DE1538178B2 - Schalt anordnung zum zu und abschalten eines anlasstrom kreises fuer einen einphasenwechselstrom induktionsmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung richter von einer Gleichrichterdiode in Antiparallelzum Zu- oder Abschalten eines aus einer Reihen- schaltung überbrückt ist und daß die Zündspannungsschaltung eines Kondensators und einer Anlaßwick- signale vom durch die Hauptwicklung des Motors bei lung eines Einphasenwechselstrom-Induktionsmotors dessen Einschalten fließenden Einschaltstromstoß abbestehenden Stromkreises als Parallelzweig zu einer 5 leitbar sind. Da der Anlaßstromkreis parallel zur Hauptwicklung dieses Motors unter Verwendung Hauptwicklung des Motors nur so lange zugeschaltet eines gesteuerten Gleichrichters und₄Schaltungsmitteln ist, wie dem gesteuerten Gleichrichter Zündspannungszum Zuführen von Zündspannungisignalen an dessen signale zugeführt werden und diese Zündspannungs-Steuerelektrode während des Motoranlaßvorganges. signale vom Einschaltstromstoß abgeleitet sind, wird

Einphasige Induktionsmotoren erfordern ein be- ίο der Anlaßstromkreis automatisch abgeschaltet, sobald achtliches Anlaßdrehmoment. Üblicherweise wird das der Einschaltstrom abklingt. Trotz der dadurch geerforderliche Anlaßdrehmoment durch eine Reihen- währleisteten zuverlässigen Funktionsweise kommt die Schaltung eines Kondensators mit einer gesonderten neue Schalt-Anordnung im Vergleich zu den bekann-Anlaßwicklung entwickelt, wobei eine große Phasen- ten, gesteuerte Gleichrichter verwendenden Schaltunverschiebung zwischen dem in der Anlaßwicklung 15 gen mit weniger Schaltelementen aus, so daß durch die fließenden Anlaßstrom und dem in der Hauptwicklung Erfindung sowohl der funktioneile als auch der baufließenden Anlaßstrom erzeugt wird. Der Anlaß- liehe Aufwand herabgesetzt wird,
kondensator wird dabei aus dem Anlaßkreis aus- Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Ergeschaltet, wenn der~ Motor läuft. Bei Kondensator- findung ist vorgesehen, daß die Zündspannungssignale anlaß- und Kondensatorlauf-Motoren kann der An- 20 an einem im Stromkreis der Hauptwicklung liegenden laßkreis ein Paar parallelgeschalteter Kondensatoren Widerstand abnehmbar sind. Bei einer alternativen aufweisen, von denen einer vom Kreis abgeschaltet Ausführungsform sind die Zündspannungssignale an wird, wenn der Motor läuft. Bei beiden Motortypen einem Stromwandler abnehmbar, der primärseitig im ist entweder ein auf die Motordrehzähl ansprechender Stromkreis der Hauptwicklung liegt. ^ Zentrifugalschalter vorgesehen, oder es werden strom- 25 Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in der und spannungsgesteuerte Anlaßrelais verwendet, um Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher den Anlaßkondensator dem Anlaßkreis zuzuschalten erläutert. In der Zeichnung zeigt
oder von diesem abzuschalten. F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausfüh-

Es sind Schaltungsanordnungen zur steuerbaren rungsbeispiels der neuen Schalt-Anordnung mit einer Wechselstromversorgung einer Last über gesteuerte 3° Antiparallelschaltung aus einem gesteuerten Silizium-Gleichrichter mit Hilfe einer die Zündspannung für gleichrichter und einer Gleichrichterdiode zum Zudie Gleichrichter liefernden Steuerschaltung bekannt. und Abschalten eines aus einer Reihenschaltung eines Diese Schaltungen .dienen als zündwinkelgesteuerte Kondensators und einer Anlaßwicklung eines Ein-Regelschaltungen; zum Ein- und Ausschalten des phasen-Induktionsmotors bestehenden Anlaßstromdurch eine Last fließenden Wechselstroms sind sie zu 35 kreises,

aufwendig. Dies gilt z. B. für eine bekannte Strom- F i g. 2 ein nicht maßstabgerechtes Zeitdiagramm richterregelschaltung für veränderliche Wechselspan- zur Darstellung der Trigger- und Leitungsperioden des nung, bei der zwei gesteuerte Siliziumgleichrichter in gesteuerten Siliziumgleichrichters und
Antiparallelschaltung vorgesehen sind, deren Steuer- F i g. 3 eine alternative Ausführungsform, bei der eingänge mit unterschiedlichen Potentialen beauf- 40 die Zündspannungssignale für den gesteuerten Siliziumschlagt werden müssen. Außerdem ist eine Strom- gleichrichter an einem primärseitig im Stromkreis der richterregelschaltung für veränderliche Wechselspan- Hauptwicklung des Motors liegenden Stromwandler nung bekannt, die eine aus vier Dioden bestehende abgenommen werden.

Diodenbrücke mit einem zu deren Gleichstromausgang In der F i g. 1 ist ein Kondensatoranlaß- und Konparallel geschalteten gesteuerten Gleichrichter benötigt. 45 sensatorlauf-Motor 10 mit einer Hauptwicklung 12

Es ist außerdem bekannt, für eine Vollwellen- dargestellt, die durch eine Wechselstromquelle 14 über Steuerung eines Einphasen-Induktionsmotors zwei einen Ein-Aus-Schalter 31 erregt wird,
gesteuerte Gleichrichter zu verwenden. Bei dieser be- Der Motor 10 hat gleichfalls eine übliche Start- oder kannten Schaltung fließt während des einen Halb- Anlaßwicklung 16, die zu der Hauptwicklung 12 um zyklus der positive Strom durch einen in einer Phasen- 50 90° phasenverschoben ist und durch die Quelle 14 leitung angeordneten gesteuerten Gleichrichter und über einen ersten Kreis erregt wird, der einen Laufdurch einen in einer anderen Phasenleitung angeord- kondensator 18 sowie einen zweiten Kreis aufweist, neten Diodengleichrichter, so daß für diesen Halb- in dem ein Anlaßkondensator 20, ein Paar Gleichzyklus der gesteuerte Gleichrichter und die Diode in richter 22, 24 und ein Widerstand 26 liegen. Der Reihe liegen. Bei umgekehrter Polarität fließt der 55 Gleichrichter 24 ist ein gesteuerter Silizium-Gleichstrom durch den gesteuerten Gleichrichter in der an- richter mit einer Anode 28, einer Kathode 30 und einer deren Phasenleitung. Jeder Halbwelle ist somit ein Steuerelektrode 32. Die Kathode 30 und die Steuergesteuerter Gleichrichter zugeordnet. elektrode 33 sind direkt an die entgegengesetzten

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Enden des Widerstandes 26 angeschlossen. Der Gleich-

Schalt-Anordnung anzugeben, die bei geringem schal- 60 richter 22 ist eine Diode. Die Gleichrichter 22 und 24

tungstechnischem Aufwand den Anlaßstromkreis für sind in umgekehrter Richtung parallel geschaltet, so

einen Einphasenwechselstrom-Induktionsmotor wäh- daß dem Kondensator 20 und der Anlaßwicklung 16

rend des Anlaßvorganges automatisch zuschaltet und ein Vollwellenausgang zugeführt wird, wenn der

nach Beendigung des Anlaufvorganges wieder auto- Gleichrichter 24 durch ein vom Widerstand 26 ab-

matisch abschaltet. 65 geleitetes Signal gezündet wird.

Ausgehend von einer Schalt-Anordnung der eingangs Wird der Schalter 13 zum Anlassen des Motors 10

angegebenen Art wird erfindungsgemäß zur Lösung geschlossen, so fließt ein Einschalt-Stromstoß über die

der Aufgabe vorgeschlagen, daß der gesteuerte Gleich- Hauptwicklung 12 und den Widerstand 26. Die Höhe

dieses Einschaltstromstoßes ist wesentlich größer als der normale Betriebsstrom infolge der niedrigen wirksamen Impedanz der Wicklung 12, wenn der Rotor des Motors 10 stillsteht. Dieser Einschaltstromstoß erzeugt einen Spannungsabfall am Widerstand 26, der die richtige Phasenbeziehung besitzt und" eine genügende Größe aufweist, um den Gleiclfpiehter 24 zu zünden. In der F i g. 2 sind beispielhafte .Phasenbeziehungen zwischen der Eingangsspannung 34, der Kathoden-Anodenspannung 35, die am Gleichrichter 24 liegt, des Einschaltstromes 36 durch die Hauptwicklung 12 und des Kathoden-Steuerelektroden-Gattersignals 38, das am Widerstand 26 auftritt, dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß sich die Phasenbeziehung beachtlich beim Übergang vom Anlaßzustand in den Betriebszustand ändert. Sie ist gleichfalls für verschiedene Motorkonstruktionen verschieden. In der Fig. 2 ist die Eingangsspannung 34 positiv, wenn der obere Pol der Quelle 14 (F i g. 1) gegenüber dem unteren Pol positiv ist. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, kann der Einschaltstromstoß 36 in der Wicklung 12 der Eingangsspannung 34 um 35 bis 45° nacheilen. Die Kathoden-Anoden-Spannung 35 ist in Phase mit dem Kondensatorstrom und eilt der Eingangsspannung 34 vor. Das Kathoden-Steuerelektroden-Gattersignal 38 ist um 180° C gegenüber dem Einschaltstrom 36 verschoben, so daß hierdurch die Steuerelektrode 32 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, wenn die Anode 28 zur Zündung des Gleichrichters 24 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Die Zündbedingung für den Gleichrichter 24 ist durch den kreuzweise schraffierten Teil 40 dargestellt. Der Gleichrichter 24 zündet beim oder nahe beim Beginn jedes Halbzyklus, wenn die Anode 28 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, und bleibt während des Restes des Halbzyklus 42, der in der F i g. 2 schraffiert dargestellt ist, leitend. Der Gleichrichter 22 leitet während der anderen Halbzyklen 44. Der Kondensator 20 wird daher in einer Richtung über die Anlaßwicklung und den Gleichrichter 22 während eines Halbzyklus aufgeladen, anschließend entladen und in der entgegengesetzten Richtung über die Anlaßwicklung 16 und den Gleichrichter 24 während der Halbzyklen entgegengesetzter Polarität aufgeladen. Das alternierende Laden und Entladen des Kondensators 20 erregt die Anlaßwicklung 16 mit einem Wechselstrom, dessen Phase durch den Kondensator 20 gegenüber dem in der Hauptwicklung 12 fließenden Strom verschoben ist. Die gesamte Phasenverschiebung des Stromes durch die Kondensatoren 20 und 18 erzeugt das erforderliche Anlaßdrehmoment. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 zunimmt, nimmt die Größe des in der Wicklung 12 fließenden Stromes ab. Ist die normale Betriebsdrehzahl erreicht, so erzeugt der durch Widerstand 26 fließende Strom nur noch einen Spannungsabfall, der nicht mehr ausreicht, den Gleichrichter 24 in den leitenden Zustand zu bringen. Wenn daher der Motor 10 seine Betriebsdrehzahl erreicht hat, wird die Startwicklung 16 nicht mehr durch einen über den Anlaßkondensator 20 fließenden Wechselstrom erregt, da der Gleichrichter 24 nicht leitend bleibt. Der Kondensator 18 verbleibt im Stromkreis für einen Kondensatorlaufzustand, und seine Größe ist so bemessen, daß etwa bei Betriebsdrehzahl Resonanz auftritt. Die Kapazität des Kondensators 20 ist gewöhnlich lOmal größer als die des Kondensators 18, so daß angenähert eine Resonanz bei der Motordrehzahl Null erhalten wird.

Obgleich die Schaltung an Hand eines Kondensator-Startung- und Kondensator-Lauf-Induktionsmotors beschrieben worden ist, gibt es einige Motorausführungen, die den Laufkondensator 18 nicht benötigen.

Die F i g. 3 zeigt eine Teilansicht, in der eine modifizierte Gatterschaltung für den Gleichrichter 24 vorgesehen ist. Diese Ausführungsform wird in einer mit der Schaltung nach F i g. 1 identischen Schaltung verwendet, ausgenommen, daß der Widerstand 26 (F i g. 1) durch einen Impulstransformator 50 ersetzt wird. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann brauchbar, wo die Motorausführung eine zusätzliche Schaltung erfordert, um die Phase der an der Steuerelektrode 32 liegenden Gatterspannung einzustellen. Die Verwendung eines Transformators ist gleichfalls bei größeren Motoren wichtig, um die Verlustleistung, die im Widerstand 26 bei blockiertem Rotor auftreten würde, zu vermeiden. Auch kann der Gleichrichter 24 von irgendeiner anderen phasenbezogenen Quelle einschließlich einer äußeren Triggervorrichtung gezündet werden.

Zur Erläuterung sei für einen für Schiffszwecke vorgesehenen 1/12-PS-Kompressor-Motor, bei dem explosionssicheres Anlassen gefordert wird, die Dimensionierung der Schaltung nach F i g. 1 angegeben.

Induktivität der
Hauptwicklung 12:

Induktivität der
Anlaßwicklung 16:

Widerstand 26:
Quelle 14:

Gleichrichter 24:

Gleichrichter 22:
Kondensator 20:

Kondensator 18:

von 0,044 bis 0,4 Henry (Änderung zwischen stehendem Rotor und Betriebsgeschwindigkeit)

von 0,042 bis 0,4 Henry (Änderung zwischen stehendem Rotor und Betriebsgeschwindigkeit)
0,2 Ohm
120 Volt, 60 Hertz

General Electric C-15
700 VPIV

5 Ampere Silizium 700 VIPV 75 Mikrofarad, 250 Volt
(Wechselspannung)
nicht verwendet

Bei dieser Anordnung eilt der durch die Wicklung 16 fließende Einschalt-Anlaßstrom dem durch die Hauptwicklung 12 fließenden Stromstoß um annähernd 90° voraus, so daß ein maximales Anlaßdrehmoment erzeugt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schalt-Anordnung zum Zu- und Abschalten eines aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und einer Anlaßwicklung eines Einphasenwechselstrom-Induktionsmotors bestehenden Stromkreises als Parallelzweig zu einer Hauptwicklung dieses Motors unter Verwendung eines gesteuerten Gleichrichters und Schaltungsmitteln zum Zuführen von Zündspannungssignalen an dessen Steuerelektrode während des Motoranlaßvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Gleichrichter von einer Gleichrichterdiode in Anti-

parallelschaltung überbrückt ist und daß die Zündspannungssignale (bei 26, 50) vom durch die Hauptwicklung (12) des Motors bei dessen Einschalten (bei 13) fließenden Einschaltstromstoß ableitbar sind.

2. Schalt-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannungssignale an einem im Stromkreis der Hauptwicklung (12) liegenden Widerstand (26) abnehmbar sind.

3. Schalt-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannungssignale an einem Stromwandler (50) abnehmbar sind, der primärseitig im Stromkreis der Hauptwicklung liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen