DE1538178C

DE1538178C - Switching arrangement for connecting and disconnecting a starting circuit for a single-phase alternating current induction motor

Info

Publication number: DE1538178C
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Tecumseh Products Co
Current assignee: Tecumseh Products Co
Publication date: 1972-05-10

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.The invention relates to a switching arrangement for connecting or disconnecting one of a series circuit a capacitor and a starting winding of a single phase AC induction motor existing circuit as a parallel branch to a main winding using this motor a controlled rectifier and circuit means for supplying ignition voltage signals to it Control electrode during the engine starting process.

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.Single-phase induction motors require a be ίο eighth starting torque. Usually the required starting torque is obtained by a series connection of a capacitor with a separate starting winding developed, with a large phase shift between the starting current flowing in the starting winding and that in the main winding flowing starting current is generated. The starting capacitor is switched off from the starting circuit when the engine is running. With capacitor starting and capacitor-running motors, the starting circuit can be a pair of capacitors connected in parallel one of which will be disconnected from the circuit when the engine is running. With both engine types a centrifugal switch responsive to the engine speed is provided, or current- and voltage controlled starting relays are used to connect the starting capacitor to the starting circuit or switch off from this.

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.There are circuit arrangements for controllable AC power supply to a load via controlled Rectifier with the help of the ignition voltage for the control circuit supplying the rectifier is known. These circuits serve as ignition angle controlled Control circuits; they are closed to switch the alternating current flowing through a load on and off laborious. This applies e.g. B. for a known converter control circuit for variable AC voltage with two controlled silicon rectifiers in Antiparallel connections are provided, the control inputs of which have different potentials applied to them Need to become. In addition, there is a converter control circuit for variable AC voltage known that a diode bridge consisting of four diodes with a direct current output to their controlled rectifier connected in parallel is required.

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.It is also known for full wave control of a single-phase induction motor to use two controlled rectifiers. With this well-known During one half cycle, the positive current flows through a circuit in a phase line arranged controlled rectifier and by one arranged in another phase line Diode rectifier, so that the controlled rectifier and the diode in Row. If the polarity is reversed, the current flows through the controlled rectifier in the other Phase line. A controlled rectifier is therefore assigned to each half-wave.

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.The invention is based on the object of specifying a switching arrangement that has little circuitry Expense the starting circuit for a single phase AC induction motor during switches on automatically after the start-up process and automatically again after the start-up process turns off.

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. .:. -.Based on a switching arrangement of the type specified at the outset, the solution is according to the invention the, task proposed that the controlled rectifier of a rectifier diode in anti-parallel connection is bridged and that the ignition voltage signals from through the main winding of the engine at whose switching on flowing inrush current can be diverted. Since the starting circuit is parallel to the The main winding of the motor is only switched on as long as ignition voltage signals are fed to the controlled rectifier and these ignition voltage signals are derived from the inrush current the starting circuit is automatically switched off as soon as the inrush current subsides. Despite the guaranteed reliable functionality comes the new switching arrangement compared to the known, controlled rectifiers using circuits with fewer switching elements, so that by the Invention, both the functional and the structural effort is reduced. .:. -.

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. */According to an expedient further development; the invention provides that the ignition voltage signals can be removed from a resistor located in the circuit of the main winding. With an alternative Embodiment, the ignition voltage signals can be removed from / to a current transformer, the primary side in the ' Main winding circuit is located. * /

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigtIn the following, the invention will be described in greater detail on the basis of the exemplary embodiments shown in the drawing explained. In the drawing shows

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, ^: Fig. 1 is a schematic diagram of a Äusführungsbeispiels of the new switching arrangement with an anti-parallel circuit of a silicon-controlled rectifier and a rectifier diode for connecting and disconnecting one of a series circuit of a capacitor and a starting winding of a single-phase induction motor existing starter ^circuit:

F i g. 2 ein nicht maßstabgerechtes Zeitdiagramm zur Darstellung der Trigger- und Leitungsperioden des gesteuerten Siliziumgleichrichters undF i g. FIG. 2 is a timing diagram, not to scale, showing the trigger and conduction periods of FIG controlled silicon rectifier and

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.F i g. 3 shows an alternative embodiment in which the ignition voltage signals for the controlled silicon rectifier to a current transformer located on the primary side in the circuit of the main winding of the motor be removed.

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.In FIG. 1 is a capacitor start and consensator run motor 10 shown with a main winding 12, which is supplied by an alternating current source 14 via an on-off switch 31 is energized.

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.The motor 10 also has a conventional starting or starting winding 16 which leads to the main winding 12 Is 90 ° out of phase and is excited by the source 14 via a first circuit which is a running capacitor 18 and a second circuit in which a starting capacitor 20, a pair of rectifiers 22, 24 and a resistor 26 lie. The rectifier 24 is a silicon controlled rectifier with an anode 28, a cathode 30 and a control electrode 32. The cathode 30 and the control electrode 33 are connected directly to the opposite ends of resistor 26. The rectifier 22 is a diode. The rectifiers 22 and 24 are connected in parallel in the opposite direction, see above that the capacitor 20 and the starting winding 16 is provided with a full wave output when the Rectifier 24 is triggered by a signal derived from resistor 26.

Wird der Schalter 13 zum Anlassen des Motors 10 geschlossen, so fließt ein Einschalt-Stromstoß über die Hauptwicklung 12 und den Widerstand 26. Die HöheIf the switch 13 is closed to start the motor 10, an inrush current flows through the Main winding 12 and the resistor 26. The height

ύ 538 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.this switch-on current surge is significantly greater than the normal operating current as a result of the low effective impedance of the winding 12 when the rotor of the motor 10 is at a standstill. This inrush current creates a voltage drop across resistor 26 which has the correct phase relationship and is of sufficient magnitude to trigger rectifier 24. In FIG. 2 shows exemplary phase relationships between the input voltage 34, the cathode-anode voltage 35 which is applied to the rectifier 24, the inrush current 36 through the main winding 12 and the cathode control electrode gate signal 38 which occurs at the resistor 26. It should be noted, however, that the phase relationship changes considerably in the transition from the cranked state to the operational state. It is also different for different engine designs. In FIG. 2, the input voltage 34 is positive when the upper pole of the source 14 (FIG. 1) is positive with respect to the lower pole. As shown in FIG. 2, the inrush current 36 in the winding 12 can lag the input voltage 34 by 35 to 45 °. The cathode-anode voltage 35 is in phase with the capacitor current and leads the input voltage 34. The cathode-control electrode gate signal 38 is shifted 180 ⁰ C with respect to the inrush current 36, so that as a result the control electrode is biased in the forward direction 32, when the anode 28 is biased toward the ignition of the rectifier 24 in the forward direction. The ignition condition for the rectifier 24 is shown by the cross-hatched part 40. The rectifier 24 fires at or near the beginning of each half cycle when the anode 28 is forward biased and remains for the remainder of the half cycle 42 shown in FIG. 2 is shown hatched, conductive. The rectifier 22 conducts during the other half cycles 44. The capacitor 20 is therefore charged in one direction via the start winding and rectifier 22 during one half cycle, then discharged, and in the opposite direction via the start winding 16 and rectifier 24 during the half cycles Polarity charged. The alternating charging and discharging of the capacitor 20 excites the starting winding 16 with an alternating current, the phase of which is shifted by the capacitor 20 with respect to the current flowing in the main winding 12. The total phase shift of the current through capacitors 20 and 18 produces the required starting torque. As the speed of rotation of the motor 10 increases, the magnitude of the current flowing in the winding 12 decreases. Once the normal operating speed has been reached, the current flowing through resistor 26 only generates a voltage drop which is no longer sufficient to bring rectifier 24 into the conductive state. Therefore, when the motor 10 has reached its operating speed, the starting winding 16 is no longer excited by an alternating current flowing through the starting capacitor 20, since the rectifier 24 remains non-conductive. The capacitor 18 remains in the circuit for a capacitor run condition, and its size is so 'dimensioned that resonance occurs approximately at operating speed. The capacitance of capacitor 20 is usually 10 times 6g greater than that of capacitor 18 so that approximately zero resonance is obtained.

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. , . . ΛAlthough the circuit is based on a capacitor start and capacitor run induction motor has been described,. there are some engine versions, which do not need the running capacitor 18. ,. . 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.The F i g. 3. shows a partial view in which a modified Gate circuit for the rectifier 24 is provided is. This embodiment is in one with the circuit of FIG. 1 identical circuit used, except that resistor 26 (FIG. 1) is replaced by a pulse transformer 50. This embodiment is particularly useful where the engine version has an additional circuit required to adjust the phase of the gate voltage applied to the control electrode 32. The use of a transformer is also important for larger motors in order to reduce the power loss, which would occur in the resistor 26 when the rotor is blocked, to avoid. The rectifier 24 fired by any other phase related source including an external trigger device will.

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.An explanation is given for a 1/12 HP compressor motor intended for ship purposes, with the explosion-proof one Starting is required, the dimensioning of the circuit according to FIG. 1 specified.

Induktivität der
Hauptwicklung 12:Inductance of the
Main winding 12:

Induktivität der
Anlaßwicklung 16:Inductance of the
Start winding 16:

Widerstand 26:
Quelle 14:
Gleichrichter 24:Resistance 26:
Source 14:
Rectifier 24:

Gleichrichter 22:
Kondensator 20:Rectifier 22:
Capacitor 20:

Kondensator 18:Capacitor 18:

von 0,044 bis 0,4 Henry (Änderung zwischen . stehendem Rotor und Betriebsgeschwindigkeit) from 0.044 to 0.4 henry (change between stationary rotor and operating speed)

von 0,042 bis 0,4 Henry (Änderung zwischen stehendem Rotor und Betriebsgeschwindigkeit)
0,2 Ohm
120 Volt, 60 Hertzfrom 0.042 to 0.4 henry (change between stationary rotor and operating speed)
0.2 ohms
120 volts, 60 hertz

General Electric C-15 700 VPIVGeneral Electric C-15 700 VPIV

5 Ampere Silizium 700 VIPV 75 Mikrofarad, 250 Volt (Wechselspannung) nicht verwendet5 amps silicon 700 VIPV 75 microfarads, 250 volts (AC voltage) not used

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.With this arrangement, the inrush starting current flowing through the winding 16 rushes that through the main winding 12 flowing current surge ahead by approximately 90 °, so that a maximum starting torque is generated will.

Claims

Patent claims:

1. Switching arrangement for connecting and disconnecting one of a series circuit of a capacitor and a starting winding of a single phase alternating current induction motor as a parallel branch to a main winding of this motor using a controlled rectifier and circuit means for supplying Ignition voltage signals at its control electrode during the engine starting process, thereby characterized in that the controlled rectifier is controlled by a rectifier diode in anti-

parallel circuit is bridged and that the ignition voltage signals (at 26, 50) from by the Main winding (12) of the motor when it is switched on (at 13) flowing inrush current are derivable.

2. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the ignition voltage signals on a resistor (26) located in the circuit of the main winding (12) can be removed.

3. Switching arrangement according to claim 1, characterized in that the ignition voltage signals are removable on a current transformer (50), the primary side in. Main winding circuit located.

1 sheet of drawings