DE1563508A1 - Steuerschaltung fuer einen Induktionsmotor mit Hauptwicklung und Anlaufwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue und verbesserte Steuerschaltung für Einphasenmotoren entweder mit Kunstphase oder mit AnIaufkondensator. In der ganzen vorliegenden Beschreibung ist unter der Bezeichnung "Motor mit Anlaufkondensator" sowohl ein Motor zu verstehen, bei welchem neben der Benutzung eines Kondensators für den Anlauf auch ein Kondensator im Dauerbetrieb benutzt wird als auch ein Motor, bei welchem neben der Benutzung eines Kondensators für den Anlauf eine Induktivität im Dauerbetrieb benutzt wird.

Einphasenmotoren werden üblicherweise mit zwei Wicklungen ausgerüstet, die in einem Statorgehäuse untergebracht sind und mit dem Rotor des Motors induktiv gekoppelt sind. Diese beiden

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Wicklungen stellen eine Anlaufwicklung und eine dem Dauerbetrieb zugeordnete Wicklung dar und sind gegeneinander innerhalb des Statorgehäuses winkelmäßig versetzt. Dabei ist die Konstruktion derart getroffen, daß die Anlaufwicklung mit einem voreilenden Strom oder ohmschen Strom gespeist wird, die um 60 bis 90 elektrische Grade gegenüber dem nacheilenden Strom in der Hauptwicklung des Motors verschoben ist. Die Anlaufwicklung wird vorzugsweise für den Anlauf des Motors benutzt. Häufig wird ein Zentrifugalschalter auf der Motorwelle angebracht und dazu benutzt, die Anlaufwicklung nach Erreichung einer vorgegebenen Motorgeschwindigkeit abzuschalten.

Beim Betrieb der bekannten Einphasenmotoren, und zwar sowohl, wenn es sich um Motoren mit einem Anlaufkondensator und einer Induktivität im Dauerbetrieb, als auch wenn es sich um Motoren mit einem Anlaufkondensator und einem Kondensator im Dauerbetrieb, als auch schließlich, wenn es sich um Motoren mit einer Kunstphase handelt, besteht eine der häufigsten Fehlerquellen in dem Zentrifugalschalter oder dem anderweitigen Schalter, welcher zur Abschaltung der Anlaufwicklung von der Stromquelle benutzt wird, nachdem der Motor seine Normalgeschwindigkeit erreicht hat. Wenn der Motor verhältnismäßig oft eingeschaltet und stillgesetzt wird, können die Kontakte des Schalters oder Relais durch Lichtbogenbildung so stark beeinträchtigt werden, daß der Motor nicht mehr einwandfrei arbeitet, obwohl die Konstruktion des Motors selbst eine viel längere Lebensdauer gewährleisten würde. Auf dem Schalter

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oder Relais kann auch eine Ablagerung von Staub oder Schmutz oder von Fremdkörpern stattfinden, was dazu führen kann, daß die An- , !aufwicklung entweder nicht ordnungsmäßig eingeschaltet wird oder nicht einwandfrei abgeschaltet wird. Im letzteren Falle kann eine Überhitzung des Motors und als Folge davon eine Verkürzung der Lebensdauer des Motors eintreten. Weiterhin treten bei den bekannten Schaltungen für Einphasenmotoren häufig erhebliche Schwierigkeiten auf, wenn die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden soll, und zwar insbesondere dann, wenn diese Drehrichtungsumkehr unter Last stattfinden soll.

Es sind bereits Vorschläge gemacht worden, eine Steuerschaltung für Einphasenmotoren mit Einschluß von Motoren mit Kunstphase oder mit Anlaufkondensator so auszubilden, daß keine mechanische Schaltung irgendwelcher Art mehr notwendig ist, so daß viele der oben erwähnten Schwierigkeiten fortfallen. Bei einer derartigen Steuerschaltung wird die Verbindung des Netzes mit der Anlaufwicklung durch eine steuerbare Halbleitervorrichtung bewerkstelligt, wobei diese Halbleitervorrichtung durch ein Steuersignal betätigt wird, das von einem Stromtransformator abgenommen wird, der in'Reihe mit der Hauptwicklung des Motors liegt. Die steuerbare Halbleitervorrichtung, die aus zwei Gleichrichtern bestehen kann oder aus einer sogenannten Triac-Vorrichtung oder auch aus einem Leistungstransistor, wird durch ein Steuersignal, welches oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, in einen leitenden Zustand überführt, und zwar dann, wenn der Anlaufstrom des Motors

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einsetzt. Wenn der Motor seine normale Geschwindigkeit erreicht hat, hat das Steuersignal nicht mehr eine ausreichende Amplitude,-um die Halbleitervorrichtung in ihrem leitenden Zustand zu erhalten und die Anlaufwicklung des Motors wird daher dann vom Netz abgetrennt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung dieser Steuervorrichtung und soll die Empfindlichkeit der Steuervorrichtung erhöhen, sowie ihre Eigenschaften anderweitig verbessern.

Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine neue und hoch- " empfindliche Steuerschaltung für einen Einphasenmotor mit Anlaufkondensator oder Kunstphase anzugeben, wobei ein Pestkörper-Halbleiter-Schalter die Erregung der Anlaufwicklung des Motors bewerkstelligt und eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Änderungen im Strom der Hauptwicklung aufweist.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine neue und verbesserte Steuerung für die Anlaufwicklung eines Einphasenmotors anzugeben, wobei ein Pestkörper-Halbleiter-Schalter verwendet wird, welcher die Stromstärken für die Hauptwicklung, bei welchen die Anlaufwicklung erregt und entregt werden muß, klar zu unterscheiden gestattet.

Ein spezieller Zweck der Erfindung besteht darin, diejenige Stromstärke, bei welcher die Anlaufwicklung eines Zweiphasenmotors erregt wird, genau einstellen zu können, ohne eine entsprechende Einstellung der Stromstärke vornehmen zu müssen, bei welcher die Anlaufwicklung entregt wird.

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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine falsche Auslösung der Anlaufwicklung eines Einphasenmotors mit Kunstphase oder Anlaufkondensator zu vermeiden, wenn die Erregung der Anlaufwicklung durch einen Festkörper-Halbleiter geschieht.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine empfindliche Steuerschaltung zu schaffen, welche in Abhängigkeit von Änderungen des Stromes der Hauptwicklung betätigt wird und welche eine Hilfsbelastung erregt und entregt, ohne eine mechanische Schaltung zu erfordern und doch eine große Genauigkeit sieherzustellen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung, die in erster Linie in Verbindung mit Einphasenmotoren mit Kunstphase oder Anlaufkondensator bestimmt ist, die jedoch auch auf andere steuerbare Einrichtungen anwendbar ist, bei welchen eine Hilfsbelastung entsprechend Änderungen in der Größe eines Belastungsstromes einer Hauptbelastung erregt oder entregt werden muß. Im Falle eines Einphasenmotors besteht die Hauptbelastung aus der Hauptwicklung des Motors und die Hilfsbelastung aus der Anlaufwicklung des Motors. Eine Steuerschaltung nach der Erfindung enthält eine Einrichtung zur Verbindung der Hauptwicklung mit einem geeigneten Netz und einen Meßtransformator mit einer Primärwicklung sowie einer Sekundärwicklung zur Lieferung eines Steuersignals. In der Steuerschaltung wird ferner durch eine Anlaufschalteinrichtung die Anlaufwicklung an das Netz angeschlossen. Eine gesteuerte Halbleitervorrichtung ist mit ihren Eingangs- und Ausgangs-

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elektroden in Reihe mit dem Anlaufkreis geschaltet und ist mit ihrer Steuerelektrode mit "der Sekundärwicklung des Meßtransformators verbunden. Die steuerbare Halbleitervorrichtung dient dabei dazu den Anlaufkreis in Abhängigkeit von dem Steuersignal des Meßtransformators zu öffnen und zu schließen« Innerhalb der Primärwicklung des Meßtransformators liegt ein magnetisches Joch, welches aus einer ersten Lage, in welcher nur eine begrenzte Kopplung zwischen den Transformatorwicklungen stattfindet, in eine zweite Lage verschiebbar ist, in der eine stärkere Kopplung vorhanden ist. Diese Bewegung findet dann statt, wenn der Belastungsstrom in der Hauptwicklung einen ersten Amplitudenwert überschreitet. Außerdem wird dafür gesorgt, daß das magnetische Joch in seine erste Lage zurückbewegt wird, wenn der Motorstrom unter einen zweiten Amplitudenwert fällt. Diese Zurückführung des Joches kann durch die Schwerkraft herbeigeführt werden, wenn man das Joch in geeigneter Weise senkrecht orientiert oder kann auch durch eine entsprechende Feder herbeigeführt werden.

In der Zeichnung stellt dar:

Pig« 1 einen Einphasenmotor für zwei Spannungen mit Anlaufkondensator in Verbindung mit einer Steuerschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Motor mit Kunstphase in einer Steuerschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 ein Spezialschaltbild einer Abänderung der Steuerschaltung nach Fig, I.

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In Pig. 1 ist ein mit Anlaufkondensator arbeitender Motor im ganzen mit 10 bezeichnet, der in einer im ganzen mit 11 bezeichneten Steuerschaltung nach einer Ausführungsform der Erfindung liegt. Die Steuerschaltung 11 enthält eine magnetische betätigte im ganzen mit 12 bezeichnete Steuervorrichtung, die im Schnitt dargestellt ist. Der Motor 10 enthält einen üblichen Läufer 13, der eine Wicklung tragen kann, jedoch meistens als Käfiganker ausgeführt werden wird. Die spezielle Bauart des Läufers, der ein Läufer hohen Widerstandes oder niedrigen Widerstandes sein kann, ist für die Erfindung ohne Bedeutung. Beispielsweise kann der Läufer 1> mit Wicklungen versehen werden, die in Nuten eines in üblicher Weise lameliierten Eisenkörpers untergebracht sind oder kann auch gegossene Leiterstäbe an Stelle der gewickelten Spulen enthalten.

Der Motor 10 enthält ferner die üblichen Feldwicklungen, nämlich eine Hauptwicklung 14 und eine Anlaufwicklung 15. In Pig. I ist die Wicklung 14 in zwei Teile 16 und 17 aufgeteilt, wobei diese beiden Einzelwicklungen gleichmäßig im Ständer verteilt sind, um ein gleichförmiges magnetisches· Feld zu erzeugen. Wenn man annimmt, daß der Motor ein Motor für 2^0 und 115 Volt ist, so sieht man, daß die Wicklungsteile 16 und 17 für den Betrieb bei 2j5O Volt in Fig. 1 in Reihe geschaltet sind. Demgemäß sind die beiden Klemmen l8 und 19 miteinander verbunden und das eine Ende der Anlaufwicklung 15 liegt an der Klemme 18.

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Die Hauptwicklung 14- des Motors 10 liegt an einer geeigneten einphasigen Stromquelle und zwar über die Leitungen 21 und 22 und einen geeigneten Schalter 23. Der Schalter 2^ ist als ein gewöhnlicher zweipoliger Schalter zur Inbetriebsetzung des Motors dargestellt. In der Schaltung für die Hauptwicklung kann auch ein geeigneter Überlastungsschutz in Form von Schmelzsicherungen oder Überlastausschaltern angebracht werden. Außerdem kann der von Hand zu betätigende Schalter 2J durch einen geeigneten elektrisch zu betätigenden Schalter ersetzt werden.

Die Steuerschaltung 11 in Fig. 1 enthält einen Meßtransformator 25* der einen Teil der Steuervorrichtung 12 darstellt. Der Meßtransformator 25 enthält eine Primärwicklung 26 und die beiden Sekundärwicklungen 27 und 28. Die Wicklungen sind vorzugsweise konzentrisch und können gewünschtenfalls gleichzeitig, d.h. ineinander gewickelt werden.Der Meßtransformator 25 ist ein Stromwandler, dessen Primärwicklung 2β in Reihe mit der Leitung 21 liegt, welche das Netz mit dem Wicklungsabschnitt 16 der Hauptwicklung 14 verbindet. Die Sekundärwicklungen 27 und 28 liefern ein Steuersignal, das von der Stromamplitude in der Leitung 21 abhängt und somit auch von dem seitens der Hauptwicklung 14 aufgenommenen Strom. Der Strom in der Primärwicklung 26 ist den Steuersignalen in den Sekundärwicklungen 27 und 28 nicht direkt proportional, wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird.

Wie oben bereits bemerkt, ist der Motor 10 ein Motor für zwei Spannungen und ist in Fig. 1 in der Schaltung für die höhere

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der.beiden Spannungen dargestellt. Um den Motor auf Betrieb bei der tieferen der beiden Spannungen einzustellen, wird die Klemme von der Klemme 19 gelöst und unmittelbar mit der Leitung 22 verbunden. Die Klemme 19 wird dann mit der Klemme 20 der Leitung 21 verbunden. Die Klemme 20 liegt zwischen der Primärwicklung 26 und dem Schalter 23, so daß der Strom in der Primärwicklung 26 für den Betrieb des Motors bei beiden Spannungen praktisch derselbe ist.

Die Steuerschaltung 11 bewirkt ferner den Anschluß der Anlaufwicklung 15 des Motors an das Netz über den Hauptschalter 23. Der Motor 10 ist ein Motor mit Anlaufkondensator, wobei der Anlaufkondensator 29 in Reihe mit der Anlaufwicklung 15 geschaltet ist. Der Kondensator 29 ist ein Kondensator für intermittierende Belastung, und zwar gewöhnlich ein elektrolytischer Kondensator, wie er normalerweise zu Anlaufzwecken bei Einphasenmotoren benutzt wird.

Die Steuerschaltung 11 enthält ferner zwei signalgesteuerte Halbleitervorrichtungen 31 und 32. Die Halbleitervorrichtung 31 ist ein gesteuerter Siliciumgleichrichter mit Eingangs- und Ausgangselektrode, nämlich Anode und Kathode und weiterhin mit einer Steuerelektrode 35 zur Beeinflussung des Stromübergangs von der Anode zur Kathode des Gleichrichters. Die Anode des Gleichrichters 31 ist mit dem Kondensator 29 und die Kathode unmittelbar mit der Leitung 21 verbunden, und zwar an der Klemme 20. Die Steuerelektrode des Gleichrichters 31 liegt an einer Klemme der Sekundärwicklung 27 des Meßtransformators 25, wobei die andere Klemme der Wicklung

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mit der Kathode des Gleichrichters 31 verbunden ist.

Eine ähnliche Schaltung ist für den zweiten gesteuerten Gleichrichter 32 getroffen, jedoch sind die Polaritäten umgekehrt. Es ist somit die Anode des Gleichrichters 32 mit der Klemme 20 der Leitung 21 verbunden und die Kathode dieses Gleichrichters mit dem Kondensator 29. Die Steuerelektrode 34 des Gleichrichters 32 ist mit einer Klemme der Sekundärwicklung 28 verbunden. Die andere. Klemme dieser Sekundärwicklung 28 liegt an der Kathode des Gleichrichters 3^· Parallel zum Kondensator 29 kann noch ein Ableitwiderstand 35 geschaltet werden.

Die Steuerschaltung 12, von welcher der Meßtransformator einen Teil darstellt, enthält ferner eine Montageplatte 36 zur Anbringung der ganzen Steuereinrichtung auf einer geeigneten Unterlage 37· Ein C-fÖrmiger Rahmen 38 ist an der Unterlage 37 mit Verbindungselementen 39 angebracht, welche Niete, Schrauben oder andere Befestigungsmittel sein können. Der Rahmen 38 soll aus unmagnetischem Material, beispielsweise aus Messing oder aus Aluminium bestehen. Ein Joch 44 ruht auf einem Einstellkörper 45, welcher axial mit einem Führungsrohr 41 ausgerichtet ist und in dieses Führungsrohr von unten hineinragt. Der Einstellkörper kann aus einer geeigneten Schraube bestehen, welche sich in einer Mutter 46 dreht. Die magnetischen Eigenschaften der Einstellschraube 45 sind nicht von großem Einfluß. Eine zweite Einstellschraube reicht von oben in das Führungsrohr 41 hinein.

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Um den Motor, anlaufen zu lassen wird der Schalter 23 geschlossen und dadurch werden die beiden Wicklungshälften 16 und , 17 der Hauptwicklung 14 in Reihe an das Wechselstromnetz angeschlossen. Bei dem dann in der Hauptwicklung auftretenden Stromstoß, welcher die Primärwicklung 26 des Meßtransformators 25 durchsetzt, entsteht ein magnetisches Feld, welches den oberen Teil des Führungsrohres 4-1 axial durchsetzt. Es ist zu beachten, daß das Joch 44 nahe genug an der Primärwicklung 26 angebracht ist, um von dem Feld dieser Primärwicklung wenigstens teilweise durchsetzt zu werden. Infolgedessen wird das Joch 44 aus seiner in Fig. 1 dargestellten ersten Lage nach oben in eine zweite Lage gezogen, in welcher das Joch zentrisch zu den Transformatorwicklungen 26 bis 28 liegt. Während also das Joch 44 in seiner ersten Lage eine sehr geringe Kopplung zwischen der Primärwicklung 26 und den Sekundärwicklungen 27 und 28 des Meßtransformators bewerkstelligt, ist in der zweiten Lage des Joches, d.h. in der vorher erwähnten oberen Lage eine viel stärkere Kopplung vorhanden .

In dieser zweiten Lage des Joches 44 werden in den Sekundärwicklungen 27 und 28 Steuersignale von erheblicher Amplitude induziert. In jeder Halbwelle der Speisespannung, in welcher die Leitung 21 positiv gegenüber der Leitung 22 ist, verläuft ein Stromimpuls von der Leitung 21 über die Anoden-Kathoden-Strecke der Halbleitervorrichtung 32 und über den Kondensator 29 in die Anlaufwicklung 15 des Motors, wobei sich dieser Strom von der

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Klemme l8 über die Wicklungshälfte 17 und die Leitung 22 schließt. In den anderen Halbwellen verläuft der Strom für die Anlaufwicklung von der Leitung 22 über die Wicklungshälfte 17 und die Klemme 18 zur Anlaufwicklung 15 und verläuft von dort über den Kondensator 29 und die Anoden-Kathoden-Strecke der Halbleitervorrichtung ^l zurück zur Leitung 21. Die Anlaufwicklung 15 liegt somit in einem vollständigen AnlaufStromkreis, der über die beiden signalgesteuerten Gleichrichter Jl und 32 zu der gleichen Stromquelle verläuft, welche die Hauptwicklung 14 des Motors erregt. Diese Verhältnisse gelten solange, als das Joch 44 in seiner oberen Stellung festgehalten wird, in welcher eine gute Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Meßtransformators vorhanden ist und somit in der geschilderten Weise Steuersignale von ausreichender Amplitude für die Gleichrichter J>1 und j52 erzeugt werden.

Wenn der Motor 10 sich seiner Normalgeschwindigkeit annähert, sinkt der Strom in der Wicklung 14 entsprechend. Wenn der Strom durch die Primärwicklung 26 unter eine gewisse Amplitude fällt, wird das von der Wicklung 26 entwickelte Feld nicht mehr stark genug sein, um das Joch 44 in der erwähnten oberen Stellung festzuhalten. Das Joch 44 fällt dann in seine erste Lage zurück, die in Fig. 1 dargestellt ist, da es ja unter dem Einfluß der Schwerkraft steht. Die induktive Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators 25 nimmt also erheblich ab, und die Amplitude der in den Sekundärwicklungen

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erzeugten Signale fällt unter denjenigen Wert, bei welchem die gesteuerten Gleichrichter Jl und J52 noch Strom leiten können. Die Anlaufwicklung 15 wird also sofort stromlos, wenn das Joch in seine untere Stellung zurückfällt.

Wenn beim weiteren Betrieb des Motors 10 wieder größere Belastungen auftreten sollten, kann der Strom in den Leitungen und 22 hoch genug werden, um ein so starkes magnetisches Feld der Primärwicklung 26 zu erzeugen, daß das Joch 44 wieder nach oben gezogen wird und wieder eine stärkere Kopplung zwischen der Primärwicklung und den Sekundärwicklungen des Transformators bildet. Der Transformator liefert dann wieder ein Steuersignal von ausreichender Amplitude, um die Halbleitervorrichtungen J51 und 52 stromdurchlässig zu machen und die Wicklung 15 wieder in den Stromkreis einzuschalten. Dieser Zustand bleibt jedoch nur so lange erhalten, bis das Joch 44 wieder in seine untere Lage zurückfällt. ■ .

Die Steuervorrichtung 12 schaltet den Anlaufkreis des Motors 10 recht zuverlässig ab. Sobald nämlich der Strom durch die Primärwicklung 26 unter denjenigen Wert fällt, der zur Pesthaltung des Joches 44 in seiner oberen Lage erforderlich ist, fällt das Joch in seine untere Lage zurück. Hierdurch wird sofort die Amplitude der Steuersignale in den Sekundärwicklungen so stark verkleinert, daß kein Stromfluß durch die Gleichrichter 31 und mehr stattfindet. Es wird also eine zuverlässige Steuerung ohne mechanisch bewegliche Kontakte erreicht.

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Es ist außerdem bemerkenswert, daß die Amplitude des Stromes in der Leitung 21, bei weicher sich das Joch 44 in seine obere Lage bewegt, durch die Schraube 45 eingestellt werden kann ohne den Strom, bei welchem das Joch in seine untere Lage zurückfällt, nennenswert zu beeinflussen. Wenn also die Schraube 45 nach oben verdreht wird, wird das Joch 44 schon bei einem kleineren Strom in seine obere Lage übergehen. Hierdurch wird der Strom, der zur Aufrechterhaltung dieser oberen Lage erforderlich ist, nicht beeinflußt. Außerdem wird durch die beschriebene Steuerschaltung eine falsche oder vorzeitige Auslösung des Stromdurchgangs durch die Gleichrichter J>1 und 32 verhindert, weil durch die Bewegung des Joches 44 eine sehr erhebliche Änderung des Kopplungsgrades zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Meßtransformators hervorgerufen wird.

Um ein spezielles Beispiel anzuführen, sei ein Motor von ein Viertel PS für 115 Volt und 60 Hz betrachtet, der eine normale Geschwindigkeit von 1150 Umdrehungen pro Minute mit einem Strom von 15 A bei festgehaltenem Rotor und einem Strom in der Anlaufwicklung von 12 A besitzt. Mit einem solchen Motor und bei Verwendung der Einrichtung nach Fig. 1 wird die Vorrichtung 12 so bemessen, daß das Joch 44 bei 15 A in seine obere Lage kommt. Wenn der Motor anläuft und auf etwa 800 Umdrehungen je Minute beschleunigt hat, fällt der Strom in der Hauptwicklung auf etwa 13 A. Wenn der Strom soweit abgefallen ist, fällt das Joch 44 in seine untere Anfangslage zurück. Die Steuersignale, die in der

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oberen Lage des Joches 44 etwa 0,6 Volt betrugen, fallen sofort auf etwa 0,j5 Volt zurück. Bei diesem letzteren Wert bleiben die , Halbleiter Jl und 52 nicht mehr stromdurchlässig, so daß die Anlauf wicklung abgeschaltet wird.

Die hohe Empfindlichkeit der beschriebenen Einrichtung ergibt sich daraus, daß eine Änderung im .Strome der Hauptwicklung zwischen 1 und 3 A bereits dazu ausreicht, um die Anlaufwicklung in bzw. außer Betrieb zu setzen. Der Aufbau der Schaltung ist recht einfach und die Schaltung ist billig und zuverlässig. Die beschriebene Schaltung eignet sich insbesondere für langsamlaufende Motoren mit Kunstphase oder Anlaufkondensator, ist jedoch auch auf andere Fälle, beispielsweise auf Phaserikonverter zur Speisung von Motoren und anderen Belastungen anwendbar.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eignet sich insbesondere für die dargestellte vertikale Montage der Vorrichtung 12.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die bei vertikaler und bei horizontaler Montage anwendbar ist«.

Fig. 2 zeig't eine im ganzen mit l4l bezeichnete Ausführungsform einer Steuereinrichtung in der Anwendung auf einen Motor 10 mit Kunstphase mit einem Rotor 15, der unter dem Einfluß einer Anlaufwicklung 15 und einer Einphasenwicklung 114 steht, welche der Wicklung 14 in Fig. 1 entspricht. Der Anschluß der Wicklung 114 entspricht der Fig. 1 und enthält die beiden Leitungen 21 und 22, die zum Netzschalter 23 führen. Wie in Fig. 1 ist die Anlaufwicklung

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15 mit der Hauptwicklung 114 an der Klemme 18 verbunden.

Die Steuerschaltung l4l enthält eine Steuervorrichtung 112 mit einem Meßtransformator 145. Der Meßtransformator 145 enthält eine Primärwicklung 146, die in Reihe mit der Leitung 21 zur Hauptwicklung des Motors liegt. Der Meßtransformator enthält ferner eine einzige Sekundärwicklung 147. Die Wicklungen haben wie in Pig. 1 die Form eines Toroids.

Das Hauptsteuerelement in der Schaltung 141 ist neben der Steuervorrichtung 112 eine Triac-Vorrichtung I5I mit Eingangsund Ausgangselektroden 152 und 153 und einer Steuerelektrode 154. Eine sogenannte Triac-Vorrichtung ist ein für Wechselstrom bestimmter Halbleiterschalter mit drei Elektroden, der durch ein Steuersignal stromdurchlässig gemacht werden kann, und zwar in ganz ähnlicher Weise wie ein gewöhnlicher gesteuerter Gleichrichter. Ein Unterschied gegenüber einem gewöhnlichen gesteuerten Siliciumgleichrichter besteht jedoch darin, daß die Triac-Vorrichtung in beiden Richtungen Strom führen kann, je nachdem ob ein positives oder negatives Steuersignal vorhanden ist. In einer sogenannten Triac-Vorrichtung liegt zwischen den Eingangs- und Ausgangselektroden 152 und 153 im wesentlichen ein PNPN-Schalter parallel zu einem NPNP-Schalter. Jede der Elektroden 151 und 153 arbeitet sowohl als Kathode wie als Anode und die Triac-Vorrichtung kann durch ein Steuersignal von genügender Amplitude, unabhängig von dessen Polarität, zwischen den Elektroden 154 und I52 stromdurchlässig gemacht werden.

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In der Steuerschaltung l4l ist die Elektrode 155 an die Leitung 21 angeschlossen. Die Elektrode 152 liegt an der Anlaufwicklung 15. Die Elektrode 152 ist ferner mit der einen Klemme einer Sekundärwicklung 147 des Meßtransformators 145 verbunden., deren andere Klemme an der Steuerelektrode 154 liegt.

Die Steuerschaltung 112 ist der Steuerschaltung 12 in Pig. I ähnlich, unterscheidet sich von ihr jedoch im speziellen Aufbau. Wie in Pig. 1 enthält die Steuervorrichtung 112 eine Montageplatte 36 zur Befestigung eines U-fö"rmigen unmagnetischen Rahmens 38 auf einer Unterlage 37. Ein zweites Befestigungsglied 42 ist auf dem Rahmen 38 am anderen Ende gegenüber der Unterlage 37 angebracht. Der allgemeine konstruktive Aufbau ist somit der gleiche wie in Pig. 1, abgesehen davon, daß die Steuervorrichtung um 90° gedreht ist, so daß das unmagnetische Führungsrohr 41 in horizontaler Richr tung liegt. Ferner ist ebenso wie in Fig. 1 ein magnetisches Joch 44 innerhalb des Führungsrohres 41 angebracht, wobei die Anfangslage des Joches durch die Schraube 45 bestimmt ist, die durch den Teil 42 in das Führungsrohr 41 hineinreicht.

Innerhalb des Führungsrohres 41 befindet sich eine Druckfeder 161. Das eine Ende der Feder I61 liegt am Joch 44 an und das andere Ende ist in einem Halter l62 befestigt. Dieser Halter 162 wird durch die Schraube 47 verstellt.

Im wesentlichen arbeitet die Steuerschaltung 141 in gleicher Weise wie die Steuerschaltung 11 in Fig. 1. Bei Schließung des Schalters 23 fließt nämlich wieder ein hoher Anfangsstrom zur

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Hauptwicklung 114 und erzeugt ein starkes magnetisches Feld in der Primärwicklung 146, welches das magnetische Joch 44 in den Innenraum der beiden Transformatorwicklungen hineinzieht. Dadurch wird die magnetische Kopplung zwischen den Transformatorspulen erheblich stärker. In der Sekundärwicklung 147 entsteht daher ein Steuersignal von beträchtlicher Amplitude, welches den Elektroden 152 und 154 der Triac-Vorrichtung 151 zugeleitet wird. Die Triac-Vorrichtung wird somit stromdurchlässig und erregt die Anlaufwicklung 15 des Motors. In dieser Wicklung fließt somit ein Wechselstrom.

Wenn der Motor 10 sich seiner Endgeschwindigkeit annähert nimmt der Strom in der Wicklung 114 ab. Bei einem bestimmten Amplitudenwert, der durch das Gewicht des Joches 44, durch die Eigenschaften der Feder I6I und durch die Einstellung der Schrauben 45 und 47 bestimmt ist, sinkt das Feld der Wicklung 146 so stark ab, daß das Joch 44 nicht mehr in seiner linken in Fig. 2 dargestellten Lage gehalten werden kann. Die Feder I6I drückt das Joch 44 dann nach rechts, so daß dieses wieder in seine Anfangslage gelangt. Die damit verbundene erhebliche Verminderung der Kopplung zwischen der Primärwicklung und Sekundärwicklung vermindert das an den Elektroden I52 und 154 liegende Signal so stark, daß der Strom in der Triac-Vorrichtung I5I unterbrochen wird. Die Halbleitervorrichtung kehrt also in ihren nichtleitenden Zustand zurück und schaltet die Wicklung 15 aus. Der letztere Zuetand bleibt aufrechterhalten, bis durch eine starke Belastung des

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Motors 10 die Motorwicklung 114 wieder so viel Strom aufnimmt, daß das magnetische Feld der Wicklung 146 das Joch 44 wieder nach links in diejenige Lage zieht, in welcher dieses Joch eine starke Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung hervorruft.

Durch Einstellung der Schraube 45 nach links in Fig. 2 wird die Anfangslage des Joches 44 nach links verlagert, d.h. das Joch stärker in das Feld der Wicklung 146 hineinbewegt. Hierdurch vermindert sich die Stromstärke, bei welcher das Joch 44 in seine linke Lage, in welcher es eine starke Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung hervorruft, hineinbewegt wird. Durch die Einstellung des Joches 44 mittels der Schraube 45 wird jedoch auch die Feder l6l gespannt. Um die erwähnte Stromstärke, bei welcher sich das Joch anfängt nach links zu bewegen, zu beeinflussen, muß also auch die Schraube 47 etwas nach links gedreht werden.

Bei einer Bewegung der Schraube 47 nach rechts ohne eine gleichzeitige Verstellung der Schraube 45 wird die Feder l6l stärker gespannt, so daß sich die Stromamplitude erhöht, bei welcher die Feder l6l das Joch 44 in seine rechte Anfangslage zurückbewegt. Jedoch,ist es verhältnismäßig einfach, die beiden Grenzlagen des Joches so einzuregeln, daß man die gewünschten Amplitudenwerte im Strom für die Bewegung des Joches nach links und nach rechts erzielt.

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Pig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 1 für die Benutzung mit einem Motor der mit Hilfe eines Kondensators anläuft und auch seinen dauernden Lauf unter Benutzung eines Kondensators durchführt. Fig. 3 zeigt dabei weitere Abänderungen für die beiden Halbleitervorrichtungen 31 und 32. Für einen Motor, der einen dauernden Anschluß der Anlaufwicklung 15 erfordert, jedoch den Kondensator 29 nur während des AnlaufVorgangs benutzt, kann ein dem dauernden Lauf zugeordneter Kondensator 129 zwischen die Wicklung 15 und die Netzklemme 20 eingeschaltet werden, welcher die beiden gesteuerten Gleichrichter 31 und 32 Überbrückt. Man sieht somit, daß der Hauptteil der Schaltung für den Betrieb mit einem Anlaufkondensator und einem dem kontinuierlichen Lauf zugeordneten Kondensator gegenüber der Schaltung in Fig. 1 ungeändert bleibt, und daß nur der dem kontinuierlichen Lauf zugeordnete Kondensator 129 den Zweig mit den Halbleitern 31 und 32 überbrückt.

In der Schaltung nach Fig. 3 wird eine Diode 131 in Reihe mit dem Gleichrichter 31 geschaltet und zwar in der gleichen Durchlaßrichtung wie der Gleichrichter 31· Ebenso wird eine Diode 132 in Reihe mit dem Gleichrichter 32 geschaltet. Die beiden Dioden 131 und 132 dienen zur Verminderung der Gesamtspannung an den gesteuerten Gleichrichtern und ermöglichen die Benutzung von gesteuerten Gleichrichtern mit kleinerer Nennspannung. Bei dieser letzteren Schaltung können gesteuerter Siliciumgleichrichter von billigerer Ausführung ohne weitere Nachteile für die Schaltung verwendet werden.

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Jede der beschriebenen Ausfuhrungsformen .kann auch auf Motoren mit Kunstphase und auf beide Arten von Motoren mit Anlauf kondensat or angewendet werden. In jedem Falle haben die gesteuerten Halbleitervorrichtungen (also die gesteuerten Siliciumgleichrichter 31 und 32 und die Vorrichtung I51) die Wirkung das Einzugsmoment und das Grenzmoment des Motors zu erhöhen.

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Claims (5)

Patentansprüche

1.)] Steuerschaltung für einen Induktionsmotor mit Hauptwicklung und Anlaßwicklung, gekennzeichnet durch einen Anschluß der Hauptwicklung (14) an das Kraftnetz; durch einen Meßtransformator (25) mit Primärwicklung (26) und Sekundärwicklung (27, 28) zur Bildung eines Steuersignals; durch gesteuerte Halbleitervorrichtungen {J>1, J2.) in Reihe mit der Anlauf wicklung (15), deren Steuerelektroden (J>J>, 34) an die Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen sind; durch ein magnetisches Joch (44) im Magnetfeld der Primärwicklung, das sich aus einer ersten Lage, in der es nur eine geringe Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung hervorruft in eine zweite Lage verlagern kann, in welcher es eine starke Kopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung hervorruft; durch Mittel zur Verlagerung des Jochs in die zweite Lage, wenn der Strom in der Hauptwicklung einen ersten Amplitudenwert überschreitet und durch Mittel zur Rückbewegung des Jochs aus der zweiten Lage in die erste Lage, wenn der Motorstrom unter einen zweiten Amplitudenwert fällt.

2.) Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorwicklungen konzentrisch zueinander liegen und daß das Joch in den gemeinsamen Innenraum dieser Wicklungen einschiebbar ist und seine Anfangslage einstellbar ist.

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3.) Steuerschaltung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß das Joch unter der Kraft einer Feder steht, die im Sinne seiner Rückbewegung in die erste Lage wirkt und daß die Einstellmittel für die beiden Stromamplitudenwerte aus verstellbaren Anschlägen für die beiden Grenzlagen des Joches bestehen.

4.) Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Meßtransfbrmator zwei Sekundärwicklungen besitzt und daß je eine Halbleitervorrichtung mit ihrer Steuerelektrode an je eine Sekundärwicklung angeschlossen ist. ■

5.) Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeic-hnet, daß je eine Diode mit dem ersten und dem zweiten gesteuerten Gleichrichter in Reihe geschaltet ist.

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