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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Startvorrichtung
der Art, wie sie in Elektromotoren, insbesondere in Einphasen-Induktionsmotoren,
verwendet wird.
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Hintergrund der Erfindung
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Einphasen-Induktionsmotoren
finden wegen ihrer Einfachheit, Festigkeit und hohen Leistung breite
Verwendung. Sie sind meist in Haushaltsgeräten, wie Kühlschränken, Gefrierschränken, Klimaanlagen,
hermetischen Verdichtern, Waschmaschinen, Pumpen, Gebläsen, und
bei bestimmten Industrieanwendungen vorzufinden.
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Die
bekannten Induktionsmotoren sind üblicherweise mit einem käfigartigen
Rotor und einem gewickelten Stator mit zwei Wicklungen versehen, deren
eine die Betriebsspule und deren andere die Anlaßspule bildet. Während des
Normalbetriebes des Verdichters wird die Betriebsspule mit Wechselspannung
versorgt und auch die Anlaßspule
vorübergehend,
zu Beginn des Anlaßvorgangs,
wodurch ein sich drehendes Magnetfeld im Luftspalt des Stators erzeugt
wird, was eine notwendige Voraussetzung ist, um den Rotor zu beschleunigen
und den Motor anzulassen.
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Dieses
sich drehende Magnetfeld kann erhalten werden, indem die Anlaßspule mit
einem Strom versorgt wird, der relativ zum in der Hauptspule fließenden Strom,
vorzugsweise um einen Winkel von annähernd 90 Grad, zeitversetzt
ist. Dieser Zeitversatz zwischen dem in beiden Spulen fließenden Strom
wird durch bauliche Merkmale der Spulen oder durch Anschließen einer
externen Impedanz in Reihe mit einer der Spulen, meist jedoch in
Reihe mit der Anlaßspule,
erreicht. Der Wert dieses während
des Anlaßvorgangs
des Motors durch die Anlaßspule
fließenden
Stroms ist meist hoch, was die Verwendung einer bestimmten Art von
Schalter erfordert, der diesen Strom unterbrechen kann, nachdem
die zum Fördern
der Motorbeschleunigung erforderliche Zeit abgelaufen ist.
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Bei
Motoren, bei denen ein sehr hoher Wirkungsgrad erforderlich ist,
wird diese Anlaßspule nach
Ablauf des Anlaßzeitraums
nicht vollständig
abgeschaltet, und ein Kondensator, nämlich ein Betriebskondensator,
bleibt weiterhin in Reihe an die Anlaßspule angeschlossen, wodurch
genügend Strom
bereitgestellt wird, um das maximale Drehmoment des Motors und dessen
Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Für Motoren
dieser Bauweise, die während des
Normalbetriebes des Motors eine permanente Impedanz in Reihe mit
der Anlaßspule
verwenden, sind mehrere Anlaßvorrichtungen
bekannt, wie eine PTC-Vorrichtung, ein elektromechanisches Relais, Timer
oder Kombinationen, bei denen ein PTC in Reihe mit einer Vorrichtung
geschaltet wird, die den Stromfluß nach einer vorbestimmten
Zeit (RSP) unterbricht, wie dies in den
US-Patenten 5,053,908 und
5,051,681 sowie in der gleichzeitig
anhängigen,
internationalen Patentanmeldung
WO 02/09624A1 desselben Anmelders beschrieben
ist.
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Eines
der Bauteile, die häufig
zum Anlassen von Motoren des Typs mit Phasenteilung, bei denen kein
Betriebskondensator eingesetzt wird, verwendet werden, ist das elektromechanische
Relais. Seine häufige
Verwendung ist durch seine niedrigen Herstellungskosten und seine
einfache Technologie bedingt. Andererseits unterliegt das elektromechanische
Relais verschiedenen Einschränkungen,
insbesondere durch das Erfordernis, ein bestimmtes Bauteil für jede Größe von Elektromotor
zu dimensionieren, durch seine mangelnde Verwendbarkeit in leistungsstarken
Motoren, bei denen ein Betriebskondensator eingesetzt wird, durch
die Erzeugung von elektromagnetischen und anderen Geräuschen während des
Betriebs des Motors und durch den Verschleiß seiner Bauteile aufgrund
von Bogenentladung und mechanischer Reibung.
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Eine
Alternative zum elektromechanischen Relais ist die PTC(positiver
Temperaturkoeffizient)-Vorrichtung.
Dieses Bauteil wird häufig
in leistungsstarken Motoren eingesetzt, deren Anwendung mit einem
Betriebskondensator verbunden ist. Da ein solches Bauteil ein Keramiktäfelchen
ohne bewegliche Teile ist, hebt sein Prinzip die meisten Einschränkungen
des elektromechanischen Relais auf. Nachdem sein Betrieb darauf
beruht, ein Keramiktäfelchen zu
erwärmen,
dadurch dessen elektrischen Widerstand zu erhöhen und folglich den fließenden Strom zu
begrenzen, erfolgt während
seiner gesamten Betriebsdauer ein Verlust an Restleistung. Eine
weitere Einschränkung
dieses Bauteils hängt
mit der Zeitdauer zusammen, die benötigt wird, damit aufeinanderfolgende
Starts erfolgen können.
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Einer
der großen
Vorteile ist die Möglichkeit, ein
einziges Bauteil zu verwenden, das beim Anlassen einer Familie von
Motoren mit einer bestimmten Spannung (115 V oder 220 V) betrieben
wird, was jedoch zu einer Einschränkung wird, wenn das analysierte
Merkmal die Optimierung der Bestromungszeit der Zusatzspule ist.
Deren Stromfließzeit
ist direkt proportional zum Volumen des Keramiktäfelchens und umgekehrt proportional
zum fließenden
Strom, was bei einer Anwendung in leistungsstarken Motoren zu einer
verkürzten
und in kleineren Motoren zu einer übermäßig langen Anlaßzeit führt. Diese
beiden Tatsachen führen
zu einem Mangel beim Anlassen von größeren Motoren und zu einem
höheren Energieverbrauch
während
des Anlaßzeitraums
von kleineren Motoren.
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Andererseits
beseitigen die getimten Anlaßbauteile
den großen
Nachteil des PTC-Restverbrauchs,
aber nicht den Mangel der für
die unterschiedlichen Motorgrößen benötigten Anlaßzeit. Ihr Konzept
gestattet die Dimensionierung einer Schaltung, welche die optimierte
Anlaßzeit
für die
unterschiedlichen Motorgrößen bereitstellt.
Somit ist das Vorliegen verschiedener Bauteile erforderlich, die
einer Familie von Elektromotoren entsprechen, was zu Produkten mit
verschiedenen Modellen, zu Anpassungen in den Fertigungslinien und
zu größeren Lagerbeständen führt. Solche
Vorrichtungen berücksichtigen
nicht die Betriebsbedingungen zum Anlaßzeitpunkt und sind somit für die ungünstigste
Bedingung ausgelegt, was die Anlaßzeit erhöht.
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Ziele der Erfindung
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Somit
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist,
eine Startvorrichtung mit einem einfachen, festen und kostengünstigen
Aufbau bereitzustellen, die einen Einsatz in kostengünstigen
Systemen in großem Maßstab, welche
die Vorteile der getimten Vorrichtungen aufweisen, bei denen der
Rest-Energieverbrauch wegfällt,
eine Verringerung der Bauteilezahl, um einer bestimmten Familie
von Motoren mit der gleichen Versorgungsspannung zu entsprechen,
und die Verwendung in Hochleistungsmotoren mit Betriebskondensatoren
ermöglicht,
und welche das Merkmal der elektromechanischen Relais aufweist, nach
dem die Anlaßzeit
für jede
Elektromotorengröße optimiert
ist.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Startverfahren
für einen
Einphasen-Induktionsmotor
bereitzustellen, das die Anlaßzeit
als Funktion von Größe und Last
des angeschlossenen Motors optimiert.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Startverfahren für
einen Einphasen-Induktionsmotor bereitzustellen, das die Anlaßzeit als
Funktion der Versorgungssystemspannung automatisch optimiert.
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Wieder
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische
Startvorrichtung für einen
Einphasen-Induktionsmotor mit vernachlässigbarem Energieverbrauch
bereitzustellen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische
Startvorrichtung für einen
Einphasen-Induktionsmotor bereitzustellen, die zusammen mit einem
Anlaßkondensator
oder einer anderen mit der Anlaßspule
des Motors in Reihe geschalteten Impedanz betrieben werden kann.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische
Startvorrichtung für einen
Einphasen-Induktionsmotor bereitzustellen, die nicht anfällig für Übergänge oder
Störungen
ist, die vom Versorgungssystem kommen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
und andere Ziele werden durch eine Startvorrichtung für einen
Einphasen-Induktionsmotor
erreicht, mit einem Stator, der eine Betriebsspule und eine Anlaßspule aufweist,
mit einer Stromquelle, welche die Betriebsspule und die Anlaßspule mit Strom
versorgt, mit einem Betriebsschalter und einem Anlaßschalter,
die im geschlossenen Zustand jeweils die Betriebsspule bzw. die
Anlaßspule
mit der Stromquelle verbinden, wobei der Anlaßschalter nach erfolgtem Motorstart
in einen offenen Zustand überführt wird
und die Startvorrichtung eine Startschaltung umfaßt, die
neben dem Betriebs- und dem Anlaßschalter einen Stromsensor,
der zwischen der Stromquelle und dem Stator in Reihe angeschlossen ist,
um den diesem letzteren zugeführten
Strompegel zu detektieren, und eine Steuereinheit aufweist, die von
der Stromquelle versorgt wird und vom Stromsensor Signale empfängt, welche
den dem Stator zugeführten
Strompegel wiedergeben, wobei die Steuereinheit mit dem Betriebsschalter
und dem Anlaßschalter
in Wirkverbindung steht, um deren offene und geschlossene Zustände anzuweisen,
wobei der offene Zustand des Anlaßschalters festgelegt wird, wenn
das Verhältnis
zwischen dem momentanen Strompegel, der dem Stator zugeführt und
vom Stromsensor der Steuereinheit mitgeteilt wird, und dem Anlaßstrompegel,
welcher der Steuereinheit zuvor beim Schließen des Anlaß- und des
Betriebsschalters vom Stromsensor mitgeteilt wurde, einen Wert erreicht,
der kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
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Die
Ziele der vorliegenden Erfindung werden auch mit einem Startverfahren
für Einphasen-Induktionsmotoren
der eingangs definierten Art erreicht, wobei das Verfahren folgende
Schritte umfaßt:
- a- Detektieren des Anlaßstrompegels während einer
ersten Zeitdauer nach Schließen
des Anlaß- und
des Betriebsschalters durch einen Stromsensor, der zwischen der
Stromquelle und dem Stator in Reihe angeschlossen ist, und Mitteilen
des Anlaßstrompegels
an eine Steuereinheit, die von der Stromquelle versorgt wird und
an den Stromsensor angeschlossen ist, um von letzterem Informationen über den
dem Stator zugeführten
Strom zu empfangen;
- b – Detektieren
eines momentanen Spannungspegels, der vom Stator während einer
zweiten Zeitdauer, die sich an die erste Zeitdauer anschließt, nach
Schließen
des Anlaß-
und des Betriebsschalters aufgenommen wird, und Mitteilen dieses
momentanen Spannungspegels an die Steuereinheit;
- c – Vergleichen
des momentanen Spannungspegels, der vom Stator aufgenommen wird,
mit dem Wert des Anlaßspannungspegels,
und
- d – Öffnen des
Anlaßschalters,
wenn das Verhältnis
zwischen dem momentanen Strompegel, der vom Stator aufgenommen wird,
und dem Anlaßstrompegel
einen Wert erreicht, der kleiner oder gleich einem vorbestimmten
Wert ist.
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Die
elektronische Anlaßschaltung
der vorliegenden Erfindung ist von der Art, die einen Mechanismus
zum Steuern des Stromverbrauchs mindestens einer der Motorspulen
während
des Betriebszeitraums verwendet, der den während des Anlaßzeitraums
gelesenen Wert speichert.
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Eine
solche Funktion kann beispielsweise durch Ablesen des Spannungsabfalls,
der in einem Widerstand mit niedriger Impedanz durch den vom Elektromotor
verbrauchten Strom hervorgerufen wird, erhalten werden. Die elektronische
Schaltung umfaßt
ferner die Verwendung eines Mechanismus zum Überwachen der Spannung des
Versorgungssystems, der den während
des Anlaßzeitraums
gelesenen Wert aufzeichnet, damit der vorbestimmte Wert bei dem
Auftreten von Spannungsschwankungen im Versorgungssystem korrigiert
werden kann. Eine solche Funktion kann beispielsweise durch Lesen
des Spannungsabfalls in einem Widerstandsteiler erhalten werden.
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In
für einen
Induktionsmotor charakteristischer Weise beginnt ab dem Zeitpunkt,
zu dem er an die Versorgungsspannung angeschlossen wird, der Strom
durch die Hauptspule und durch die Zusatzspule zu fließen. Zu
diesem Zeitpunkt ist der Stromverbrauch des Elektromotors deutlich
erhöht,
was den Mechanismus, der den vom Motor verbrauchten Strom detektiert,
deutlich sensibilisiert. Mit dem Einsetzen der Drehung des Elektromotorrotors
aufgrund der Wechselwirkung des Magnetfeldes, das durch den Strom
erzeugt wird, welcher sowohl durch die Betriebs- als auch durch
die Anlaßspule
fließt,
wird der verbrauchte Strom allmählich
auf Werte verringert, welche die Sensibilität des Stromverbrauchs-Detektionsmechanismus
proportional verringern. Dieser Prozeß schreitet stetig fort, bis
der Motor eine nahezu synchrone Drehzahl erreicht, bei der die Sensibilität des Stromdetektionsmechanismus
niedrig genug ist, damit der Schaltkreis die Anlaßspule ausschalten
kann. Ab diesem Zeitpunkt liegt nur in der Anlaßspule Strom vor, der vom Betriebskondensator,
sofern angeschlossen, bereitgestellt wird.
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Da
der Strom in jedem Anlaßzeitraum
aufgezeichnet wird, reagiert die Startvorrichtung auf die unterschiedlichen
Drehmomentpegel, die während
des Anlaßvorgangs
benötigt
werden, so daß Lastschwankungen
der Motorwelle, die den Anlaßzeitraum
verlängern
können,
die Bestromung der Anlaßspule über einen
Zeitraum aufrechterhalten, der lang genug ist, um die dem Elektromotor
aufgeprägten Einschränkungen
zu überwinden.
Andererseits erfolgt die Rotorbeschleunigung in einer Situation,
in welcher der dem Motor während
dieses Zeitraums aufgeprägte
Lastzustand verringert ist, innerhalb eines kürzeren Zeitraums, was eine
deutlichere Verringerung der vom Elektromotor aufgenommenen Strompegel
fördert,
so daß die
Vorrichtung die Anlaßspule
schneller ausschalten kann.
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Abgesehen
von ihrer Empfindlichkeit für Lastschwankungen
während
des Anlassens, gestattet die Lösung
der vorliegenden Erfindung ferner eine Optimierung der Bestromungszeit
der Anlaßspule
bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen (Unterspannung, Nominalspannung
oder Überspannung) und
bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen der Elektromotorwicklungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 schematisch
eine Ausführungsform
einer gemäß der vorliegenden
Erfindung gebauten Startvorrichtung;
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2 schematisch
eine weitere Ausführungsform
der in 1 gezeigten und gemäß der vorliegenden Erfindung
gebauten Startvorrichtung;
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3 schematisch
Strompegel, die vom Motorstator aufgenommen werden und zeitabhängig beim
Start (t1, t2) und in einem Motorbetriebszustand mit bestromter
Zusatzspule (t3), sowie nach dem Zeitpunkt (t3), wobei der Motor
nur mit Bestromung der Hauptspule läuft, wie dies bei den bekannten
Anlaßschaltungen
für Elektromotoren
der Fall ist, zu beobachten sind;
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4 schematisch
Strompegel, die vom Motorstator aufgenommen werden und zeitabhängig beim
Start (t1, t2) und in einem Motorbetriebszustand mit bestromter
Zusatzspule (t3), sowie nach dem Zeitpunkt (t3), wobei der Motor
nur mit Bestromung der Hauptspule läuft, wie dies bei der vorliegenden Startvorrichtung
für Elektromotoren
der Fall ist, zu beobachten sind, und
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5 das
Ablaufdiagramm der Anlaßschaltungslogik.
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Beschreibung der dargestellten
Ausführungsformen
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Die
Startvorrichtung für
einen Einphasen-Induktionsmotor nach der vorliegenden Erfindung
wird für
einen Motor beschrieben, der folgendes umfaßt: einen Stator B mit einer
Betriebsspule B1 und einer Anlaßspule
B2, eine Stromquelle F, die sowohl die Betriebsspule B1 als auch
die Anlaßspule
B2 mit Strom versorgt, einen Betriebsschalter S1 und einen Anlaßschalter
S2, die in geschlossenem Zustand jeweils die Betriebsspule B1 bzw.
die Anlaßspule
B2 mit der Stromquelle F verbinden, wobei der Anlaßschalter
S2 nach erfolgtem Motorstart in einen offenen Zustand überführt wird
und die Startvorrichtung eine Anlaßschaltung 10 umfaßt, die
neben dem Betriebsschalter S1 und dem Anlaßschalter S2 auch noch aufweist:
einen Stromsensor RS, der zwischen der Stromquelle F und dem Stator
B in Reihe geschaltet ist, um den diesem letzteren zugeführten Strompegel
zu detektieren, und eine Steuereinheit 11, die von der
Stromquelle F versorgt wird und vom Stromsensor RS Signale, die
den dem Stator B zugeführten
Strompegel wiedergeben, sowie von einem Spannungssensor SV, der
zwischen der Stromquelle F und der Steuereinheit 11 angeschlossen
ist, Signale empfängt,
die den Spannungspegel der Stromquelle F wiedergeben, wobei die
Steuereinheit 11 sowohl mit dem Betriebsschalter S1 als
auch mit dem Anlaßschalter
S2 in Wirkverbindung steht. Gemäß 1 führt die
Gleichstromquelle F der Betriebsspule B1 und der Anlaßspule B2
des Stators B des Motors über
einen ersten Versorgungsanschluß 1 der Stromquelle
F, die mit der Betriebsspule B1 und der Anlaßspule B2 des Stators B verbunden
ist, dem Spannungssensor SV und einer Versorgungsquelle 12 der
Anlaßschaltung 10,
welche die Steuereinheit 11 mit Spannung versorgt, Strom
zu. Ein zweiter Versorgungsanschluß 2 der Stromquelle
F ist mit dem Stromsensor RS verbunden, der in 1 zwischen der
Stromquelle F und dem Betriebs- bzw. Anlaßschalter S1 bzw. S2 in Reihe
angeschlossen ist. Bei einer anderen, in 2 dargestellten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Stromsensor RS zwischen der Stromquelle
F und dem Betriebsschalter S1 in Reihe angeschlossen, um nur den Strom
der Betriebsspule B1 des Stators B zu berücksichtigen. Diese Lösung hat
den Vorteil, daß sie
den durch den Stromsensor RS fließenden Strom verringert.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gestattet die Startvorrichtung die Verwendung
eines Betriebskondensators CR, der zwischen einem Anschluß T1 und
einem Anschluß T2
des Stators B parallel angeschlossen ist, welche jeweils der Betriebsspule
B1 bzw. der Anlaßspule
B2 des Stators B zugeordnet sind, um den notwendigen Zeitversatz zwischen
den während
des Normalbetriebs des Motors durch die Betriebsspule B1 und die
Anlaßspule B2
fließenden
Strömen
bereitzustellen, sowie die Verwendung eines Kondensators CS, der
in Reihe an die Anlaßspule
B2 angeschlossen ist, um den Zeitversatz während des Motorstarts bereitzustellen.
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Sobald
die Schaltung einen Einschaltbefehl von einer externen Vorrichtung,
z. B. einem elektromechanischen oder elektronischen Thermostat 20, empfängt oder
einen entsprechend im System eingebauten Temperatursensor 30 abliest,
weist die Steuereinheit 11 der Anlaßschaltung 10 der
vorliegenden Erfindung das Schließen des Betriebs- und des Anlaßschalters
S1 bzw. S2 in einem synchronisierten Modus an, wenn der Ablesewert
der Versorgungssystemspannung, der mit dem an die Steuereinheit 11 angeschlossenen
Spannungssensor SV detektiert wurde, gleich Null ist.
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Der
Betriebs- und der Anlaßschalter
S1 bzw. S2 werden in dem Augenblick geschlossen, in dem die Versorgungssystemspannung
gleich Null ist, um die Stromspitze in den Schaltern und im Versorgungssystem
zu verringern und so die Erzeugung von elektromagnetischem Rauschen
und elektromagnetischer Beanspruchung der Schalter zu vermeiden.
Der Betriebs- und
der Anlaßschalter
S1 bzw. S2 können
elektromechanische Kontakte oder statische Gleichstrom-Halbleiterschalter,
z. B. TRIACs, aufweisen.
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Das
Fließen
von Strom durch den Motor, das durch einen Stromsensor RS erfolgt,
z. B. einen Widerstand mit niedriger Impedanz, erzeugt in letzterem
ein Spannungs- oder Stromsignal, das proportional zum Motorstrom
ist und dann an die Anlaßschaltung 10,
beispielsweise in Form eines nicht gezeigten ND-Wandler-Eingangs,
eines Mikro-Controllers angelegt wird. Während der ersten Zyklen nach
dem Schließen
des Betriebs- und des Anlaßschalters
S1 bzw. S2 zur Motorversorgung wird der Strom gemessen und die Ausgangsinformation
des letzteren erhalten. Während
dieses Zeitraums erreicht der Motor keine merkliche Umdrehung, und
der vom Stromsensor RS während
dieser ersten Zyklen detektierte Strompegel kommt dem Pegel sehr
nahe, der bei dieser Art von Motor charakteristisch für den Zustand
mit blockiertem Rotor ist und dann von der Steuereinheit 11 der
Anlaßschaltung 10 als
Anlaßstrompegel
Ip gespeichert wird. Während
eben dieser Zeitdauer wird zudem durch den Spannungssensor SV die
Information über
die Spannung im Versorgungssystem erhalten und dieser Wert als Vp
gespeichert. Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 bleibt
der Motorstrom während
der ersten Anlaßzeitdauer
t1 annähernd konstant,
wonach der gemessene Strompegel in einer zweiten Zeitdauer t2 bei
einsetzender Drehung des Rotors sich allmählich zu verringern beginnt. Nach
Erreichen des Betriebsbereichs, der dem Motorlastzustand nahekommt,
ist der Motor-Gesamtstrom stabilisiert, wie dies in den 3 und 4 durch
eine dritte Zeitdauer t3 angezeigt ist, in der festzustellen ist,
daß die
Anlaßspule
B2 noch immer unbestromt ist.
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Nach
Bestimmen des Anlaßstrompegels
Ip, der während
der Zeitdauer t1 auftritt, wird der momentane Strompegel laufend
als Ia gemessen und das Verhältnis
zwischen diesen Werten laufend als K berechnet:
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Bei
jeder neuen Detektion des momentanen Strompegels Ia wird für K ein
neuer Wert berechnet. Der erste berechnete Wert für K wird
sehr nahe bei 1 liegen, da dieser momentane Strompegel in einem Augenblick
unmittelbar nach dem Abtasten erfolgt, mit dem der Anlaßstrompegel
Ip festgelegt wurde. Der Rotor bleibt zwar blockiert oder befindet
sich deutlich unter seiner Betriebsdrehung; der momentane Strompegel
Ia wird jedoch einen Wert haben, der dem des Anlaßstrompegels
Ip nahekommt, und folglich wird K einen Wert von etwas weniger als
oder gleich 1 haben. Wenn der Motor beschleunigt, verringern sich
die berechneten K-Werte in gleichem Maße wie sich der Strom des Stators
B verringert, was eine Folge der CEMF (gegenelektromotorischen Kraft)
ist, die in den Spulen des Stators B als Funktion der Wechselwirkung
mit den Strömen
im Rotor während dessen
Drehung erzeugt wird.
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Nach
Empfangen der Informationen über den
momentanen vom Stator B aufgenommenen Strompegel Ia berechnet die
Steuereinheit 11 ein Verhältnis K zwischen jedem momentanen
Strompegel Ia, der dem Stator B zugeführt und der Steuereinheit 11 vom
Stromsensor RS mitgeteilt wird, und dem Anlaßstrompegel Ip, so daß die Steuereinheit 11, wenn
dieses Verhältnis
K einen Wert erreicht, der kleiner oder gleich einem vorbestimmten
Wert Km ist, das Öffnen
des Anlaßschalters
S2 anweist, d. h. das Verhältnis
K wird laufend mit einem vorbestimmten Wert Km verglichen, und wenn
K kleiner oder gleich diesem Wert Km ist, beendet die Anlaßschaltung 10 den
Motorstart, und die Steuereinheit weist das Öffnen des Anlaßschalters
S2 an.
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Der
vorbestimmte Wert Km wird von der Steuereinheit
11 laufend
so angepaßt,
daß er
gleich dem Produkt aus einem Bezugswert Kr, multipliziert mit dem
Verhältnis
zwischen dem Spannungsmeßwert
zum Anlaßzeitpunkt
Vp und der momentanen Spannung Va, ist, wobei diese Spannungen von
der Steuereinheit
11 mittels des Spannungssensors SV mathematisch
detektiert werden:
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Wenn
die Spannung während
des Startzeitraums keinen Änderungen
unterliegt, d. h. die momentane Spannung Va stets gleich der Anlaßspannung
Vp ist, behält
der vorbestimmte Wert Km den Bezugswert Kr bei. Wenn die Spannung
nach dem Anlassen jedoch Änderungen,
z. B. einer Verringerung, unterliegt, so erfährt der Strom am Ende des Anlassens
eine wenige deutliche Verringerung, da neben der CEMF auch der Versorgungssystem-Reduktionsfaktor
den Motorstrom merklich beeinflußt. In diesem Beispiel wird
der vorbestimmte Wert Km entsprechend der Spannungsänderung
erhöht.
Wenn die Spannung nach dem Anlassen steigt, verringert sich der
Motorstrom nicht entsprechend, weil der Spannungsanstieg eine Stromsenkung
verursacht. In diesem Fall wird der vorbestimmte Wert Km verringert,
um diese Änderung
auszugleichen. Mit dieser Logik hält die Schaltung die Anlaßspule B2
nur während
der für
das Anlassen erforderlichen Zeit bestromt, was das Anlassen auch
dann optimiert, wenn im Versorgungssystem Schwankungen auftreten.
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Der
Bezugswert Kr wird vorab als Funktion seiner Anwendung, der Motorenfamilie
und der zu erwartenden Spannung des Stromsystems festgelegt und
kann beispielsweise zwischen 0,2 und 0,8 festgelegt werden, was
von den oben erwähnten
Parametern und von der Schaltungstopologie abhängt, also ob der gemessene
Strom der Gesamtstrom oder nur der der Betriebsspule B2 ist. Der
Bezugswert Kr wird dann während
der Implementierung der Schaltung als Verhältnis zwischen einem vom Stator
in einem Motorbetriebszustand aufgenommenen Betriebsstrompegel Im
und dem Anlaßstrom
Ip für
die zu erwartende(n) Lastbedingungen, Motorenart und Versorgungssystemspannung
festgelegt.
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3 zeigt
den Motorstrom bei einem Start und stellt Timing-Vorrichtungen gemäß dem Stand der
Technik dar, 4 zeigt den Strom während des Starts
mit der vorgeschlagenen Lösung,
und 5 zeigt die von der Schaltung ausgeführte Anlaßlogik.
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Bei
jedem neuen Motorstart wird von der Steuereinheit ein neuer Strompegel
Ip gespeichert, so daß die
Schaltung sich automatisch an die neuen Bedingungen hinsichtlich
Last, Versorgungssystemspannungen (Überspannung oder Unterspannung) und
an die Temperaturbedingungen sowohl der Betriebsspule B1 als auch
der Anlaßspule
B2 des Stators B anpassen kann. Da das Speichern bei jedem neuen
Anlaßzyklus
durchgeführt
wird, erfordert die Schaltung keine vorhergehende Eichung auf bestimmte
Motoren, deren Betrieb auf der prozentualen Verringerung des Stromwertes,
nicht aber des Stroms selbst, beruht, so daß ein- und dieselbe Schaltung für eine große Vielfalt
an Motoren Anwendung finden kann.
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Falls
ein erfolgloser Motor-Startversuch erfolgt, bei dem der Rotor blockiert
bleibt und keine Verringerung des gemessenen Stromwertes auftritt, weist
die Steuereinheit das Öffnen
des Anlaß-
und des Betriebsschalters S1 bzw. S2 an, wenn das Verhältnis zwischen
einem momentanen, vom Stator B aufgenommenen Strompegel Ia und dem
Anlaßstrompegel
Ip innerhalb einer maximalen Zeitdauer, die zuvor für das Beenden
des Motorstarts festgelegt wurde, höher als der vorbestimmte Wert
Km ist. In diesem Zustand wird die erste Zeitdauer t1, die in den 3 und 4 angegeben
ist, übermäßig verlängert und
erreicht eine maximal zulässige
Zeit, und das öffnen
sowohl des Betriebsschalters S1 als auch des Anlaßschalters
S2 schützt
den Motor und die Schalter. In diesem Fall wartet die Schaltung
die angemessene Motorabkühlzeit
und/oder die Zeit ab, die erforderlich ist, um den Lastzustand an
das vom Motor zugeführte
Drehmoment anzupassen, bevor sie einen neuen Anlaßzyklus
beginnen läßt.
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Während des
Normalbetriebs des Motors wird der Strom laufend gemessen und mit
einem Grenzwert verglichen, und wenn dieser Grenzwert überschritten
wird, sorgt die Steuereinheit 11 für das Öffnen sowohl des Betriebsschalters
S1 als auch des Anlaßschalters
S2 und schützt
so den Motor.
