DE202006013725U1

DE202006013725U1 - Einphasenasynchronmotor

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Publication number: DE202006013725U1
Application number: DE200620013725
Authority: DE
Original assignee: Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Current assignee: Liebherr Hausgeraete Ochsenhausen GmbH
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2016-09-08
Also published as: DE102007042435A1

Abstract

Einphasenasynchronmotor mit einer Hauptwicklung und einer Hilfswicklung sowie mit einer Vorrichtung zur Anlauferkennung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Anlauferkennung eine Meßeinrichtung aufweist, die derart ausgeführt ist, dass sie die Phasenverschiebung von Strom und Spannung oder wenigstens zweier Ströme oder wenigstens zweier Spannungen mißt, sowie eine Auswerteeinrichtung, die derart ausgeführt ist, dass sie aufgrund des mittels der Meßeinrichtung erhaltenen Meßwertes die Feststellung trifft, ob der Motor angelaufen ist.

Description

Einphasenasynchronmotoren weisen eine Hauptwicklung auf, die einen magnetischen Hauptfluß erzeugt, sowie eine Hilfswicklung, die einen zeitlich und räumlich versetzten Fluß erzeugt. Dadurch wird ein Drehfeld erzeugt, das zum Antrieb des Rotors dient. Bekannt sind Einphasenasynchronmotoren mit Hilfswicklung, die nur während des Startvorgangs bestromt wird. Auch ist es bekannt, Einphasenasynchronmotoren einzusetzen, die eine Hilfswicklung aufweisen, die während des Startvorgangs permanent am Netz ist. Dieser Hilfswicklung ist ein PTC oder ein elektronisches Schaltelement in Reihe geschaltet, die nach dem erfolgten Anlauf des Motors hochohmig werden. Parallel zu diesem Schaltelement befindet sich der Betriebskondensator.
Nach erfolgtem Anlauf des Motors muß das genannte Schaltelement abgeschaltet werden. Es sind Ausführungen bekannt, bei denen dies ausschließlich über eine zeitliche Verzögerung erfolgt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die erforderliche Zeitdifferenz abhängig vom Kompressor und der aktuellen Belastung des Kompressors unterschiedlich lang sein muß. Wird die Zeit zu lang gewählt, kann es zu einem Auslösen des Motorschutzschalters kommen, was selbstverständlich unerwünscht ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Einphasenasynchronmotor bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Einphasenasynchronmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass der Einphasenasynchronmotor eine Vorrichtung zur Anlauferkennung aufweist, die eine Meßeinrichtung aufweist, die derart ausgeführt ist, dass sie die Phasenverschiebung von Strom und Spannung oder wenigstens zweier Ströme oder wenigstens zweier Spannungen mißt. Ferner weist die Vorrichtung zur Anlauferkennung eine Auswerteeinrichtung auf, die derart ausgeführt ist, dass sie aufgrund des mittels der Meßeinrichtung erhaltenen Meßwertes die Feststellung trifft, ob der Motor angelaufen ist oder nicht.
Denkbar ist, die Meßeinrichtung derart auszuführen, dass sie die Phasenverschiebung in der Hauptwicklung, in der Hilfswicklung oder des Gesamtstroms mißt.
Möglich ist es beispielsweise, dass der Hauptwicklung ein Haupttriac und der Hilfswicklung ein Hilfstriac zugeordnet ist. Zum Zeitpunkt des Startens des Motors werden beide Triacs angesteuert. Es liegt somit an beiden Wicklungen die gleiche Spannung an. Möglich ist es, bei der optimalen Erkennung nun die Phasenverschiebung des Stroms, d. h. die zeitliche Differenz des Spannungsnulldurchgangs zum Stromnulldurchgang durch die Hauptwicklung sowie auch durch die Hilfswicklung zu ermitteln. Besonders vorteilhaft ist es, wenn man die Differenz zwischen der Phasenverschiebung der Hauptwicklung zur Phasenverschiebung der Hilfswicklung bildet, was den Vorteil hat, dass über den Verlauf des Anlaufs des Motors eine deutliche Veränderung erkennbar ist.
Die genannte Differenzbildung der Phasenverschiebung beider Wicklungen hat den Vorteil, dass eine Detektion des Spannungsnulldurchgangs nicht zwingend erforderlich ist. Vielmehr ist es ausreichend, die zeitliche Differenz beider Stromnulldurchgänge zu erfassen. Ist der Kompressor blockiert, bleibt die Phasenverschiebung unverändert.
Wie oben ausgeführt, ist die Messung der Phasenverschiebung einer Phase sowohl der Hauptwicklung als auch der Hilfswicklung ebenfalls denkbar, um den Anlauf des Kompressormotors zu erkennen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Differenz zwischen dem Nulldurchgang der Gesamtspannung und dem Nulldurchgang des Stroms durch die Hilfswicklung gebildet wird. Auch ist es möglich, die zeitliche Differenz zwischen dem Nulldurchgang der Gesamtspannung und dem Nulldurchgang des Stroms durch die Hauptwicklung zu bilden, wenngleich hier der Effekt jedoch geringer ausgeprägt ist.
Zur Messung der Phasenverschiebung der Haupt- bzw. Hilfswicklungsströme ist es denkbar, über unterschiedliche Arten vorzugehen. Möglich ist es beispielsweise einen Shunt-Widerstand in den gewünschten Strompfad einzubringen, den entsprechenden Spannungsabfall zu messen und gegebenenfalls darauf basierend den Stromverlauf zu verfolgen.
Eine weitere Möglichkeit stellt die Messung der Gate-Spannung eines sich in dem interessierenden Strompfad befindlichen Triacs dar. Die Gate-Spannung verändert sich in Abhängigkeit des Stroms, so dass eine Spannungs- bzw. Strommessung durchgeführt werden kann. Als besonders vorteilhaft ist dabei zu erwähnen, dass bei sich ändernder Stromrichtung auch die Polarität der Gate-Spannung geändert wird.
Des weiteren können Stromsensoren zur Erfassung der Phasenverschiebung eingesetzt werden, wie beispielsweise Stromübertrager, die auf der Basis einer induktiven Kopplung arbeiten. Diese Bauteile können sehr günstig ausgeführt sein, da nur die Polarität des Stromflusses detektiert werden muß bzw. die relative Stromänderung. Vorteilhaft wäre die von der Netzspannung isolierte Strom/Phasenmessung. Diese kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn ein externer Triac in der Gesamtstromleitung angeordnet ist.
Insbesondere zur Erkennung der Phasenverschiebung können des weiteren Stromsensoren eingesetzt werden, die auf der Basis von Magnetfeldsensoren arbeiten. Da nur die Polarität des Stromflusses bzw. nur der Wechselstromanteil detektiert werden muß, können diese Bauteile sehr günstig sein. Auch hier ist der Vorteil die von der Netzspannung isolierte Strom/Phasenmessung. Auch hier gilt, dass diese als besonders sinnvoll dann anzusehen ist, wenn ein externer Gesamttriac vorgesehen ist.
Die Differenz der Phasenverschiebung zwischen dem Hauptwicklungsstrom und dem Hilfswicklungsstrom kann durch einen externen Komparator/Transistor gebildet werden und beispielsweise als ein einziges digitales Signal an einen einzigen μC-PIN eingespeist werden.
Eine Schaltungslösung zur Messung der Phasenverschiebung ist ausschnittsweise aus 6 ersichtlich.
Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahren ist selbstverständlich denkbar.
Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Anlauferkennung über die Phasenverschiebung kann vorgesehen sein, die Anlauferkennung über eine Strommessung durchzuführen. Während des Anlaufs verändern sich die Stromamplituden von Haupt- und Hilfswicklung und somit auch die des Gesamtstroms. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass die Stromamplituden wesentlich vom Kompressortyp abhängen und somit auf Basis der Absolutwerte kein allgemein gültiger Ablauf fixiert werden kann. Dies bedeutet, dass eine derartige Anlaufschaltung somit auf den jeweiligen Kompressortyp bzw. die Kompressorfamilie angepasst werden muß. Wird jedoch die relative Stromveränderung gemessen, kann ein größerer Kompressorenbereich abgedeckt werden.
Somit kann vorgesehen sein, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die während des Anlaufens des Motors in der Hauptwicklung meßbare Strom veränderung ermittelt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die während des Anlaufens der Hilfswicklung meßbare Stromveränderung ermittelt wird.
Auch ist es denkbar, die während des Anlaufens im Gesamtkompressorstrom meßbare Stromveränderung zu ermitteln.
Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahren ist denkbar.
Die Strommessung kann grundsätzlich über die zwei bereits oben genannten Arten erfolgen. Zum einen durch Einbringen eines entsprechenden Shunt-Widerstands in den gewünschten Strompfad mit entsprechender Messung des Spannungsabfalls. Eine Variante dazu stellt – wie oben ausgeführt – die Messung der Gate-Spannung des Triacs dar, der sich in dem entsprechenden Strompfad befindet. Auch ist es möglich, als Stromsensoren die oben genannten auf Basis einer induktiven Kopplung arbeitenden oder als Magnetfeldsensoren arbeitenden Sensoren einzusetzen. Auch eine Kombination der vorgenannten Möglichkeiten ist selbstverständlich denkbar.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Einphasenasynchronmotor vorgesehen, die eine Hauptwicklung und eine Hilfswicklung aufweist, sowie einen Motorschutzschalter. Der Einphasenasynchronmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass er Erkennungsmittel zur Erkennung des ausgelösten Motorschutzschalters umfasst.
Die Erkennung auf ausgelösten Motorschutzschalter kann beispielsweise über eine Spannungsmessung erfolgen. Durch die Spannungsmessung einer beliebigen Stelle hinter dem Motorschutzschalter kann das Auslösen des Motorschutzschalters ohne weiteres festgestellt werden. Bei Kompressoren mit integriertem Motorschutzschalter ist jedoch die Messung nicht aller Spannungen möglich. Hat der Motorschutzschalter ausgelöst, ist keine Spannung mehr meßbar.
Die Mittel zum Messen der Spannung können derart angeordnet sein, dass die Kompressorspannung hinter dem Motorschutzschalter gemessen wird. Denkbar ist es, die Spannung über den Triac der Hilfswicklung zu messen. Ebenso ist es möglich, die Spannung über die Hilfswicklung oder über die Hauptwicklung zu messen.
Denkbar ist ferner, die Spannung zwischen beiden Wicklungen bzw. zwischen zwei beliebigen Punkten hinter dem Motorschutzschalter zu messen.
Die Detektion auf vorhandene Spannung kann dadurch erfolgen, dass die Spannung direkt über einen Spannungsteiler gemessen wird.
Auch ist es möglich, die zu messende Spannung über einen Optokoppler mit entsprechendem Vorwiderstand abzugreifen. Dass am Ausgang des Optokopplers auftretende Signal lässt eine eindeutige Erkennung einer Spannung zu. Auch ist es denkbar, die gewünschten Spannungen über einen entsprechenden analogen Eingang mit geeigneter Abtastrate zu messen und die Nulldurchgänge entsprechend zu detektieren.
Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahren kann eingesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Erkennung auf ausgelösten Motorschutzschalter besteht in der Strommessung. Ein ausgelöster Motorschutzschalter kann daran erkannt werden, dass der Gesamtstrom oder Hauptwicklungsstrom auf Null abgefallen sind. Dementsprechend können die Mittel zum Messen des Stroms derart ausgeführt sein, dass sie den Gesamtstrom oder den Strom in der Hauptwicklung messen. Auch eine Kombination dieser Verfahren ist selbstverständlich denkbar.
Die Messung des Stroms kann grundsätzlich wieder über die oben genannten Shunt-Widerstände in den gewünschten Strompfaden oder über die Messung der Gate-Spannung von den in den Strompfaden befindlichen Triacs erfolgen. Auf die oben genannten Möglichkeiten zur Strommessung wird hingewiesen.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass nur die Phaseninformation verwendet wird oder dass nur die Nulldurchgangsinformation verwendet wird.
Auch eine Kombination der vorgenannten Strommeßverfahren ist denkbar.
In einer weiteren Möglichkeit der Erkennung auf ausgelösten Motorschutzschalter kann die Phasenverschiebung herangezogen werden. Hierzu reicht es aus, das Nichtvorhandensein eines entsprechenden Signals zu erkennen, sofern der Motorschutzschalter ausgelöst hat. Hierfür können auch die bereits oben beschriebenen Phasen bzw. Nulldurchgangsinformationen verwendet werden.
Soll über die Phasenverschiebung auf ausgelösten Motorschutzschalter erkannt werden, kann vorgesehen sein, dass im Gesamtstrom keine Nulldurchgänge mehr detektiert werden oder dass im Strom der Hauptwicklung keine Nulldurchgänge mehr detektiert werden. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass in einer beliebigen hinter dem Motorschutzschalter gemessenen Spannung keine Nulldurchgänge mehr detektiert werden.
Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahren ist denkbar.
Zu den Meßverfahren der Phasenverschiebung wird auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.
Eine weitere Möglichkeit der Erkennung auf ausgelösten Motorschutzschalter besteht in der Erfassung der Schaltungsabschaltung.
Denkbar ist es nämlich, die gesamte Ansteuerung im oder beim Kompressor zu integrieren, d. h. die gesamte Schaltung wird durch einen ausgelösten Motorschutzschalter abgeschaltet. In diesem Fall kann auf ausgelösten Motorschutzschalter erkannt werden, wenn die gesamte Schaltung stromlos ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kompressorstartablauf nach Wiederkehr der Spannung automatisch abläuft oder dass der Kompressorstartablauf nach Wiederkehr der Spannung durch ein entsprechendes logisches Signal wieder anläuft.
Die genannte Schaltungsabschaltung kann beispielsweise in eine Logik integriert sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Blockiererkennung angeordnet ist, die es ermöglicht, auf einen blockierten Kompressor zu schließen. Eine Erkennung auf blockierten Kompressor ist zwar nicht grundsätzlich zwingend erforderlich, da nach einer entsprechenden Blockierdauer ohnehin der Motorschutzschalter des Kompressors auslösen würde. Jedoch bestätigt die Implementierung einer Blockiererkennung die vorteilhafte Möglichkeit, Kosten im Bereich der Ansteuerbauelemente einzusparen, weil der Blockierfall beim Kompressor den thermisch ungünstigsten Fall darstellt.
Die Blockiererkennung kann über eine Temperaturüberwachung erfolgen. Denkbar ist es beispielsweise, die Erwärmung der schaltenden Bauelemente zu überprüfen. Im Blockierfall ist in jedem Fall der Triac für die Hauptwicklung bzw. der in der Gesamtstromleitung befindliche Gesamttriac gezündet. Der in der Regel deutlich höhere Blockierstrom führt zu einer entsprechenden Erwärmung dieser Bauteile. Diese müssen spätestens dann abgeschaltet werden, wenn die für dieses Bauteil maximal zulässige Temperatur überschritten wird. Die Temperaturmessung kann dazu herangezogen werden, auf das Blockieren des Kompressors zu schließen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur des die Hauptwicklung bzw. den Gesamtstrom schaltenden Bauelementes gemessen wird und bei Erreichen einer zu definierenden Maximaltemperatur die Ansteuerung des Motors beendet wird.
Als Meßverfahren zur Temperaturüberwachung kommt beispielsweise in Betracht, dass ein entsprechender Temperatursensor in der Nähe des Schaltelementes plaziert wird. Auch ist denkbar, dass an dem im Normalbetrieb nicht bestromten Triac für die Hilfswicklung die temperaturabhängige Spannung einer Diodenstrecke gemessen wird bzw. das am Schaltelement die temperaturabhängige Spannung einer Diodenstrecke gemessen wird, was z. B. zu einem Zeitpunkt erfolgen kann, bei dem wenig Strom fließt, d. h. kurz vor oder kurz nach dem Stromnulldurchgang.
Auch hier ist selbstverständlich eine Kombination der vorgenannten Punkte denkbar.
Eine weitere Möglichkeit auf Erkennung auf ausgelösten Motorschutzschalter besteht in der Erfassung der Phasenverschiebung der Hilfswicklungsspannung. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann der Blockierzustand des Kompressors somit erkannt werden, indem die Phasenverschiebung zwischen der Gesamtspannung und der Spannung über der Hilfswicklung bzw. die Spannung über dem Triac der Hilfswicklung gemessen wird. Die Phasenverschiebung wird durch die Ermittlung der zeitlichen Differenz zwischen den Nulldurchgängen beider Spannungen ermittelt. Sie ist weitgehend unabhängig davon, ob ein Betriebskondensator vorhanden ist oder nicht.
Denkbar ist es, die Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung, d. h. der Gesamtspannung, und der Spannung über der Hilfswicklung zu messen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Phasenverschiebung zwischen der Gesamtspannung und der Spannung über dem Triac der Hilfswicklung gemessen wird. Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahren kann eingesetzt werden. Als Meßverfahren zur Erfasssung der Phasenverschiebung kommt in Betracht, dass die Spannung direkt über einen Spannungsteiler gemessen wird. Auch kann die zu messende Spannung über eine Optokoppler mit entsprechendem Vorwiderstand abgegriffen werden. Das am Ausgang des Optokopplers auftretende Signal gibt die Nulldurchgänge eindeutig wider. Auch kann die Spannung direkt über einen Vorwiderstand gemessen werden.
Für weitere Möglichkeiten der Messung von Phasenverschiebungen wird auf die obigen Ausführungen Bezug genommen.
Denkbar ist es, die Phasenverschiebung durch externe Bauteile zu ermitteln. Die Phasenverschiebung kann außer durch eine Nulldurchgangserkennung auch mit dem Microprozessor bzw. durch externe Bauteile ermittelt werden. Dazu gehören beispielsweise Ops, Komparatoren, Transistoren etc.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Differenz der Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und der Hilfswicklungsspannung durch einen externen Komparator/Transistor gebildet wird und in Form eines einzelnen digitalen Signals an einen einzigen μC-PIN eingespeist wird.
Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahren ist denkbar.
Als Meßverfahren für die Spannung kommt in Betracht, dass die gewünschten Spannungen über einen entsprechenden analogen Eingang mit geeigneter Abtastrate gemessen und die Nulldurchgänge entsprechend detektiert werden.
Eine weitere Möglichkeit der Blockiererkennung besteht darin, dass der Strom gemessen wird. Der Blockierzustand führt zu einer deutlichen Veränderung des Kompressorstroms, d. h. auch zu einer Veränderung des Stroms in der Hauptwicklung. Grundsätzlich kann auch eine Strommessung in der Hilfswicklung erfolgen, was jedoch nur in Verbindung mit einem angeschlossenen Betriebskondensator sinnvoll ist, da bei nicht vorhandenem Betriebskondensator die Hilfswicklung abgeschaltet ist. Grundsätzlich ist denkbar, dass anhand des Anstiegs des Gesamtstroms der Blockierzustand detektiert wird. Auch eine Veränderung des Stroms in der Hauptwicklung oder in der Hilfswicklung kann auf einen Blockierzustand hinweisen.
Auch eine Kombination der vorgenannten Verfahren ist denkbar. Hinsichtlich der Meßverfahren zur Strommessung wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Sofern der Einphasenasynchronmotor einen Schutzschalter aufweist, kann dessen Schaltzustand dazu benutzt werden, eine Diagnose durchzuführen.
Des weiteren ist denkbar, dass eine Phasenansteuerung der Hilfswicklung vorgenommen wird. Durch ein Schaltelement in der Hilfswicklung ist mit einem Triac eine Phasenanschnittssteuerung der Hilfswicklung realisierbar. Die Phasenlage sowie die Amplitude des Hilfswicklungsstroms kann hierdurch gezielt beeinflußt werden. Mit anderen Schaltelementen kann eine PWM-Ansteuerung der Hilfswicklung realisiert werden. Auch hierdurch kann die Phasenlage und die Amplitude des Hilfswicklungsstroms gezielt beeinflußt werden.
Grundsätzlich ist des weiteren denkbar, dass der Betriebskondensator entfallen kann, was durch entsprechende Beeinflussung des Drehfelds des Motors erfolgen kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur Detektion des Betriebskondensators vorgesehen. Ist in den Anordnungen eine Stromerkennung der Hauptwicklung bzw. des Gesamtstroms implementiert, so besteht bei allen Schaltungsvarianten die Möglichkeit, das Vorhandensein eines Betriebskondensators zu detektieren. Da der Zeitpunkt des Abschaltens des Hilfswicklungstriacs bekannt ist, kann die Stromreaktion in der Hauptwicklung bzw. des Gesamtstroms ermittelt und so auf das Vorhandensein eines Betriebskondensators zurückgeschlossen werden. Somit ist eine Diagnose hinsichtlich des Vorhandenseins des Betriebskondensators denkbar.
Grundsätzlich ist es denkbar, für alle oben genannten Ansteuerungsvarianten die Möglichkeit vorzusehen, diese in einem ASIC, einem FPGA, einem Hybridbaustein oder einem eigenen Halbleiterbaustein zu integrieren. Auch eine beliebige Kombination der Ansteuerungsvarianten in einem ASIC, FPGA, Hybridbaustein oder in einem eigenständigen Halbleiterbaustein ist denkbar.
Die vorgestellten Anordnungen können auf der Geräteelektronik, im Kompressoranschlusskasten oder auch im Kompressorinnenraum angeordnet sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher hervor.
Die 1 bis 5 zeigen unterschiedliche Prinzipschaltungen des erfindungsgemäßen Einphasenasynchronmotors. Die 1A, 6 und 7 zeigen Schaltlösungen zum Ansteuerungsablauf bzw. zur Anlauferkennung.
Bei der in 1 dargestellten Anordnung wird mit dem Startablauf begonnen, wenn der Motorschutzschalter nicht geschlossen ist, d. h. nicht auf einem aufgelösten Motorschutzschalter erkannt wurde.
Dazu wird sowohl der Haupttriac als auch der Hilfstriac angesteuert und die Anlauferkennung sodann durchgeführt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gilt der Kompressor als angelaufen, wenn sich die Differenz der Phasenverschiebung von Hauptwicklungsstrom und Hilfswicklungsstrom um ca. 30° verändert hat. Spätestens gilt der Kompressor jedoch nach 2 Sekunden als angelaufen.
Nach erfolgtem Anlauf wird der Hilfstriac abgeschaltet und in der Folge auf blockierten Kompressor sowie auf ausgelösten Motorschutzschalter überwacht.
Wie bereits oben ausgeführt, ist eine Erkennung auf blockierten Kompressor nicht zwingend erforderlich. Da jedoch die Erkennung auf ausgelösten Motorschutzschalter über die Phasenerkennung der Spannung über dem Hilfswicklungstriac gelöst ist, wird hier eine Blockiererkennung durchgeführt. Für den Fall, dass auf blockierten Kompressor oder auf einen ausgelösten Motorschutzschalter erkannt wird, wird der Hauptschalter nicht mehr weiter angesteuert. Denkbar ist ebenfalls, nach dem Abschalten noch eine Mindeststandzeit zu implementieren.
Ein Abschalten des laufenden Kompressors ist zu jedem Zeitpunkt möglich.
Die entsprechende Schaltlösung ist als Schaltungsausschnitt in 1A wiedergegeben.
Löst der Motorschutzschalter aus, ist die Schaltung stromlos. Dies ist wie oben ausgeführt überwiegend dann der Fall, wenn die Ansteuerungsschaltung in den Kompressor integriert ist.
Sobald die Netzspannung angelegt wird, bzw. wenn die Netzspannung an der Schaltung ansteht und ein entsprechendes logisches Signal empfangen wird, wird mit dem Startablauf begonnen. Sowohl Haupt- als auch Hilfstriac werden angesteuert und die Anlauferkennung wird durchgeführt. Nach erfolgtem Anlauf läuft der Kompressor, bis entweder die Netzspannung abgeschaltet wird oder das logische Signal entsprechend verändert wird.
2 zeigt eine weitere Prinzipschaltung, bei der kein Haupttriac vorgesehen ist, sondern ein im Gesamtstrompfad befindlicher Gesamttriac.
Der Ansteuerungsablauf ergibt sich wie folgt:
Durch die Ansteuerung des Triacs T_Gesamt und T_Hilf wird der Startablauf begonnen. Nach erfolgter Anlauferkennung wird der Triac der Hilfswicklung abgeschaltet. Eine Blockierüberwachung ist nach einem der oben beschriebenen Verfahren denkbar.
Eine Erkennung auf ausgelösten Motorschutzschalter ist zwingend erforderlich, wobei die Reihenschaltung aus Gesamttriac und Motorschutzschalter zu überwachen ist. Besteht von der Ansteuerung aus Kontrolle über den Triac T_Gesamt, dann können auch Verfahren zur Gesamtstrommessung für die Erkennung verwendet werden, da dann der Schaltzeitpunkt des Triac T_Gesamt oder auch des Relais bekannt ist.
Ist z. B. der Schaltzustand des Gesamttriacs bekannt, so stellt sich das Ansteuerverfahren wie folgt dar:
Wird auf nicht ausgelösten Motorschutzschalter erkannt, d. h. sowohl der Motorschutzschalter hat nicht ausgelöst als auch die Ansteuerung des Kompressors über T_Gesamt ist aktiv, so wird der Hilfstriac T_Hilf eingeschaltet. Nach erkanntem Anlauf wird der Hilfstriac T_Hilf abgeschaltet.
Dieser Ablauf wird immer dann wiederholt, wenn nach einer Erkennung auf einen ausgelösten Motorschutzschalter, d. h. entweder der Motorschutzschalter hat tatsächlich ausgelöst oder die Ansteuerung des Kompressors wurde beendet, auf nicht ausgelösten Motorschutzschalter erkannt wird, d. h. sowohl der Motorschutzschalter hat nicht ausgelöst als auch die Ansteuerung des Kompressors über T_Gesamt ist aktiv.
3 zeigt eine weitere Prinzipschaltung. Der Ansteuerungsablauf dieser Schaltung ergibt sich wie folgt:
Ist der Motorschutzschalter geschlossen, d. h. es wurde nicht auf einen ausgelösten Motorschutzschalter erkannt, so kann mit dem Startablauf begonnen werden. Es wird sowohl T_Gesamt als auch T_Hilf angesteuert und die Anlauferkennung wird durchgeführt.
Nach erfolgtem Anlauf wird der Hilfstriac abgeschaltet und infolge auf blockierten Kompressor sowie ausgelösten Motorschutzschalter überwacht.
Wird auf blockierten Kompressor oder auf einen ausgelösten Motorschutzschalter erkannt, wird der Gesamttriac T_Gesamt nicht mehr weiter angesteuert.
Optional kann nach dem Abschalten noch eine Mindeststandzeit implementiert werden.
Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Abschalten des laufenden Kompressors zu jedem Zeitpunkt möglich.
4 zeigt ein weiteres Prinzipschaltbild.
Der Ansteuerungsablauf hierzu ergibt sich wie folgt:
Ist der Motorschutzschalter geschlossen und der Gesamttriac T_Gesamt angesteuert, d. h. es wurde nicht auf einen ausgelösten Motorschutzschalter erkannt, so wird mit dem Startablauf begonnen. Besteht von der Ansteuerung auch Kontrolle über den Gesamttriac T_Gesamt, so wird, wenn ein Start des Kompressors gewünscht ist, der Gesamttriac oder ein anderes Schaltelement (z. B. ein Relais) angesteuert. Erst ab diesem Zeitpunkt kann erkannt werden, ob der Motorschutzschalter ausgelöst hat. Hat der Motorschutzschalter ausgelöst, so wird der Startablauf nach einer zu definierenden Zeit wiederholt.
Es wird sowohl der Haupt- als auch der Hilfstriac angesteuert und die Anlauferkennung wird durchgeführt. Nach erfolgtem Anlauf wird der Hilfstriac abgeschaltet und infolge auf blockierten Kompressor sowie auf ausgelösten Motorschutzschalter überwacht.
Wird auf blockierten Kompressor oder auf einen ausgelösten Motorschutzschalter erkannt, wird der Triac T_Haupt nicht mehr weiter angesteuert. Besteht von der Ansteuerung auch Kontrolle über den Gesamttriac T_Gesamt, so wird die Ansteuerung dieses Elementes ebenfalls für eine gewisse Zeit unterbrochen.
Optional kann nach dem Abschalten noch eine Mindeststandzeit implementiert werden.
Auch bei dieser Ausführungsform ist das Abschalten des laufenden Kompressors zu jedem Zeitpunkt möglich.
5 zeigt eine weitere Prinzipschaltung. Deren Ansteuerungsablauf ergibt sich wie folgt:
Ist der Motorschutzschalter geschlossen, d. h. es wurde nicht auf einen ausgelösten Motorschutzschalter erkannt, so wird, wenn gewünscht, mit dem Startablauf begonnen.
Es wird sowohl der Haupttriac als auch der Hilfstriac angesteuert und die Anlauferkennung wird durchgeführt. Nach erfolgtem Anlauf wird der Hilfstriac abgeschaltet, der Triac für den Betriebskondensator eingeschaltet und in der Folge auf blockierten Kompressor sowie auf ausgelösten Motorschutzschalter überwacht.
Wird auf blockierten Kompressor oder auf einen ausgelösten Motorschutzschalter erkannt, wird der Haupttriac sowie der Triac für den Betriebskondensator nicht mehr weiter angesteuert.
Optional kann nach dem Abschalten noch eine Mindeststandzeit implementiert werden. Auch hier gilt, dass ein Abschalten des laufenden Kompressors jederzeit möglich ist.
7 zeigt eine Schaltungslösung zur Messung der Spannungsnulldurchgangserkennung zum Zwecke der Anlauferkennung.
Zu den Komponenten der Schaltung gilt im Einzelnen Folgendes:
Der Widerstand R1 muss für 230 V geeignet sein. Häufig werden zwei Widerstände in Reihe verwendet, um dies zu erreichen.
C1 ist optional und dient zur Unterdrückung von Störungen auf den Netzzuleitungen und entlastet die internen Schutzmechanismen des μC bei EMV Ereignissen (analoges Filter). Der Tiefpaß R1/R2/C1 wird zusätzlich durch ein digitales Filter im μC, das in Software realisiert ist, unterstützt.
Der μC muß zum Anschluß an 230 V geeignet sein. D. h. er muß tolerant gegen die Ströme sein, die über R1/R2 in seine Eingangsschutzschaltung fließen. Praktisch wird der Strom auf unter 1 mA begrenzt, die internen Schutz/Clamping-Dioden des μC sind dafür spezifiziert, die elektrischen Eigenschaften des μC ändern sich nicht.
Wenn der μC über keine entsprechende interne Schutzschaltung verfügt, sind extern noch Schutzbauelemente (standardmäßig zwei Schottky-Dioden, eine nach VCC eine nach GND am Input).
Die Software kann das Signal an „Input" auf verschieden Art und Weisen auswerten. Die ST_G3_2004 arbeitet mit einem prognostizierten Nulldurchgang und fragt zu bestimmten Zeiten den PIN wiederholt ab, um den Zeitpunkt der Pegeländerung zu erkennen.
Andere Plattformen reagieren auf einen Interrupt an INPUT und bestimmen den Zeitpunkt des Interrupts. Ein digitaler Filter in der Software verhindert falsch erkannte Nulldurchgänge. Denkbar wäre auch den Nulldurchgang durch analoge Messungen an Input zu erkennen.
Genau genommen erkennt die Schaltung nicht exakt den Nulldurchgang. Der IO-Pegel, bei dem zwischen HIGH-Erkennung und LOW-Erkennung umgeschaltet wird, liegt etwa 3 V unter L. Da jedoch kein Spannungsteiler verwendet wird, ist die Verzögerung durch diese „ungenaue" Erkennung nur marginal. Ein 230 Vrms Sinussignal erreicht – 3 V ca. 30 μs nach dem tatsächlichen Nulldurchgang.
Die Phasenverschiebung durch das RC-Glied beträgt 50–100 μs. Diese „Fehlmessung" muß durch die Software kompensiert werden.

Claims

Einphasenasynchronmotor mit einer Hauptwicklung und einer Hilfswicklung sowie mit einer Vorrichtung zur Anlauferkennung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Anlauferkennung eine Meßeinrichtung aufweist, die derart ausgeführt ist, dass sie die Phasenverschiebung von Strom und Spannung oder wenigstens zweier Ströme oder wenigstens zweier Spannungen mißt, sowie eine Auswerteeinrichtung, die derart ausgeführt ist, dass sie aufgrund des mittels der Meßeinrichtung erhaltenen Meßwertes die Feststellung trifft, ob der Motor angelaufen ist.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die Phasenverschiebung in der Hauptwicklung, in der Hilfswicklung oder des Gesamtstroms mißt.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die die zeitliche Diffe renz des Spannungsnulldurchgangs zum Stromnulldurchgang der Hauptwicklung oder in der Hilfswicklung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die Differenz der Phasenverschiebungen in der Hauptwicklung und der Hilfswicklung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass die Differenz der Phasenverschiebungen durch Messung der Stromnulldurchgänge in der Hauptwicklung und in der Hilfswicklung erfolgt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die zeitliche Differenz zwischen dem Nulldurchgang der Gesamtspannung und dem Nulldurchgang des Stroms durch die Hilfswicklung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die zeitliche Differenz zwischen dem Nulldurchgang der Gesamtspannung und dem Nulldurchgang des Stroms durch die Hauptwicklung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung wenigstens einen Shunt-Widerstand umfasst, der sich in dem Strompfad der Hauptwicklung, der Hilfswicklung, des Gesamtstroms oder des Kondensators befindet, und dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie den Spannungsabfall über den Shunt-Widerstand mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung wenigstens einen Triac um fasst, und dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die Gate-Spannung des Triacs mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass die Gate-Spannung zur Ermittlung der Stromnulldurchgänge verwendet wird.
Einphasenasynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zur Erfassung der Stromnulldurchgänge zur Ermittlung der Phasenverschiebung auf der Basis einer induktiven Kopplung arbeitende oder als Magnetfeldsensoren ausgeführte Stromsensoren vorgesehen sind.
Einphasenasynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komparator/Transistor vorgesehen ist, der derart ausgeführt ist, dass die Phasenverschiebung zwischen Hauptwicklungsstrom und Hilfswicklungsstrom ermittelt.
Einphasenasynchronmotor mit einer Hauptwicklung und einer Hilfswicklung sowie mit einer Vorrichtung zur Anlauferkennung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Meßeinrichtung aufweist, die derart ausgeführt ist, dass sie den Strom mißt, sowie eine Auswerteeinrichtung, die derart ausgeführt ist, dass sie aufgrund des mittels der Meßeinrichtung erhaltenen Meßwertes die Feststellung trifft, ob der Motor angelaufen ist.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die während des Anlaufens des Motors in der Hauptwicklung meßbare Stromveränderung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die während des Anlaufens des Motors in der Hilfswicklung meßbare Stromveränderung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die während des Anlaufens des Motors im Gesamtstrom meßbare Stromveränderung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12 ausgeführt ist.
Einphasenasynchronmotor, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17 mit einer Hauptwicklung und mit einer Hilfswicklung sowie mit einem Motorschutzschalter, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ferner Erkennungsmittel zur Erkennung des ausgelösten Motorschutzschalters umfasst.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsmittel derart ausgeführt sind, dass sie Mittel zum Messen der Spannung aufweisen, und eine Auswerteeinrichtung, die derart ausgeführt ist, dass sie aufgrund des mittels der Erfassungsmittel erhaltenen Meßwertes die Feststellung trifft, ob der Motorschutzschalter ausgelöst ist.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Spannung derart ausgeführt sind, dass sie die Spannung hinter dem Motorschutzschalter messen.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfswicklung ein Triac zugeordnet ist, und dass die Mittel zum Messen der Spannung derart ausgeführt sind, dass sie die Spannung über den Triac der Hilfswicklung messen.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Spannung derart ausgeführt sind, dass sie die Spannung über der Hilfswicklung, über der Hauptwicklung, zwischen der Hilfswicklung und der Hauptwicklung oder zwischen zwei beliebigen Punkten hinter dem Motorschutzschalter messen.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsmittel derart ausgeführt sind, dass sie Mittel zum Messen des Stroms aufweisen, und eine Auswerteeinrichtung, die derart ausgeführt ist, dass sie aufgrund des mittels der Erfassungsmittel erhaltenen Meßwertes die Feststellung trifft, ob der Motorschutzschalter ausgelöst ist.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen des Stroms derart ausgeführt sind, dass sie den Gesamtstrom oder den Strom in der Hauptwicklung messen.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12 ausgeführt ist.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen des Stroms derart ausgeführt sind, dass nur die Phaseninformation oder nur die Nulldurchgangsinformation verwendet wird.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungsmittel derart ausgeführt sind, dass sie Mittel zum Messen einer Phasenverschiebung aufweisen, und eine Auswerteeinrichtung, die derart ausgeführt ist, dass sie aufgrund des mittels der Erfassungsmittel erhaltenen Meßwertes die Feststellung trifft, ob der Motorschutzschalter ausgelöst ist.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Phasenverschiebung derart ausgeführt sind, dass sie erfassen, dass im Gesamtstrom oder im Strom der Hauptwicklung oder an einer beliebigen Stelle hinter dem Motorschutzschalter keine Nulldurchgänge mehr vorliegen.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor derart ausgeführt ist, dass bei ausgelöstem Motorschutzschalter die gesamte Schaltung stromlos geschaltet wird und dass die Erkennungsmittel derart ausgeführt sind, dass der stromlose Zustand der Schaltung durch die Erkennungsmittel erfaßbar ist.
Einphasenasynchronmotor, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor Blockiererkennungsmittel zur Blockiererkennung des Kompressors aufweist, wobei die Blockiererkennungsmittel eine Meßeinrichtung aufweisen, die derart ausgeführt ist, dass sie ein das Blockieren des Kompressors repräsentierendes Signal abgibt, sowie eine Auswerteeinrichtung, die derart ausgeführt ist, dass sie aufgrund des mittels der Meßeinrichtung erhaltenen Meßwertes die Feststellung trifft, ob der Kompressor blockiert ist.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 30 dadurch gekennzeichnet, dass Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die Temperatur eines der Bauelemente des Motors ermittelt.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die Temperatur eines die Hauptwicklung oder den Gesamtstrom schaltenden Bauelementes mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass an einem Schaltelement und insbesondere an einem der Hilfswicklung zugeordneten Triac die temperaturabhängige Spannung einer Diodenstrecke gemessen wird.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die Phasenverschiebung zwischen der Gesamtspannung und der Spannung über der Hilfswicklung oder über einem Triac der Hilfswicklung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung direkt über einen Spannungsteiler gemessen wird.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung über einen Optokoppler mit Vorwiderstand oder direkt über einen Vorwiderstand gemessen wird.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass die Spannung über einen analogen Eingang mit geeigneter Abtastrate gemessen wird und die Nulldurchgänge detektiert werden.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie den Strom mißt.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie den Gesamtstrom mißt.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßeinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie den Strom in der Hauptwicklung oder in der Hilfswicklung mißt.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfswicklung ein Triac zugeordnet ist und dass Steu ermittel vorgesehen sind, die den Triac zur Phasenanschnittsteuerung betreiben.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel vorgesehen sind, mittels derer die Hilfswicklung sowohl in Phasenanschnittsteuerung als auch mit PWM-Steuerung betreibbar ist.
Einphasenasynchronmotor nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel derart ausgeführt sind, dass die Phasenlage und die Amplitude des Hilfswicklungsstroms beeinflußbar ist.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 41 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel derart ausgeführt sind, dass das Drehfeld des Motors beeinflußbar ist.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Stromerkennung in der Hauptwicklung oder zur Erkennung des Gesamtstroms vorgesehen sind, dass der Hilfswicklung ein Triac zugeordnet ist und dass zum Zwecke der Detektion eines Betriebskondensators Mittel zur Erfassung der Stromreaktion in der Hauptwicklung oder der Reaktion des Gesamtstroms bei Abschalten des Triacs vorgesehen sind.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder alle der genannten Bauelemente in einem ASIC, einem FPGA, einem Hybridbaustein oder einem eigenen Halbleiterbaustein integriert sind.
Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil oder alle der genannten Bauelemente auf der Gerätelektronik, in dem Kompressoranschlußkasten oder in dem Kompressorinnenraum angeordnet sind.
Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Einphasenasynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 47.