DE1800184A1

DE1800184A1 - Motoranlassanordnung

Info

Publication number: DE1800184A1
Application number: DE19681800184
Authority: DE
Inventors: Broadley William A; Epstein Henry D
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1967-10-17
Filing date: 1968-10-01
Publication date: 1969-05-08
Also published as: FR1586532A; GB1242549A

Description

OH.-INQ. DIPL.-INQ. M.SC. DIPL.· PH YS. D R. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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U.S.Ser.lTo. 675,891

Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas,

U.S.A.

Motoranlaßanordnung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Motoranlaßanordnung zur Verwendung mit einem eine Hauptwicklung und eine Anlaßwicklung aufweisenden Elek-tromotor mit einer in Reihe mit der Anlaßwicklung liegenden Schaltvorrichtung, die nach einer vorbestimmten Anlaufzeit den in der Anlaßwicklung fließenden Strom mindestens auf einen wesentlich kleineren ¥ert reduziert, und "befaßt sich im "besonderen mit einem System, das in festem Zustand befindliche Komponenten "besitzt, um eine Anlaßwicklung mindestens teilweise nach einem vorbestimmten Intervall ohne Verwendung mechanischer Kontakte abzuschalten.

Einphasen-Wechselstrommotoren verwenden in typischer V/eise zwei Wicklungen, nämlich eine Hauptwicklung, die sowohl während des Anlassens als auch während des Laufens erregt wird, und eine Anlaßwicklung, die nur so lange erregt wird, bis der Motor eine

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erhebliche Laufgeschwindigkeit erreicht , auf. Diese Anlaßwicklung wird mit einem Strom versorgt, der relativ zum Strom der Hauptwicklung phasenverschoben ist, beispielsweise durch eine Kombination eines Widerstandes und der Induktion der Anlaßwicklung oder durch einen bekannten Arlaßkondensator. Die Anlaßwicklung wird beim Anlassen zusammen mit der Hauptwicklung erregt und abgeschaltet, wenn der Motor einen erheblichen !eil seiner Laufgeschwindigkeit erreicht hat. Bisher wurde in bekannter Weise das Abschalten durch einen Zentrifugalschalter bewirkt, der auf die Motorgeschwindigkeit anspricht. Derartige Schalter sind infolge der Verwendung von mechanischen Kontakten wenjig zuverlässig und bedürfen ständiger Überwachung. Perner können solche Schalter nicht ohne weiteres in hermetisch abgedichteten Motorkonstruktionen verwendet werden, wie sie beispielsweise bei Kühlkompressoren benutzt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Hauptaufgabe zugrunde, ein für Elektromotoren verwendbares Anlaßsystem zu schaffen, durch das die Erregung einer Hilfs- oder Anlaßwicklung nach einem vorbestimmten Intervall ohne die Verwendung von mechanischen Kontakten reduziert werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei der eingangs erwähnten Anlaßanordnung dadurch gelöst, daß die Schaltvorrichtung eine vom Strom der Anlaßwicklung durchflossen© Masse eines Materials aufweist, das einen positiven Temperaturkoeffizienten und eine scharf definierte Übergapgstemperatur aufweist, oberhalb derer der Materialwiderstand scharf ansteigt.

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Dabei ist ein erster Stronkrels vorgesehen, um die Hauptwicklung an eine Energiequelle anzuschließen, und ferner ein zweiter Stromkreis, um .die Anlaßwicklung und die Materialmasse in Reihe mit dieser Stromquelle zu verbinden. Wenn beide Wicklungen zu Anfang erregt werden, wird die Materialmasse durch den hindurchfließenäen Strom erwärmt. Nach einem vorbestimmten Intervall erreicht die Materialmasse ihre Übergangstemperatur, und die Erregung der Anlaßwicklung wird erheblich durch die Erhöhung des Materialwiderstand es reduziert.

Dux*eh dieses kontaktlose System wird die Anlaßwicklung gegen Überlastungen geschützt. Außerdem kann ein solches System in hermetisch abgedichteten Motoren verwendet werden. Günstig ist es ' ferner, daß ein solches System nur in festem Zustand befindliche Komponenten verwendet, und außerdem kann das System völlig automatisch arbeiten. Schließlieh ist ein solches System einfach und billig und im Betrieb zuverlässig.

Ferner kann ein solches System für einen Kapazitäts-Anlaß- und einen Kapazitäts-Laufbetrieb verwe n&t werden. Dabei kann ein solches System sehr billige Kondensatoren verwenden.

Weitere Torteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 eine Ausführungsform eines Schaltschemas eines Motoranlaßsystems gemäß der Erfindung,

Pig. 2 ein abgewandeltes Schaltschema unter Verwendung eines Anlaßkondensators.

In dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 1 ist mit M1 ein Einphasen^ Induktionsmotor bezeichnet, der eine Hauptwicklung ¥1, eine An- ^: laßwicklung W2 und einen üblichen und bekannten Käfigrotor 11 hat» Die Energiezufuhr für die Erregung der Wicklungen W1 und ¥2 kann beispielsweise über ein Paar von Anschlußlfiitungen L1 und L2 erfolgen, die an irgendeine geeignete, nicht dargestellte Stromquelle anschließbar sind.

Die Anlaßwicklung ¥2 ist an die beiden Anschluß-leitungen L1 und L2 über ein PTC-Thermistor-Schaltelement verbunden, das als ^: Ganzes mit 13 bezeichnet ist.. Das Schaltelement 13 weist eine mit 15 bezeichnete Materialmasse und ein Paar von leitenden Wärmesenken 17 und 18 auf. Die Materialmasse 15 ist vorzugsweise in der dargestellten Ausführungsform ausgebildet und hat einen verhältnismäßig schmalen Hals 19, so daß ein konzentrierter Erwärmungsbereich an diesem engen Hals einen verhältnismäßig starken Widerstand erzeugen kann, der in Reihe mit. der Wicklung W2 ist. ■ Die Wärmesenken 17 und 18 ergeben eine Abkühlung der Materialmasse 15 bei abgeschaltetem Motor entsprechend der Abkühlung · des Motors. Pur hermetisch abgedichtete Kühlsysteme, bei denen' der Motor durch sich bewegende PIießmedien gekühlt wird, können

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die ¥ärmesenken mit Rippen versehen werden, um so diesem Kühlmedium eine grö'ßer.e Fläche auszusetzen.

Die Materialmasse 15 hat eine Widerstandskennlinie mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) und einer scharf definierten Übergangstemperatur, oberhalb der der Materialwiderstand scharf ansteigt. Beispiele derartiger Materialien sind Bariumtitanat dotiert mit Lanthan und Polyäthylen mit Ruß als Puller. Diese Materialien wurden bisher in PIC-Thermistoren verwendet und ferner auch in selbstregulierenden Heizvorrichtungen, da bei Anlegen einer konstanten Spannung an diese Materialien die aufgenommene Leistung scharf abfällt, sobald die Übergangstemperatur erreicht ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Materialmasse 15 als Schaltelement verwendet, um den der Wicklung ¥2 zugeführten Strom im wesentlichen abzuschalten ader zu reduzieren, wenn die Materialmasse 15 bis auf die Übergangstemperatur erwärmt ist.

Die Hauptwicklung ¥1 ist an die Anschlußleitungen L1 und L2 in Reihe mit einer Hilfsheizvorrichtung H1 angeschlossen, die iir ¥ärmetauscherbeziehung zu der Materialmasse 15 ist. In dem vorliegenden Beispiel wirken auf die Materialmasse 15 zwei ¥ärmectuellen ein, nämlich die Hilfsheizvorrichtung H1 und außerdem die innere Erwärmung infolge des Ohm¹sehen Verlustes innerhalb der Masse. Gegebenenfalls kann noch eine übliche Motorschutzvorrichtung vorgesehen sein.

¥enn an dieses Motorsystem eine elektrische Stromquelle angeschlossen wird, so liegt im wesentlichen die volle Anschluß-

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spannung an "beiden Wicklungen V/1 und ¥2, so daß der Motor M1 normal anläuft. Der durch die Hauptwicklung ¥1 aufgenommene. Strom erwärmt nun die Hilfsheizvorrichtung Hi, die Wärme an die Materialmasse 15 abgibt, und ferner ergibt der τοη der Anlaßwicklung W2 aufgenommene Strom eine innere Erwärmung innerhalb der Materialmasse. Die Materialmasse 15 erwärmt sich nun mit einer Geschwindigkeit, die von der thermischen Trägheit und den Wärmeabgabeeigenschaften des Schaltelements 13 abhängt. Nach einem im wesentlichen vorbestimmten Intervall erreicht die Materialmasse 15 ihre Übergangstemperatür. Wie bereits erwähnt, ändert die Materialmasse 15 ihren Widerstand verhältnismäßig plötzlich, wenn die Übergangstemperatur erreicht ist, und zu diesem Zeitpunkt wird nun ein erheblicher Widerstand in Reihe mit der Anlaßwicklung W2 eingeführt, wodurch die Energiezufuhr erheblich auf eine Höhe reduziert wird, die sich mit dem Dauerlauf des Motors M1 verträgt.

Wenn der Motor M1 abgeschaltet wird, so kühlt die Materialmasse 15 verhältnismäßig rasch über die Wärmesenken 17 und 18 ab, wie dies bereits oben erwähnt wurde, und der Motor ist dann in Kürze wieder mit Hilfe der Hilfswicklung W2 anlaßbereit_s die über das Sehaltelement 13 angeschlossen wird.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß das Anlaßsystem gemäß der Erfindung eine zeitgesteuerte Energiezufuhr zur Anlaßwicklung eines Induktionsmotors ohne die Verwendung von mechanischen Kontakten ergibt. Dieses System ist im besonderen zur Ver-

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wendung in hermetisch abgedichteten Räumen, beispielsweise in Kühlkompressorsystemen, von Vorteil. In solchen Räumen kann eine Vorrichtung mit beim Öffnen und Schließen lichtbogenerzeugenden Kontakten einen Zusammenbruch des Kühlmittels, beispielsweise von Ifreon, ergeben, so daß sich Säuren bild en, die in ungünstiger Weise die Isoliermaterialien der Vorrichtung beeinflussen oder in einigen Fällen auch Isoliermaterialien bilden, die an den Kontakten und damit zusammenhängenden Teilen abgesetzt und abgelagert werden können, so daß sich der Widerstand des Stromkreises und damit auch die Kalibrierung der ganzen Einrichtung ändert. Es ist naheliegend, daß bei brennbaren Kühlmedien ein wesentlicher Vorteil darin liegt, derartige Lichtbögen ganz auszuschalten. ·

Während des Laufs und des Anlaufs ist die Anlaßwicklung gegen Überbelastung geschützt, da der Widerstand der Materialmasse 15 mit einem entsprechenden erhöhten Strom zunimmt.

In dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 ist ein Betrieb mit einem Kondensator bei einem üblichen, einen Kapazitätsanlauf benützenden Motor M2, der eine Hauptwicklung W3 und eine Anlaßwicklung W4 hat, dargestellt. Bie Hauptwicklung W3 ist unmittelbar an die Anschlußleitungen L1 und L2 angeschlossen, während die Anlaßwicklung W4 an die Anschlußleitung L1 und L2 mit Hilfe eines Reihenstromkreises angeschlossen ist, der das Schaltelement 13 und einen elektrolytischen Kondensator C1 aufweist, um die Phase des in der Anlaßwicklung W4 fließenden Stromes zu verschieben.

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Bei dieser Ausführungsform wird die Materialmasse 15 lediglich durch innere Erwärmung erhitzt. Wenn Energie dem Motor zugeführt ' wird, so v/erden beide Wicklungen ¥3 und ¥4 kräftig der.art erregt, daß der Motor rasch seine volle Geschwindigkeit aufnimmt, wobei die Anlaßwicklung ¥4 von einem Strom durchflossen wird, der gegenüber dem in der Wicklung W3 fließenden Strom durch die Wirkung des Kondensators C1 phasenverschoben ist. Während der Motor M2 seine volle Laufgeschwindigkeit erreicht hat, wird die Materialmasse 15 im wesentlichen auf ihre Übergangstemperatur so erwärmt, daß in Reihe mit der Wicklung ¥4 ein ¥iderstand entsteht, der den durchfließenden Strom entsprechend reduziert. Vorzugsweise ist der nominelle Widerstand der Materialmasse 15 bei Erwärmung so ausgewählt, daß ein beträchtlicher Strom noch durch die V/icklung ¥4 während des ständigen Laufes des Motors fließt, so daß die von phasenverschobenem Strom durchflossene ¥icklung einen Teil des Drehmoments übernimmt, wobei der elektrolytische Kondensator 01 an einer verhältnismäßig niedrigen Spannung liegt, so daß er ständig angeschlossen bleiben kann. Auf diese Weise hat der Motor M2 in vorteilhafter Weise viele Merkmale der üblichen, mit Kapazität arbeitenden Motoren, ohne daß die verhältnismäßig teuren, ölgefüllten Kondensatoren verwendet werden, die üblicherweise bei Erregung der Hilfswicklung an voller Spannung liegen, wie dies also bei den bekannten Kondensatormotoren üblich und notwendig ist. .

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Claims

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Patentansprüche

1. Motoranlaßanordnung zur Verwendung mit einem eine Hauptwicklung und eine Anlaßwieklung aufweisenden Elektromotor mit einer in Reihe mit der Anlaßwieklung liegenden Schaltvorrich-• tung, die nach einer vorbestimmten Anlaufzeit den in der Anlaßwieklung fließenden Strom mindestens auf einen wesentlich kleineren Wert reduziert» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (13) eine vom Strom der Anlaßwieklung (W2) durchflossene Masse (15) eines Materials aufweist, das einen positiven lemperaturkoeffizienten und eine scharf defini-srte Übergangstemperatur aufweist, oberhalb derer der M-aterialwiderstand scharf ansteigt.

2. Motoranlaßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wärmesenke (17, 18) an der Materialmasse (15) zum Kühlen bei abgeschaltetem Elektromotor (M1) vorgesehen ist.·

3. Motoranlaßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Materialmasse (15) einen einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt aufweisenden Hals (19) hat, der sich verhältnismäßig rasch zur Erzeugung eines erheblichen Widerstandes aufheizt.

4. Motoranlaßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Materialmasse (15) ungefähr einer Sanduhr ähnlich ist.

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5. Motoranlaßanordnung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß an "beiden Stirnflächen der Materialmasse (15) je eine Wärmesenke (17_} 18) angebracht ist.

6. Motoranlaßanordnung nach einem der "vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Reihe mit der Hauptwicklung (W1) liegende elektrische Widerstandsheizvorrichtung (H1) •vorgesehen ist, die in Wärmetauschbeziehung zur Materialmasse (15) ist.

7. Motoranlaßanordnung nach einem der vorn ergehend en Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit. der AnlaSwicklung (¥2) und der Schaltvorrichtung (13) ein Kondensator (01) angeschlossen ist.

8. Motoranlaßanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator ein Elektrolytkondensator (G1) ist.

9» Motoranlaßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Wechselstrom- ' induktionsmotor φί1) ist.

10. Motoranlaßanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Materialmasse (15) gedoptes Bariumtitanat ist.

11i Motoranlaßanordnung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Materialmasse (15) Polyäthylen mit Ruß als Füller ist.

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