet. Bei einer weiteren Startervariante (3) ist ein Triac zwischen den PTC-Widerstand und den Startkondensator geschaltet. Der Triac bildet zusammen mit einer Triggerschaltung eine Schalteinrichtung, die den Motor beim Starten mit dem Startkondensator verbindet. Nach dem Starten wird die Verbindung zwischen Motor und Startkondensator durch die Schalteinrichtung unterbrochen. Bei einer weiteren Startervariante (4) ist eine Bimetallschalteinrichtung zwischen den PTC-Widerstand und den Startkondensator geschaltet. Bei einer weiteren Startervariante (5) ist eine Reihenschaltung einer Bimetallschalteinrichtung und eines Startkondensators parallel zu dem PTC-Widerstand geschaltet. Die in 5 dargestellte Reihenschaltung hat den Nachteil, dass sich das Bimetall 41 häufig öffnen und schließen lässt, was zu einem Verschleiß führt. Der Grund hierfür ist, dass das Bimetall, wenn es zum Beispiel geschlossen ist und den Startkondensator 27 einschaltet, öffnen und den Startkondensator ausschalten wird. Das geschieht, wenn das Bimetall aufgrund des Stroms, den es zieht, eine gewisse Temperatur erreicht hat. Wenn es geöffnet ist und den Startkondensator ausgeschaltet hat, dann wird der Strom durch den PTC 42 fließen. Dieser PTC wird durch den passierenden Strom wärmer. Diese Wärme kann das Bimetall zum Schließen bringen. Damit ist dann der Startkondensator eingeschaltet und der Prozess kann von vorne anfangen. Bei einer weiteren Startervariante (6) ist ein Relais zwischen den PTC-Widerstand und den Startkondensator geschaltet. Bei einer weiteren Startervariante (8), die keinen PTC-Widerstand enthält, ist ein Relais zwischen die Hilfswicklung und den Startkondensator geschaltet. In 8 ist das Stromrelais 44 erst eine kurze Weile nach dem Start eingeschaltet worden. Das Stromrelais ist vom Start an offen (7) und schaltet mit einer kleinen Verzögerung von etwa 15 Millisekunden nach Einschalten des Stroms zur Spule 124 ein. In diesem kleinen Zeitraum hat sich eine große Spannung am Betriebskondensator aufgebaut, was zu einem großen Kurzschlussstrom durch den Startkondensator 27 führt, wenn dieser vom Stromrelais 44 eingeschaltet wird. Die beschriebenen Probleme könnten mit einem Widerstand gelöst werden. Dieser Widerstand würde aber Verluste verursachen. In 6 ist das Problem mit einem PTC gelöst. Dieser PTC wird den Startkondensator für eine Weile eingeschaltet halten, bis er einen so großen Strom vom Betriebskondensator 28 gezogen hat, dass er einen so großen Widerstand erzielt hat, dass er den Startkondensator ausschalten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Starter für einen Elektromotor, insbesondere einen Linestart-Elektromotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe ist bei einem Starter für einen Elektromotor, insbesondere einen Linestart-Elektromotor, der mindestens eine Hauptwicklung und mindestens eine Startwicklung aufweist, die mit einem Betriebskondensator in Reihe geschaltet ist, zu dem eine Reihenschaltung eines Startkondensators und eines PTC-Widerstands parallel geschaltet ist, dadurch gelöst, dass eine Parallelschaltung einer Schalteinrichtung und des PTC-Widerstands in Reihe mit dem Startkondensator geschaltet ist. Diese Reihenschaltung wiederum ist parallel mit dem Betriebskondensator geschaltet. So kann die Schalteinrichtung zum Kurzschließen des PTC-Widerstands verwendet werden. Die Schalteinrichtung ermöglicht, dass der Startkondensator alleine parallel zu dem Betriebskondensator geschaltet werden kann, ohne dass Strom durch den PTC-Widerstand fließt. Beim Anfahren oder Starten des Elektromotors ist die Schalteinrichtung geöffnet, so dass der PTC-Widerstand seine Wirkung entfaltet. Sobald eine charakteristische Zeitspanne verstrichen oder ein charakteristisches Stromniveau erreicht ist beziehungsweise überschritten wird, schließt die Schalteinrichtung den PTC-Widerstand kurz, so dass dieser keine Wirkung mehr entfaltet. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass beide Kondensatoren vom Start an eingeschaltet sind, und auch im Betrieb eingeschaltet bleiben. Dadurch kann, im Gegensatz zu der in 6 der internationalen Veröffentlichung WO 2005/006520 A1 offenbarten Lösung, bei der das Startmoment durch den PTC reduziert wird, das volle Startmoment bereitgestellt werden. Darüber hinaus wird das beschriebene Problem mit dem großen Kurzschlussstrom vermieden, wenn das Stromrelais schließt, da der PTC den Strom reduziert, und die Spannungen der beiden Kondensatoren sozusagen gleich sind.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein Stromrelais umfasst, das beim Starten des Elektromotors geöffnet ist und bei Erreichen eines vorbestimmten Stromniveaus schließt. Im geöffneten Zustand der Schalteinrichtung fließt Strom durch den Startkondensator und den damit in Reihe geschalteten PTC-Widerstand. Bei Erreichen des vorbestimmten Stromniveaus wird der PTC-Widerstand kurz geschlossen und der Strom fließt nur noch durch den Startkondensator und nicht mehr durch den PTC-Widerstand. Einen großen Teil der Anfahrzeit ist der PTC-Widerstand durch das Stromrelais kurzgeschlossen. Das liefert den Vorteil, dass der PTC-Widerstand kleiner ausgelegt beziehungsweise eine geringere Masse haben kann als bei herkömmlichen Startern. Dadurch können Kosten und Energie eingespart werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stromrelais so mit der Hauptwicklung verbunden ist, dass es in Abhängigkeit von dem Stromfluss durch die Hauptwicklung öffnet oder schließt. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine automatische Steuerung der Schalteinrichtung ermöglicht.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stromrelais öffnet, sobald ein vorgegebenes Stromniveau unterschritten wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem vorgegebenen, für das Öffnen des Stromrelais maßgeblichen Stromniveau um das gleiche Stromniveau, das für das Schließen des Stromrelais maßgeblich ist.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelschaltung der Schalteinrichtung und des PTC-Widerstands zwischen die Startwicklung und den Startkondensator geschaltet ist. Es ist aber auch möglich, den Startkondensator zwischen die Parallelschaltung der Schalteinrichtung mit dem PTC-Widerstand und die Startwicklung zu schalten.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Starters ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebskondensator parallel zu der Reihenschaltung der Parallelschaltung der Schalteinrichtung und des PTC-Widerstands mit dem Startkondensator geschaltet ist.

Die Erfindung betrifft auch einen Elektromotor, insbesondere einen Linestart-Elektromotor, mit einem vorab beschriebenen Starter.

Die Erfindung betrifft auch einen Kompressor, insbesondere für Haushaltsgeräte, mit einem hermetisch abgeschlossenen Kompressorgehäuse, in dem ein vorab beschriebener Elektromotor angeordnet ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Anfahren oder Starten eines vorab beschriebenen Elektromotors. Die Schalteinrichtung ist beim Anfahren oder Starten des Elektromotors geöffnet und schließt, sobald eine charakteristische Zeitspanne verstrichen oder ein charakteristisches Stromniveau erreicht ist beziehungsweise überschritten wird. Durch das Schließen der Schalteinrichtung wird der PTC-Widerstand kurzgeschlossen, so dass dieser keine Wirkung mehr entfaltet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. 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 des erfindungsgemäßen Linestart-Elektromotors 1. Der Linestart-Elektromotor 1 umfasst zwei Leiterverzweigungen 2 und 3, zwischen denen eine Hauptwicklung 4 angeordnet ist, die auch als Fahrwicklung bezeichnet wird. Die Hauptwicklung oder Fahrwicklung 4 wird über Anschlussleitungen 5, 6, die mit Anschlüssen 7, 8 einer Spannungsquelle in Verbindung steht, mit Strom versorgt. Zwischen der Leiterverzweigung 3 und einer weiteren Leiterverzweigung 10 ist eine Startwicklung 12 angeordnet.
Zwischen die Leiterverzweigungen 2 und 10 ist eine weitere Leitungseinrichtung 13 und ein Betriebskondensator 14 geschaltet. Parallel zu dem Betriebskondensator 14 sind ausgehend von der Leiterverzweigung 2 ein Startkondensator 17 und eine Parallelschaltung eines PTC-Widerstands 19 mit einer Schalteinrichtung 20 in Reihe zwischen die Leiterverzweigungen 2 und 10 geschaltet. Der Startkondensator 17 ist zwischen der Leiterverzweigung 2 und einer weiteren Leiterverzweigung 22 angeordnet. Zwischen der Leiterverzweigung 22 und der Leiterverzweigung 10 ist die Schalteinrichtung 20 angeordnet. Parallel zu der Schalteinrichtung 20 ist der PTC-Widerstand 19 zwischen die Leiterverzweigungen 22 und 13 geschaltet. Die Leiterverzweigung 13 ist zwischen der Leiterverzweigung 10 und dem Betriebskondensator 14 angeordnet.
Die Schalteinrichtung 20 umfasst ein Stromrelais 24 mit einem hin und her bewegbaren Anker 26. An einem freien Ende des Ankers 26 ist ein Kontaktelement 28 angebracht. Das Kontaktelement 28 ist in der dargestellten Stellung des Ankers 26 in einem Abstand von Kontaktstellen 31 und 32 angeordnet. Die Kontaktstellen 31 und 32 sind zwischen den Leiterverzweigungen 10 und 22 angeordnet und dienen dazu, die Leitung zwischen den Leiterverzweigungen 10 und 22 zwischen den Kontaktstellen 31 und 32 zu unterbrechen. Wenn das Kontaktelement 28 mit den Kontaktstellen 31 und 32 in Berührung kommt, dann schafft das Kontaktelement 28 eine Verbindung zwischen den Kontaktstellen 31 und 32. Dadurch wird eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterverzweigungen 10 und 22 geschaffen.
Ein Längsabschnitt des Ankers 26 erstreckt sich durch eine Schaltwicklung 34 hindurch. Die Schaltwicklung 34 ist zwischen der Leiterverzweigung 2 und der Hauptwicklung oder Fahrwicklung 4 angeordnet. Solange kein oder nur wenig Strom durch die Hauptwicklung 4 und die Schaltwicklung 34 fließt, ist das Stromrelais 24 geöffnet, das heißt, das Kontaktelement 28 und der Anker 26 befinden sich in der dargestellten Stellung. Wenn der Strom durch die Hauptwicklung 4 und die Schaltwicklung 34 ein vorbestimmtes Stromniveau erreicht oder überschreitet, dann bewegt sich der Ankers 26 nach oben, bis das Kontaktelement 28 die Kontaktstellen 31 und 32 miteinander verbindet. Dadurch wird der zu der Schalteinrichtung 20 parallel geschaltete PTC-Widerstand 19 kurzgeschlossen.
In dem dargestellten Beispiel enthält der Linestart-Elektromotor 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 mit dem Startkondensator 17 in Reihe schaltbare PTC-Widerstand 19 weist einen Widerstand auf, der mit zunehmender Temperatur ansteigt.
Beim Anfahren des Linestart-Elektromotors 1 dient der Startkondensator 17, der auch als Anfahrkondensator bezeichnet wird, dazu, ein größeres Anfahrmoment zu erreichen. Das Anfahrmoment dient dazu, die von den Magneten des Linestart-Elektromotors 1 verursachte Last zu überwinden, solange der Motor nicht synchron läuft. Darüber hinaus trägt der Anfahrkondensator zur Synchronisierung des Rotors des Linestart-Elektromotors bei. Durch den Startkondensator 17 wird im Stator des Linestart-Elektromotors ein Drehfeld geschaffen, das auf einen durch die Phasendrehung im Kondensator bewirkten Zweiphasensystem basiert.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist die Parallelschaltung des Stromrelais 24 und des PTC-Widerstands 19 zwischen den Leiterverzeigungen 10 und 22 mit dem Anfahrkondensator 17 in Reihe geschaltet. Dadurch wird sichergestellt, dass der. Startkondensator 17 mit dem PTC-Widerstand 19 in Reihe geschaltet ist, solange das Relais 24 geöffnet ist. Das Stromrelais 24 ist so ausgelegt, dass es den PTC-Widerstand 19 bei Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Stromniveaus kurzschließt. Das Stromrelais 24 ermöglicht eine lange Anfahrzeit, die nur durch die Anfahrwicklung 12 begrenzt ist. Nach dem Kurzschließen des PTC-Widerstands 19 ist der Anfahrkondensator 17 in Reihe mit dem Stromrelais 24 eingeschaltet. Dadurch kann die Größe des PTC-Widerstands 19 reduziert werden. Mit dem neuen Starter können zeitlich unbegrenzte Anfahrzeiten realisiert werden, da der PTC-Widerstand 19 nach relativ kurzer Zeit kurzgeschlossen beziehungsweise überbrückt wird. Durch das geschlossene Relais 24 wird eine direkte Parallelschaltung der Kondensatoren 14 und 17 ohne Einfluss des PTC-Widerstands 19 erreicht.

Claims

Starter für einen Elektromotor, insbesondere 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 eine Reihenschaltung eines Startkondensators (17) und eines PTC-Widerstands (19) parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Parallelschaltung einer Schalteinrichtung (20) und des PTC-Widerstands (19) in Reihe mit dem Startkondensator (17) geschaltet ist.
Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (20) ein Stromrelais (24) umfasst, das beim Starten des Elektromotors, (1) geöffnet ist und bei Erreichen eines vorbestimmten Stromniveaus schließt.
Starter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromrelais (24) so mit der Hauptwicklung verbunden ist, dass es in Abhängigkeit von dem Stromfluss durch die Hauptwicklung (4) öffnet und/oder schließt.
Starter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromrelais (24) öffnet, sobald ein vorgegebenes Stromniveau unterschritten wird.
Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelschaltung der Schalteinrichtung (20) und des PTC-Widerstands (19) zwischen die Startwicklung (12) und den Startkondensator (17) geschaltet ist.
Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebskondensator (14) parallel zu der Reihenschaltung der Parallelschaltung der Schalteinrichtung (20) und des PTC-Widerstands (19) mit dem Startkondensator (17) geschaltet ist.
Elektromotor, insbesondere Linestart-Elektromotor mit einem Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kompressor, insbesondere für Haushaltsgeräte, mit einem hermetisch abgeschlossenen Kompressorgehäuse, in dem ein Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist.
Verfahren zum Anfahren oder Starten eines Elektromotors nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (20) beim Anfahren oder Starten des Elektromotors geöffnet ist und schließt, sobald eine charakteristische Zeitspanne verstrichen oder ein charakteristisches Stromniveau erreicht ist beziehungsweise überschritten wird.