DE69312576T2

DE69312576T2 - Anlassschaltung für einen Einphasen-Induktionsmotor

Info

Publication number: DE69312576T2
Application number: DE69312576T
Authority: DE
Inventors: Shigehiro Ichida; Yuichi Takaoka; Yoshihiro Yamada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2013-05-26
Also published as: EP0571956B1; JPH05328767A; EP0571956A1; DE69312576D1; US5391971A

Description

Die vorliegende Effindung bezieht sich allgemein auf eine Schaltungsanordnung zum Starten eines Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors, und insbesondere auf eine solche Schaltungsanordnung, die auf kontaktlose Weise einen Startstrom abschneiden kann, nachdem der Motor gestartet wurde.
Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotoren werden häufig in Kompressoren und verschiedenen Pumpen von Kühlschränken verwendet. Bei einer Startschaltung für einen Motor dieses Typs kommt üblicherweise ein elektromagnetisches Relais zum Einsatz. Relaiskontakte können jedoch aufgrund relativ großer Ströme während des Startens des Motors leicht abbrennen. Aus diesem Grunde hatte man schon daran gedacht, das elektromagnetische Relais durch ein Thermistorelement mit positivem Temperaturkoeffizienten zu ersetzen, das nachfolgend als PCT-Element bezeichnet werden soll.
Ein Beispiel einer konventionellen Motorstartschaltung mit PCT-Element ist in Figur 2 gezeigt. Gemäß Fig. 2 weist ein Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor 1 eine Hauptwicklung 2 und eine Hilfswicklung 3 auf. Jeweils ein Ende von Hauptwicklung 2 und Hilfswicklung 3 sind über einen Schalter 4 mit einer Stromversorgung 5 verbunden, während das andere Ende der Hauptwicklung 2 ebenfalls mit der Stromversorgung 5 verbunden ist. Darüber hinaus ist das andere Ende der Hilfswicklung 3 über ein PCT-Element 6 mit der Stromversorgung 5 verbunden.
Bei der Motorstartschaltung nach Figur 2 fließt ein Strom durch die Hilfswicklung 3, um den Motor 1 zu starten, wenn der Schalter 4 eingeschaltet wird. Sofort nach dem Start des Motors 1 fließt auch ein Strom durch das PCT-Element 6 hindurch. Demzufolge heizt sich das PCT-Element 6 im Laufe der Zeit selbst auf. Diese Selbsterhitzung des PCT-Elements 6 führt dazu, daß sich sein Widerstand schnell vergrößert, was zur Folge hat, daß der durch das PCT-Element 6 hindurchfließen de Strom schnell reduziert wird. Der durch die Hilfswicklung 3 hindurchfließende Startstrom nimmt daher recht schnell ab, so daß sich nach dem Start des Motors 1 der Leistungsverbrauch verringert.
Wie bereits erwähnt, erhitzt sich das PCT-Element 6 selbst, um in einen Zustand mit hohem Widerstand überführt zu werden. In diesem Zustand ist jedoch der durch das PCT-Element 6 hindurchfließ ende Strom nicht Null, sondern nur reduziert, wie der Figur 3 zu entnehmen ist. Es fließt somit nach wie vor ein Reststrom mit geringer Größe durch die Hilfswicklung 3 und das PCT-Element 6 hindurch. Das bedeutet, daß nach wie vor Leistung mit mehreren Watt verbraucht wird.
Andererseits nimmt nach Öffnen des Schalters 4 die Temperatur des PCT-Elements 6 nicht so schnell ab. Um den Motor 1 nach einer gewissen Betriebszeit neu starten zu können, muß daher so lange gewartet werden, bis das PCT-Element 6 abgekühlt ist. Diese Wartezeit bis zum Neustart des Motors list relativ lang.
Durch die Selbsterhitzung des PCT-Elements 6 können andererseits Komponenten in der Nähe des PCT-Elements 6 durch thermische Effekte nachteilig beeinflußt werden, während sich darüber hinaus auch die Lebensdauer des PCT-Elements 6 verringert, da es sich ständig selbst aufheizt.
Eine Schaltungsanordnung zum Starten eines Elektromotors ist bereits in der EPA-0034979 beschrieben und enthält eine Hauptwicklung und eine Hilfswicklung, die beide mit einer Stromversorgung verbunden sind. Die Hilfswicklung liegt in Serie mit einem PCT-Widerstand und einer Stromunterbrechungseinrichtung. Diese Stromunterbrechungseinrichtung enthält einen Bimetallkontakt, der mit einem zugeordneten Heizwiderstand versehen ist, und einen bewegbaren Kontakt, der mit einer Halteeinrichtung zum Halten des bewegbaren Kontakts an seiner offenen Position verbunden ist.
Während des Startbetriebs des Elektromotors befindet sich die Stromunterbrechungseinrichtung in einem leitenden Zustand, um einen Stromfluß durch die Hilfswicklung und den Heizwiderstand zu ermöglichen. Der Heizwiderstand erhitzt dabei den Bimetallkontakt, der sich in seine Stromunterbrechungsposition bewegt. Der durch die Hilfswicklung fließende Strom wird somit durch die Stromunterbrechungseinrichtung unterbrochen.
Weiterhin enthält eine aus der US-A-3,746,951 bekannte Schalteinrichtung für eine Motorstartwicklung einen Thyristor, vorzugsweise ein Triac, welcher in Serie mit der Startwicklung liegt, um den durch die Startwicklung fließenden Strom zu schalten. Die Gateelektrode des Thyristors ist mit einer Steuerschaltung verbunden, die Zündpulse erzeugt, welche an die Gateelektrode des Thyristors angelegt werden, um die zur Startwicklung gelieferte Leistung zu steuern.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltung zum Starten eines Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors unter Verwendung eines einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden Thermistorelements, wobei die Motorstartschaltung eine erhöhte Sicherheit aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Schaltung zum Starten eines Einphasen- Wechselstrom-Induktionsmotors nach Anspruch 1.
Fließt bei der vorliegenden Erfindung ein Startstrom, so fließt ein Strom durch die Hilfswicklung, durch das PCT-Element und durch einen Teil zwischen dem ersten und zweiten Hauptanschluß des Triacs, um dadurch den Motor zu starten. Das PCT-Element erhitzt sich selbst, so daß dessen Widerstandswert schnell ansteigt. Auf diese Weise wird der durch die Hilfwicklung fließende Strom erheblich verringert. Zusätzlich wird die Gatespannung des Triacs durch die Triggerschaltung verringert, um das Triac nach einer vorbestimmten Zeitperiode ab dem Start des Motors auszuschalten. Im Ergebnis wird der durch das PCT-Element fließende Strom unterbrochen.
Das bedeutet, daß sich der Leistungsverbrauch signifikant vermindern läßt, und zwar im Vergleich zur konventionellen Motorstartschaltung mit PCT-Element.
Nachdem der Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptanschluß des Triacs ausgeschaltet ist, fließt kein Strom mehr durch das PCT-Element. Demzufolge ist es möglich, diejenige Wiederholzeit, nach der der Motor erneut gestartet werden kann, erheblich zu verkürzen. Darüber hinaus läßt sich auch die Zeitperiode, während der das PCT-Element auf hoher Temperatur liegt, verringern. Schädliche Effekte auf Komponenten um das PCT-Element herum aufgrund thermischer Einflüsse lassen sich somit reduzieren, während sich andererseits auch die Lebensdauer des PCT-Elements selbst verlängern läßt.
Das Triac liegt zusätzlich in Reihe mit dem PCT-Element. Demzufolge kann eine Stromabschneideschaltung, die kontaktlos arbeitet, bei niedrigem Strom betrieben werden, was zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Motorstartschaltung führt.
Selbst wenn das Triac fehlerhaft arbeitet und ein Kurzschluß zwischen den ersten und zweiten Hauptanschlüssen auftritt, kann der durch die Hilfswicklung fließende Strom durch das PCT-Element begrenzt werden, was zu einer verbesserten Sicherheit der Motorstartschaltung führt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Schaltungsdiagramm einer Startschaltung für einen Einphasen- Wechselstrom-Induktionsmotor nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ein Schaltungsdiagramm einer konventionellen Motorstartschaltung;
Figur 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Änderung des Stromflusses durch ein PCT-Element in der konventionellen Schaltung in Abhängigkeit der Zeit; und
Figur 4 ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Triggerschaltung.
Die Figur 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Startschaltung für einen Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor 11 weist eine Hauptwicklung 12 und eine Hilfswicklung 13 auf. Jeweils ein Ende von Hauptwicklung 12 und Hilfswicklung 13 sind mit einer Stromversorgung 15 über einen Schalter 14 verbunden. Das andere Ende der Hauptwicklung 12 ist ebenfalls mit der Stromversorgung 15 verbunden. Ein PCT-Element 16 liegt in Reihe mit dem anderen Ende der Hilfswicklung 13. Als PCT-Element 16 kann ein solches mit beliebigem, konventionellen Aufbau verwendet werden. Beispielsweise kann ein PCT-Element zum Einsatz kommen, bei welchem Elektroden auf beiden Hauptoberflächen einer Halbleiterkeramik gebildet sind, die beispielsweise vom Bariumtitanatsystem sein kann. Ein erster Hauptanschluß eines Triacs 17 ist mit dem PCT-Element 16 verbunden. Ein zweiter Hauptanschluß des Triacs 17 ist dagegen mit der Stromversorgung 15 verbunden. Insbesondere liegt ein Bereich zwischen dem ersten und zweiten Hauptanschluß des Triacs 17 in Reihe mit der Hilfswicklung 13 und dem PCT-Element 16.
Andererseits ist eine Triggerschaltung 18 mit dem Gateanschluß des Triacs 17 verbunden. Die Triggerschaltung 18 liefert eine Gatespannung zum Gateanschluß des Triacs 17 und ist so aufgebaut, daß sie die Gate spannung soweit reduziert, daß der Bereich zwischen dem ersten und zweiten Hauptanschluß des Triacs 17 ausgeschaltet wird, und zwar nach einer vorbestimmten Zeitperiode ab dem Start des Motors 11. Als Triggerschaltung 18 kann eine bekannte Schaltung verwendet werden, beispielsweise eine CR-Schaltung. Ein Ausführungsbeispiel ist in Figur 4 gezeigt.
Die Triggerschaltung 18 ist so aufgebaut, daß eine Diode 23, ein Widerstand 24 und ein Kondensator 25 in Serie zwischen Anschlüssen 21 und 22 liegen, die mit der Stromversorgung 15 (siehe Figur 1) verbunden sind. Dabei ist ein Knoten 26 zwischen dem Widerstand 24 und dem Kondensator 25 mit dem Gateanschluß des Triacs 17 verbunden. In dieser Triggerschaltung 18 wird die Gatespannung reduziert, und zwar unter Verwendung der an den Kondensator 25 angelegten Ladespannung nach Einschalten der Stromversorgung 15.
Die Triggerschaltung 18 kann durch eine bekannte Schaltung realisiert werden, etwa durch die CR-Schaltung nach Figur 4. Die zeitliche Steuerung, zu der das Triac 17 ausgeschaltet wird, kann dabei auf der Grundlage der Zeitperiode durchgeführt werden, die ab dem Start des Motors 11 verstrichen ist. Alternativ kann die zeitliche Steuerung auf der Grundlage der Anzahl der Umdrehungen des Motors 11 eingestellt werden sowie auf der Grundlage der induzierten elektromotorischen Kraft in der Hilfswicklung 13.
Nachfolgend wird der Betrieb der Schaltung zum Starten eines Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im einzelnen erläutert.
Ist der Schalter 14 geschlossen, und ist die Triggerschaltung 18 in Betrieb, so ist der Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptanschluß des Triacs 17 eingeschaltet. In diesem Fall fließt ein Strom durch die Hilfwicklung 13, so daß der Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor 11 gestartet wird. Der Strom fließt durch das PCT-Element 16, so daß sich dieses selbst erhitzt, was zu einer schnellen Erhöhung des Widerstandswertes des PCT-Elements 16 führt. Im Ergebnis wird die Größe des durch die Hilfswicklung 13 fließenden Stroms, der auch durch das PCT-Element 16 und das Triac 17 hindurchfließt, schnell verringert.
Darüber hinaus reduziert die Triggerschaltung 18 die Gatespannung des Triacs 17, um den Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Hauptanschluß des Triacs 17 auszuschalten, und zwar nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode ab dem Start des Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors 11. Das hat zur Folge. daß der durch die Hilfswicklung 13 fließende Strom Null wird. Die Hauptwicklung 12 und die Triggerschaltung 18 werden weiterhin mit Energie versorgt, bis der Schalter 14 geöffnet wird. Demzufolge wird der Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Haupt anschluß des Triacs 17 abgeschaltet gehalten, bis der Schalter 14 öffnet.
Bei der Mötorstartschaltung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nach dem Start des Motors 11 und nach dem Abschalten des Triacs 17 Leistung nur durch die Hauptwicklung 17 und die Triggerschaltung 18 verbraucht. Derleistungsverbrauch läßt sich somit praktisch auf 1/10 senken, und zwar im Vergleich zur konventionellen Motorstartschaltung nach Figur 2.
Nachdem der Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß des Triacs 17 abgeschaltet worden ist, wird das PCT-Element 16 ebenfalls nicht mehr mit Energie versorgt. Demzufolge verringert sich die Temperatur des PCT-Elements 16 allmählich während des nachfolgenden Betriebs des Motors 11. Das PCT-Element 16 wird somit hinreichend gekühlt und zwar während der Ausschaltzeit des Schalters 14, um den Motor 11 neu starten zu können. Somit läßt sich diejenige Zeitspanne, nach der der Motor frühestens neu gestartet werden kann, erheblich verringern, und zwar im Vergleich zur konventionellen Motorstartschaltung nach Figur 2.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist es klar, daß hier nur ein Ausführungsbeispiel betroffen war und die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Die Erfindung wird nur durch die Merkmale der beiliegenden Ansprüche eingegrenzt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Starten eines Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors (11) mit einer Hauptwicklung (12) und einer Hilfswicklung (13), enthaltend:

- ein Thermistorelement (16) mit positivem Temperaturkoeffizienten in Serie mit der Hilfswicklung (13); und

- Mittel (17, 18) zum Abschneiden eines Stroms, der durch das Thermistor element (16) mit positivem Temperaturkoeffizienten und durch die Hilfswicklung (13) fließt;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Abschneidemittel folgendes aufweisen:

- ein Triac (17) mit ersten und zweiten Hauptanschlüssen und einem Gateanschluß, wobei ein Bereich zwischen dem ersten und zweiten Hauptanschluß in Serie mit dem den positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden Thermistorelement (16) liegt; und

- eine mit dem Gateanschluß des Triacs (17) verbundene Triggerschaltung (18) zur Verminderung der Gatespannung des Triacs zwecks Ausschaltung des Triacs (17) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode ab dem Start des Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotors (11).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung (18) einen Widerstand (24) und einen damit in Reihe geschal-30 teten Kondensator (25) aufweist, und daß ein Knoten zwischen dem Widerstand (24) und dem Kondensator (25) mit dem Gateanschluß des Triacs (17) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatespannung durch Aufladen des Kondensators (25) reduziert wird, um auf diese Weise die vorbestimmte Zeitperiode festzulegen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Diode (23), die mit einem Bereich zwischen der Triggerschaltung (18) und einer Stromversorgung (15) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermistorelement (16) mit positivem Temperaturkoeffizienten unter Verwendung einer Halbleiterkeramik aus einem Bariumtitanatsystem gebildet ist.