DE1538178C - Schalt-Anordnung zum Zu- und Abschalten eines Anlaßstromkreises für einen Einphasenwechsels trom-Induktionsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung zum Zu- oder Abschalten eines aus einer Reihenschaltung eines Konderisators und einer Anlaßwicklung eines Einphasenwechselstrom-Induktionsmotors bestehenden Stromkreises als Parallelzweig zu einer Hauptwicklung dieses Motors unter Verwendung eines gesteuerten Gleichrichters und Schaltungsmitteln zum Zuführen von Zündspannungssignalen an dessen Steuerelektrode während des Motoranlaßvorganges.

Einphasige Induktionsmotoren erfordern ein be- ίο achtliches Anlaßdrehmoment. Üblicherweise wird das erforderliche Anlaßdrehmoment durch eine Reihenschaltung eines Kondensators mit einer gesonderten Anlaßwicklüng entwickelt, wobei eine große Phasenverschiebung zwischen dem in der Anlaßwicklung fließenden Anlaßstrom und dem in der Hauptwicklung fließenden Anlaßstrom erzeugt wird. Der Anlaßkondensator wird dabei aus dem Anlaßkreis ausgeschaltet, wenn der Motor läuft. Bei Kondensatoranlaß- und Kondensatorlauf-Motoren kann der Anlaßkreis ein Paar parallelgeschalteter Kondensatoren aufweisen, von denen einer vom Kreis abgeschaltet wird, wenn der Motor läuft. Bei beiden Motortypen ist entweder ein auf die Motordrehzahl ansprechender Zentrifugalschalter vorgesehen, oder es werden strom- und spannungsgesteuerte Anlaßrelais verwendet, um den Anlaßkoridensator dem Anlaßkreis zuzuschalten oder von diesem abzuschalten.

Es sind Schaltungsanordnungen zur steuerbaren Wechselstromversorgung einer Last über gesteuerte Gleichrichter mit Hilfe einer die Zündspannung für die Gleichrichter liefernden Steuerschaltung bekannt. Diese Schaltungen dienen als zündwinkelgesteuerte Regelschaltungen; zum Ein- und Ausschalten des durch eine Last fließenden Wechselstroms sind sie zu aufwendig. Dies gilt z. B. für eine bekannte Stromrichterregelschaltung für veränderliche Wechselspannung, bei der zwei gesteuerte Siliziumgleichrichter in Antiparallelschaltung vorgesehen sind, deren Steuereingänge mit unterschiedlichen Potentialen beaufschlagt werden müssen. Außerdem ist eine Stromrichterregelschaltung für veränderliche Wechselspannung bekannt, die eine aus vier Dioden bestehende Diodenbrücke mit einem zu deren Gleichstromausgang parallel geschalteten gesteuerten Gleichrichter benötigt.

Es ist außerdem bekannt, für eine Vollwellen-Steuerung eines Einphasen-Induktionsmotors zwei gesteuerte Gleichrichter zu verwenden. Bei dieser bekannten Schaltung fließt während des einen Halbzyklus der positive Strom durch einen in einer Phasenleitung angeordneten gesteuerten Gleichrichter und durch einen in einer anderen Phasenleitung angeordneten Diodengleichrichter, so daß für diesen Halbzyklus der gesteuerte Gleichrichter und die Diode in Reihe liegen. Bei umgekehrter Polarität fließt der Strom durch den gesteuerten Gleichrichter in der anderen Phasenleitung. Jeder Halbwelle ist somit ein gesteuerter Gleichrichter zugeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalt-Anordnung anzugeben, die bei geringem schaltungstechnischem Aufwand den Anlaßstromkreis für einen Einphasenwechselstrom-Induktionsmotor während des Anlaßvorganges automatisch zuschaltet und nach Beendigung des Anlaufvorganges wieder automatisch abschaltet.

Ausgehend'von einer Schalt-Anordnung der eingangs angegebenen Art wird erfindungsgemäß zur Lösung der,Aufgabe vorgeschlagen, daß der gesteuerte Gleichrichter von einer Gleichrichterdiode in Antiparallelschaltung überbrückt ist und daß die Zündspannungssignale vom durch die Hauptwicklung des Motors bei dessen Einschalten fließenden Einschaltstromstoß ableitbar sind. Da der Anlaßstromkreis parallel zur Hauptwicklung des Motors nur so lange zugeschaltet ist, wie dem gesteuerten Gleichrichter Zündspannungssignale zugeführt werden und diese Zündspannungssignale vom Einschaltstromstoß abgeleitet sind, wird der Anlaßstromkreis automatisch abgeschaltet, sobald der Einschaltstrom abklingt. Trotz der dadurch gewährleisteten zuverlässigen Funktionsweise kommt die neue Schalt-Anordnung im Vergleich zu den bekannten, gesteuerte Gleichrichter verwendenden Schaltungen mit weniger Schaltelementen aus, so daß durch die Erfindung sowohl der funktioneile als auch der bauliche Aufwand herabgesetzt wird. .:. -.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung; der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zündspannungssignale an einem im Stromkreis der Hauptwicklung liegenden Widerstand abnehmbar sind. Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Zündspannungssignale an / einem Stromwandler abnehmbar, der primärseitig im ' Stromkreis der Hauptwicklung liegt. */

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines Äusführungsbeispiels der neuen Schalt-Anordnung mit einer Antiparallelschaltung aus einem gesteuerten Siliziumgleichrichter und einer Gleichrichterdiode zum Zu- und Abschalten eines aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und einer Anlaßwicklung eines Einphasen-Induktionsmotors bestehenden Anlaßstromkreises, ^:

F i g. 2 ein nicht maßstabgerechtes Zeitdiagramm zur Darstellung der Trigger- und Leitungsperioden des gesteuerten Siliziumgleichrichters und

F i g. 3 eine alternative Ausführungsform, bei der die Zündspannungssignale für den gesteuerten Siliziumgleichrichter an einem primärseitig im Stromkreis der Hauptwicklung des Motors liegenden Stromwandler abgenommen werden.

In der F i g. 1 ist ein Kondensatoranlaß- und Konsensatorlauf-Motor 10 mit einer Hauptwicklung 12 dargestellt, die durch eine Wechselstromquelle 14 über einen Ein-Aus-Schalter 31 erregt wird.

Der Motor 10 hat gleichfalls eine übliche Start- oder Anlaßwicklung 16, die zu der Hauptwicklung 12 um 90° phasenverschoben ist und durch die Quelle 14 über einen ersten Kreis erregt wird, der einen Laufkondensator 18 sowie einen zweiten Kreis aufweist, in dem ein Anlaßkondensator 20, ein Paar Gleichrichter 22, 24 und ein Widerstand 26 liegen. Der Gleichrichter 24 ist ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter mit einer Anode 28, einer Kathode 30 und einer Steuerelektrode 32. Die Kathode 30 und die Steuerelektrode 33 sind direkt an die entgegengesetzten Enden des Widerstandes 26 angeschlossen. Der Gleichrichter 22 ist eine Diode. Die Gleichrichter 22 und 24 sind in umgekehrter Richtung parallel geschaltet, so daß dem Kondensator 20 und der Anlaßwicklung 16 ein Vollwellenausgang zugeführt wird, wenn der Gleichrichter 24 durch ein vom Widerstand 26 abgeleitetes Signal gezündet wird.

Wird der Schalter 13 zum Anlassen des Motors 10 geschlossen, so fließt ein Einschalt-Stromstoß über die Hauptwicklung 12 und den Widerstand 26. Die Höhe

ύ 538

dieses Einsehaltstromstoßes ist wesentlich größer als der normale Betriebsstrom infolge der niedrigen wirksamen Impedanz der Wicklung 12, -wenn' der Rotor des Motors 10 stillsteht. Dieser Einschaltstromstoß erzeugt einen Spannungsabfall am Widerstand 26, der die richtige :Phasenbeziehung besitzt ,und^eine genügende Größe aufweist, um den Gleichrichter 24 zu zünden. In der F i g. 2 sind beispielhafte Phasenbeziehungen zwischen der Eingangsspannung 34, der Kathoden-Anodenspannung 35, die am Gleichrichter 24 liegt, des Einschaltstromes 36 durch die Hauptwicklung 12 und des Kathoden-Steuerelektroden-Gattersignals 38, das am Widerstand 26 auftritt, dargestellt. Es sei jedoch bemerkt, daß sich die Phasenbeziehung beachtlich beim Übergang vom Anlaßzustand in den Betriebszustand ändert. Sie ist gleichfalls für verschiedene Motorkonstruktionen verschieden. In der Fig. 2 ist die Eingangsspannung 34 positiv, wenn der obere Pol der Quelle 14 (F i g. 1) gegenüber dem unteren Pol positiv ist. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, kann der Einschaltstromstoß 36 in der Wicklung 12 der Eingangsspannung 34 um 35 bis 45° nacheilen. Die Kathoden-Anoden-Spannung 35 ist in Phase mit dem Kondensatorstrom und eilt der Eingangsspannung 34 vor. Das Kathoden-Steuerelektroden-Gattersignal 38 ist um 180⁰C gegenüber dem Einschaltstrom 36 verschoben, so daß hierdurch die Steuerelektrode 32 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, wenn die Anode 28 zur Zündung des Gleichrichters 24 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Die Zündbedingung für den Gleichrichter 24 ist durch den kreuzweise schraffierten Teil 40 dargestellt. Der Gleichrichter 24 zündet beim oder nahe beim Beginn jedes Halbzyklus, wenn die Anode 28 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, und bleibt während des Restes des Halbzyklus 42, der in der F ig. 2 schraffiert dargestellt ist, leitend. Der Gleichrichter 22 leitet während der anderen Halbzyklen 44. Der Kondensator 20 wird daher in einer Richtung über die Anlaßwicklung und den Gleichrichter 22 während eines Halbzyklüs aufgeladen, anschließend entladen ,und in der entgegengesetzten Richtung über die Änlaßwicklung 16 und den Gleichrichter 24 während der Halbzyklen entgegengesetzter Polarität aufgeladen. Das alternierende Laden und Entladen des Kondensators 20 erregt die Anlaßwicklung 16 mit einem Wechselstrom, dessen Phase durch den Kondensator 20 gegenüber dem in der Hauptwicklung 12 fließenden Strom verschoben ist. Die gesamte Phasenverschiebung des Stromes durch die Kondensatoren 20 und 18 erzeugt das erforderliche Anlaßdrehmoment. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 10 zunimmt, nimmt die Größe des in der Wicklung 12 fließenden Stromes ab. Ist die normale Betriebsdrehzahl erreicht, so erzeugt der durch Widerstand 26 fließende Strom nur noch einen Spannungsabfall, der nicht mehr ausreicht, den Gleichrichter 24 in den leitenden Zustand zu bringen. Wenn daher der Motor 10 seine Betriebsdrehzahl erreicht hat, wird die Startwicklung 16 nicht mehr durch einen über den Anlaßkondensator 20 fließenden Wechselstrom erregt, da der Gleichrichter 24 nicht leitend bleibt. Der Kondensator 18 verbleibt im Stromkreis für einen Kondensatorlaufzustand, und seine Größe ist so' bemessen, daß etwa bei Betriebsdrehzahl Resonanz auftritt. Die Kapazität des Kondensators 20 ist gewöhnlich lOmal 6g größer als die des Kondensators 18, so daß angenähert eine Resonanz bei der Motordrehzahl Null erhalten wird.

Obgleich die Schaltung an Hand eines, Kondensator-Startung- lind Kondensator-Lauf-Induktionsmotors beschrieben worden ist,.gibt es einige Motorausführungen, die den Laufkondensator 18 nicht benötigen. , . . Λ

Die F i g. 3. zeigt eine Teilansicht, in der eine modifizierte Gatterschaltung für den Gleichrichter 24 vorgesehen ist. Diese Ausführungsform wird in einer mit der Schaltung nach F i g. 1 identischen Schaltung verwendet, ausgenommen, daß der Widerstand 26 (F i g. 1) durch einen Impulstransformator 50 ersetzt wird. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann brauchbar, wo die Motorausführung eine zusätzliche Schaltung erfordert, um die Phase der an der Steuerelektrode 32 liegenden Gatterspannung einzustellen. Die Verwendung eines Transformators ist gleichfalls bei größeren Motoren wichtig, um die Verlustleistung, die im Widerstand 26 bei blockiertem Rotor auftreten würde, zu vermeiden. Auch kann der Gleichrichter 24 von irgendeiner anderen phasenbezogenen Quelle einschließlich einer äußeren Triggervorrichtung gezündet werden.

Zur Erläuterung sei für einen für Schiffszwecke vorgesehenen 1/12-PS-Kompressor-Motor, bei dem explosionssicheres Anlassen gefordert wird, die Dimensionierung der Schaltung nach F i g. 1 angegeben.

Induktivität der
Hauptwicklung 12:

Induktivität der
Anlaßwicklung 16:

Widerstand 26:
Quelle 14:
Gleichrichter 24:

Gleichrichter 22:
Kondensator 20:

Kondensator 18:

von 0,044 bis 0,4 Henry (Änderung zwischen . stehendem Rotor und Betriebsgeschwindigkeit)

von 0,042 bis 0,4 Henry (Änderung zwischen stehendem Rotor und Betriebsgeschwindigkeit)
0,2 Ohm
120 Volt, 60 Hertz

General Electric C-15 700 VPIV

5 Ampere Silizium 700 VIPV 75 Mikrofarad, 250 Volt (Wechselspannung) nicht verwendet

Bei dieser Anordnung eilt der durch die Wicklung 16 fließende Einschalt-Anlaßstrom dem durch die Hauptwicklung 12 fließenden Stromstoß um annähernd 90° voraus, so daß ein maximales Anlaßdrehmoment erzeugt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schalt-Anordnung zum Zu- und Abschalten eines aus einer Reihenschaltung eines Kondensators und einer Anlaßwicklung eines Einphasenwechselstrom-Induktionsmotors bestehenden Stromkreises als Parallelzweig zu einer Hauptwicklung dieses Motors unter Verwendung eines gesteuerten Gleichrichters und Schaltungsmitteln zum Zuführen von Zündspannungssignalen an dessen Steuerelektrode während des Motoranlaßvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß der gesteuerte Gleichrichter von einer Gleichrichterdiode in Anti-

parallelschaltung überbrückt ist und daß die Zündspannungssignale (bei 26, 50) vom durch die Hauptwicklung (12) des Motors bei dessen Einschalten (bei 13) fließenden Einschaltstromstoß ableitbar sind.

2. Schalt-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündsp£nnungssignale an einem im Stromkreis der Hauptwicklung (12) liegenden Widerstand (26) abnehmbar sind.

3. Schalt-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannungssignale an einem Stromwandler (50) abnehmbar sind, der primärseitig im. Stromkreis der Hauptwicklung liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen