DE60024487T2 - Motor-startschaltung unter verwendung der zeitlichen aenderungsrate einer bezugsgroesse - Google Patents

Motor-startschaltung unter verwendung der zeitlichen aenderungsrate einer bezugsgroesse Download PDF

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/42—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual single-phase induction motor

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotoren und im Besonderen einen Halbleiter-Motorstartschaltkreis, der beim Starten des Motors den Wechselstromfluss zur Hilfs- oder Startwicklung des Motors regelt.
  • Beim Starten benötigen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotoren das Magnetfeld der Feldwicklungen, um eine zur Erzeugung eines Anlaufmoments ausreichende Drehzahl zu erreichen. Dadurch kann der Rotor die mit der Beschleunigung des Rotors in Zusammenhang stehenden statischen Kräfte und die mit diesen einhergehende Last überwinden. Verschiedene Motoren benötigen beim Starten ein unterschiedlich großes zusätzliches Drehmoment. Auch die notwendige Menge an Hilfsstrom hängt von den Anfangslastbedingungen und der Qualität der Wechselstromleistung ab.
  • Der Anker eines typische Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors ist mit zwei Sätzen an Wicklungen ausgestattet, nämlich mit einer oder mehreren Haupt- oder Betriebswicklungen zum Antrieb des Motors bei normaler Betriebsgeschwindigkeit und eine Hilfs- oder Startwicklung zur Erzeugung des benötigten Anlaufmoments beim Start. Um das notwendige magnetische Drehfeld zum Starten zu erzeugen, ist eine Phasenverschiebungsvorrichtung, wie etwa ein Kondensator, mit der Startwicklung in Serie geschaltet. Während des Startvorgangs werden sowohl die Betriebswicklung(en) als auch die Hilfs- oder Startwicklung(en) erregt, um den Motor auf eine ausreichend hohe Betriebsgeschwindigkeit zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt wird entweder die Start- oder Hilfswicklung aus dem Schaltkreis weggeschaltet, sodass der Motor ausschließlich über die Betriebswicklungen läuft, oder mit einem Betriebskondensator verbunden, jedoch vom Startkondensator elektrisch getrennt. Sollte eine starke Last auftreten und die Drehzahl des Motors unter die Nennbetriebsgeschwindigkeit abfallen oder dieser stehen bleiben, so kann die Hilfswicklung wieder zwischengeschaltet werden, um das Drehmoment des Motors zu erhöhen und die erhöhte Last zu überwinden.
  • Bei den meisten Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotoren ist die Hilfswicklung so aufgebaut, dass eine aufrechterhaltene Verbindung mit der Netz-Wechselspannung eine Überhitzung oder Beschädigung verursachen kann. Deshalb muss die Startwicklung die Verbindung zu den richtigen Zeitpunkten beim Start und danach herstellen und wieder unterbrechen.
  • Aufgrund der relativ kurzen Lebensdauer von Fliehkraftschaltern und anderen elektromechanischen Vorrichtungen verwenden zahlreiche Startschaltkreise Strom- und Spannungsabfühlschaltungen. Diese können Reed-Schalter-/Triac-Kombinationen, wie im US-Patent Nr. 3.766.457 von Fink et al. beschrieben ist, oder eine Stromabsensorwiderstand-basierte Schaltung, wie sie im US-Patent Nr. 3.916.275 von Lewus beschrieben ist, umfassen. Eine weiterer Halbleiter-Motorstartschaltkreis ist im US-Patent Nr. 4.820.964 von Kadah beschrieben, in welchem ein Halbleiterschalter, etwa ein Triac, den Startstrom regelt und der Schalter von einem lichtempfindlichen Element torgesteuert ist. Im US-Patent Nr. 5.589.753 von Kadah verwendet ein Startschaltkreis für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor einen mit der Hilfswicklung in Serie geschalteten Triac, der als Antwort auf einen Anstieg der zeitlichen Änderungsrate der Hilfsspannung eingeschaltet wird.
  • Das US-Patent Nr. 4.843.295 beschreibt ein Halbleiter-Startsystem für Elektromotoren, bei dem das System einen Wert, der dem Rotoranlaufwert des Hauptwicklungsstroms oder der Startwicklungsspannung entspricht, kalibriert und dann den laufenden Strom oder Spannung mit dem Kalibrierungswert vergleicht. Das US-Patent Nr. 5.296.795 beschreibt ein anderes Halbleiter-Startsystem, das den Triac abschaltet, wenn die Hilfsspannung eine kalibrierbare Ausschaltspannung erreicht hat. Diese Startschaltkreise basieren auf einem Kalibrierungswert und berücksichtigen nicht, dass die Anforderungen an die Erregung der Hilfswicklungen infolge von Änderungen der Motorlast oder Änderungen der Qualität der angelegten Wechselstromleistung variieren kann. Das US-Patent Nr. 5.622.506 beschreibt ein geschwindigkeitsempfindliches, lastempfindliches und gegenüber Schwankungen der Wechselstrom-Netzspannung unempfindliches Motorstartsystem. Das System des US-Patents Nr. 5.622.506 muss sowohl die Netzspannung an der Haupt- oder Betriebswicklung als auch die Hilfsspannung an der Startwicklung messen und schaltet seinen Triac aus, wenn der Spitzenwert der Hilfsspannung den Spitzenwert der Haupt- oder Betriebsspannung überschneidet.
  • Es wurden einige vereinfachte Startschaltkreise vorgeschlagen, aber diese müssen alle an den jeweiligen Motor angepasst werden. Typischerweise dienen diese dazu, den Startstrom abzuschalten, sobald die angelegte Spannung, die bei Einschalt- oder Stoßbedingungen während des Startens niedrig ist, einen festgelegten Spannungswert erreicht hat. In einer Variante wird die am Startkondensator auftretende Spannung integriert, was das Gate eines Triac oder einen ähnlichen Schalter abschaltet, wenn die Spannung einen vorbestimmten Pegel erreicht. Ein Taktgeber kann mit dieser Schaltung verwendet werden, um die Startschaltung nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer, beispielsweise 300 Millisekunden, abzuschalten. Allerdings kann die Qualität der Eingangsleistung in zahlreichen Situationen schwach sein, d.h. in Situationen der Unterspannung, bei denen die Eingangsspannung den Motor nur äußerst langsam beschleunigt. Auch die Lastbedingungen, die auf denselben Motor einwirken, können sich von Situation zu Situation verändern. Da diese Startschaltungen aber zur Arbeit unter den schlechtest möglichen Bedingungen konstruiert sein müssen, bedeutet dies, dass in den meisten anderen Situationen mehr Startstrom als eigentlich notwenig an die Hilfswicklung angelegt wird, was den Motor beansprucht.
  • ZIELE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Motorstartschaltkreis für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor bereitzustellen, der nicht einfach nur darauf beruht, dass eine angelegte Leistung einen vorbestimmten Spannungs- oder Strompegel erreicht, und der für eine große Bandbreite an Motoren, Bedingungen der Leistungsqualität und Lastbedingungen geeignet ist.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Motorstartschaltkreises, der einfach und kostengünstig ist und der als Zusatzteil in einen bestehenden Motor eingebaut werden kann.
  • Die Aspekte der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 3 dargelegt. Im Besonderen verwendet ein Motorstartschaltkreis für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor einen Triac oder ein gleichwertiges Schaltermittel, das mit der Hilfswicklung in Serie geschaltet ist, sodass zum Starten des Motors ein Wechselstrom durch die Hilfswicklung fließen kann. Der Triac schaltet den durch die Hilfswicklung fließenden Wechselstrom ab, sobald der Motor den Betrieb aufgenommen hat. Eine Sensoranordnung fühlt entweder den Motorstrom an der Haupt-, der Hilfswicklung oder an beiden oder die Spannung an der Hilfswicklung ab. Der Sensor stellt dann, je nachdem, ein Motorstromsignal oder ein Motorspannungssignal bereit. Eine Torschaltungsanordnung empfängt das Signal und ist mit einem Gate des Triac-Schalters oder Schaltermittels verbunden, um das Hilfsstrommittel abzuschalten, wenn das Signal anzeigt, dass der Motorstrom auf einen vorbestimmten Bruchteil (d.h. 50%) des Anfangsmotorstroms Iinit oder darunter abgefallen ist, oder alternativ dazu, wenn das Signal anzeigt, dass die Spannung auf einen Bruchteil über die Anfangs- oder Einschaltspannung Vinit, z.B. auf 150% Vinit, angestiegen ist. Die hierin verwendete Bezeichnung "vorbestimmt" ist nicht auf einen Fabrikseinstellungswert eingeschränkt sondern kann, je nach Schaltungsaufbau, benutzereingestellt oder automatisch eingestellt werden. Die Bezeichnung "vorbestimmt" kann sich innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung auch auf einen Proportionalwert beziehen.
  • Weitere Aspekte der Erfindung sind in den Ansprüchen 5 und 7 dargelegt. Im Besonderen verwendet ein Motorstartschaltkreis für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor ein mit der Hilfswicklung in Serie geschaltetes Schaltermittel, damit zum Starten des Motors ein Start-Wechselstrom durch die Hilfswicklung fließen kann, das dann den durch die Hilfswicklung fließenden Wechselstrom abschaltet, sobald der Motor den Betrieb aufgenommen hat. Ein Sensormittel fühlt entweder den Motorstrom oder die Motorspannung ab und stellt dann ein Signal bereit, das die Größe des abgefühlten Motorstroms bzw. der Motorspannung darstellt. Dieses Signal wird einem Differentiator zugeführt, der ein dI/dt-Signal, welches die Zeitrate der Änderung des Motorstroms darstellt, oder ein dV/dt-Signal, welches die Zeitrate der Änderung des Motorspannung darstellt, erzeugt. Ein Torschaltmittel ist bereitgestellt, um das Signal der Änderung der Zeitrate, dI/dt oder dV/dt, zu empfangen, und ist mit einem Gate des Schaltermittel verbunden, um das Schaltermittel auszuschalten, wenn das dI/dt- oder dV/dt-Signal auf einen vorbestimmten Wert oder darunter abfällt (oder alternativ dazu auf einen solchen oder darüber ansteigt). Vorzugsweise wird ein voreingestellter Zeitgeber verwendet, der das Schaltermittel nach einer vorbestimmten Zeitdauer, z.B. 300 Millisekunden bis 1 Sekunde, ab dem Beginn des Fließens des Motorstroms ausschaltet.
  • Der Startschaltkreis dieser Erfindung kann mit analogen Standardelementen, d.h. Transistoren, Kondensatoren, Dioden und Widerständen, ausgeführt werden oder aber digital, d.h. in einem Mikroprozessor, umgesetzt werden.
  • Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung gehen für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, wenn diese unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Motorstartschaltkreises, der auf dem Abfallen des Motorstroms auf einen vorbestimmten Bruchteil des Einschaltmotorstroms oder darunter basiert.
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Motorstartschaltkreises, der auf dem Anstieg der Motor(hilfs)spannung auf einen Pegel, der um einen vorbestimmten Bruchteil über der Einschaltmotorspannung liegt, basiert.
  • 3 ist ein Blockdiagramm eines Motorstartschaltkreises, der auf dem Anstieg der Zeitrate der Änderung der Motorspannung auf oder über eine vorbestimmte Schwelle basiert.
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines Motorstartschaltkreises, der auf dem Abfall der Zeitrate der Änderung des Motorstroms auf oder unter eine vorbestimmte Schwelle basiert.
  • 5 ist eine graphische Darstellung der Motorstromgröße über der Zeit, die den Anfangseinschaltstrom und den Dauerbetriebsstrom zeigt.
  • 6 ist eine graphische Darstellung der Motor(hilfs)spannungsgröße über der Zeit, die die Anfangseinschaltspannung und die Dauerbetriebsspannung zeigt.
  • 7 ist ein Schaltplan einer Ausführungsform dieser Erfindung.
  • 8 ist ein Schaltplan einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1 schematisch eine Motorstartschaltung gemäß einer möglichen Ausführungsform dieser Erfindung. Hier ist ein Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor 10 mit einer Betriebswicklung 12, die zwischen einem Paar an Wechselstrom-Eingangsleitern angeschlossen ist, und einem Startschaltkreis, in dem eine Hilfs- oder Startwicklung 14 mit einem Startkondensator 16 und einer Schaltervorrichtung 18, z.B. einem Triac, zwischen den Wechselstromleitern in Serie geschaltet ist, abgebildet. Wie hier dargestellt ist, nimmt eine Aufnehmerspule 20, d.h. eine Ringspule oder dergleichen, ein Signal auf, das proportional zum Pegel des durch die Betriebs- und Hilfswicklung 12, 14 fließenden Motorwechselstroms ist, und übermittelt dieses an eine Detektorschaltung 22, die ein Signal IM ausgibt, welches die Größe des Motorstroms repräsentiert. Eine Abtast- und Halteschaltung 24 für Abtastwerte wird zum Beginn des Fließens des Stroms betätigt und hält einen Pegel Iinit, der den Anfangs- oder Stoßstrompegel darstellt. Ein Komparator 26 prüft und bestimmt, ob das Motorstromsignal IM vom Anfangspegel auf einen Bruchteil dessen, d.h. 50% des Anfangspegels Iinit, abgefallen ist. Ist dies eingetreten, überträgt eine Abschaltschaltung 28 ein Torsteuerungssignal, um den Triac oder die andere Schaltervorrichtung auszuschalten und den Strom zur Hilfswicklung abzuschalten. Es versteht sich, dass die Elemente 22, 24, 26 und 28 entweder mit linearen Bauelementen oder auch digital umgesetzt werden können.
  • 2 veranschaulicht eine weitere mögliche Ausführungsform, die aber auf einen vorbestimmten Anstieg der Motorhilfsspannung vom Anfangs- oder Stoßspannungspegel reagiert. Hier ist ein Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor 10 mit einer Betriebswicklung 12, einer Hilfs- oder Startwicklung 14, einem Startkondensator 16 und einer Schaltervorrichtung 18 (z.B. einem Triac), die zwischen den Wechselstromleitern geschaltet ist, so wie oben beschrieben abgebildet. Wie hier dargestellt ist, wird der Pegel der Wechselstrom-Motorspannung an einem der Bauelemente, d.h. dem Start- oder Betriebskondensator oder den Hilfswicklungen 12, 14, über einen Leiter in eine Spannungsdetektorschaltung 30 eingespeist, die ein Signal VM erzeugt, welches die Größe der Motorspannung repräsentiert. Eine Abtast- und Halteschaltung 32 wird zum Beginn des Fließens des Stroms betätigt und hält einen Pegel Vinit, der den Anfangs- oder Stoßspannungspegel darstellt. Ein Komparator 34 prüft und bestimmt, ob das Motorstromsignal VM um zumindest einen Bruchteil vom Anfangspegel auf einen höheren Pegel, d.h. auf 150% des Anfangspegels Vinit, angestiegen ist. Ist dies eingetreten, überträgt eine Abschaltschaltung 36 ein Torsteuerungssignal, um den Triac oder die andere Schaltervorrichtung auszuschalten und den Strom zur Hilfswicklung 14 abzuschalten.
  • Die 3 und 4 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine Zeitrate der Änderung der Spannungsgröße V oder der Stromgröße I verwendet wird, um den Stromfluss durch die Hilfswicklung zu regeln. In diesen Ausführungsformen sind die Motorbetriebswicklung 12, die Hilfswicklung 14, der Kondensator 16 und der Triac 18 generell so wie oben beschrieben verbunden. In 3 differenziert eine Differentiatorschaltung 40 die Motorspannungsgröße V, die von einem niedrigen Anfangsstoßpegel Vinit auf einen Dauerbetriebspegel ansteigt, wenn der Motor 10 mit einer gewissen Geschwindigkeit läuft. Diese Schaltung stellt ein Differenzsignal dV/dt bereit, das mit zunehmender Geschwindigkeit des Motors ansteigt. Eine Komparatorschaltung 42 benachrichtigt eine Abschaltschaltung 44, wenn das Differenzsignal über eine im Vorhinein festgelegte Konstante KV angestiegen ist, d.h. (dV/dt) ≥ KV. Wenn dies eintritt, schaltet die Abschaltschaltung den Triac 18 ab.
  • In 4 speist die Stromaufnahmespule 20 einen Motorstromdifferentiator 46, der ein Differential dI/dt erzeugt, welches für die Zeitrate der Änderung der Motorstromgröße IM steht. Der Motorstrom IM beginnt mit einem hohen Stoßpegel Iinit und fällt auf einen niedrigen Dauerbetriebspegel ab, wenn der Motor an Geschwindigkeit zulegt, wobei zu diesem Zeitpunkt die Differenz dI/dt gegen null geht. Eine Difterentiatorschaltung 48 benachrichtigt eine Abschaltschaltung 50, den Triac 18 abzuschalten, sobald die Rate der Motorstromänderung unter ein im Vorhinein festgelegtes konstantes Niveau KV abgefallen ist, d.h. (dI/dt) ≤ KI.
  • Das Verhalten der stromgeregelten Ausführungsformen (1 und 4) kann unter Bezugnahme auf das Motorstromdiagramm aus 5 erläutert werden, während die spannungsgeregelten Ausführungsformen (2 und 3) anhand des Motorspannungsdiagramms aus 6 erklärt werden können.
  • Wie in 5 dargestellt ist, fließt sofort nach dem Anlegen eines Wechselstroms ein Anfangsstoßstrom durch die Spulen 12 und 14, da der Rotor keine Gegenspannung erzeugt. Nach einem Spitzenpegel Iinit fällt der Strompegel, sobald der Motor 10 sich zu drehen beginnt, und erreicht dann einen Dauerbetriebspegel, d.h. (dI/dt) = 0. Die tatsächliche Form dieser Kurve hängt von variablen Bedingungen, wie etwa der Qualität der Eingangs-Wechselstromleistung und der Motorlast, ab. Die Ausführungsform aus 1 weist einen Abschaltpunkt A zum Ausschalten des Startstroms auf, an dem der Strom auf einen festgelegten Prozentsatz (hier 50%) von Iinit abgefallen ist. Die Ausführungsform aus 4 weist einen Abschaltpunkt B auf, bei dem die Neigung der Kurve der Stromgröße ein wenig, d.h. auf (dI/dt) = KI, abflacht.
  • Wie in 6 sehen ist, liegt gleich nach Anlegen eines Wechselstroms eine reduzierte Spannung Vinit durch die Spule 14 an, die dem hohen Stoßstrom aus 5 entspricht. Nach dem Mindest- oder Tiefpunktpegel Vinit steigt die Spannungsgröße mit Beginn der Drehung des Motors 10 und erreicht schließlich einen Dauerbetriebspegel, d.h. (dV/dt) = 0. Wie auch in 5 hängt die tatsächliche Form dieser Kurve von variablen Bedingungen, wie etwa der Qualität der Eingangs-Wechselstromleistung und der Motorlast, ab. Die Ausführungsform aus 6 weist einen Abschaltpunkt C zum Ausschalten des Startstroms auf, an dem der Strom auf einen festgelegten Prozentsatz (hier 150%) über der Anfangsspannung Iinit angestiegen ist. Die Ausführungsform aus 6 weist einen Abschaltpunkt D auf, bei dem die Steigung der Kurve der Spannungsgröße ein wenig, d.h. auf (dV/dt) = KV, abflacht.
  • Jede dieser Ausführungsformen kann auch einen voreingestellten Zeitgeber (nicht dargestellt) umfassen, der den Triac 18 nach Ablauf einer im vorhinein bestimmten Dauer, z.B. 300 Millisekunden bis 1 Sekunde, ausschaltet. Jeder der Motoren kann weiters eine Wärmeschutzeinrichtung umfassen, die den Motor im Falle einer Blockierung oder Überhitzung abschaltet.
  • Ein Beispiel für einen Startschaltkreis basierend auf der Motorstrom-Zeitratenänderung ist in 7 dargestellt. Hier nimmt eine Sensorringspule 52 ein Motorstromsignal IM auf, welches als Größe des Motorstroms über eine Diode 54 an eine Seite eines Kondensators 56 übermittelt wird. Ein Differentiator 58 erzeugt daraufhin ein Signal dI/dt, das für die Zeitrate der Änderung des Motorstroms steht und in einen Eingang eines Komparators 60 eingespeist wird. Dem anderen Eingang des Komparators 60 wird ein proportionaler Referenzpegel, in diesem Fall von einem Teiler 62, zugeführt. Fällt das Differenzsignal dI/dt unter den Pegel der Referenzspannung des Teilers ab, geht der Ausgang des Komparators auf LOW, was den Triac 18 ausschaltet.
  • Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung ist in 8 in ihren Einzelheiten dargestellt. Links im Bild sind die Hilfswicklung 14, der Startkondensator 16 und der Schalter oder Triac 18 zu sehen, die zwischen den beiden Wechselstrom-Spannung leitern in Serie geschaltet sind. Am Verbindungspunkt zwischen der Hilfswicklung 14 und dem Kondensator 16 oder an der Oberseite des Kondensators 16 wird ein Spannungssignal abgeleitet und durch einen Gleichrichter 62 sowie einen zweiten Gleichrichter 64 hindurchgeleitet. Aus praktischen Gesichtspunkten wird die Schaltung als aus Modulen oder Schaltungsabschnitten bestehend betrachtet, die in gestrichelten Linien angedeutet sind, nämlich aus einer Schaltung für die Rate der Spannungsänderung oder dV/dt-Schaltung 66; einer Notfallszeitgeberschaltung 68 und einer Zündschaltung, die für das Ausschalten des Triac 18 zuständig ist. Die dV/dt-Schaltung 66 umfasst eine Serienschaltung aus einer Diode 72, einem Kondensator 74 und einem Widerstand 76, die zwischen der Anode des Gleichrichters 62 und der unteren Wechselstromleiterschiene angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt des Kondensators 74 mit dem Widerstand 76 versorgt einen Emitterbasistransistor 78 mit Basisstrom. Die Notfallszeitgeberschaltung 68 umfasst einen programmierbaren Unijunction-Transistor oder PUT 80, dessen Anode mit einem Verbindungspunkt eines Zeitgabewiderstands 82 und eines Zeitgabekondensators 84 verbunden ist. Deren Werte sind so gewählt, dass der PUT 80 nach etwa 1.000 Millisekunden eingeschaltet wird. Die Torelektrode des PUT ist mit einem Widerstandsspannungsteiler 85 und dem Kollektor des Transistors 78 verbunden. Die Kathode des PUT 80 versorgt die Basis eines Transistors 86 in der Zündschaltung 70. Der Kollektor dieses Transistors 86 ist mit der Anode eines weiteren PUT 88 verbunden, dessen Kathodenanschluss einen Ausgangs-Emitterfolger-Transistor 90 speist. Das Gate des PUT 88 ist an ein fixes Potential gebunden, in diesem Fall an eine Zener-Diode 92. Der Emitter des Transistors 90 geht auf LOW, um den Triac abzuschalten.
  • Ist der Motor nun schaltverbunden und werden die Dioden 62 und 64 mit Energie beaufschlagt, geht das Gate des Triac 18 auf HIGH, schaltet die Wechselstromspannung zur Hilfswicklung 14 durch und startet den Kondensator 16. Der Strom beginnt ebenfalls zu fließen, um den Zeitgabekondensator 84 aufzuladen, sodass die Spannung an der Anode des PUT 80 zu steigen beginnt. Auch fließt Strom durch den Kondensator 74 zur Basis des Transistors 78, und zwar proportional zur Rate der Änderung der Motorspannung, d.h. Ibase = C(dV/dt). Der Transistor 78 leitet so lange, bis der Basisstrom auf einen niedrigen Wert abgefallen ist. Ab dem Start wird die Ga te-Spannung am PUT 80 vom Spannungsteiler 85 bestimmt, der hier aus einem 4,7-MΩ-Widerstand und einem 2-MΩ-Widerstand besteht. Sobald der Kondensator 74 anfangs geladen wurde, schaltet sich der Transistor 78 aus. Die Gate-Spannung am PUT 80 wird durch das Verhältnis des Spannungsteilers 85 bestimmt. Jeder nun folgende dV/dt-Anstieg im Kondensator 74 spannt den Transistor 78 in den Ein-Zustand vor und ändert das Spannungsteilungsverhältnis am Gate des PUT 80 auf einen LOW-Wert (z.B. 300 K = ÷ [4,7 M + 300 K]). Dadurch wird der PUT 80 sofort ausgeschaltet. Wenn schwere Lastbedingungen vorliegen und der Transistor 78 länger als die Zeitkonstante des PUT 80 ausgeschaltet bleibt, so wird nach etwa einer Sekunde der Notfallszeitgeber ausgelöst, um die Zündschaltung 70 zu betätigen und den Triac 18 auszuschalten.
  • Hier ist die Schaltung mit verschiedensten Transistoren, Widerständen, Kondensatoren und anderen diskreten Bauelementen umgesetzt. Allerdings kann die hier dargestellte Schaltung auch unter Verwendung eines Mikroprozessors ausgeführt werden, der diese Funktionen übernimmt. Beispielsweise kann ein Mikroprozessor verwendet werden, um einige der Detektions- und Zeitgabefunktionen in der Ausführungsform aus 8 zu übernehmen.
  • Auch würde es sich nicht als schwierig gestalten, die oben beschriebenen Schaltungen mit einer Neustartfunktion auszustatten. Beispielsweise könnte in den Ausführungsformen der 1 und 4 ein Neustart eingeleitet werden, wenn eine deutliche Änderung in dV/dt oder dI/dt vorliegt. Im Falle einer Umsetzung mit Mirkoprozessor könnte diese Funktion mit einer oder zwei zusätzlichen Befehlszeilen bereitgestellt werden.

Claims (11)

  1. Motorstartschaltkreis für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor mit einer Betriebshauptwicklung (12) und einer Starthilfswicklung (14); worin ein mit der Hilfswicklung (14) in Serie geschalteter Schalter (18) es dem Wechselstrom ermöglicht, durch die Hilfswicklung zu fließen, um den Motor zu starten, und danach den durch die Hilfswicklung fließenden Wechselstrom abschaltet, sobald der Motor den Betrieb aufgenommen hat; worin ein Stromsensor (20) einen durch eine oder beide der Haupt- und Hilfswicklung fließenden Motorstrom abfühlt und ein die Größe (IM) des abgefühlten Motorstroms darstellendes Motorstromsignal bereitstellt; und worin eine Torschaltung (22, 24, 26, 28), die mit einem Gate des Schalters (18) verbunden ist, das Motorstromsignal (IM) empfängt und den Schalter (18) ausschaltet, wenn das Signal anzeigt, dass sich der Motorstrom auf einen Wert aus einem vorbestimmten Koeffizienten mal dem Anfangsmotorstrom (Iinit) oder darüber geändert hat; dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (20) mit einem Wechselstrom-Hauptleiter gekoppelt ist, um den durch die Haupt- und die Hilfswicklung fließenden kombinierten Gesamtmotorstrom abzufühlen; und dass die Torschaltung (22, 24, 26, 28) das Gesamtmotorstromsignal empfängt und einen Wert des Anfangsmotorstroms (Iinit) beim Hochfahren abfühlt und speichert, und damit fortfährt, den Gesamtmotorstrom (IM) abzufühlen und den Schalter (18) abschaltet, sobald der Motorstrom (IM) auf einen vorbestimmten Bruchteil des Anfangsmotorstroms (Iinit) abgefallen ist.
  2. Motorstartschaltkreis nach Anspruch 1, weiters dadurch gekennzeichnet, dass ein Halteschaltkreis (24) einen Wert des den Anfangsmotorstrom (Iinit) darstellenden Signals abfühlt und hält, der am Anfang des durch den Motor fließenden Gesamtstroms entnommen wurde.
  3. Motorstartschaltkreis für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor mit einer Betriebshauptwicklung (12) und einer Starthilfswicklung (14); worin ein Schalter (18) mit der Hilfswicklung (14) in Serie geschaltet ist und diese es dem Wechselstrom ermöglichen, durch die Hilfswicklung (14) zu fließen, um den Motor zu starten, und danach den durch die Hilfswicklung (14) fließenden Wechselstrom abzuschalten, sobald der Motor den Betrieb aufgenommen hat; worin ein Spannungssensor die Spannung an der Hilfswicklung (14) abfühlt und ein die Größe der abgefühlten Hilfswicklungsspannung darstellendes Motorspannungssignal (VM) bereitstellt; und worin eine Torschaltung (30, 32, 34, 36), die mit einem Gate des Schalters (18) verbunden ist, das Motorspannungssignal (VM) empfängt und den Schalter (18) ausschaltet, wenn das Signal anzeigt, dass die Motorsspannung relativ zur Anfangsmotorspannung (Vinit) auf einen Pegel oder darüber angestiegen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Torschaltung (30, 32, 34, 36) das Motorspannungssignal empfängt und einen der Anfangshilfswicklungsspannung (Vinit) bei jedem Beginn des Fließens des Motorstromes entsprechenden Wert abfühlt und speichert, und damit fortfährt; die Hilfswicklungsspannung (VM) abzufühlen und den Schalter (18) abschaltet, sobald die Hilfswicklungsspannung (VM) auf den vorbestimmten Bruchteil über der Anfangshilfswicklungsspannung (Vinit) angestiegen ist.
  4. Motorstartschaltkreis nach Anspruch 3, weiters dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtast- und Halteschaltung (32) einen Wert des die Anfangsmotorspannung (Vinit) darstellenden Signals abfühlt und hält.
  5. Motorstartschaltkreis für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor mit einer Betriebshauptwicklung (12) und einer Starthilfswicklung (14); worin ein mit der Hilfswicklung (14) in Serie geschalteter Schalter (18) es dem Wechselstrom ermöglicht, durch die Hilfswicklung (14) zu fließen, um den Motor zu starten, und danach den durch die Hilfswicklung (14) fließenden Wechselstrom abschaltet, sobald der Motor den Betrieb aufgenommen hat; worin ein Stromsensor (20) den durch die Hilfswicklung (14) oder den durch die Haupt- und die Hilfswicklung (12, 14) fließenden Motorstrom abfühlt und ein die Größe des abgefühlten Motorstroms darstellendes Motorstromsignal (IM) bereitstellt; und worin eine Torschaltung mit einem Gate des Schalters (18) verbunden ist, um den Schalter auszuschalten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differentiator (46), dem das Motorstromsignal zugeführt wird, ein dI/dt-Signal erzeugt, welches die Zeitrate der Änderung des Motorstromsignals darstellt; und dass die Torschaltung (48, 50) das dI/dt-Signal vom Differentiator emp fängt und den Schalter ausschaltet, wenn sich das dI/dt-Signal auf einen vorbestimmten Wert (KI) oder darüber hinaus gehend ändert.
  6. Motorstartschaltkreis nach Anspruch 5, weiters dadurch gekennzeichnet, dass ein voreingestellter Zeitgeber (68) den Schalter (18) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Beginn des Fließens des Motorstroms ausschaltet.
  7. Motorstartschaltkreis für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor mit einer Betriebshauptwicklung (12) und einer Starthilfswicklung (14); worin ein mit der Hilfswicklung (14) in Serie geschalteter Schalter (18) es dem Wechselstrom ermöglicht, durch die Hilfswicklung (14) zu fließen; um den Motor zu starten; und danach den durch die Hilfswicklung (14) fließenden Wechselstrom abschaltet, sobald der Motor den Betrieb aufgenommen hat; worin ein Spannungssensor die Motorspannung an der Hilfswicklung (14) oder an der Haupt- und der Hilfswicklung (12, 14) abfühlt und ein die Größe der abgefühlten Motorspannung darstellendes Motorspannungssignal (VM) bereitstellt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Differentiator (40), dem das Motorspannungssignal (VM) zugeführt wird, ein dV/dt-Signal erzeugt, welches die Zeitrate der Änderung des Motorspannungssignals (VM) darstellt; und dass eine Torschaltung (42, 44), die mit einem Gate des Schalters (18) verbunden ist, das dV/dt-Signal empfängt und den Schalter ausschaltet, wenn sich das dV/dt-Signal auf einen vorbestimmten Wert (KV) oder darüber hinaus gehend ändert.
  8. Motorstartschaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Torschaltung (42, 44) den Schalter ausschaltet, wenn das dV/dt-Signal auf einen vorbestimmten Wert oder darunter abfällt.
  9. Motorstartschaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Torschaltung (42, 44) den Schalter ausschaltet, wenn das dV/dt-Signal auf einen vorbestimmten Wert oder darüber ansteigt.
  10. Motorstartschaltkreis nach Anspruch 7, weiters dadurch gekennzeichnet, dass ein voreingestellter Zeitgeber (68) den Schalter nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Beginn des Fließens des Motorstroms ausschaltet.
  11. Motorstartschaltkreis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentiatormittel (66) einen mit einem Gate eines Transistors (78) in Serie geschalteten Kondensator (74) mit einer Kapazität C umfasst, sodass der zum Transistor (78) fließende Gate-Strom i proportional zur Rate der Änderung der Motorspannung ist, i = C(dV/dt), und der Transistor (78) einen Ausgangspegel zur Steuerung der Betätigung der Torschaltung (70) aufweist.
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