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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Startsystem für einen Elektromotor einer
eine Hauptspule und eine Zusatzspule, die über eine Stromquelle versorgt werden,
aufweisenden Bauart, wobei das System umfaßt: einen Schalter, der zwischen
der Stromquelle und der Zusatzspule angeordnet ist und einen offenen
Zustand, in dem die Zusatzspule unbestromt bleibt, sowie einen geschlossenen
Zustand zum Bestromen der Zusatzspule aufweist, und eine Betätigungseinrichtung
zum Schließen
und Öffnen
des Schalters.
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Bei
herkömmlichen
Konstruktionen weist ein Elektromotor der oben erwähnten Art
eine Haupt- und
eine Zusatzspule auf, die über
eine Stromquelle durch einen Startkreis des Elektromotors, der üblicherweise
ein Startrelais oder einen Thermistor (PTC) aufweist, welcher in
einem Gehäuse
montiert ist, das elektrisch an die Außenwand des Verdichtergehäuses angeschlossen
wird, in dem der Elektromotor betrieben wird, mit Strom versorgt
werden. Ein Startsystem mit einem Startrelais ist aus der US-A-3 970
908 bekannt.
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Bei
diesen Bauweisen ist jeweils ein Anschluß der Haupt- und der Zusatzspule
dieses Elektromotors durch ein Schaltelement dieses Startkreises
direkt mit der Stromquelle verbunden, während ein anderer Anschluß der Zusatzspule
durch das Startrelais oder den PTC elektrisch mit der Stromquelle
verbunden ist.
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Bei
den Bauweisen, die mit einem Startrelais arbeiten, führt die
Anregung einer Wicklung desselben zum magnetischen Schließen ihrer
Kontakte, so daß Strom
zur Zusatzspule des Elektromotors fließen kann. Dieser Bestromungszustand
dauert an, solange der durch die Wicklung des Relais fließende Strom
ausreicht, den geschlossenen Zustand seiner Kontakte aufrecht zu
erhalten. Im allgemeinen wird unmittelbar nach dem Starten, wenn
die Spannung in der Hauptspule des Motors abfällt, der Strom durch die Wicklung
des Relais merklich verringert, was nicht immer zum gewünschten
Zeitpunkt zu einem Öffnen
der Relaiskontakte und zur Unterbrechung des durch die Zusatzspule
des Motors fließenden Stroms
führt.
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Die
Verwendung eines Startrelais hat ferner einige Nachteile, wie z.B.
eine möglicherweise
auftretende Verschmelzung der Relaiskontakte in einer Situation
mit hoher Stromentladung, mögliche
elektrische Störungen
und Funkenbildung.
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Bei
der Bauweise, die mit einem Start-PTC arbeitet, läßt der PTC
nach dem Starten des Elektromotors Strom zur Zusatzspule fließen, wobei
dieser Zustand abhängig
von den Eigenschaften des PTC vorübergehend aufrechterhalten
wird. Durch das Fließen
von Strom wird die PTC-Temperatur verändert und steigt stetig an.
Durch die Erwärmung
wird der PTC-Widerstand
allmählich
erhöht,
was den Stromfluß zunehmend
hemmt und folglich zu einer Verringerung des Stromflusses zur Zusatzspule
führt, wobei
diese Verringerung solange erfolgt, bis der Stromfluß zur Zusatzspule
blockiert ist. In der Praxis ist es jedoch so, daß der PTC-Widerstand zwar den Strom
durch die Zusatzspule des Motors allmählich verringert, die Stromversorgung
der Zusatzspule jedoch effektiv nicht unterbricht, so daß dort ein
Reststrom verbleibt, was zu einem Energieverbrauch durch den Elektromotor
führt.
Darüber
wird der PTC durch den vorhandenen Stromfluß ständig erwärmt, was neue Starts des Elektromotors
beeinträchtigt,
da ein erneuter Start nur dann erfolgen sollte, wenn der PTC eine
vorbestimmte Temperatur aufweist, bei der kein merklicher Widerstand
gegen den Stromfluß vorliegt.
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Neben
den Nachteilen, die von der Bereitstellung eines Startrelais oder
eines PTC zum Starten des Elektromotors herrühren, verursacht diese herkömmliche
Bauweise, bei welcher der Startkreis mit solchen Elementen an der
Außenseite
des Verdichters versehen ist, einige Nachteile, wie z. B. eine übermäßige Erwärmung des
Gehäuses
und folglich der Bauteile, die in diesem montiert sind, eine schwierige
und umständliche
Montage des Gehäuses
am Verdichter und eine Einwirkung von Stößen auf das Gehäuse, wenn
der Verdichter, z.B. während des
Transports, bewegt wird, was zu einer unerwünschten Trennung des den Startkreis
enthaltenden Gehäuses,
vom Verdichtergehäuse
führen
kann.
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Die
GB-A-2 082 855 beschreibt ein Startsystem, das ein galvano-magnetisches
Element umfaßt, welches
im Inneren des Elektromotors bereitgestellt ist und dem Magnetfeld
der Hauptspule unterliegt.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines
Startsystems für
einen Elektromotor, mit dem auf die Verwendung eines Startrelais
oder eines Start-PTC im Startkreis des Motors verzichtet werden
kann, um die Nachteile zu vermeiden, die von der Verwendung dieser
Bauteile herrühren.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Startsystem
für einen
Elektromotor der oben erwähnten
Art bereitzustellen, das an einem hermetischen Verdichter ohne die
aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile montiert werden kann.
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Diese
und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein Startsystem
der oben genannten Art erreicht, bei dem die Betätigungseinrichtung im Inneren
des Elektromotors vorgesehen ist und die Stärke eines Magnetfelds erfaßt, das
von der Hauptspule erzeugt wird, die zum Betrieb des Elektromotors
bestromt ist, wobei die Betätigungseinrichtung
den Schalter schließt,
wenn die erfaßte
Stärke des
Magnetfelds der Hauptspule über
einem bestimmten Mindestwert liegt, und den Schalter öffnet, wenn
die erfaßte
Stärke
des Magnetfeldes der Hauptspule kleiner oder gleich dem bestimmten
Mindestwert ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
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1 schematisch
die Haupt- und die Zusatzspule des Elektromotors, die mit dem Startsystem
nach der vorliegenden Erfindung gekoppelt sind, gemäß einer
baulichen Ausgestaltung derselben,
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2 schematisch
die Haupt- und die Zusatzspule des Elektromotors, wie sie in 1 dargestellt
sind, mit dem Startsystem nach der vorliegenden Erfindung gekoppelt,
gemäß einer
anderen baulichen Ausführungsform
derselben,
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3 schematisch
eine Bauweise für
das Startsystem nach der vorliegenden Erfindung,
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4 schematisch
eine andere Bauweise für
das Startsystem nach der vorliegenden Erfindung,
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5 schematisch
und in einer Perspektivdarstellung die Haupt- und die Zusatzspule
eines Elektromotors, wobei die Montageausrichtung des Startsystems
nach der vorliegenden Erfindung, wie es in 3 gezeigt
ist, dargestellt ist,
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6 schematisch
eine bauliche Variante des Startsystems aus 2, wobei
ein Schalterschutzelement dargestellt ist,
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7 schematisch
eine Bauweise für
das Schalterschutzelement, das in 6 dargestellt
ist, und
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8 schematisch
und im vertikalen Querschnitt einen Teil eines Verdichters, der
in einem Kühlsystem
verwendet werden soll, wobei die Montageausrichtung des in 7 gezeigten
Schalterschutzelements unter den Spulen des Elektromotors des Verdichters
dargestellt ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit einem Elektromotor
der Bauart beschrieben, die ein einem Kühlverdichter verwendet wird,
mit einer Hauptspule 1 und einer Zusatzspule 2, die über eine
Stromversorgung 3, wie z. B. das Stromnetz, mit Wechselstrom
versorgt werden.
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Während des
Starts des Elektromotors wird ein Startstrom mit einer Stromstärke, die üblicherweise
deutlich größer als
die des normalen Betriebsstroms des Elektromotors ist, an die Hauptspule 1 des
Elektromotors übertragen,
wodurch ein starkes Magnetfeld erzeugt wird. Bei den bekannten Verfahren
aktiviert beim Starten des Elektromotors der Startstrom einen nicht
gezeigten Startkreis, der den Strom zur Zusatzspule 2 während eines
bestimmten Zeitintervalls durchläßt, das
je nach Leiteigenschaften des Startkreises unterschiedlich ist,
wobei dieser Stromdurchfluß zur
Zusatzspule 2 meist unterbrochen wird, wenn der durch die
Hauptspule 1 fließende
Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, der im wesentlichen dem
normalen Betriebsstrom des Elektromotors entspricht.
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Die
gemäß dem Stand
der Technik bereitgestellten Bauweisen, die einen Startkreis aufweisen und
außen
am hermetischen Gehäuse 4 des
Verdichters montiert sind, in dem der Elektromotor arbeitet, haben
die gerade erörterten
Nachteile.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung und der Darstellung in den beigefügten Zeichnungen erfolgt die
Bestromung der Zusatzspule 2 des Elektromotors bei dessen
Start über
eine Betätigungseinrichtung 10,
die sowohl mit der Zusatzspule 2 als auch mit der Stromquelle 3 in
Wirkverbindung steht und im Inneren des Elektromotors montiert ist,
um dem magnetischen Feld ausgesetzt zu werden, das durch den Strom
erzeugt wird, welcher durch die Hauptspule 1 fließt, was
die selektive Versorgung der Zusatzspule 2 durch die Stromquelle 3 ermöglicht,
wenn die Stärke
des durch die Hauptspule 1 fließenden Stroms zu einer Magnetfeldstärke führt, die über einem
bestimmten Mindestwert liegt, der üblicherweise während des
Startens des Elektromotors erreicht wird. Die Bestromung der Zusatzspule 2 wird
aufrechterhalten, bis die Stärke
des durch die Hauptspule 1 fließenden Stroms einen bestimmten
Wert erreicht, um ein Magnetfeld mit dem vorbestimmten Wert zu erzeugen,
unterhalb dessen die Zusatzspule 2 unbestromt bleibt.
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Die
Betätigungseinrichtung 10 besteht
z.B. aus einem ferromagnetischen Kern, der im Inneren eines Stators
des Elektromotors im Mittelbereich seiner Hauptspule 1,
vorzugsweise an einem von vier bereits bekannten elektrisch neutralen
Punkten des Motors, montiert ist.
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Beim
Start des Elektromotors wird die Betätigungsschaltung 10 bestromt,
um einen Schalter 20, der zwischen der Stromquelle 3 und
der Zusatzspule 2 vorgesehen ist, von einem offenen Zustand,
in dem die Zusatzspule 2 unbestromt bleibt, in einen geschlossenen
Zustand zu schalten, so daß die
Zusatzspule 2 mit Strom (Startstrom) versorgt werden kann, wobei
der geschlossene Zustand beibehalten wird, bis das Magnetfeld den
bestimmten Mindestwert erreicht hat.
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Wenn
durch die Zusatzspule 2 Strom fließt, erfolgt eine Verringerung
des durch die Hauptspule 1 fließenden Stroms, wodurch auch
die Stärke
des Magnetfeldes, das auf die Betätigungseinrichtung 10 und
folglich auf den Schalter 20 einwirkt, verringert wird.
Wenn die Verringerung des Magnetfeldes den bestimmten Mindestwert
erreicht, der nicht ausreicht, um den geschlossenen Zustand des
Schalters 20 aufrecht zu erhalten, schaltet die Betätigungseinrichtung 10 diesen
letzteren in den offenen Zustand.
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Bei
einer baulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (1) betätigt die
Betätigungseinrichtung 10 den
Schalter 20 mechanisch, um seinen Leitzustand zu verändern, und ändert dabei
jeweils dessen „geschlossene" und „offene" Zustände. Bei
dieser Bauweise legt die Betätigungseinrichtung 10 (3 und 4)
eine Gleiteinrichtung fest, die mit einem Paar von Kontaktanschlüssen versehen
ist, die jeweils an einem Kontakt eines Paares mechanischer Kontakte 21 sitzen,
welche den Schalter 20 festlegen, wenn sich der letztere
in seinem geschlossenen Zustand befindet. In diesem Zustand sind
die Kontakte des Paares von Kontakten 21 über die
Betätigungseinrichtung 10 elektrisch
miteinander verbindbar.
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Die
Betätigungseinrichtung 10 dieser
Bauweise ist mechanisch zwischen einer unwirksamen Stellung, bei
der der Schalter 20 geöffnet
und seine Kontaktanschlüsse
vom Paar von Kontakten 21 des Schalters 20 beabstandet
gehalten werden, und einer wirksamen Stellung, in welcher der Schalter durch
das Anliegen der Kontaktanschlüsse
an dem Paar von Kontakten 21 des Schalters 20 geschlossen wird,
verschieblich.
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Die
Betätigungseinrichtung 10 und
das Paar von Kontakten 21 des Schalters 20 sind
bei dieser Bauweise in einem hermetischen Gehäuse 30 (3 und 4)
vorgesehen, das elektrisch durchlässig ist, z.B. aus Glas gefertigt
ist, um das Auftreten von Funken im Innenraum des Elektromotors
zu vermeiden.
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Bei
dieser Bauweise wird, wenn die Verringerung des Magnetfeldes einen
bestimmten Mindestwert erreicht, der nicht ausreicht, um den geschlossenen
Zustand des Schalters 20 beizubehalten, der letztere durch
eine Rückstelleinrichtung,
die entweder mittels Schwerkraft oder mittels Federkraft wirkt, in
seinen offenen Zustand zurückgeführt. Bei
der in 4 dargestellten Ausführungsform ist die Rückstelleinrichtung
als Federelement 40 festgelegt.
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Bei
einer anderen baulichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
(2) liegt der Schalter in Form eines Festkörperelements,
wie als elektronisches Element, beispielsweise als Triac, der üblicherweise
die Bestromung der Zusatzspule 2 blockiert und sie im geschlossenen
Zustand des Schalters 20 wahlweise zuläßt, vor.
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Der
Triac wird bestromt, wenn der Strom durch die Hauptspule 1 des
Elektromotors fließt,
wodurch das Magnetfeld über
dem bestimmten Mindestwert erzeugt wird.
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Bei
dieser Bauweise verbindet jeder Anschluß eines Paares der Triac-Anschlüsse den
Triac mit der Zusatzspule 2 bzw. der Stromquelle 3,
während
die Betätigungseinrichtung 10 als
Auslöser
für den
Triac dient, um diesen beim Start des Elektromotors zu bestromen,
wodurch der Triac mit einem bestimmten Strom versorgt wird, der
verringert werden kann, bis der Abschnitt zwischen den Anschlüssen des
Triac ausgeschaltet wurde, wobei dieser Zustand erreicht ist, wenn
das Magnetfeld, das mit dem durch die Hauptspule 1 fließenden Strom
erzeugt wird, den bestimmten Mindestwert aufweist.
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Die
Betätigungseinrichtung 10 umfaßt bei dieser
Bauweise einen Transformator, dessen Primärwicklung durch die Hauptspule 1 des
Elektromotors und dessen Sekundärwicklung
durch eine Wicklung 11 festgelegt ist, die einen mit dem
Triac verbundenen Anschluß aufweist
und dessen Auslöser
festlegt, und durch die ein Strom fließt, der durch den Startstrom
induziert wurde, welcher durch die Hauptspule 1 des Elektromotors
fließt.
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Bei
einer baulichen Variante der vorliegenden Lösung, die in 2 dargestellt
ist, umfaßt
der Startkreis des Elektromotors mit einem Schalter 20, der
elektronisch ist, ferner einen Dauerkondensator 5 (6),
der zwischen der Hauptspule 1 und der Zusatzspule 2 in
Reihe geschaltet ist und den Wirkungsgrad des Elektromotors erhöht. Bei
dieser Bauweise ist auch ein mit dem Schalter 20 und der
Zusatzspule 2 in Reihe geschaltetes Schutzelement 50 vorgesehen,
z. B. ein Widerstand, der den Startstrom des Elektromotors verringert
und den Schalter 20, wenn dieser elektronisch ist, vor
zufälligen
elektrischen Entladungen schützt,
die vom Dauerkondensator 5 herrühren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Widerstand 50 im Inneren einer hermetischen
Kapsel 60 (7) vorgesehen, die aus einem
elektrisch neutralen Material, wie z. B. transparentem Glas, besteht und
vorzugsweise in das Öl
eingetaucht ist, das in einem Ölbehälter 6 enthalten
ist, welcher im Inneren des hermetischen Gehäuses 4 des Verdichters
festgelegt ist, in dem der Elektromotor vorgesehen ist (8),
um zu vermeiden, daß die
Erwärmung
des Widerstands 50 andere Bauteile im Startkreis beeinträchtigt.
Mit dieser Anordnung kann eine hohe Energieverteilung erfolgen und
die Innentemperatur des Verdichters bei Werten gehalten werden,
die mit denen während
des Betriebs des Verdichters kompatibel sind.
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Bei
der baulichen Ausführungsform,
bei der der Schalter 20 ein Festkörperelement oder, wie gezeigt,
der Triac ist, kann die Montage des Schalters innerhalb des hermetischen
Gehäuses,
in dem der Elektromotor vorgesehen ist, beispielsweise in einem kühleren Bereich
des Gehäuses,
z.B. benachbart dem Ansaugkreis des Kühlsystems des Verdichters, erfolgen.