NO834864L

NO834864L - STARTER FOR ELECTRIC MOTORS AND PROCEDURE FOR OPERATING THEM.

Info

Publication number: NO834864L
Application number: NO834864A
Authority: NO
Inventors: Josef Richenberger
Original assignee: Aset Ag
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1983-12-29
Publication date: 1983-12-29
Also published as: EP0106849B1; WO1983003928A1; JPS59501193A; DE3369447D1; FI834856A; FI834856A0; AU1228083A; EP0106849A1

Description

Oppfinnelsen angår en startanordning for elektromotorer hvor det i hver av motorens faseledninger er anordnet n startmotstander og et.flertall styrbare brytere, idet n er et heltall, og med en styreinnretning for bryterne. The invention relates to a starting device for electric motors where n starting resistors and a plurality of controllable switches are arranged in each of the motor's phase lines, where n is an integer, and with a control device for the switches.

Videre angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for drift av en slik startanordning. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a starting device.

Ved innkobling av elektromotorer må strømmen begrenses unr:. der igangsettingen. Med den tiltagende utbredelse av ujevnt sterkt belastede motorer med høy effekt, slik det f.eks. trenges ved kompressorer for varmepumper og klimaapparater, oppstår stadig oftere det problem å muliggjøre igangsetting av slike motorer ved full belastning av disse, uten at det på grunn av den høye startstrøm fremkommer forstyrrende spenningsfall på nettet. When connecting electric motors, the current must be limited unr:. where the initiation. With the increasing spread of unevenly heavily loaded engines with high power, such as e.g. are needed for compressors for heat pumps and air conditioners, the problem increasingly arises of enabling such motors to be started at full load, without the high starting current causing disturbing voltage drops in the network.

Det er kjent faseutsnittstyringer som betinger meget strenge tiltak for støybeskyttelse, da de frembringer energirike høy-frekvente forstyrrende spektra, og disse tillates bare å komme ut på nettet i sterkt dempet form. En stor utbredelse av slike faseutsnittstyringer er derfor ikke ønskelig sett fra et for-styrrelsessynspunkt. There are known phase section controls that require very strict measures for noise protection, as they produce energy-rich high-frequency disturbing spectra, and these are only allowed to enter the network in strongly attenuated form. A large spread of such phase section controls is therefore not desirable from a disturbance point of view.

Ved startbrytere av typen stjerne/trekant-brytere vil man med høyt belastede motorer (f.eks. med en kompressor ved det øvre stempeldødpunkt) ved omkoblingen fra stjerne til trekant, få en kort motorstillstand, som fører til et sterkt strømstøt ved trekantomkoblingen. With starting switches of the star/delta switch type, with heavily loaded engines (e.g. with a compressor at the top dead center of the piston), when switching from star to delta, you will get a short motor standstill, which leads to a strong current surge at the delta switching.

Motstandsstartere har ikke denne ulempe. Ved kjente star-tere med motstander som kan være anordnet i parallell eller i serie, blir motstandene innkoblet enkeltvis. De enkelte motstander opptar derfor under forholdsvis lang tid en høy taps-effekt og må være dimensjonert tilsvarende. I overensstemmelse med dette må det anvendes motstander med store dimensjoner eller med forsert kjøling. Slike anordninger trenger stor plass og er kostbare. Strømstigningen skjer der i så mange trinn som det foreligger motstander, dvs. vanligvis bare med grove trinn. Resistance starters do not have this disadvantage. In the case of known starters with resistors that can be arranged in parallel or in series, the resistors are connected individually. The individual resistors therefore take up a high loss effect for a relatively long time and must be dimensioned accordingly. In accordance with this, resistors with large dimensions or with forced cooling must be used. Such devices require a lot of space and are expensive. The current increases there in as many steps as there are resistors, i.e. usually only with coarse steps.

Foreliggende oppfinnelse har til oppgave å tilveiebringe ,en forbedret startanordning som ikke eller bare i redusert grad, har de nevnte ulemper. Dette blir oppnådd ved at bryternes styreinnganger er forbundet med utgangene av styreinnretningen, hvilken styreinnretning kan frembringe styresignaler for bryterne, og alle 2n mulige motstandskombinasjoner kan innkobles i forutbestemt rekkefølge i faseledningen i serie med motoren, ved hjelp av bryterne. The present invention has the task of providing an improved starting device which does not, or only to a reduced extent, have the aforementioned disadvantages. This is achieved by the switches' control inputs being connected to the outputs of the control device, which control device can generate control signals for the switches, and all 2n possible resistance combinations can be connected in a predetermined order in the phase line in series with the motor, using the switches.

Videre har oppfinnelsen til formål å tilveiebringe en fremgangsmåte for drift av startanordningen ifølge hovedkravet. Denne erkarakterisert vedat motstandene kan inn - resp. utkobles enkeltvis eller flere om gangen, for igangsetting av elektromotoren, for å la startstrømmen øke i maksimalt 2n trinn, og at varigheten av innkoblingen velges slik for hver motstands-kombinas jon, at det blir oppnådd en ønsket strømstignings-karakteristikk. Furthermore, the invention aims to provide a method for operating the starting device according to the main claim. This is characterized by the fact that the resistors can enter - or are disconnected individually or several at a time, to start the electric motor, to allow the starting current to increase in a maximum of 2n steps, and that the duration of the connection is selected such that for each resistance combination, a desired current rise characteristic is achieved.

Ved inn- og utkoblingen av motstandene blir den enkelte motstand mindre belastet i tid og med hensyn til strøm, hvilket tillater en vesentlig reduksjon av motstandenes dimensjoner. Videre blir det muliggjort en strømøkning med finere trinn og en enkel påvirkning av strømstignings-karakteristikken. When switching the resistors on and off, the individual resistors are less loaded in time and with regard to current, which allows a significant reduction in the dimensions of the resistors. Furthermore, a current increase with finer steps and a simple influence on the current rise characteristic is made possible.

Ved en foretrukket utførelsesform er motstandene anordnetIn a preferred embodiment, the resistors are arranged

i parallellkobling.in parallel connection.

Ved en annen foretrukket utførelsesform er det anordnet fem motstander med motstandsforhold lik 1:2:4:8:16. In another preferred embodiment, five resistors are arranged with a resistance ratio equal to 1:2:4:8:16.

Ved en foretrukket fremgangsmåte for driften blir alleIn the case of a preferred method of operation, everyone becomes

32 motstandskombinasjoner som er mulige med fem motstander, inn- og utkoblet i rekkefølge efter avtagende motstandsverdi. Ved en annen foretrukket fremgangsmåte for driften blir varigheten av innkoblingen av hver motstandskombinasjon valgt slik at motorstrømmen øker tilnærmet lineært. 32 resistor combinations possible with five resistors, switched on and off in order of decreasing resistance value. In another preferred method of operation, the duration of the connection of each resistance combination is chosen so that the motor current increases approximately linearly.

I det følgende skal et utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen forklares nærmere ved hjelp av tegningsfigurene, hvor In the following, an embodiment according to the invention will be explained in more detail with the help of the drawings, where

Fig. 1 viser et prinsippskjerna for en startanordning medFig. 1 shows a principle core for a starting device with

4 motstander,4 opponents,

Fig. 2 viser en mulig koblingsanordning for styreinnretningen i startanordningen på Fig. 1, Fig. 3 a viser et motstand/tid-diagram for startanordningen på Fig. 1, Fig. 2 shows a possible connection device for the control device in the starting device in Fig. 1, Fig. 3 a shows a resistance/time diagram for the starting device in Fig. 1,

Fig. 3 b viser et annet motstand/tid-diagram.Fig. 3 b shows another resistance/time diagram.

Fig. 1 viser prinsippskjemaet for en startanordning med fire motstander 2-4. Disse ligger parallelt med hverandre Fig. 1 shows the principle diagram for a starting device with four resistors 2-4. These lie parallel to each other

og deres første tilkobling er forbundet med nettet ved hjelp av en klemme 10 og en samleledning 11 . Brytere 5 - 8. and their first connection is connected to the network by means of a clamp 10 and a busbar 11. Switches 5 - 8.

danner i lukket stilling forbindelsen mellom den annen tilkobling på de tilsvarende motstander og en samleledning 14. forms in the closed position the connection between the second connection on the corresponding resistors and a common line 14.

En (ikke vist) motor er koblet til klemmen 13. En slik anordning av brytere og motstander skal innsettes i hver fase-ledning, men her er den bare vist en gang. Bryteren 12 danner efter igangsettelse av motoren, en direkte forbindelse mellom motoren og nettledningen, og forbikobler dermed motstandene " og bryterne i startanordningen. Denne bryter 12 utgjøres vanligvis av en mekanisk verneinnretning og er i og for seg uav-hengig av startanordningen, f.eks. en tidsstyrt bryter. For-trinnsvis kan den imidlertid også kobles av styreinnretningen 9, slik det er vist på Fig. 1. A motor (not shown) is connected to terminal 13. Such an arrangement of switches and resistors must be inserted in each phase line, but here it is only shown once. After starting the motor, the switch 12 forms a direct connection between the motor and the mains cable, thereby bypassing the resistances " and the switches in the starting device. This switch 12 is usually made up of a mechanical protection device and is in and of itself independent of the starting device, e.g. . a time-controlled switch. Preferably, however, it can also be switched off by the control device 9, as shown in Fig. 1.

Styreanordningen er med sine styreutganger A-D forbundet med de tilhørende styreinnganger på bryterne 5-8, The control device is connected with its control outputs A-D to the corresponding control inputs on the switches 5-8,

som dannes av vanlige kommersielle halvleder-koblingselementer, f.eks. av typen triac, transistor, effekt-FET, osv. Utgangene av styreinnretningen 9 antar to logiske tilstander. Et høyt which are formed by common commercial semiconductor junction elements, e.g. of the type triac, transistor, power FET, etc. The outputs of the control device 9 assume two logical states. A loud one

potensial på utgangene A-D blir betegnet som "1" og den til-hørende bryter er lukket. Et lavt potensial på utgangene blir fremstilt som "0" og den tilsvarende bryter står åpen. For igangsetting av motoren kan nå ved hjelp av styreinnretningen 9 alle mulige kombinasjoner av bryterstillinger gjennomløpes, for å oppnå en strømbegrenset igangsetting med lav belastning på motstandene 1 - 4. potential on the outputs A-D is designated as "1" and the associated switch is closed. A low potential on the outputs is represented as "0" and the corresponding switch is open. For starting the motor, all possible combinations of switch positions can now be cycled through with the help of the control device 9, in order to achieve a current-limited start-up with a low load on the resistors 1 - 4.

Velges motstandene 1 - 4 på 25 ohm, 50 ohm, 100 ohm og 200 ohm, så fremkommer med de nedenfor angitte tilstander av styreutgangene A-D, de følgende avrundede motstandsverdier: If resistors 1 - 4 of 25 ohms, 50 ohms, 100 ohms and 200 ohms are selected, the following rounded resistance values appear with the states of the control outputs A-D stated below:

Med fire motstander står det til disposisjon ialt 16 motstandskombinasjoner. With four resistors, a total of 16 resistor combinations are available.

Ved inn- og utkoblingen får man som hovedsakelig fordelWhen switching on and off, you mainly get an advantage

en god fordeling av belastningen på motstandene. Således er det f.eks. mulig ved en utførelse med fem motstander pr. fase, a good distribution of the load on the resistors. Thus, it is e.g. possible with a design with five resistors per phase,

å igangsette motorer med et effektopptak på 15 kw, med motstander som bare kan belastes med 50 W. to start motors with a power consumption of 15 kw, with resistors that can only be loaded with 50 W.

Efter oppnåelse av den minste motstandsverdi på 13 ohm, henholdsvis styreinngangverdien 1111, blir bryteren 12 lukket for å forbinde den igangsatte motor direkte med nettet, og bryterne 5-8 blir igjen åpnet. After achieving the smallest resistance value of 13 ohms, respectively the control input value 1111, switch 12 is closed to connect the started motor directly to the grid, and switches 5-8 are again opened.

For påvirkning av tidsforløpet av motstandsverdien og dermed strømstigningen, kan man velge forskjellig varighet av innkoblingen for de enkelte motstandsverdier. To influence the time course of the resistance value and thus the current rise, you can choose different durations of the connection for the individual resistance values.

For å frembringe styresignaler for bryterne 5-8 såvel som for bryteren 12, kan det f.eks. anvendes en kommersielt vanlig programgenerator. Fig. 2 viser videre en enkel prin-sippkobling for frembringelse av styresignalene, f.eks. opp-bygget med vanlige kommersielle TTL-logikkelementer. En taktgiver 20 frembringer et firkantsignal med konstant frekvens, idet man her ikke stiller strenge krav til hvor konstant fre-kvensen skal være. Firkantsignalet blir over en delekrets 21 med variabelt deleforhold, og en kontrollkrets 22 ført til taktinngangen T på en 4-bit-teller 23. In order to generate control signals for the switches 5-8 as well as for the switch 12, it can e.g. a commercially common program generator is used. Fig. 2 further shows a simple principle connection for generating the control signals, e.g. built with common commercial TTL logic elements. A clock generator 20 produces a square signal with a constant frequency, as strict requirements are not set here as to how constant the frequency must be. The square signal is fed via a dividing circuit 21 with a variable dividing ratio, and a control circuit 22 to the clock input T of a 4-bit counter 23.

De fire tellerutganger A-D presenterer styresignalene for bryterne. Når telleren 23 begynner å telle fra hvile-tilstand (utganger 0 0 0 0), idet kontrollkretsen 23 efter en startpuls på sin inngang S legger firkantsignalet fra dele-kretsen 21 på tellerens taktinngang, gjennomløper tellerutgangene efter hverandre alle 16 mulige tilstander (bryterstillinger henholdsvis motstandskombinasjoner)„ Ved dekoderin-gen av tellerutgangene A, B, som alltid endrer sin tilstand (fra 0 0 til 0 1 til 1 0 og endelig 1 1) efter fire taktpulser, kan den variable delekrets styres. Derved fremkommer fire grupper av motstandskombinasjoner med forskjellig varighet av innkoblingen. Når den høyeste tellerstand 1111 blir nådd, detekteres dette av dekoderen 24 og et logisk 1 blir lagt på klemmen 25 for styring av bryteren 12. Videre føres dette sig- nal til kontrollkretsen 22 for å forsinke den neste takt på telleren inntil bryteren 12 med sikkerhet er blitt lukket. Det neste taktsignal medfører så tellerstanden 0 0 0 0 og et overføringssignal på menteutgangen Cy på telleren. Dette blir tilført kontrollkretsen 22 og avbryter taktsignalet inntil den neste startpuls på inngangen S på kontrollkretsen 22. The four counter outputs A-D present the control signals for the switches. When the counter 23 begins to count from a rest state (outputs 0 0 0 0), as the control circuit 23, after a start pulse on its input S, places the square signal from the dividing circuit 21 on the counter's clock input, the counter outputs successively run through all 16 possible states (switch positions respectively resistor combinations)„ By decoding the counter outputs A, B, which always change their state (from 0 0 to 0 1 to 1 0 and finally 1 1) after four clock pulses, the variable dividing circuit can be controlled. This results in four groups of resistance combinations with different durations of connection. When the highest counter value 1111 is reached, this is detected by the decoder 24 and a logic 1 is applied to the terminal 25 to control the switch 12. This signal is then fed to the control circuit 22 to delay the next beat of the counter until the switch 12 is reached with safety has been closed. The next clock signal then results in the counter reading 0 0 0 0 and a transfer signal on the ment output Cy of the counter. This is supplied to the control circuit 22 and interrupts the clock signal until the next start pulse on the input S of the control circuit 22.

Fig. 3a viser motstandsforløpet over tid for eksemplet med fire motstander på 25, 50, 100 og 200 ohm. Kurve A fremkommer ved samme varighet av innkoblingen for alle motstandskombinasjoner, mens kurve B på Fig. 3b fremkommer slik det sees, ved ulik lang varighet av innkoblingen av motstandskombinasjoner. Fig. 3a shows the course of resistance over time for the example with four resistors of 25, 50, 100 and 200 ohms. Curve A appears for the same duration of the connection for all resistance combinations, while curve B in Fig. 3b appears, as can be seen, for different durations of the connection of resistance combinations.

Claims

1. Starting device for electric motors, where n starting resistors and a plurality of controllable switches are arranged in each of the motor's phase lines, where n is an integer, and with a control device for the switches, characterized in that the control inputs of the switches are connected to the outputs of the control device, which control device can produce control signals for the switches, and all 2n possible resistance combinations can be connected in predetermined order in the phase line in series with the motor, by means of the switches.

2. Device according to claim 1, characterized in that the resistances are arranged in parallel connection with each other.

3. Device according to claim 1, characterized in that the resistors have mutually different resistance values.

4. Device according to claim 3, characterized in that five resistors are arranged with a resistance ratio of 1:2:4:8:16.

5. Device according to claim 1, characterized in that the switches consist of semiconductor connection elements.

6. Device according to claim 1, characterized in that the control device is formed by logic switching elements with binary output states.

7. Method for operating a starting device according to claim 1, characterized in that the resistances kari inri-resp. are switched off individually or several o:n at a time, to start the electric motor, to allow the starting current to increase in a maximum of 2n steps, and that the duration of the switch-on is chosen such that for each resistance combination, a desired current rise characteristic is achieved.

8. Method according to claim 7, characterized in that five resistors are arranged with a resistance ratio of 1:2:4:8:16 and that all 25 resistor combinations are connected according to decreasing resistance value.

9. Method according to claim 7, characterized in that the duration of the connection of the resistance combinations is chosen so that an approximately linear current rise occurs.

10. Method according to claim 9, characterized in that the resistance combinations are divided into four groups, and that the duration of the connection of the resistance combinations in each group is the same, but decreases from one group to the other.