-
Wie bekannt, wird zum Anlassen von Einphasenmotoren im allgemeinen
ein Relais benutzt, das vom Strom in der Hauptphasenwicklung des Motors gesteuert
wird. Die Erregerwicklung des Relais und die Hauptphasenwicklung des Motors sind
dabei in Reihe geschaltet. Im Moment des Anlaufens fließt im Hauptstromkreis des
Motors ein Strom, der den Nennstrom um ein Vielfaches überschreitet, wodurch das
Magnetfeld der Erregerwicklung des Relais den beweglichen Eisenkern und den damit
verbundenen Kontakt bewegt, der den Stromkreis der Hilfsphase schließt. Nach Anlaufen
des Motors nimmt der Strom in der Hauptphasenwicklung bedeutend ab, wodurch auch
das Magnetfeld des Relais stark abnimmt. Der Eisenkern geht deshalb mit seinem Kontakt
in die Ruhestellung zurück und der Stromkreis der Anlaßwicklung wird unterbrochen,
während der Motor weiterläuft.
-
Der durch die Hauptphasenwicklung des Motors bzw. durch die Relaiswicklung
fließende Strom hängt entscheidend von der Größe der Netzspannung ab, die dadurch
eine große Wirkung auf die Zugkraft ausübt, die den Eisenkern des Relais bewegt.
Ist also die Netzspannung bedeutend niedriger als ihr Nennwert, so kann der automatische
Schalter des Relais den Stromkreis der Hilfsphasenwicklung des Motors nicht schließen.
Ist jedoch die Netzspannung bedeutend größer als ihr Nennwert; so bleibt der Relaisschalter
und damit die Hilfsphasenwicklung des Motors auch nach dem Anlauf geschlossen, was
wiederum ein Durchbrennen der Wicklung zur Folge haben kann, wenn dies nicht durch
eine besondere Schutzvorrichtung (Überstromschütz) verhindert wird. Das Überstromschütz
verhindert zwar eine Beschädigung des Motors, schaltet aber auch den Betrieb des
Gerätes, das das Relais enthält, aus, was wiederum schädlich ist. Als Beispiel sei
der Betrieb eines Kühlschrankes erwähnt, durch dessen Abschaltung die darin gelagerten
Lebensmittel verderben; in beiden erwähnten Fällen ist also der Motor betriebsunfähig.
-
Es ist bekannt, daß zur Zeit im Interesse ungestörten Betriebes vielfach
Spannungsstabilisatoren oder Transformatoren benutzt werden.
-
Bedenkt man, daß die Netzspannungen in der ganzen Welt an den meisten
Verbraucherstellen stark von ihrem Nennwert abweichen, so erkennt man auch, daß
zum störungsfreien Betrieb von mit Einphasenmotoren versehenen Geräten Anlaßrelais,
die innerhalb eines weiten Spannungsbereiches betriebssicher arbeiten, unentbehrlich
sind.
-
Bei verschiedenen Geräten, z. B. bei Kühlschränken, läuft der Motor
im allgemeinen bei einer gewissen Belastung an, die dann während der Beschleunigung
des Motors und auch danach weiter ansteigt. In diesem Fall sinkt der Strom in der
Hauptphasenwicklung des Motors nach seinem Anlaufen nur langsam ab, wodurch die
Bewegung des Eisenkernes der bekannten Relais bzw. Schalter sehr oft unsicher wird.
Durch die unsichere Bewegung der Kontakte entsteht Funkenbildung bzw. ergeben sich
Rundfunkstörungen. Diese Erscheinungen werden durch Schwankungen der Netzspannung
noch verstärkt.
-
Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Verwirklichung einer Schaltungsanordnung,
die die beschrie- t benen Nachteile mit einfachen Mitteln betriebssicher und theoretisch
innerhalb beliebig großer Spannungsschwankungen beseitigt. Bei einem bekannten Einphasenrelais
ist diese Aufgabe nur zum Teil gelöst. Der Eisenkern des Relais ist mit einem Gewicht
aus nicht magnetischem Material versehen, das bei zu großer Netzspannung den Eisenkern
(Anker) des Relais ein wenig anhebt und, wenn der Strom in der Hauptphasenwicklung
des Motors abnimmt, den Eisenkern zusätzlich belastet, wodurch der Schalter der
Hilfsphasenwicklung unterbrochen wird. Dieses Relais arbeitet betriebssicher, wenn
die Netzspannung ihren Nennwert höchstens um 15 11io überschreitet oder um 20 bis
25 °/o unterschreitet. Die Erfahrung zeigt aber, daß die Netzspannungsschwankungen
viel größer sein können.
-
Es ist auch ein Anlaßrelais für Motoren bekannt (britische Patentschrift
806 983), das aus einer in Reihe mit der Hauptphasenwicklung liegenden Magnetwicklung,
einem beweglichen Eisenkern und einem Kontaktpaar zum Schließen des Stromkreises
der Hilfsphasenwicklung des Motors besteht. Nach dem bekannten Prinzip schließen
diese Kontakte den Stromkreis der Hilfsphasenwicklung des Motors beim Anziehen des
Eisenkernes. Die Wicklung des erwähnten Anlaßrelais des Motors ist mit dem schmaleren
Zweig eines U-förmigen Bimetallstreifens so in Reihe geschaltet, daß während des
Anlassens des Motors nach Einschaltung der Hilfsphasenwicklung durch das genannte
Kontaktpaar der Strom der Haupt- und Hilfsphasenwicklungen und während des Betriebs
nur der Strom der Hauptphasenwicklung durch den Streifen fließt. Der eine Zweig
des U-förmigen Bimetallstreifens ist mechanisch fixiert, während der andere Zweig
eine Kontaktspitze trägt, gegen die beim Anlassen des Motors unter der Wirkung des
angezogenen Eisenkernes des Relais ein Gegenkontakt eines federnden Blattes stößt;
durch diese Kontaktgabe wird ein Teil der Windungen der Magnetwicklung des Relais
kurzgeschlossen.
-
Das Verringern des magnetischen Feldes infolge dieses Kurzschließens
eines Teils der Relaiswindungen durch die Kontakte auf dem U-förmigen Bimetallstreifen
und dem federnden Blatt bewirkt in Verbindung mit der Rückstellkraft des federnden
Blattes das Zurückbringen des beweglichen Eisenkerns in die Ruhelage nach Hochlaufen
des Motors und damit eine Abschaltung der Hilfsphasenwicklung. Unter der Wirkung
des U-förmigen Bimetallstreifens bleiben die einen Teil der Relaiswindungen kurzschließenden
Kontakte trotz der Rückbewegung des Eisenkernes geschlossen, bis der Anlaufstrom
auf den normalen Betriebsstrom abgeklungen ist.
-
Das erwähnte Anlaufrelais enthält noch einen mit Heizwicklung versehenen
Bimetallschalter, der in Reihe mit dem festen Ende des U-förmigen Bimetallstreifens
liegt, so daß es beim Anlaufen des Motors durch den Gesamtstrom der Haupt- und Hilfsphasenwicklungen
und im Betrieb nur vom Strom der Hauptphasenwicklung durchflossen wird. Der erwähnte
Bimetallschalter ist bei Motorüberlastung wirksam, wenn er den Stromkreis unterbricht,
und nach Verstreichen einer gewissen Zeit schaltet er automatisch zurück.
-
Im bekannten Falle besteht die Möglichkeit, daß der in die Ruhelage
zurückkehrende Eisenkern den Stromkreis der Hilfsphasenwicklung unabhängig davon
öffnet, ob der Motor hochgelaufen ist oder nicht.
-
Beim Anlassen von Motoren, die beim Anlassen
stark
belastet sind, z. B. bei Kühlschrankmotoren, ist es aber sehr wichtig, daß die Hilfsphasenwicklungen,
um das Hochlaufen des Motors zu erleichtern, einige Sekunden lang eingeschaltet
bleiben.
-
Die Ausführung des auf kleine Stromschwankungen ansprechenden bekannten
Relais hinsichtlich des Zusammenarbeitens mit den Kontakten des federnden Blattes
und des U-förmigen Bimetallstreifens ist kompliziert und wird ein zuverlässiges
Arbeiten des Relais schon wegen der fast unvermeidbaren Unregelmäßigkeiten bei der
Herstellung und Montage nicht in jedem Falle gewährleisten. Insbesondere der Grad
der Steifigkeit und Biegsamkeit der Leitungen zwischen der Bimetallheizwicklung
und der Relaiswicklung wird die Zeit und das Maß der Verbiegung des Bimetalls derart
beeinflussen, daß eine genaue Einregelung erschwert ist. Die erwähnte Ausführung
ermöglicht auch nicht die Herstellung eines Relais mit kleinen Abmessungen, was
besonders für solche Apparate, beispielsweise Motorkompressoren von Kühlanlagen,
bei denen auch das Relais unter dem Armaturenbrett angeordnet ist, wichtig ist.
-
Bei einem weiteren bekannten Anlaßrelais für Einphasen-Induktionsmotoren
(deutsche Auslegeschrift 1002 871) wird der Hauptphasenstromkreis in zwei Teilstromkreise
aufgeteilt, von denen der eine die Relaisspule enthält und mindestens in einem der
beiden Teilstromkreise ein temperaturabhängiger Widerstand angeordnet ist. Der temperaturabhängige
Widerstand muß einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzen, wenn er im Steuerstromzweig
liegt, also mit dem Relais in Reihe geschaltet ist. Wird er hingegen in dem zum
Steuerstromzweig parallelen Stromzweig angeordnet, so muß sein Temperaturkoeffizient
negativ sein. Der temperaturabhängige Widerstand hat eine Stromkurve im Steuerstromzweig
zur Folge, die mit dem Anlauf der Maschine verhältnismäßig steil abfällt. Als Ergebnis
wird das Abfallen des Relais selbst bei großen Netzspannungsschwankungen gesichert.
-
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß infolge der in den
Steuerstromzweig eingefügten Widerstände ein bedeutender Spannungsabfall entsteht,
und die Spannung an den Klemmen des Motors wird infolgedessen herabgesetzt. Das
Anlaßmoment und das Drehmoment vermindern sich quadratisch und der Motor kann sich
nicht in Bewegung setzen bzw. sich beschleunigen, insbesondere, wenn die Netzspannung
geringer als der Nennwert ist. Dieser Umstand wirkt sich besonders bei den hermetischen
Kühlmaschinen-Motoren nachteilig aus, bei welchen eine der wichtigsten Forderungen
das große Anlaß-und Kippmoment bei möglichst geringen Abmessungen des Motors ist.
-
Temperaturabhängige Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizient
sind außerdem bereits bei der Dimensionierung für einige Ampere Stromstärken sehr
aufwendig und können infolge von Stromstößen binnen kurzer Zeit schadhaft werden.
-
Wird der temperaturabhängige Widerstand parallel zu der Relaisspule
geschaltet, so vermindert sich infolge des (im Betrieb des Motors) durchfließenden
Stromes sein Widerstand und wirkt als ein Nebenschluß für die Relaisspule. Bei einem
automatisch betriebenen Apparat (z. B. bei einem Kühlschrank) kann im vorigen Fall
das Relais nach einem kurzzeitigen Ausbleiben der Spannung nicht ansprechen, da
der größere Teil des Kurzschlußstromes der Hauptphasenwicklung durch den Widerstand
fließt. Darüber hinaus wird der temperaturabhängige Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizient
durch diesen Kurzschlußstrom stark in Anspruch genommen, wodurch die Lebensdauer
bedeutend herabgesetzt wird. Auch die Wahl bzw. die Anpassung des temperaturabhängigen
Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffizient an das Relais ist umständlich,
und es gibt keine Möglichkeit zur Justierung an verschiedenen Motoren.
-
Bei der Lösung der Aufgabe der Erfindung wird von der erwähnten bekannten
Schaltungsanordnung ausgegangen, bei der das vom Hauptphasenstrom des Einphasen-Induktionsmotors
durchflossene Anlaufrelais die Hilfsphase einschaltet und ein Teil der Windungen
des Anlaufrelais zwecks sicherer Abschaltung der Hilfsphase nach erfolgtem Hochlauf
durch einen Hilfsschalter vorübergehend kurzschließbar ist.
-
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der Hilfsschalter der vorstehend
erläuterten Schaltungsanordnung ein nur im Stromkreis der Hilfsphase angeordneter
Bimetallschalter ist, der einseitig an das eine Ende der Relaiswicklung angeschlossen
ist und ein einstellbares Arbeitskontaktpaar betätigt, das entlang der Relaiswicklung
kontaktgebend verstellbar ist, und daß die Relaiswicklung für die zu erwartende
kleinste Netzspannung bemessen ist.
-
Diese Schaltungsanordnung arbeitet im Sinne der Aufgabe der Erfindung
in einem größeren Spannungsbereich zuverlässig. Die bisher bei zu kleinen Netzspannungen
auftretenden Nachteile sind dadurch vermieden, daß die Wicklung des Relais nicht
für den Nennwert der Netzspannung, sondern für die zu erwartende kleinste Netzspannung
bemessen wird.
-
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Bimetallschalter
als indirekt beheizter Bimetallschalter ausgebildet.
-
Das Anlassen von Einphasenmotoren wird dadurch auch in dem Fall, in
dem die Netzspannung sehr von dem Nennwert abweicht und der Motor unter großer Last
anlaufen muß und wegen der Erhöhung der Belastung nur schwer hochlaufen kann, ermöglicht.
-
Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes gegenüber der bekannten
Anordnung liegt darin, daß bei Motoren verschiedenen Typs, aber mit annähernd gleichem
Hauptphasen-Kurzschlußstrom die gleichen Relais verwendet werden können, was bei
der Herstellung und Instandhaltung wirtschaftliche Bedeutung hat. Ferner ist die
Herstellung des Relais billig und die Einregelung infolge des einfachen Aufbaus
leicht. Schließlich bestehen nur wenige Fehlerquellen.
-
Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
-
Die Wicklung 1 des Relais ist mit der Hauptphasenwicklung
2 des Motors in Reihe geschaltet. An die Klemme 3 der Relaiswicklung ist
der Bimetallschalter 4 sowie der eine Pol der Spannungsquelle 11 angeschlossen.
Das andere Ende des Bimetallschalters ist mit dem Kontakt 5 des Schalters der Hilfsphasenwicklung
verbunden, während der Kontakt 6 an die Hilfsphasenwicklung 7 des Motors angeschlossen
ist.
-
Beim Anlassen des Motors sind die festen Kontakte 5 und 6 über den
beweglichen Kontakt 10 verbunden, wodurch der Strom der Anlaufwicklung 7
durch
den Bimetallschalter 4 fließt. Nimmt das Magnetfeld des Relais nach Anlauf des Motors
für die Unterbrechung des Stromkreises der Hilfsphasenwicklung 7 nicht genügend
ab, z. B. wenn die Netzspannung viel größer ist als ihr Nennwert, dann erwärmt sich
der Bimetallschalter durch den durchfließenden Strom und verbiegt sich, bis sein
Kontakt 9 den Kontakt 8 der Relaiswicklung erreicht. In diesem Augenblick wird die
Erregung der Relaiswicklung durch Ausschalten einer Anzahl seiner Wicklungen so
abgeschwächt, daß der bewegliche Kontakt 10 mit Sicherheit geöffnet und der Stromkreis
der Anlaufwicklung 7 unterbrochen wird. Die Windungszahl der Relaisspule wird zweckmäßig
so gewählt, daß der Kontakt 10 auch bei einem um 35 nlo kleineren Spannungswert
mit Sicherheit schließt. Ist die Netzspannung um 35 % größer als ihr Nennwert, dann
öffnet sich noch der bewegliche Kontakt 10 mit Sicherheit und unterbricht dadurch
den Stromkreis der Hilfsphase.
-
Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß bei Geräten, z. B. Kühlschränken,
bei denen der Strom in der Hauptphasenwicklung des Motors nach Anlauf infolge der
Belastung nur langsam abfällt, durch Einstellen des Kontaktes 9 erreicht werden
kann, die entsprechende Anzahl von Windungen der Relaiswicklung mit entsprechender
Verzögerung abzuschalten, wodurch der bewegliche Kontakt 10 die Anlaufwicklung
7 ohne Funkenbildung und Unsicherheit, die bei allen bisher bekannten Lösungen vorhanden
sind, ausschaltet.
-
Sind die Kennwerte des Relais zweckmäßig aufeinander abgestimmt, dann
tritt der Bimetallschalter 4 nur dann in Funktion, wenn die Netzspannung größer
als ihr Kennwert ist.
-
Bei Motoren mit verhältnismäßig kleiner Leistung wird der Bimetallschalter
4 nicht direkt mit dem festen Kontakt 5 verbunden, sondern durch Vermittlung eines
besonderen Heizwiderstandes. Die Heizung des Bimetallschalters erfolgt also dann
auf indirekte Weise.