DK158689B - Termisk relae, navnlig til start af enfasede asynkronmotorer - Google Patents

Description

i

DK 158689B

Opfindelsen angår et motorstartrelæ for en enfaset motor med start- og driftsviklinger og med en modstand med positiv temperaturkoefficient, som udviser en skarp stigning i resistiviteten, når den opvarmes til 5 over et valgt temperaturniveau, et hus af termisk isolerende materiale for modstanden og et par eftergiveli-ge elektrisk ledende metalliske kontaktorganer, der ligger elektrisk an mod de respektive modstående sider af modstanden for forbindelse af modstanden i serie med 10 startviklingen i motoren.

Det er kendt at anbringe et resistivt element med positiv temperaturkoefficient i serie med startviklingen i f.eks. en køleskabskompressormotor med henblik på at muliggøre en stor begyndelsesstrøm i startviklin-15 gen, når motoren tilkobles. Det resistive element varmes op og stabiliseres i en tilstand med stor modstandsværdi under motorens drift, således at startviklingsstrømmen reduceres til et meget lavt niveau, når startviklingen har afsluttet startfunktionen. Når moto-20 rens drift derefter afbrydes ved aktivering ved hjælp af en motorbeskytter eller på anden måde, afkøles modst and s elementet og kommer herved tilbage i sin udgangstilstand, så det kan anvendes til en ny start af motoren. I et sådant arrangement påvirkes motorens drift-25 virkningsgrad i det mindste i nogen grad af effekttab i modstandselementet under motorens normale drift. Endvidere kan elementets tilstand, hvis motoren forsøges genstartet, før modstandselementet er afkølet tilstrækkeligt, påvirke den korrekte genstart i skadelig ret-30 ning. Det ville være ønskeligt at reducere et sådant effekttab i modstandselementet til et meget lavt niveau og samtidigt at indrette modstandselementet til hurtigt at blive afkølet efter afbrydelse af motorens drift for at tillade hurtig genstart af motoren, hvis en sådan 35 genstart skulle vise sig at være ønskelig kort tid efter afbrydelsen af motorens drift.

2

DK 158689 B

Med opfindelsen er det hensigten at tilvejebringe et nyt og forbedret termisk relæ til start af elektromotorer, at tilvejebringe et sådant relæ, der er særligt egnet til start af asynkronmotorer til kølekom-5 pressorer, at tilvejebringe et sådant relæ med et modstandselement med positiv temperaturkoefficient, og hvori effekttabet i modstandselementet under motorens drift er reduceret til et meget lavt niveau, og hvor modstandselementet også er indrettet til at køle hur-10 tigt efter afbrydelse af motorens drift for hurtigt at bringe relæet tilbage i sin udgangstilstand til genstart af motoren, og ydermere at udforme et sådant termisk relæ, således at det kan produceres økonomisk.

Et motorstartrelæ af den indledningsvis angivne 15 art, hvor kontaktorganerne er anbragt mellem huset og respektive modstående sider af modstanden, er ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at kontaktorganerne holder det meste af modstandens overflade adskilt fra huset med henblik på reduktion af varmeoverførsel fra 20 modstanden direkte til huset, at kontaktorganerne i det mindste har nogle elektrisk ledende metaldele af et materiale med relativt stor termisk modstand for at reducere varmeoverførsel fra modstanden til huset via kontaktorganerne, at huset er kompakt og generelt kugle-25 formet og er opbygget til i det væsentlige at indeslutte og tæt omgive modstanden og væsentlige dele af kontaktorganerne .

Et således udformet motorstartrelæ byder på følgende fordele.

30 Der opnås reduktion af den termiske masse af re læet dels på grund af det opnåede forhold mellem hus.ets areal og volumen, dels på grund af kontaktorganernes termiske konduktivitetskarakteristik.

Den herved opnåede, reducerede varmeoverførsel 35 fra modstanden til huset foregår således langsommere end i de kendte relæer, således at PTC-stabiliserings-

DK 158689B

3 temperaturen kommer til at ligge på en højere værdi under normale driftsbetingelser. Herved fås der også et mindre energitab og med relæets lavere indre varmemængde er der opnået mulighed for hurtigere tilbagevenden 5 til den korrekte, ønskede temperatur, i det tilfælde hvor motoren hurtigt skal genstartes.

En specielt hensigtsmæssig udførelsesform, hvor kontaktorganerne omfatter terminaldele til forbindelse af modstanden i serie med startviklingen i motoren og 10 relativt tynde fjederdele fastgjort til nævnte terminaldele for fjedrende at ligge an mod nævnte modstående sider af modstanden, er ejendommelig ved, at de tynde fjederdele er dannet af nævnte metal med nævnte store termiske modstand for at tilvejebringe en termisk bar-15 riere mellem modstanden og terminaldelene og huset.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser et termisk relæ ifølge opfindelsen med låget fjernet, set ovenfra, 20 fig. 2 et snit efter linien 2-2 i fig. 1, med låget påmonteret, fig. 3 et snit efter linien 3-3 i fig. 1, med låget påmonteret, fig. 4 det delvist i fig. 2 og 3 viste låg set 25 ovenfra, fig. 5 et snit efter linien 5-5 i fig. 4, fig. 6 det i fig. 4 viste låg set nedefra, fig. 7 et snit efter linien 7-7 i fig. 6, fig. 8 en detalje af de elektriske kontakter i 30 relæet ifølge opfindelsen, fig. 9a og 9b detaljeret en af holde- og kontaktfjedrene til den termofølsomme skive (PTC) i relæet ifølge opfindelsen, fig. 10a, 10b og 10c tre koblingsmåder for relæ-35 et ifølge opfindelsen, fig. lla> 11b og llc forskellige mekaniske monteringsmåder ifølge opfindelsen og 4

DK 158689 B

fig. 12 skematisk en produktionslinie for relæet ifølge opfindelsen.

Relæet 50 ifølge opfindelsen indeholder, som navnlig vist i fig. 1, et hus 1 af elektrisk og ter-5 misk isolerende materiale, hvori der er anbragt en skive 2 af et materiale med en positiv temperaturkoefficient (PTC) og af en type, der er velkendt for fagmænd, jfr. f.eks. USA-patentskrift 3.750.082 og 3.842.188.

Skivens størrelse er fortrinsvis forholdsvis lille, men 10 dog tilstrækkelig til opnåelse af den ønskede drift af startviklingen. Hvis PTC-materialet er et sædvanligt dsteret bariumtitanatkeramikmateriale med en Curietemperatur på 130®C, har skiven typisk en diameter på 0,700" (ca. 17,5 mm) og en masse på 5 gram for 220 volt 15 motorer og mindre, f.eks. 3 gram, hvis den er indrettet til start af 120 volt motorer.

Skiven 2 holdes på plads af ribber 3 på indersiden af huset 1 og af to bladfjedre 4 og 5, der er fastgjort til elektriske forbindelsesorganer 6 20 og 7, der skal forklares nærmere nedenfor. Fjedrene 4 og 5 har finner eller arme 4a, 4b og 5a, 5b, der danner kontakt med metalliserede overflader 8 og 9, der sædvanligvis findes på skiven 2.

De elektriske forbindelseselementer 6 og 7 25 er forenet med øvre klemmer 10,10' og 11,11' af typen "guickconnect" og med eftergivelige nedre forbindelsesklemmer 12 og 13 af typen "plug-on", så de er selvjusterende, når de anbringes på stifter 51.1 på en lufttæt forbindelsesdel (fusite) for en kølekompres-30 sor eller på et passende klembræt. De elektriske forbindelsesorganer 6 og 7 holdes desuden på plads ved hjælp af fremspring eller ribber 14,15 og 16,17 på indersiden af huset 1. På ydersiden af huset 1 findes åbninger 18 og 19 til indgreb for fremspring 35 eller tunger, der er udformet på relæets låg. Disse tunger er ikke vist i fig. 1.

DK 158689B

5

Pig. 2 viser et snit efter linien 2-2 i fig. 1, hvor låget 20 er anbragt på plads på huset 1. Den brudte linie 21 viser konturen af den iøvrigt ikke viste del af låget 20. Det kan ses her, at den krumme 5 del 20a slutter sig til en riflet flad del 20b med henblik på at lette indsætningen i relæet ifølge opfindelsen af stifterne 51.1 på den lufttætte forbindelsesdel 51 eller en anden elektrisk forbindelsesdel.

Pig. 3 viser et snit efter linien 3-3 i fig. 1, 10 hvor relæet er vist uden den lufttætte forbindelsesdel 51 eller en anden forbindelsesdel. I denne figur er låget 20 vist på plads på huset 1, idet tungerne 22 og 23 på låget med snapvirkning griber ind i åbningerne 18 og 19. Terminalerne 10 og 11 er be-15 stemt til at forbindes med kabler 56. De andre dele af relæet er allerede blevet forklaret og vil derfor ikke blive nærmere omtalt her.

Fig. 4 viser det i fig. 2 og 3 viste låg ovenfra. Som det vil ses har låget en firkantet flangedel 20 24 med åbninger 25, 26, 27 og 28 til forbindelsesterminalerne 10,10', 11 og 11' samt tungerne 22 og 23, der er bestemt til at gribe ind i åbningerne 18 og 19 i huset 1. Pig. 4 viser den krumme del 20a og den riflede del 20b. Fig. 5 viser et 25 snit efter linien 5-5 i fig. 4.

Pig. 6 og 7 viser henholdsvis det i fig. 2 og 3 delvis viste låg set nedefra og et snit efter linien 7-7 i fig. 6. Disse figurer viser indre ribber 3.3 og 3.2 i låget til bestemmelse af positionen for PTC-30 skiven, der er angivet ved en stregpunkteret kurve 2a i fig. 7, hvorved skiven omsluttes, og varmeledningen fra skiven til huset og dermed effekttabet nedsættes mest muligt når først driftstemperaturen for PTC-ele-mentet er nået. Udformningen af huset 1 og låget 20 35 giver også sammen relæet en generelt kugleformet ydre konfiguration som vist på tegningen, hvorved overflade/

DK 158689B

6 volumen-forholdet for relækonstruktionen nedsættes mest muligt til yderligere reduktion af effekttab, når relæets driftstemperatur er nået.

Fig. 8 viser detaljeret de elektriske kontakter 5 i relæet ifølge opfindelsen. Således har kontakten 7 et legeme 29, hvorpå der er anbragt terminaler 11 og 11' af typen "quick-connect" og en terminal 13 af typen "plug-on", som er svejset til legemet 29 til forbindelse med den såkaldte "fusite"-stift 51.1 eller 10 et klembræt. På den centrale del af legemet 29 er fastgjort en tynd holde- og kontaktfjeder 5 for PTC-skiven, ~idet den fortrinsvis er punktsvej set til legemet, således som angivet ovenfor ved henvisningerne 4 og 5 i fig. 1.

15 Fig. 9a og 9b viser i detaljer en af holde- og kontaktfjedrene 5 for den varmefølsomme skive i relæet ifølge opfindelsen.

Fjederen 5 har et legeme 30 af et materiale med passende elektrisk ledningsevne og af et metal med i 20 forholdsvis stor termisk modstand f.eks. rustfrit stål og har en midterdel 31 til fastgørelse fortrinsvis ved punktsvejsning til legemet 29 i relæets elektriske kontakt 7. Fjederlegemet 30 har to finner 32 og 33 med opadvendende og tilspidsende ender 34 og 25 35, der hver har et lag 36 af elektrisk godt ledende materiale f.eks. sølv, der er anbragt til opnåelse af god elektrisk kontakt med de ledende overflader 8 og 9 på PTC-skiven 2. Sølvbelægningen kan være anbragt ved plettering eller ved såkaldt "top-lay", "tape weld" 30 eller en lignende teknik. Fjedrene 4 og 5 har altså begrænset varmeoverførende kontakt med PTC-skiven 2, de er dannet af et materiale med stor termisk modstand, og de har et forholdsvis begrænset tværsnitsareal, hvorved varmeledningen fra skiven 2 til huset 1 35 nedsættes mest muligt til yderligere reduktion af efekttab ved relæets temperatur, når motoren er i gang.

7

DK 158689 B

Fjedrene udgør altså en termisk barriere mellem PTC-skiven og relæhuset. Fjedrene 4 og 5 har fortrinsvis en termisk modstand R*p af størrelsesordenen 250 eC/W eller mere til væsentlig forsinkelse af varmeafgi-5 velsen fra PTC-skiven 2.

Endelig har fjedrene af mekanisk hensyn ribber 37 og 38 til afstivning af finner 32 og 33 til opnåelse af et passende tryk mod PTC-skiven. Endvidere kan der findes ikke viste slidser i finnerne 32 og 10 33 til nedsættelse af varmeledningen gennem fjedrene.

F.eks. kan der anbringes en slids mellem ribberne 37 og en anden slids mellem ribberne 38. Selv om den viste konfiguration af fjederen 30 er den i praksis foretrukne, kan der også anvendes skruefjedre i relæet 15 50 ifølge opfindelsen.

I en foretrukken udførelsesform ifølge opfindelsen er der i relæet anvendt en PTC-skive af udvalgt lille størrelse, det har som anført en generelt kugleformet ydre konfiguration, og det har som beskrevet 20 ovenfor fjedre 4 og 5 med stor termisk modstand, således at relæets effekttab ved relætemperaturen, når motoren er igang, er af størrelsesordenen 2,0 W eller mindre ved anvendelse i 120 eller 220 volts motorer, samtidig med at relæet er indrettet til at afkøles til 25 genstart af motoren indenfor en periode af størrelsesordenen 200 sekunder eller mindre efter afbrydelse af motorens drift. Det vil med andre ord sige, at varmeafgivelsen er reduceret så meget, at PTC-skiven 2 kan drives i tilstanden med stor modstand ved meget små 30 strømniveauer til nedsættelse af relæets effekttab, men at den beskrevne relækonstruktion har så lille termisk masse, at den alligevel kan afkøles til begyndelsestilstanden indenfor et forholdsvis kort tidsrum efter afbrydelse af motorens drift.

35 Det skal bemærkes, at konfigurationen og koeffi cienten K<=kraft/udbøjning) for fjedrene er valgt så-

DK 158689B

8 ledes, at det af PTC-skiven og fjedrene dannede system har en mekanisk egensvingningsfrekvens langt fra de typiske aktiveringsfrekvenser, der optræder, og som f.eks. i motorkompressorer til køleanlæg kan være 50 5 eller 60 Hz. Fortrinsvis vælges fjederskivesystemets resonansfrekvens over 300 Hz.

Anbringelsen af to kontakter af typen "quick-connects" ved hver side af PTC-skiven muliggør fleksibilitet ved anvendelsen, således som illustreret i fig.

10 ioa, 10b og 10c.

Fig, XOa viser start under anvendelse alene af PTC-skiven 2. Fig, 10b viser start under anvendelse af PTC-skiven 2 og en parallelforbundet kondensator 55 og fig. 10c viser start under anvendelse PTC-skiven 2 15 i serie med en kondensator 56. Disse koblinger er velkendte for fagmænd og behøver ikke at forklares nærmere her.

Når relæet anvendes i de i fig. 10a og 10b viste koblinger, forbindes det med den nævnte "fusite", som 20 vist f.eks. fig. i og 2, hvor to stifter er elektrisk forbundet med relæet ved indsættelse deri.

Når der anvendes en serieforbundet kondensator, som vist i fig. 10c, forbindes en "fusite"-stift elektrisk med relæet, og et hjælpeorgan forbindes mekanisk, 25 men ikke elektrisk med en anden "fusite"-stift til un-dersøttelse af relæet.

Fig. lla, llb og llc viser tre eksempler ifølge opfindelsen på fastgørelse af det termiske relæ 50 til et trepolet lufttæt forbindelsesorgan (fusite) 51 30 på en elektrisk motor, når koblingen i fig. 10c benyttes.

Fig. lla viser det termiske relæ 50 fastgjort til den nævnte "fusite" 51 ved hjælp af et af kontaktorganerne 12 eller 13 af typen "plug-on" og en 35 hjælpebøjle 53. I fig. llb er støtte- eller holdeorganet 54 fremstillet direkte på det termiske relæs hus.

9

DK 158689 B

I fig. Ile er vist en variant af fig. llb, hvor støtte-og holdeorganet 54 er anbragt på et andet sted.

Fig. 12 viser som eksempel en produktionslinie 56 med en cirkulær bane for relæet ifølge opfindelsen.

5 i systemet ifølge opfindelsen, således som beskrevet nærmere nedenfor, kombineres samlingen af delene langs linier i synkronisme med samlingen af delene på et roterende bord. De operationer, der udføres, er følgende:

Legemerne til terminalerne 6 og 7 er frem-10 stillet i en sammenhængende strimmel og indføres i de to samlelinier A,B og A',B', hvori der sker følgende: a) tilførsel af forbindelseselementerne 12 og 13, anbringelse af disse på terminalerne 6 og 7 og 15 svejsning (A, A') b) tilførsel af fjedrene 4 og 5 i form af en strimmel, anbringelse af fjedrene på terminalerne, svejsning og adskillelse af disse fra strimmelen (B,B').

Ved enderne af disse linier opnås der derfor 20 terminalerne 6 og 7 i strimmelform med forbindelsesorganerne 12 og 13 og fjedrene 4 og 55 monteret klar til indsættelse i huset 1.

Samlingen sker på følgende måde:

Huset tilføres og styres ved hjælp af en vibra-25 tor i stationen C for det roterende bordsystem 56.

I stationen overføres huset 1 til en passende holder, der er anbragt på det roterende bord.

Ved en roterende bevægelse af bordet bringes huset ind til station D.

30 I mellemtiden forsyner de ovenfor beskrevne hjælpelinier A,B og A',B' stationerne D og E med terminaler 6 og 7, der bærer forbindelsesorganer og fjedre, men stadig er i form af strimler.

I stationerne D og E fastklemmes en terminal 35 med påmonteret forbindelsesorgan og fjeder og adskilles derefter fra strimmelen, hvorpå den tvangsmæssigt indsættes i huset 1.

Claims (5)

1. Motorstartrelæ for en enfaset motor med start- og driftsviklinger og med en modstand (2) med 11 DK 158689 B positiv temperaturkoefficient, som udviser en skarp stigning i resistiviteten, når den opvarmes til over et valgt temperaturniveau, et hus (1) af termisk isolerende materiale for modstanden og et par eftergivelige 5 elektrisk ledende metalliske kontaktorganer (6, 7), der ligger elektrisk an mod de respektive modstående sider (8, 9) af modstanden for forbindelse af modstanden i serie med startviklingen (S) i motoren, kendetegnet ved, at kontaktorganerne (6, 7) holder det 10 meste af modstandens overflade adskilt fra huset (1) med henblik på reduktion af varmeoverførsel fra modstanden direkte til huset (1), at kontaktorganerne (6, 7. i det mindste har nogle elektrisk ledende metaldele af et materiale med relativt stor termisk modstand for 15 at reducere varmeoverførsel fra modstanden (2) til huset (1) via kontaktorganerne (6, 7), og at huset (1) er kompakt og generelt kugleformet og er opbygget til i det væsentlige at indeslutte og tæt omgive modstanden (2) og væsentlige dele af kontaktorganerne (6, 7).

2. Motorstartrelæ ifølge krav 1, hvor kontaktor ganerne (6, 7) omfatter terminaldele (10, 10', 11, il', 12, 13) til forbindelse af modstanden i serie med startviklingen (S) i motoren, og relativt tynde fjederdele (4, 5) fastgjort til nævnte terminaldele for fjed-25 rende at ligge an mod nævnte modstående sider (8, 9) af modstanden (2), kendetegnet ved, at de tynde fjederdele (4, 5) er dannet af det nævnte metal med nævnte store termiske modstand for at tilvejebringe en termisk barriere mellem modstanden (2) og terminaldele-30 ne (10, 10'. 11, 11', 12, 13) og huset (1).

3. Termisk relæ ifølge krav 2, kendetegnet ved, at de tynde fjederdele (4, 5) er fremstillet af rustfrit stål.

4. Termisk relæ ifølge et af de foregående krav, 35 kendetegnet ved, at kontaktorganerne (6, 7) har en termisk modstand på mindst ca. 250 ®C/W og at 12 DK 158689 B relæet er Indrettet til at afgive mindre end ca. 2 W under motorens normale drift.

5. Termisk relæ ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at relæet er dimensioneret 5 med en forholdsvis lille termisk masse for at muliggøre afkøling og tilbagestilling af relæet indenfor ca. 200 s eller mindre efter afbrydelse af motorens drift.