DE3234461A1

DE3234461A1 - Schaltung zum verhindern der wiedereinschaltung des anfahrzustandes eines elektrischen einphasenmotors

Info

Publication number: DE3234461A1
Application number: DE19823234461
Authority: DE
Inventors: Harald Mann 5250 Odense Sorensen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1981-09-25
Filing date: 1982-09-17
Publication date: 1983-04-21
Also published as: AU558964B2; ATA353582A; DK425481A; MX153626A; ES8306937A1; ES515923A0; GB2107139A; AU8864782A; AT378634B

Description

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ASEA A/S, 5000 Odense, Dänemark

Schaltung zum Verhindern der Wiederennschaltung des Anfahrzustandes eines elektrischen Einphasenmotors

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Verhindern der Wiedereinschaltung des Anfahrzustandes eines elektrischen Einphasenmotors mit einer Hauptwicklung und einer Hilfswicklung sowie einer in Verbindung mit der Hilfswicklung wirkenden Anfahrschaltung, die den Motor von einem Anfahrzustand in einen Betriebszustand umschaltet, wenn beim Anfahren die Drehzahl einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

Bei einem bekannten Einphasenmotor dieser Art wird das Anfahren dadurch eingeleitet, dass die Hauptwicklung an die Netzspannung geschaltet wird und dass die Hilfswicklung mit Hilfe der Anfahrschaltung ebenfalls an die Netzspannung geschaltet wird. Wenn der Motor die vorgegebene Drehzahl erreicht hat, die z.B.

etwa 75f der Synchrondrehzahl entsprechen kann, wird die Hilfswicklung ausgeschaltet. Die beiden Wicklungen sind unterschiedlich ausgeführt, so dass die Phasenverschiebung in der Hilfswicklung kleiner ist als in der Hauptwicklung. Dies bewirkt, dass der Motor- bei eingeschalteter Hilfswicklung ein Anfahrmoment entwikkelt, und zusatzlich wird das Hochfahrmoment vergrossert.

Ist ein grosseres Anfahrmoment erforderlich, wird ein Kondensator mit der Hilfswicklung in Serie geschaltet, und diese Serienschaltung wird mit Hilfe der Anfahrschaltung an die Netzspannung angeschlossen.

Schliesslich können in Verbindung mit der Hilfswicklung zwei in Serie geschaltete Kondensatoren Anwendung finden, von denen nur der eine, der Anfahrkondensator, von der Anfahrschaltung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors ein- und ausgeschaltet wird, während

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der andere Kondensator, der Eetriebskondensator, ständig in Serie mit der Hilfswicklung an die Netzspannung angeschlossen ist. Dadurch lässt sich sowohl eine bessere Ausnutzung des Motors während des Betriebes als auch ein grosses Anfahrmoment erzielen.

Die Erregung der Anfahrschaltung, so dass sie vom Anfahrzustand auf den Betriebszustand umschaltet, kann mit Hilfe eines Fliehkraftschalters erfolgen, der die Fliehkraft einiger Schwingklötze dazu ausnutzt, einen elektrischen Schalter bei einer vorgegebenen Drehzahl zu öffnen.

Es ist auch bekannt, ein elektromagnetisches Relais, ein sogenanntes Anfahrrelais, zu verwenden, dessen Spule mit der Hauptwicklung in Serie geschaltet ist, die beim An- und Hochfahren von einem starken Strom durchflossen wird, so dass das Relais zieht und dadurch die Hilfswicklung einschaltet. Wenn der Motor die vorgegebene Drehzahl erreicht hat, hat der Strom in der Hauptwicküung so weit abgenommen, dass der Anker des Relais abfällt und der Relaiskontakt den Hilfswicklungskreis unterbricht.

Tn den genannten Beispielen für bekannte Motorenschaltungen werden zur Ausführung der Schaltfunktion mechanische Kontakte benutzt. Es sind jedoch auch Motorenschaltungen bekannt, in denen Halbleiter, bevorzugterweise Triacs, dazu benutzt werden, die Schaltfunktion auszuführen.

Ein Mangel der bekannten Motorenschaltungen besteht darin, dass die Anfahrschaltung bei einer Überlastung des Motors den Anfahrzustand wieder einschaltet, so dass die Hilfswicklung oder ein eventueller Anfahrkondensator überlastet, und zerstört werden können. Ebenso kann die Wiedereinschaltung des Anfahrkondensators in dem Fall, in dem auch ein BetrJebskondensator vorge-3^r> sehen ist,, sehr starke Ströme in gewissen Schaltungs-

elementen verursachen, v/eil der Anfahrkondensator parallel geschaltet wird mit dem Betraebskondensator, der im voraus auf eine hohe Spannung aufgeladen ist, wodurch so starke Strome auftreten können, dass eines der Schaltungselemente überlastet wird.

Mit der Erfindung wird bezweckt, diesen Mangel durch Mittel zu beheben, die verhindern, dass die Anfahrschaltung, nachdem sie den Motor vom Anfahrzustand j η den Betriebszustand umgeschaltet hat, den Anfahrzustand wieder einschaltet, solange dem Motor Speisespannung zugeführt wird. Tn diesem Fall wird die oben erwähnte schädliche Wiederherstellung des Anfahrzustandes während des Betriebes des Motors, z.B. bei Überlastung, und die ggf. dadurch verursachte Zerstörung von Bauelercenten vermieden.

Die Idee der Erfindung lässt sich erfindungsgemäss dadurch' verwirklichen, dass die Anfahrschaltung ein Schaltungselement enthält, das sich während des Anfahrens des Motors in einem ersten, unwirksamen Zustand befindet, der sich, wenn die Drehzahl des Motors den vorgegebenen Wert erreicht hat, in einen zweiten, wirksamen Zustand ändert, in dem es eine Wiedereinschaltung des Anfahrzustandes verhindert, und das von der Speisespannung des Motors in diesem zweiten Zustand gehalten wird.

Das Schaltungselement kann erfindungsgernäss ein elektromagnetisches Relais sein, das beim Übergang vom Anfahrzustand in den Betriebszustand erregt wird, dem die Speisespannung des Motors über einen Haltekontakt zugeführt wird und das mit einem zweiten Kontakt die Einschaltung des Anfahrzustandes verhindert. Tn diesem Fall wird die Aufgabe der Erfindung mit ausserordentlich einfachen Mitteln gelost.

Bei einer zweiten zweckmässigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltung kann die Anfahrschal-

tung ein Relais enthalten, das den Anfahrzustand durch Zufuhr von Erregerspannung infolge des Anlegens der Speisespannung des Motors hervorbringt und das den Betriebszustand durch Abschalten der Erregerspannung hervorbringt, wenn der vorgegebene Wert der Drehzahl erreicht ist, welches Abschalten der Erregerspannung durch den Übergang des Schaltungselements in den zweiten Zustand bewirkt wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erklärt. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemässen Schaltung, bei der die Drehzahl des Motors durch ein in Serie mit der Hauptwicklung geschaltetes Relais erfühlt wird,

Pig. 2 eine zweite Ausführungsform, bei der die Drehzahl des Motors durch Messung der Spannung an der Hilfswicklung· ermittelt wird und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform, die der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform entspricht, aber ein elektronisches Relais zur Umschaltung vom Anfahrzustand in den Betriebszustand enthält.

Der in Fig. 1 gezeigte Einphasenmotor enthält eine Hauptwicklung 1 und eine Hilfswicklung 2 sowie einen mit der Hilfswicklung 2 in Serie geschalteten Anfahrkondensator 3· Die Speisespannung für den Motor kann mit Hilfe eines zweipoligen Schalters 4 angelegt werden. In Serie mit der Hauptwicklung 1 ist die Spule 5 eines Relais geschaltet, dessen Kontakt 6 in Serie mit der Hilfswicklung 2 und dem Kondensator 3 liegt. Ein zweites Relais mit einer Spule 7 hat einen Öffnungskontakt Ö, der mit der Hilfswicklung 2 und dem Kondensator 3 in Serie liegt, sowie einen Schliesskontakt 9, der als Haltekontakt geschaltet ist.

5 Die wiedergegebene Schaltung funktioniert folfender nassen.

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Wenn der Schalter /+ geschlossen wird, wird Kotzspannung an die Hauptwicklung 1 und die damit in Serie geschaltete Spule 5 gelegt, was bewirkt, dass der Kontakt 6 umgeschaltet wird. Da das Relais mit der Spule 7 in bezug auf das Relais mit der Spule 5 ein wenig verzörert reagiert, erreicht das erstgenannte Relais nicht erregt zu v/erden, bevor der Kontakt 6 umgeschaltet worden ist. Durch dieses Umschalten wird die Verbindung zur Relaisspule 7 unterbrochen, und danach wird Netzspannung an die Serienverbindung aus der Hilfswicklung 2, dem Anfahrkondensator 3 und dem Relaiskontakt B gelegt, so dass der Motor anläuft. Wenn die Drehzahl des Motors einen vorgegebenen Wert erreicht hat, der z.B. etwa 75^· der Svnchrondrehzahl entsprechen kann, hat der die Relaisspule 5 durchfliessende Strom so weit abgenommen, dass der Relaiskontakt 6 wieder umgeschaltet wird, wodurch der durch die Hilfswicklung 2 fliessende Strom unterbrochen wird. Dafür erhält jedoch jetzt die Relaisspule 7 Netzspannung, so dass der Kontakt 6 geöffnet und der Kontakt 9 geschlossen wird. Der Kontakt 9 wirkt dadurch als Haltekontakt und sichert, dass das Relais mit der Spule 7 im erregten Zustand verbleibt, solange Netzspannung zugeführt wird. Tn diesem erregten Zustand können die Hilfswicklung 2 und der Anfahrkondensatcr 3 auf Grund des offenen Relaiskontakts £ nicht wieder eingeschaltet werden. Dies gilt auch, selbst wenn der die Hauptwicklung 1 durchfIiessende Strom, z.B. infolge einer Überlastung des Kotors, wieder auf einen solchen Wert anwachsen sollte, dass das Relais mit der Spule 5 wieder erregt wird. Erst nachdem die Netzspannung unterbrochen worden und das Relais mit der Spule 7 wieder in seine Normalstellung zurückgekehrt ist, lässt sich die Hilfswicklung wieder einschalten.

In den Fig. 2 und 3 sind die Bauteile, die den in Fig. 1 enthaltenen Bauteilen entsprechen, mit den-

selben Bezugsziffern bezeichnet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Umschaltung vom Anfahrzustand in den Betriebszustand mit Hilfe eines elektromagnetischen Relais mit einer Spule 10 und einem Kontakt 11 verwirklicht. Der Spule 10 wird Strom zugeführt, wenn mit Hilfe des Schalters 4 die Netzspannung angelegt wird. Der Strom fliesst durch einen Widerstand 12, einen Vollweg-Gleichrichter 13 und einen Widerstand 14. Dadurch wird der Relaiskontakt 11 geschlossen, und der Motor läuft an. Mit zunehmender Drehzahl des Motors wächst allmählich die Spannung an der Hilfswicklung 2. Diese Spannung wird in eine Messschaltung eingespeist, die aus einem Widerstand 15, einem Kondensator 16 und einer Triggerdiode (Diac) 17 besteht. Tm Gleichtakt mit dem Anwachsen der Spannung an der Wicklung 2 nimmt auch die Spannung am Kondensator l6 zu, und wenn die letztgenannte Spannung den Triggerpegel der Triggerdiode 17 erreicht, erfolgt eine Entladung durch diese und, je nach Polarität, die eine von zwei Dioden 1Ö und 19, von denen letztere einen Teil eines optogeschalteten Thyristors 20 mit einem Torwiderstand 21 darstellt. Sobald die Diode 19 Strom erhält, zündet sie den Triac 20, der dann die Spule 10 kurzschliesst, wodurch der Relaiskontakt 11 geöffnet wird. Der von der Gleichrichterschaltung 13 kommende Strom ist ein pulsierender Gleichstrom, dessen Augenblickswert beim Nulldurchgang des Wechselstroms Null beträgt. Die Schaltung, die eine Diode 22, einen Kondensator 23 und den Widerstand 24 enthält, der viel grosser ist als der Widerstand 1/,, sorgt jedoch dafür, dass ein gewisser Stromfluss durch den Thyristor 20 aufrechterhalten wird, auch wenn der von der Gleichrichterschaltung kommende Strom gleich Null ist. Der Thyristor 20 verbleibt deshalb leitend, wenn er erst einmal durch Licht von der 3^ Diode .19 gezfindet worden ist, was bewirkt, dass selbst

wenn der Motor überlastet wird, so dass die Spannung an der Wicklung 2 abfällt und deshalb vcn der Dd ode 19 keine Zündimpulse erzeugt werden, die Relaisspule 10 kurzgeschlossen bleibt, solange die Anschlussklemmen des Motors unter Spannung stehen. Dadurch wird erreicht, dass bei Überlastung des Motors die Hilfswicklung 2 und der Anfahrkondensator 3 nicht wieder eingeschaltet werden.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Motor ist das elektromagnetische Relais mit der Spule 10 und dem Kontakt 11 in Fig. 2 durch ein elektronisches Relais in Form eines Triacs 25 mit einem Tor-Ableitwiderstand 26 ersetzt. Im übrigen ist die Anfahrschaltung genau so aufgebaut, wie es in Fig. 2 wiedergegeben ist. Der dem Vollweg-Gleichrichter 13 zugeführte Strom wird jedoch in diesem Fall einem Strointransformator 27 entnommen, dessen Primärwicklung vom gesamten Motorstrom durchflossen wird.

Die Wirkungsweise der in Fig. 3 veranschaulichten Schaltung ist folgende.

Wenn der Schalter k geschlossen wird, fliesst ein Strom durch die Hauptwicklung 1, Dieser Strom bewirkt, dass ein Strom durch die Sekundärwicklung des Stromtransformators 27, den Vollweg-Gleichrichter 13, den Widerstand 14 und den Widerstand 26 fliesst. Dadurch wird der Triac 25 gezündet, und er zündet erneut nach jedem Kulidurchgang des Stromes, der die Hilfswicklung 2 und den Kondensator 3 durchfliesst. Danach läuft der Motor an, wodurch die Spannung an der Hilfswicklung 2 ansteigt. Wenn diese Spannung, einen vorgegebenen Wert erreicht hat, zündet der Thyristor 20, wie unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, so dass das Tor im Triac keine Zündspannung mehr erhält und beim nächsten Nulldurchgang des Stromes der Strom aufhört, durch den Triac zu fHessen. Der Thyristor 20 bleibt gezündet, solange

Strom vom Strorntransformator 27 kommt, auch wenn der Motor überlastet und die Spannung an der Wicklung 2 deshalb bis unter den Grenzwert für die Zündung des Thyristors 20 gesenkt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die wiedergegebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann ein Fliehkraftschalter unmittelbar das Relais mit der Spule 5 und dem Kontakt 6 in Fig. 1 und die Spannungsmessschaltung 15, 16, 17 in den Fig. 2 und 3 ersetzen.

Wenn elektronische Mittel benutzt werden, finden sich andere Möglichkeiten für Elemente, die feststellen, ob die Speisespannung des Motors eingeschaltet ist. An Stelle des Thyristors 20 in den Fig. 2 und 3 lässt sich beispielsweise ein Flip-Flop mit Transistoren verwenden.

Die Stromversorgungen für die Anfahrschaltungen nach Fig. 2 und 3 lassen sich auch anderweitig gestalten. An Stelle der eingezeichneten Stromversorgungen kann z.B. ein Netzspannungstransformator oder eine Wicklung Anwendung finden, die in diejenigen Nuten des Motors eingelegt ist, die die Hauptwicklung enthält.

Die Erfindung ist ebenso wenig auf die dargestellten Motorschaltungen beschränkt. Sie lässt sich z.B. bei Einphasenmotoren ohne Anfahrkondensator oder Einphasenmotoren mit sowohl einem Anfahrkondensator als auch einem Betriebskondensator verwenden,

Schliesslich lässt sich die Erfindung noch auf verschiedene andere Weisen innerhalb des durch die Patentansprüche angegebenen Rahmens variieren.

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Claims

ASEA A/S, 5000 Odense, Dänemark

Schaltung zum Verhindern der Wiedereinschaltung des Anfahrzustandes eines elektrischen Kinphasenmotors

Patentansprüche

( \,J Schaltung zum Verhindern der Wiedereinschaltung des Anfahrzustandes eines elektrischen Einphasenniotors mit einer Hauptwicklung (1) und einer.Hilfswicklung (2) sowie einer in Verbindung mit der Hilfswicklung wirkenden Anfahrschaltung (5,6; 10-14; 13, 14, 25-27), die den Motor von einem Anfahrzustand in einen Betriebszustand umschaltet, wenn beim Anfahren die Drehzahl einen vorgegebenen Wert erreicht hat, gekennzeichnet durch Mittel (7-9; 15-24), die verhindern, dass die Anfahrschaltung, nachdem sie den Motor vom Anfahrzustand in den Betriebszustand umgeschaltet hat, den Anfahrzustand wieder einschaltet, solange dem Motor Speisespannung zugeführt wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrschaltung ein Schaltungselement (7-9; 20) enthält, das sich während des Anfahrens des Motors in einem ersten, unwirksamen Zustand befindet, der sich, wenn die Drehzahl des Motors den vorgegebenen Wert erreicht hat, in einen zweiten, wirksamen Zustand ändert, in dem es eine Wiedereinschaltung des Anfahrzustandes verhindert, und das von der Speisespannung des Motors in diesem zweiten Zustand gehalten wird.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungselement ein elektromagnetisches Relais (7-9) ist, das beim Übergang vom Anfahrzustand in den Betriebszustand erregt wird, dem die Speisespannung des Motors über einen Haltekontakt (9) zugeführt wird und das mit einem zweiten Kontakt (Ö) die Einschaltung des Anfahrzustandes verhindert.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais über einen Kontakt (6) erregt wird,

dessen Stellung von der Drehzahl des Motors abhängig ist.
5. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrschaltung ein Relais (10, 11; 25) enthält, das den Anfahrzustand durch Zufuhr von Erregerspannung infolge des Anlegens der Speisespannung des Motors hervorbringt und das den Betriebszustand durch Abschalten der Erregerspannung hervorbringt, wenn der vorgegebene Wert der Drehzahl erreicht ist, welches Abschalten der Erregerspannung durch den Übergang des" Schaltungselements (20) in den zweiten Zustand bewirkt wird.
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungselement (20) in seinem zweiten Zustand die Speisespannung des Relais (10, 11; 25) kurzschliesst.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungselement ein Thyristor (20) ist, der gezündet wird, wenn die Drehzahl den vorgegebenen Wert erreicht, und dessen Speisespannung aufrechterhalten wird, solange die Speisespannung des Motors eingeschaltet bleibt.
Ö. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Relais ein elektronisches Relais ist, z.B. ein Triac (25).
9. Schaltung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der vorgegebenen Drehzahl durch Messung der Spannung an der Hilfswicklung (2) festgestellt wird.