DE60009780T2

DE60009780T2 - Motor-Startschaltung, insbesondere für Kühlschrankkompressoren

Info

Publication number: DE60009780T2
Application number: DE60009780T
Authority: DE
Inventors: Ezio Puppin; Ermanno Pinotti
Original assignee: MINU SpA BUSNAGO; Minu SpA
Current assignee: MINU SpA BUSNAGO; Minu SpA
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2020-01-08
Also published as: DE60009780D1; US6329784B1; EP1045510A2; JP2000324888A; EP1045510A3; ATE264565T1; EP1045510B1; ITMI990804A1; ES2219204T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Starter-Schaltkreis für Motoren, insbesondere für Kühlschrankkompressoren. Genauer betrifft die Erfindung einen Starter-Schaltkreis für Asynchronmotoren, insbesondere, aber nicht ausschließlich, angepasst an Motoren für Kühlschrankkompressoren.
Es ist bekannt, dass in einem Kühlschrank der Kompressor periodisch aktiviert wird, um das Kühlmittel in die Spiralen des Kühlschrankes zu pumpen.
Diese Aktivierung des Kompressors erfolgt, wenn die interne Temperatur des Kühlschrankes über einen vorher festen Grenzwert hinaus ansteigt. Demzufolge detektiert ein hitzeempfindliches Element die interne Temperatur des Kühlschrankes und wenn diese Temperatur über den eingestellten Grenzwert hinaus ansteigt, sendet es ein Aktivierungssignal an einen Kompressorstarter-Schaltkreis. Der Starter-Schaltkreis umfasst einen Starter und eine Schutzeinrichtung für den Motor des Kompressors.
Der Starter wird von einem hitzeempfindlichen Element gebildet, in welchem der Fluss eines Stromes eine Temperaturerhöhung produziert, welche dafür sorgt, dass sich das Element wie ein Widerstand benimmt, der einen sehr hohen wert hat. Da dieser Widerstand in Reihe mit dem Motor geschaltet ist, verhindert die Temperaturerhöhung den Stromfluss durch das hitzeempfindliche Element und so dass er die Starterwicklung des Kompressormotors erreicht.
Allerdings, obwohl das hitzeempfindliche Element im Hinblick auf die unterbrochene Aktivierung des einphasigen Asynchronmotors des Kompressors effektiv ist, bedingt es einen kontinuierlichen, wenn auch moderaten, Energieverbrauch während der Periode, in der der Motor läuft.
RU-C-2 000 650, US-A-4,801,858 und EP-A-0 571 956 offenbaren alle einen Motorstarter-Schaltkreis bestehend aus Wechselstrom betriebenen Mitteln, um zeitlich abnehmende Pulse zu generieren, die geeignet sind, Schaltmittel anzutreiben, welche mit dem zu startenden Motor verbunden sind.
Die Absicht der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuartigen elektronischen Start-Schaltkreis für AC-Motoren, insbesondere für Kühlschrankkompressoren, des Typs, der die Starterwicklung für eine kontrollierte Zeitperiode mit Pulsen, die eine zeitlich abnehmende Amplitude aufweisen, anregt, zur Verfügung zu stellen.
Innerhalb des Bereiches dieser Absicht ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Motorstarter-Schaltkreis zur Verfügung zu stellen, insbesondere für Kühlschrankkompressoren, welcher mit Wechselstrom betrieben wird.
Weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Motorstarter-Schaltkreis, insbesondere für Kühlschrankkompressoren, zur Verfügung zu stellen, welcher an unterschiedlichen Arten von Kompressoren angepasst werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Motorstarter-Schaltkreis, insbesondere für Kühlschrankkompressoren, zur Verfügung zu stellen, in welchen der Motor für eine voreingestellte Zeit eingeschaltet wird und die Wiedereinschaltzeit nach der Stromausschaltung durch die Wahl geeigneter Dimensionen für den Schaltkreis verändert werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Motorstarter-Schaltkreis, insbesondere für Motoren von Kühlschrankkompressoren, zur Verfügung zu stellen, welcher hochverlässlich, relativ einfach herzustellen und konkurrenzfähig bepreist ist.
Diese Ziele, diese Aufgaben und weitere werden, wie im Folgenden offensichtlich werden wird, erreicht durch einen Motorstarter-Schaltkreis, insbesondere für einen Motor von Kühlschrankkompressoren, wie er in Anspruch 1 definiert ist.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten, aber nicht ausschließlichen, Ausführungsformen des Schaltkreises nach der Erfindung offen sichtlich werden, wie sie nur durch nicht einschränkende Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, worin:
1 ein Schaltkreisdiagramm einer ersten Ausführungsform des Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Schaltkreisdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Schaltkreisdiagramm einer dritten Ausführungsform des Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Schaltkreisdiagramm einer vierten Ausführungsform des Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung ist.
Wie unter Bezugnahme auf die oben genannten Figuren zu erkennen ist, besteht der wechselstrombetriebene Schaltkreis nach der vorliegenden Erfindung in einer ersten Ausgestaltung, wie in 1 gezeigt, aus Mitteln, um Pulse, die über die Zeit abfallen, zu erzeugen und angepasst sind, wenigstens einen Schalter anzutreiben, der den Schaltkreis für die Versorgung eines Motors 1 mit Energie schließt. Insbesondere kann der Motor ein Motor, um einen Kompressor für einen Kühlschrank anzutreiben, sein.
In geeigneter weise beinhalten in einer ersten Ausgestaltung die Mittel zur abnehmenden Pulserzeugung einen ersten Schaltkreiszweig und einen zweiten Schaltkreiszweig, welche in einer parallelen Konfiguration zueinander angeordnet sind; jeder Zweig umfasst einen Kondensator, einen Widerstand und eine Diode, gekennzeichnet jeweils durch die Bezugszeichen 2, 3 und 13 für den ersten Schaltkreiszweig und durch die Bezugszeichen 4, 5 und 13 für den zweiten Schaltkreiszweig.
An den Anschlüssen der ersten und zweiten Schaltkreiszweige befindet sich die Quelle einer Versorgungsspannung V1, welche beispielsweise durch die Hauptstromversorgung zur Verfügung gestellt werden kann.
Jeder der ersten und zweiten Schaltkreiszweige ist geeignet, Verstärkermittel anzutreiben, welche jeweils Schaltmittel antreiben, welche in geeigneter Weise durch die Benutzung eines Triac oder eines SCR bereitgestellt werden und allgemein mit dem Bezugszeichen 6 versehen sind.
Die Schaltmittel 6 schließen demzufolge den Schaltkreis mit dem zu startenden Motor 1.
1 zeigt, dass die Verstärkermittel in Verbindung mit den ersten und zweiten Schaltkreiszweigen jeweils durch einen p-Kanal-MOS-Transistor 8, welcher zwischen einem Widerstand 9 und einer Diode 10 angeordnet ist, aufgebaut sind.
Die Kathode der Diode 10 ist mit der Anode der Diode 10 des zweiten Schaltkreiszweiges zusammengeschaltet und beide sind mit dem Gate-Eingang des Triacs 6 verbunden (in diesem Fall ist die Benutzung eines Triacs zum Zwecke der Vereinfachung dargestellt, aber die vorangegangenen Anmerkungen über die Benutzung von alternativen Schaltmitteln sind selbstverständlich weiterhin gültig).
Der zweite Schaltkreiszweig hat stattdessen einen n-Kanal-MOS-Transistor 11, welcher wiederum zwischen einem Widerstand 9 und einer Diode 10 angeordnet ist.
Die MOS-Transistoren 8 und 11 haben einen Widerstand 12, um den Eingangsstrom in ihrem Gate-Anschluss zu Schutzzwecken zu begrenzen.
Schließlich sind die ersten und zweiten Schaltkreiszweige weiterhin mit den Dioden 13 ausgestattet, die in Reihe zu den Kondensatoren 2 und 4 angeordnet sind, so dass die Kathode der Diode 13 des ersten Schaltkreiszweiges mit der Anode der Diode 13 des zweiten Schaltkreiszweiges zusammengeschaltet ist.
Die zwei Schaltkreiszweige sind demnach so gestaltet, dass einer es den positiven Halbwellen der Wechselstromenergieversorgung zu passieren erlaubt und der andere es den negativen Halbwellen zu passieren erlaubt.
Der Betrieb des in der ersten Ausgestaltung gezeigten Schaltkreises ist demnach wie folgt:
Den Verbindungen des Schaltkreises mit der Versorgungsspannung folgend fließt ein Strom in die ersten und zweiten Schaltkreiszweige, abhängig von seiner Polarität und lädt graduell die Kondensatoren 2 und 4.
In einer zweiten Ausgestaltung des Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt, in welcher der p-Kanal-MOS-Transistor der 1 durch einen n-Kanal-MOS-Transistor 15 ersetzt wurde.
Eine dritte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt und verwendet einen einzigen Kondensator C1 statt eines Paares von Kondensatoren 2 und 4; der Kondensator C1 ist in eine Diodenbrücke, die von vier Dioden gebildet wird, welche jeweils in Paaren verbunden sind, so dass ihre Kathodenanschlüsse und ihre Anodenanschlüsse zusammengeschaltet sind, eingesetzt.
Die Dioden der Diodenbrücke sind durch die Bezugszeichen 16, 17, 18 und 19 gekennzeichnet.
Die Dioden 16 und 17 sind so verbunden, dass ihre Kathodenanschlüsse zusammengeschaltet sind, wohingegen die Dioden 18 und 19 so verbunden sind, dass ihre Anodenanschlüsse zusammengeschaltet sind.
Die Kathodenanschlüsse der Dioden 18 und 19 sind mit den jeweiligen Widerständen 20 und 21 verbunden.
In diesem Fall, wieder wie in 2 dargestellt, werden die Verstärkungsmittel durch n-Kanal-MOS-Transistoren gebildet. In geeigneter Weise, um die Kondensatoren 2 und 4 zu entladen und um den Kondensator C1 zu entladen, gibt es in allen drei Ausgestaltungen Entladewiderstände, jeweils durch die Bezugszeichen 20 gekennzeichnet, welche mit den Kondensatoren parallel geschaltet sind.
4 verdeutlicht die vierte Ausgestaltung des Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung, welche in diesem Fall die Schaltmittel 6 beinhalten, welche in geeigneter Weise durch einen Triac gebildet werden und parallel mit der Versorgungsspannung V1 geschaltet sind, welche die Last 1 versorgt, die ähnlich zu den vorangegangenen Ausgestaltungen ist.
In einer Art und weise ähnlich zur dritten Ausgestaltung ist ein einziger Kondensator 30 in eine Diodenbrücke, aufgebaut aus vier Dioden, welche jeweils in Paaren verbunden sind, so dass ihre Kathodenanschlüsse und ihre Anodenanschlüsse zusammengeschaltet sind, eingesetzt. Die Dioden der Diodenbrücke sind durch die Bezugszeichen 31, 32, 33 und 34 bezeichnet.
Die Dioden 31 und 33 sind so verbunden, dass ihre Kathodenanschlüsse zusammengeschaltet sind, während die Dioden 32 und 34 so verbunden sind, dass ihre Anodenanschlüsse zusammengeschaltet sind.
Die Kathodenanschlüsse der Dioden 31 und 32 sind jeweils mit den Widerständen 35 und 36 verbunden. Der Anodenanschluss der Diode 33 und der Kathodenanschluss der Diode 34 sind mit einem zusätzlichen Widerstand 37 verbunden, der durch Verwendung eines seiner Anschlüsse mit der Energieversorgungsschaltung verbunden ist, außerdem sind der Kathodenanschluss der Diode 33 und der Anodenanschluss der Diode 34 weiterhin mit einem Widerstand 38 verbunden, welcher mit dem Gate-Anschluss des Triacs 6 in Verbindung steht.
Ein Widerstand 39 entlädt den Kondensator 30 und ist deswegen mit ihm parallel geschaltet.
Der Betrieb des oben beschriebenen Schaltkreises verläuft folgendermaßen:
In einem ersten Schritt ist, wenn eine Spannung angelegt wird, der Triac 6 aus und der gesamte Wechselstrom ist zwischen den mit A und B bezeichneten Punkten des Schaltkreises vorhanden. Die erste Halbwelle der Spannung läuft in den Widerstand 35 und in die Diode 31, welche hierzu in Serie geschaltet ist, in den Kondensator 30 und in die Diode 34 und kommt an dem Punkt des Schaltkreises an, der mit E bezeichnet ist. Die negative Halbwelle läuft hingegen in den Widerstand 36, in die Diode 32, in den Kondensator 30 und in die Diode 33 und erreicht dann auch den Punkt E (der Widerstand 39 ist sehr groß und hat keinen praktischen Effekt während dieses Betriebsschrittes).
Demzufolge arbeitet der Schaltkreis mit beiden Halbwellen der Wechselspannung.
Von Punkt E fließen die positiven und negativen Halbwellen in den Gate-Anschluss des Triacs durch den Stromteiler, der durch die Widerstände 37 und 38 gebildet wird, ein und schalten den Triac an, welcher dementsprechend Strom in die Last 1 überträgt.
Nach dem Einschalten fällt die Spannung zwischen den Punkten A und B von dem wert der Versorgungsspannung auf einen sehr kleinen Wert und der Stromfluss im Netzwerk von Diodenwiderständen und Kondensatoren wird unterbrochen. Der Triac 6 leitet bis der Strom der Last 1, welcher Wechselstrom ist, einen Nulldurchgang durchläuft. Diesen Punkt schaltet der Triac 6 automatisch aus und die Spannung zwischen seinen Anschlüssen, und demzufolge zwischen den Punkten A und B, kehrt auf die Versorgungsspannung zurück und der vorausgegangene Schritt beginnt demnach von Neuem. Der Kondensator 30 bleibt allerdings durch die vorausgegangene Halbwelle geladen und seine übriggebliebene Spannung reduziert den Strom, der durch ihn hindurchfließt und den Punkt E erreicht.
Bei jeder Halbwelle wird der Kondensator 30 zunehmend geladen und der Strom, der bei Punkt E ankommt und anschließend in den Gate-Anschluss des Triacs 6 hineinfließt, wird zunehmend kleiner. Strompulse in dem Gate-Anschluss des Triacs 6 verringern sich kontinuierlich, bis sie von einem bestimmten Zeitpunkt an zu klein sind, um den Triac 6 einzuschalten, welcher von diesem Zeitpunkt an ausgeschaltet bleibt, obwohl eine Spannung angelegt ist.
An diesem Punkt bleibt der Kondensator 30 mit einem konstanten Wert geladen und verhindert das Einschalten des Triacs 6 solange der gesamte Schalt kreis an die Versorgungsspannung angelegt bleibt. Die Zeit, die benötigt wird, um das Ausschalten zu erreichen, kann durch geeignete Veränderung des wertes des Kondensators C und aller Widerstände eingestellt werden.
Wenn die Versorgungsspannung entfernt wird, entlädt sich der Kondensator 30 durch den Widerstand 39 in einer einstellbaren Zeit; wenn der Kondensator vollständig entladen ist, ist die Schaltung bereit, neuerlich zu starten.
Demnach ermöglicht der Schaltkreis nach der Erfindung in ihren vier Ausgestaltungen, die Schaltmittel 6 mit Pulsen, welche über die Zeit abnehmen, anzutreiben, unter Benutzung einer Wechselstromenergieversorgung, welche üblich für die benötigte Energieversorgung des Asynchronmotors ist.
Die Einschaltzeit des Motors und die Rücksetzzeit des Schaltkreises sind einstellbar, demzufolge muss der Schaltkreis nach der vorliegenden Erfindung zeitlich abnehmende Spannungspulse erzeugen, bis die Kondensatoren der Schaltkreiszweige vollständig geladen sind. Die Kondensatoren beginnen sich zu entladen, wenn die Spannung vom Schaltkreis entfernt wird; die Dauer dieser Entladung bestimmt die Rücksetzzeit des Schaltkreises.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass der Schaltkreis nach der vorliegenden Erfindung vollständig die gewünschte Aufgabe löst, da sein Energieverbrauch auf die eingeschaltete Zeit des Motors durch Benutzung der Verbindung mit dem Start-Schaltkreis nach der vorliegenden Erfindung begrenzt ist. Wenn der Motor ausgeschaltet sein muss, verbraucht der Schaltkreis nach der vorliegenden Erfindung keine Energie und erzielt demzufolge eine Energieeinsparung im Vergleich zu konventionellen Starter-Schaltkreisen.
Weiterhin kann ein einziges Modell eines Starter-Schaltkreises für viele Arten von unterschiedlichen Kompressoren angepasst werden, höchstens unter der einzigen Einschränkung, dass die Schaltmittel zur Anpassung des Schaltkreises an die unterschiedlichen Arten von Kompressoren ersetzt werden müssen.
Der so erdachte Schaltkreis ist für unzählige Veränderungen und Varia tionen empfänglich, welche alle innerhalb des Bereiches der beigefügten Ansprüche liegen; alle Details können ebenso durch andere technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
Wo in einem Anspruch erwähnte technische Merkmale von einem Bezugszeichen gefolgt sind, sind diese Bezugszeichen zum einzigen Zweck eingefügt worden, um die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen und demzufolge haben derartige Bezugszeichen keinerlei begrenzende Effekte auf die Interpretation jedes Elementes, das durch beispielhafte Bezugnahme derartiger Bezugszeichen identifiziert ist.

Claims

Ein Motorstarter-Schaltkreis, insbesondere für einen Motor für Kühlschrankkompressoren mit Mitteln, um Impulse mit zeitlich abnehmender Amplitude zu erzeugen, angepasst um Schaltmittel (6) anzutreiben, welche mit dem zu startenden Motor (1) verbunden sind, wobei die Mittel um Impulse mit zeitlich abnehmender Amplitude zu erzeugen mit Wechselstrom (AC) angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, um Impulse mit zeitlich abnehmender Amplitude zu erzeugen, einen ersten Schaltkreiszweig (2, 3, 13, 20) und einen zweiten Schaltkreiszweig (4, 5, 13, 20) umfassen, welche jeweils von einem Widerstand (3, 5) und einem Kondensator (2, 4, C1) gebildet werden, welche miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei jeder der ersten und zweiten Schaltkreiszweige Verstärkermittel (8, 9, 10, 11) antreibt, welche jeweils mit den Schaltmitteln (6) verbunden sind, und dadurch, dass der erste Schaltkreiszweig und der zweite Schaltkreiszweig jeweils weiterhin eine Diode (13) umfasst, welche in Serie mit dem Kondensator (2, 4,C1) des zugehörigen Zweiges geschaltet ist.
Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, um Impulse mit zeitlich abnehmender Amplitude zu erzeugen, die Schaltmittel (6) durch die Wirkung von Verstärkermitteln (8, 9, 10, 11, 15) antreiben.
Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkermittel, die mit dem ersten Schaltkreiszweig in Beziehung stehen, einen p-Kanal-MOS-Transistor (8) und die Verstärkermittel, die mit dem zweiten Schaltkreiszweig in Beziehung stehen, einen n-Kanal-MOS-Transistor (11) umfassen.
Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkermittel weiterhin einen Widerstand (9) und eine Diode (10) umfassen, welche jeweils mit den MOS-Transistoren (8, 11) verbunden sind.
Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkermittel jeweils einen n-Kanal-MOS-Transistor (15) für die ersten und zweiten Schaltkreiszweige umfassen.
Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (2, 4) der ersten und zweiten Schaltkreiszweige parallel angeordnete Entladewiderstände (20) aufweisen.
Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, um Impulse mit zeitlich abnehmender Amplitude zu erzeugen, eine Diodenbrücke (16, 17, 18, 19, 31, 32, 33, 34) und einen Kondensator (C1, 30) umfassen.
Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenbrücke jeweils mit den ersten Verstärkermitteln und den zweiten Verstärkermitteln verbunden ist, welche aus einem n-Kanal-MOS-Transistor (11,15) aufgebaut sind, welche wiederum mit den Schaltmitteln (6) verbunden sind.
Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator der Mittel um Impulse mit zeitlich abnehmender Amplitude zu erzeugen, einen parallel geschalteten Entladewiderstand (20) aufweist.
Schaltkreis nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (6) einen Triac umfassen.
Schaltkreis nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (6) einen Thyristor (SCR) umfassen.
Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Diodenbrücke (31, 32, 33, 34) mit den Anschlüssen der Schaltmittel (6) unter Benutzung eines Spannungsteilers (37, 38) verbunden ist.
Schaltkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler einen ersten Widerstand (37), welcher zwischen der Diodenbrücke (31, 32, 33, 34) und den Schaltmitteln (6) angeschlossen ist und einen zweiten widerstand (38), welcher zwischen der Diodenbrücke (31, 32, 33, 34) und der Versorgungsspannung (V1) angeschlossen ist, umfasst.
Schaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (30) einen parallel angeschlossenen Entladewiderstand (39) aufweist.