WO2007134605A1 - Verfahren zum starten eines elektrischen motors und startschaltung für einen elektrischen motor - Google Patents

Verfahren zum starten eines elektrischen motors und startschaltung für einen elektrischen motor Download PDF

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WO2007134605A1
WO2007134605A1 PCT/DK2007/000239 DK2007000239W WO2007134605A1 WO 2007134605 A1 WO2007134605 A1 WO 2007134605A1 DK 2007000239 W DK2007000239 W DK 2007000239W WO 2007134605 A1 WO2007134605 A1 WO 2007134605A1
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motor
starting
path
semiconductor switch
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PCT/DK2007/000239
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Jan Skaarup
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Danfoss A/S
Ic Electronic A/S
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/26—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor
    • H02P1/28—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual polyphase induction motor by progressive increase of voltage applied to primary circuit of motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/42—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual single-phase induction motor

Definitions

  • the invention relates to a method for starting an electric motor, in which the motor is supplied with power via a multi-path starting circuit and the current is passed successively through different paths, wherein the current is controlled in a phase of starting by a semiconductor switch arrangement.
  • the invention relates to a starting circuit for an electric motor with a variably controllable semiconductor switch assembly between the motor and a supply terminal, a control device and a further current influencing device.
  • Such a method and such a starting circuit are known from EP 0 395 589 B1.
  • the current is first passed through a solid-state switch arrangement arranged in series with an NTC resistor.
  • the semiconductor switch arrangement which is formed by two antiparallel-connected thyristors, allows the current flowing to the motor to increase.
  • the resistance of the NTC resistor decreases due to the increasing temperature. After an initial increase in the current amplitude, the current decreases again, so that you can close a bypass path, so that the motor is powered directly.
  • US Pat. No. 3,573,580 shows another starting circuit in which a semiconductor switch arrangement comprising two antiparallel-connected thyristors is provided in one phase of a three-phase motor. These thyristors are driven with increasing trigger angle, so that the current to the motor can increase.
  • trigger angle is here and in the further description of the angle referred to, via which the thyristor is turned on.
  • the invention has for its object to allow a controlled start of the engine with sufficient torque.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned above in that the current at the beginning of the start limited only by a 0 ohmic resistance and then controls the current through the semiconductor switch assembly.
  • the current limitation by means of an ohmic resistance causes the current reaching the motor to still have a sinusoidal shape if the supply voltage is also sinusoidal.
  • loads due to harmonics of the engine are kept small, so that you can start the engine with a comparatively large current and thus receives a large starting torque.
  • this starting torque o the engine can "break loose" when he, for example, against a large
  • the control of the current through the ohmic resistance is limited to a predetermined number of periods of the current, which is a maximum of five periods. In many cases, you will have already reached a sufficient speed of the motor at one or two periods of the current, which is limited by the ohmic resistance, so that you can make the current control thereafter by the semiconductor switch ter teranssen, without negative repercussions on the feeding Network or to fear the engine.
  • the current is limited by differently sized ohmic resistances. In the phase of starting, in which the current is limited by the ohmic resistances, it is then possible to carry out a control of the current intensity, which is better adapted to the speed curve of the motor.
  • the current is passed through the semiconductor switch assembly to the ohmic resistance and fully controls the semiconductor switch assembly at the beginning of the boot process.
  • the semiconductor switch assembly and the resistor in series. If you fully als Kunststofft the semiconductor switch assembly, then this means that here, too, the current waveform is sinusoidal.
  • the thyristors are controlled, for example, in such a way that they are conductive already from the zero crossing of the current. Also in this case, there is no problem in that uncontrolled or unwanted current transients are formed, which are not sinusoidal. These arise at best when the engine is already rotating. If you want to go over to the control by the semiconductor switch assembly, then you can, for example, bypass the ohmic resistance through a bypass.
  • the semiconductor switch arrangement and the ohmic resistor are operated in parallel.
  • a switch is arranged, with which it is possible to connect the ohmic resistance with the motor or to separate it.
  • This switch may be a mechanical switch, for example a relay. But it is also possible to use for this purpose an electrical or electronic switch.
  • the semiconductor switch arrangement is preferably operated when changing the current to the semiconductor switch arrangement with a small trigger angle and then increases the trigger angle.
  • the trigger angle is, as already mentioned above, the angle at which the semiconductor switch arrangement is conductive. If one assumes that a half-wave of the current over 180 ° (electric) extends, then operates the semiconductor switch assembly, for example, so that the semiconductor switches are turned on only in the last 20 to 40 ° of the half-wave. This angular range is then increasingly increased until the semiconductor switches are conductive, for example, over the entire half-wave. 2007/000239
  • the further current influencing device is designed as an ohmic resistor which is switchable in a path from the supply connection to the motor, and the control device at the beginning of a starting process, the current first by the ohmic resistance conducts and then controls by the semiconductor switch assembly.
  • a stationary motor can be regarded as a short-circuited transformer, which contributes very little to a current limitation. However, as soon as the motor rotates, it generates a back electromotive voltage, which contributes to a current limit.
  • the control device can switch over to the semiconductor switch arrangement so that the current can be controlled by the semiconductor switch arrangement in a second phase of the start.
  • a switchable bypass path is provided between the supply terminal and the motor.
  • the first path, in which the ohmic resistance is arranged is arranged parallel to a second path, in which the semiconductor switch arrangement is arranged.
  • the semiconductor switch arrangement is arranged parallel to the first path, in which the ohmic resistance is arranged.
  • the first path is subdivided into at least two parallel sub-paths, in each of which a switchable ohmic resistor is arranged.
  • a switchable ohmic resistor is arranged.
  • the first path has a switching device, which is connected via a delay device to the semiconductor switch arrangement in the second path.
  • the delay device it can be achieved in a simple manner that, on the one hand, the first path with the ohmic resistance is still electrically conductive and, on the other hand, that the semiconductor device is electrically conductive. terschalteranowskiowskiowski now also passes current. In this case, one can make the transition between the phase in which the current is controlled solely by the ohmic resistance, and the phase in which the current is controlled by the semiconductor switch assembly, gentle.
  • the ohmic resistance is arranged with the semiconductor switch arrangement in series between the supply terminal and the motor, wherein the ohmic resistance is bridged by a switchable short-circuit path.
  • the semiconductor switch arrangement is fully controlled so that it does not affect the current and the current in the original sinusoidal form reaches the ohmic resistance.
  • the ohmic resistance then limits the amplitude of the current for a few periods.
  • Fig. 1 shows a starting circuit 1 for an electric motor 2, which is fed by a supply terminal 3.
  • the supply connection 3 provides an alternating current 4 which is sinusoidal.
  • a single-phase supply of the motor 2 is shown in FIG.
  • the starting circuit 1 can also be applied to multi-phase supplies, in particular to a three-phase supply to the motor 2.
  • the starting circuit 1 can be arranged in one phase or in several phases of the supply.
  • the starting circuit 1 according to FIG. 1 has three parallel paths 5, 6, 7, each of which is arranged between the motor 2 and the supply connection 3.
  • a first path 5 has an ohmic resistance 8, which is arranged in series with a switch 9.
  • the switch 9 can be designed as a mechanical switch, for example in an electromagnetically operated relay. But it is also possible to form the switch 9 as a semiconductor switch or in some other way.
  • a second path 6 has a semiconductor switch arrangement 10, which is formed in the present embodiment from two antiparallel-connected thyristors 11, 12.
  • a third path 7 has a switch 13, which may also be formed mechanically, for example in an electromagnetically actuated relay. Also, the switch 13 may be formed as a semiconductor switch 5.
  • a control device 14 For actuating the switches 9, 13 and for driving the thyristors 11, 12, a control device 14 is provided, which has a start button 15 shown only schematically.
  • the control device 14 may have a delay device in a manner not shown in greater detail, With the time intervals when operating the switches 9, 13 and / or the thyristors 11, 12 can be generated.
  • the starting circuit 1 now works as follows:
  • the control device 14 first closes the switch 9 in the first path 5, so that the motor 2 is supplied with current via the ohmic resistor 8.
  • the motor 2 is supplied only via the ohmic resistor 8 with power, so that the waveform of the current does not change, but remains sinusoidal, such as the waveform of the alternating current 4 at the supply terminal.
  • the start button 15 is actuated.
  • a region B the supply of the motor 2 takes place exclusively via the ohmic resistor 8.
  • the sinusoidal shape is recognizable.
  • the motor 2 is supplied with the sinusoidal current, it begins to run so that it generates a back EMF (electromotive force).
  • the motor 2 contributes to the current limitation. It is therefore possible, after only one or two periods of the alternating current 4, to put the semiconductor switch arrangement 10 into operation and to operate it in parallel with the current flow through the ohmic resistor 8 (section C in FIG. 2). Thereafter, the controller 14 switches the switch 9 to interrupt, so that the motor 2 is supplied exclusively via the semiconductor switch assembly 10 with power.
  • each thyristor 11, 12 of the semiconductor switch arrangement 10 can be made conducting during a positive half cycle of the current 4.
  • the thyristors 11, 12 will be rendered conductive only for a relatively small section of the respective half-wave, this section being arranged at the end of the half-wave.
  • the section is then increasingly enlarged until the thyristors 11, 12 each conduct over the entire half-wave of the current 4. This section is shown in the region D in FIG.
  • the engine 2 continues to accelerate. Once it has reached a certain speed, the controller 14 may close the switch 13 in the third path 7 so that the motor 2 is supplied in parallel via the third path 7 and the second path 6 (section E). Thereafter, you can turn off the thyristors 11, 12, so switch to "non-conductive", so that the supply of the motor 2 takes place exclusively on the third path 7, which no longer means for limiting the current contains (section F).
  • the whole process takes a maximum of 200 ms, ie ten periods at 50 Hz.
  • An advantage of this starting circuit is that one uses the ohmic resistor 8 to set the engine 2 in motion.
  • the ohmic resistor 8 does not change the waveform of the current 4, so that the motor 2 is supplied with a sinusoidal current and eliminates disturbing Stromtransien- th. Accordingly, it is possible to supply the current 4 with a relatively large amplitude to the motor 2 so that it can generate a large breakaway torque.
  • Such a breakaway torque is particularly advantageous when using the motor 2 for driving pumps, compressors or the like, because these units generate a relatively large counter-torque when starting up.
  • the reaction of the motor 2 to the power supply network can be kept small if the large current at the beginning of the starting process is sinusoidal.
  • the ohmic resistor 8 acts as a kind of kickstarter.
  • the current supplied to the motor 2 can be ramped up, as it were, with the aid of the semiconductor switch arrangement 10.
  • the semiconductor switch arrangement is initially operated in such a way that the thyristors 11, 12 are ignited with a small trigger angle, i. ignition takes place when the length of a half-wave is set to 180 ° electrically, just before 180 °, ie at a small trigger angle.
  • the trigger angle is then increased until it is close to 0 °, ie at the beginning of the half-wave.
  • the use of the ohmic resistor 8 gives a "kick start function" in which the motor 2 is supplied with a relatively high current at the start of starting, without, however, receiving short high current transients on the supply network. This assumes, of course, that the ohmic resistance 8 is adapted to the motor 2.
  • control device 14 is not shown in all cases, but of course available.
  • the semiconductor switch arrangement 10 is connected in series with the ohmic resistor 8. This series connection is bridged by the switch 13 in the third path 7.
  • the semiconductor switch assembly 10 is fully opened and the switch 9 is open, so that the current reaching the motor 2 is limited exclusively by the ohmic resistance 8 and, since the thyristors of the semiconductor switch assembly 10 are turned on virtually at zero crossing, as before has its sinusoidal shape.
  • the switch 9 is closed and the ohmic resistance 8 is bridged, so that the control of the current takes place via the semiconductor switch arrangement 10.
  • the switch 13 can be closed, so that the semiconductor switch assembly 10 can take no influence on the current to the motor 2.
  • Fig. 4 corresponds substantially to that of Fig. 1 with the change that the switch 13 in the third path 7, ie in the bypass path, is mounted externally. So he is no longer physically integrated in the starting circuit 1.
  • the third path has been omitted.
  • the control of the current to the motor 2 is also carried out in operation exclusively via the semiconductor switch assembly 10.
  • a variable speed control of the motor 2 can be achieved.
  • two first paths 5a, 5b are provided, wherein in each path an ohmic resistance 8a, 8b and a switch 9a, 9b are provided. It is also possible to provide more than the two partial paths 5a, 5b shown.
  • the resistors 8a, 8b may differ. But they can also be the same size.
  • Switches 9a, 9b, the resistors 8a, 8b in the circuit for Motor 2 are switched. With the aid of the switches 9a, 9b it is possible to switch ohmic resistors 8a, 8b of different sizes or a combination of these resistors 8a, 8b in parallel into the current flow to the motor. This allows the starting behavior to be further influenced.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Starten eines elektrischen Motors (2) angegeben, bei dem der Motor (2) über eine mehrere Pfade (5, 6, 7) aufweisende Startschaltung (1 ) mit Strom (4) versorgt wird und der Strom (4) nacheinander durch unterschiedliche Pfade (5, 6, 7) geleitet wird, wobei der Strom in einer Phase des Startens durch eine Halbleiterschalteranordnung (10) gesteuert wird. Man möchte einen kontrollierten Start des Motors mit ausreichendem Moment ermöglichen. Hierzu ist vorgesehen, daß man den Strom (4) zu Beginn des Startens nur durch einen ohmschen Widerstand (8) begrenzt und den Strom dann durch die Halbleiterschalteranordnung (10) steuert.

Description

Verfahren zum Starten eines elektrischen Motors und Startschaltung für einen elektrischen Motor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines elektrischen Motors, bei dem der Motor über eine mehrere Pfade aufweisende Startschaltung mit Strom versorgt wird und der Strom nacheinander durch unterschiedliche Pfade geleitet wird, wobei der Strom in einer Phase des Startens durch eine Halbleiterschalteranordnung gesteuert wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Startschaltung für einen elektrischen Motor mit einer variabel steuerbaren Halbleiterschalteranordnung zwischen dem Motor und einem Versorgungsanschluß, einer Steuereinrichtung und einer weiteren Strombeeinflussungseinrichtung.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Startschaltung sind aus EP 0 395 589 B1 bekannt. Beim Starten wird der Strom zunächst durch eine Halbleiterschalteranordnung geleitet, die in Reihe mit einem NTC-Wider- stand angeordnet ist. Die Halbleiterschalteranordnung, die durch zwei antiparallel geschaltete Thyristoren gebildet ist, läßt den zum Motor fließenden Strom ansteigen. Gleichzeitig verringert sich der Widerstandswert des NTC-Widerstandes aufgrund der zunehmenden Temperatur. Nach einem anfänglichen Anstieg der Stromamplitude nimmt die Stromstärke wieder ab, so daß man einen Bypass-Pfad schließen kann, so daß der Motor direkt mit Strom versorgt wird.
US 3 573 580 zeigt eine weitere Startschaltung, bei der in einer Phase eines 3-Phasen-Motors eine Halbleiterschalteranordnung aus zwei antipa- rallel geschalteten Thyristoren vorgesehen ist. Diese Thyristoren werden mit steigendem Triggerwinkel angesteuert, so daß der Strom zum Motor zunehmen kann. Als "Triggerwinkel" wird hier und in der weiteren Beschreibung der Winkel bezeichnet, über den der Thyristor leitend geschaltet ist.
5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontrollierten Start des Motors mit ausreichendem Moment zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man den Strom zu Beginn des Startens nur durch einen 0 ohmschen Widerstand begrenzt und den Strom dann durch die Halbleiterschalteranordnung steuert.
Mit dieser Vorgehensweise erreicht man mehrere Vorteile. Zum einen bewirkt die Strombegrenzung durch einen ohmschen Widerstand, daß der 5 zum Motor gelangende Strom nach wie vor eine Sinusform aufweist, wenn die Versorgungsspannung ebenfalls sinusförmig ist. Damit werden zum einen Belastungen durch Oberschwingungen des Motors klein gehalten, so daß man den Motor mit einem vergleichsweise großen Strom anfahren kann und damit ein großes Startmoment erhält. Mit diesem Startmoment o kann sich der Motor "losreißen", wenn er beispielsweise gegen ein großes
Gegenmoment arbeiten kann. Eine derartige Situation ergibt sich beispielsweise dann, wenn der Motor eine Pumpe antreiben muß, beispielsweise Wärmepumpen, Hydraulikpumpen für Öl, Wasser etc., Hochdruckpumpen für Wasser etc. Andererseits wird bei einer sinusförmigen Strom- 5 beaufschlagung des Motors auch erreicht, daß die Rückwirkungen auf das speisende Netz klein gehalten werden. Darüber hinaus ergibt sich ein vergleichsweise schneller Startverlauf. Es ist möglich, den Motor innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde, beispielsweise innerhalb von 200 ms, auf seine Soll-drehzahl zu bringen. Damit ist das Starten über den ohmschen o Widerstand mit einem "Kickstarter" vergleichbar. Sobald der Motor zu rotieren beginnt, bildet er keinen Kurzschluß mehr, so daß der Strom auch durch den Motor selbst begrenzt wird. In diesem Fall kann man problemlos zu der Steuerung durch die Halbleiterschalteranordnung übergehen, ohne daß die Rückwirkungen auf das speisende Netz oder die Belastungen des Motors zu groß werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß man nach der Steuerung durch die Halbleiterschalteranordnung den Strom direkt zum Motor leitet. Man sieht also einen Bypass-Pfad vor, der die Halbleiterschalteranordnung und auch den ohmschen Widerstand überbrückt, so daß der Motor dann direkt vom speisenden Netz gespeist wird. Dies reicht für den "normalen" Betrieb, wenn also der Motor seine Betriebsdrehzahl erreicht hat, vollkommen aus.
Bevorzugterweise beschränkt man die Steuerung des Stroms durch den ohmschen Widerstand auf eine vorbestimmte Anzahl von Perioden des Stromes, die maximal fünf Perioden beträgt. In vielen Fällen wird man bereits bei ein oder zwei Perioden des Stromes, der durch den ohmschen Widerstand begrenzt ist, eine ausreichende Drehzahl des Motors erreicht haben, so daß man die Stromsteuerung danach durch die Halbleiterschal- teranordnung vornehmen kann, ohne negative Rückwirkungen auf das speisende Netz oder den Motor befürchten zu müssen.
Auch ist von Vorteil, wenn man den Strom durch unterschiedlich große ohmsche Widerstände begrenzt. Man kann dann in der Phase des Star- tens, in der der Strom durch die ohmschen Widerstände begrenzt ist, bereits eine Steuerung der Stromstärke vornehmen, die besser an den Drehzahlverlauf des Motors angepaßt ist.
Vorzugsweise leitet man den Strom durch die Halbleiterschalteranordnung zu dem ohmschen Widerstand und steuert die Halbleiterschalteranordnung zu Beginn des Startvorgangs voll auf. Mit anderen Worten kann man in diesem Fall die Halbleiterschalteranordnung und den ohmschen Widerstand in Reihe anordnen. Wenn man die Halbleiterschalteranordnung voll aufsteuert, dann heißt dies, daß auch hier der Stromverlauf sinusförmig ist. Bei Verwendung von Thyristoren steuert man die Thyristoren bei- spielsweise so, daß sie bereits ab dem Nulldurchgang des Stromes leitend sind. Auch in diesem Fall besteht kein Problem darin, daß sich unkontrollierte oder unerwünschte Stromtransienten bilden, die nicht sinusförmig sind. Diese ergeben sich allenfalls dann, wenn der Motor schon rotiert. Wenn man auf die Steuerung durch die Halbleiterschalteranordnung über- gehen möchte, dann kann man beispielsweise den ohmschen Widerstand durch einen Bypass überbrücken.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß man die Halbleiterschalteranordnung und den ohmschen Widerstand parallel be- treibt. In diesem Fall ist in dem Pfad, in dem der ohmsche Widerstand angeordnet ist, ein Schalter angeordnet, mit dem es möglich ist, den ohmschen Widerstand mit dem Motor zu verbinden oder ihn davon zu trennen. Bei diesem Schalter kann es sich um einen mechanischen Schalter handeln, beispielsweise ein Relais. Es ist aber auch möglich, zu diesem Zweck einen elektrischen oder elektronischen Schalter zu verwenden.
Vorzugsweise betreibt man die Halbleiterschalteranordnung beim Wechseln des Stroms zur Halbleiterschalteranordnung mit einem kleinen Triggerwinkel und vergrößert den Triggerwinkel dann. Der Triggerwinkel ist, wie oben bereits erwähnt, der Winkel, in dem die Halbleiterschalteranordnung leitend ist. Wenn man davon ausgeht, daß sich eine Halbwelle des Stromes über 180° (elek-trisch) erstreckt, dann betreibt man die Halbleiterschalteranordnung beispielsweise so, daß die Halbleiterschalter nur in den letzten 20 bis 40° der Halbwelle durchgeschaltet werden. Dieser Win- kelbereich wird dann zunehmend vergrößert, bis die Halbleiterschalter beispielsweise über die gesamte Halbwelle leitend sind. 2007/000239
Die Aufgabe wird bei einer Startschaltung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die weitere Strombeeinflussungseinrichtung als ohmscher Widerstand ausgebildet ist, der in einem Pfad vom Versorgungs- anschluß zum Motor schaltbar ist, und die Steuereinrichtung zu Beginn eines Startvorganges den Strom zunächst durch den ohmschen Widerstand leitet und danach durch die Halbleiterschalteranordnung steuert.
Wie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt, ist es auf diese Weise möglich, den Strom beim Starten des Motors durch einen ohmschen Widerstand zu begrenzen, ohne daß er auf andere Weise, beispielsweise durch die Halbleiterschalteranordnung, gesteuert werden muß. Wenn man den Strom durch einen ohmschen Widerstand leitet, dann behält er seine Sinusform, die von dem speisenden Netz zur Verfü- gung gestellt wird. Bei einer Sinusform ergeben sich relativ wenige Verlustleistungen. Insbesondere vermeidet man Verluste durch Stromtran- sienten. In diesem Fall kann man zu Beginn eines Startvorganges, also dann, wenn der Motor noch steht, einen Strom mit einer vergleichsweise großen Amplitude verwenden. Durch die große Amplitude erhöht sich das Startmoment des Motors, so daß sich der Motor auch gegen größere Gegenmomente losreißen kann. Weiterhin hat das große Startmoment den Vorteil, daß der Motor relativ schnell auf seine Betriebsdrehzahl kommt. Ein stehender Motor kann vereinfacht ausgedrückt als kurzgeschlossener Transformator betrachtet werden, der nur sehr wenig zu einer Strombe- grenzung beiträgt. Sobald sich der Motor aber dreht, erzeugt er eine elektromotorische Gegenspannung, die zu einer Strombegrenzung beiträgt. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung auf die Halbleiterschalteranordnung umsteuern, so daß man den Strom in einer zweiten Phase des Star- tens durch die Halbleiterschalteranordnung steuern kann. Vorzugsweise ist ein schaltbarer Bypass-Pfad zwischen dem Versorgungsanschluß und dem Motor vorgesehen. Sobald der Motor seine Betriebsdrehzahl erreicht hat, ist eine Steuerung weder durch die Halbleiterschalteranordnung noch durch den ohmschen Widerstand erforderlich. In diesem Fall kann man die Halbleiterschalteranordnung und den ohmschen Widerstand sozusagen überbrücken, so daß man weitere Verlustleistungen vermeidet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der erste Pfad, in dem der ohmsche Widerstand angeordnet ist, parallel zu einem zweiten Pfad angeordnet ist, in dem die Halbleiterschalteranordnung angeordnet ist. In diesem Fall ist es einerseits möglich, den Strom vom ohmschen Widerstand auf die Halbleiterschalteranordnung umzulenken. Andererseits ist es möglich, den ohmschen Widerstand und die Halbleiterschalteranord- nung parallel zu betreiben, was für eine gewisse Übergangsphase durchaus zweckmäßig sein kann.
Vorzugsweise ist der erste Pfad in mindestens zwei parallele Teilpfade unterteilt, in denen jeweils ein schaltbarer ohmscher Widerstand angeord- net ist. Durch die Aufteilung in mehrere Teilpfade kann man den Widerstandswert des ohmschen Widerstandes auf einfache Weise verändern und zwar in Abhängigkeit davon, welchen der Teilpfade man durchgängig oder elektrisch leitend macht. Es ist auch möglich, mehrere der Teilpfade gleichzeitig durchzuschalten, so daß sich der Widerstandswert des Ge- samtwiderstandes entsprechend vermindert.
Bevorzugterweise weist der erste Pfad eine Schalteinrichtung auf, die über eine Verzögerungseinrichtung mit der Halbleiterschalteranordnung im zweiten Pfad verbunden ist. Über die Verzögerungseinrichtung kann man auf einfache Weise erreichen, daß einerseits der erste Pfad mit dem ohmschen Widerstand noch elektrisch leitend ist und andererseits die Halblei- terschalteranordnung bereits ebenfalls Strom durchläßt. In diesem Fall kann man den Übergang zwischen der Phase, in der der Strom ausschließlich durch den ohmschen Widerstand gesteuert wird, und der Phase, in der der Strom durch die Halbleiterschalteranordnung gesteuert wird, sanft gestalten.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der ohm- sche Widerstand mit der Halbleiterschalteranordnung in Reihe zwischen dem Versorgungsanschluß und dem Motor angeordnet ist, wobei der ohmsche Widerstand durch einen schaltbaren Kurzschlußpfad überbrückt ist. In diesem Fall steuert man zu Beginn des Startvorgangs die Halbleiterschalteranordnung voll auf, so daß sie den Strom nicht beeinflußt und der Strom in der ursprünglichen Sinusform zum ohmschen Widerstand gelangt. Der ohmsche Widerstand begrenzt dann für einige wenige Perioden die Amplitude des Stromes. Sobald der Motor zu rotieren beginnt, kann man die Halbleiterschalteranordnung zum Steuern des Stromes verwenden und gleichzeitig den ohmschen Widerstand aus der Schaltung herausnehmen, indem man ihn überbrückt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine Startschaltung für einen elektrischen Motor,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Stromverlaufs,
Fig. 3 bis 7 abgewandelte Ausführungsformen der Startschaltung nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Startschaltung 1 für einen elektrischen Motor 2, der von einem Versorgungsanschluß 3 gespeist wird. Der Versorgungsanschluß 3 stellt einen Wechselstrom 4 zur Verfügung, der sinusförmig ausgebildet ist. Aus Gründen der Einfachheit ist in Fig. 1 eine einphasige Versorgung des Motors 2 dargestellt. Prinzipiell ist die Startschaltung 1 aber auch auf mehrphasige Versorgungen anwendbar, insbesondere auf eine dreiphasi- 5 ge Versorgung des Motors 2. In diesem Fall kann die Startschaltung 1 in einer Phase oder in mehreren Phasen der Versorgung angeordnet sein.
Die Startschaltung 1 nach Fig. 1 weist drei parallel angeordnete Pfade 5, 6, 7 auf, von denen jeder zwischen dem Motor 2 und dem Versorgungs- 0 anschluß 3 angeordnet ist.
Ein erster Pfad 5 weist einen ohmschen Widerstand 8 auf, der in Reihe mit einem Schalter 9 angeordnet ist. Der Schalter 9 kann als mechanischer Schalter ausgebildet sein, beispielsweise in einem elektromagnetisch be- 5 tätigten Relais. Es ist aber auch möglich, den Schalter 9 als Halbleiterschalter oder auf andere Weise auszubilden.
Ein zweiter Pfad 6 weist eine Halbleiterschalteranordnung 10 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei antiparallel geschalteten Thy- o ristoren 11 , 12 gebildet ist.
Ein dritter Pfad 7 weist einen Schalter 13 auf, der ebenfalls mechanisch ausgebildet sein kann, beispielsweise in einem elektromagnetisch betätigten Relais. Auch der Schalter 13 kann als Halbleiterschalter ausgebildet 5 sein.
Zum Betätigen der Schalter 9, 13 und zum Ansteuern der Thyristoren 11 , 12 ist eine Steuereinrichtung 14 vorgesehen, die einen nur schematisch dargestellten Starttaster 15 aufweist. Die Steuereinrichtung 14 kann in o nicht näher dargestellter Weise eine Verzögerungseinrichtung aufweisen, mit der zeitliche Abstände beim Betätigen der Schalter 9, 13 und/oder der Thyristoren 11 , 12 erzeugt werden können.
Die Startschaltung 1 arbeitet nun wie folgt:
Wenn der Motor 2 steht, sind die Schalter 9, 13 geöffnet und die Thyristoren 11 , 12 sperren. Der Motor 2 ist also elektrisch vom Versorgungsanschluß 3 getrennt und erhält keinen Strom 4.
Um den Motor 2 zu starten, schließt die Steuereinrichtung 14 zunächst den Schalter 9 im ersten Pfad 5, so daß der Motor 2 über den ohmschen Widerstand 8 mit Strom versorgt wird. Dabei wird der Motor 2 nur über den ohmschen Widerstand 8 mit Strom versorgt, so daß sich die Kurvenform des Stromes nicht ändert, sondern sinusförmig bleibt, wie die Kurvenform des Wechselstroms 4 am Versorgungsanschluß 3.
Dies ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Nach oben ist dabei die Amplitude des Stromes I in A aufgetragen. Nach rechts ist die Zeit t in ms aufgetragen.
Zum Zeitpunkt A wird der Starttaster 15 betätigt. In einem Bereich B erfolgt die Versorgung des Motors 2 ausschließlich über den ohmschen Widerstand 8. Die Sinusform ist erkennbar. Sobald der Motor 2 mit dem sinusförmigen Strom versorgt wird, beginnt er zu laufen, so daß er eine Gegen- EMK (elektromotorische Kraft) erzeugt. In diesem Fall trägt der Motor 2 mit zur Strombegrenzung bei. Man kann daher bereits nach ein oder zwei Perioden des Wechselstromes 4 die Halbleiterschalteranordnung 10 in Betrieb nehmen und parallel zum Stromfluß durch den ohmschen Widerstand 8 betreiben (Abschnitt C in Fig. 2). Danach schaltet die Steuereinrichtung 14 den Schalter 9 auf Unterbrechung, so daß der Motor 2 ausschließlich über die Halbleiterschalteranordnung 10 mit Strom versorgt wird. Wenn man die Thyristoren 11 , 12 der Halbleiterschalteranordnung 10 beispielsweise mit einer Phasenabschnittssteuerung betreibt, dann kann jeder Thyristor 11 , 12 während einer positiven Halbwelle des Stromes 4 lei- tend gemacht werden. In einer frühen Phase des Startvorganges wird man die Thyristoren 11 , 12 nur für einen relativ kleinen Abschnitt der jeweiligen Halbwelle leitend machen, wobei dieser Abschnitt am Ende der Halbwelle angeordnet ist. Der Abschnitt wird dann zunehmend vergrößert, bis die Thyristoren 11 , 12 jeweils über die gesamte Halbwelle des Stromes 4 lei- ten. Dieser Abschnitt ist im Bereich D in Fig. 2 dargestellt.
Der Motor 2 beschleunigt weiter. Sobald er eine gewisse Drehzahl erreicht hat, kann die Steuereinrichtung 14 den Schalter 13 im dritten Pfad 7 schließen, so daß der Motor 2 über den dritten Pfad 7 und den zweiten Pfad 6 parallel versorgt wird (Abschnitt E). Danach kann man die Thyristoren 11 , 12 abschalten, also auf "nicht leitend" schalten, so daß die Versorgung des Motors 2 ausschließlich über den dritten Pfad 7 erfolgt, der keinerlei Mittel mehr zur Strombegrenzung enthält (Ab-schnitt F).
Der ganze Verlauf dauert maximal 200 ms, also zehn Perioden bei 50 Hz.
Ein Vorteil dieser Startschaltung liegt darin, daß man den ohmschen Widerstand 8 nutzt, um den Motor 2 in Gang zu setzen. Der ohmsche Widerstand 8 verändert die Kurvenform des Stromes 4 nicht, so daß der Motor 2 mit einem sinusförmigen Strom versorgt wird und störende Stromtransien- ten entfallen. Dementsprechend kann man den Strom 4 mit einer relativ großen Amplitude dem Motor 2 zuführen, so daß er ein großes Losbrechmoment erzeugen kann. Ein derartiges Losbrechmoment ist insbesondere bei der Verwendung des Motors 2 zum Antrieb von Pumpen, Kompresso- ren oder ähnlichem von Vorteil, weil diese Aggregate beim Anlaufen ein relativ großes Gegenmoment erzeugen. Darüber hinaus läßt sich die Rückwirkung des Motors 2 auf das versorgende Netz klein halten, wenn der große Strom zu Beginn des Startvorganges sinusförmig verläuft.
Der ohmsche Widerstand 8 wirkt als eine Art Kickstarter. Sobald der Motor 2 angelaufen ist, kann man den dem Motor 2 zugeführten Strom sozusagen rampenförmig steigen lassen unter Zuhilfenahme der Halbleiterschalteranordnung 10. Die Halbleiterschalteranordnung wird zu Beginn so be- trieben, daß die Thyristoren 11 , 12 mit einem kleinen Triggerwinkel gezündet werden, d.h. die Zündung erfolgt, wenn man die Länge einer Halbwelle mit 180° elektrisch ansetzt, kurz vor 180°, also bei einem kleinen Triggerwinkel. Der Triggerwinkel wird dann solange vergrößert, bis er dicht bei 0°, also zu Beginn der Halbwelle, liegt.
Durch die Verwendung des ohmschen Widerstandes 8 erhält man eine "Kickstartfunktion", bei der der Motor 2 zu Beginn des Startens mit einem relativ hohen Strom versorgt wird, ohne daß man jedoch kurze hohe Stromtransienten am Versorgungsnetz erhält. Dies setzt natürlich voraus, daß der ohmsche Widerstand 8 an den Motor 2 angepaßt ist.
Die Fig. 3 bis 7 zeigen abgewandelte Ausgestaltungen, bei denen gleiche und einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Steuereinrichtung 14 ist in allen Fällen nicht dargestellt, aber natürlich vorhanden.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 ist die Halbleiterschalteranordnung 10 mit dem ohmschen Widerstand 8 in Reihe geschaltet. Diese Reihenschaltung ist durch den Schalter 13 im dritten Pfad 7 überbrückt. Zu Beginn des Startvorganges wird die Halbleiterschalteranordnung 10 voll aufgesteuert und der Schalter 9 ist geöffnet, so daß der zum Motor gelangende Strom 2 ausschließlich durch den ohmschen Widerstand 8 begrenzt ist und, da die Thyristoren der Halbleiterschalteranordnung 10 praktisch im Nulldurchgang aufgesteuert werden, nach wie vor seine Sinusform hat.
Sobald der Motor 2 eine gewisse Drehzahl erreicht hat, wird der Schalter 9 geschlossen und der ohmsche Widerstand 8 überbrückt, so daß die Steu- erung des Stromes über die Halbleiterschalteranordnung 10 erfolgt. Bei weiter zunehmender Drehzahl kann dann der Schalter 13 geschlossen werden, so daß die Halbleiterschalteranordnung 10 keinen Einfluß mehr auf den Strom zum Motor 2 nehmen kann.
Die Ausgestaltung nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen der der Fig. 1 mit der Änderung, daß der Schalter 13 im dritten Pfad 7, also im Bypass- Pfad, extern montiert ist. Er ist also nicht mehr in die Startschaltung 1 körperlich integriert.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 5 ist der dritte Pfad weggelassen worden.
Die Steuerung des Stroms zum Motor 2 erfolgt auch im Betrieb ausschließlich über die Halbleiterschalteranordnung 10. Damit läßt sich beispielsweise eine variable Geschwindigkeitsregelung des Motors 2 erreichen.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 6 sind zwei erste Pfade 5a, 5b vorgesehen, wobei in jedem Pfad ein ohmscher Widerstand 8a, 8b und ein Schalter 9a, 9b vorgesehen sind. Es können auch mehr als die beiden dargestellten Teilpfade 5a, 5b vorgesehen sein. Die Widerstände 8a, 8b können sich unterscheiden. Sie können aber auch gleich groß sein. Durch die
Schalter 9a, 9b können die Widerstände 8a, 8b in den Stromkreis zum Motor 2 geschaltet werden. Mit Hilfe der Schalter 9a, 9b hat man die Möglichkeit, unterschiedlich große ohmsche Widerstände 8a, 8b oder eine Kombination dieser Widerstände 8a, 8b in Parallelschaltung in den Stromfluß zum Motor zu schalten. Damit läßt sich das Startverhalten wei- ter beeinflussen.
In Fig. 7 sind die drei Pfade 5, 6, 7 in jeweils getrennten Baueinheiten 16, 17, 18 angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Starten eines elektrischen Motors, bei dem der Mo- 5 tor über eine mehrere Pfade aufweisende Startschaltung mit Strom versorgt wird und der Strom nacheinander durch unterschiedliche Pfade (5, 6, 7) geleitet wird, wobei der Strom in einer Phase des Startens durch eine Halbleiterschalteranordnung (10) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom zu Beginn 0 des Startens nur durch einen ohmschen Widerstand (8) begrenzt und den Strom dann durch die Halbleiterschalteranordnung (10) steuert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man 5 nach der Steuerung durch die Halbleiterschalteranordnung (10) den
Strom direkt zum Motor leitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Steuerung des Stroms durch den ohmschen Widerstand o (8) auf eine vorbestimmte Anzahl von Perioden des Stromes beschränkt, die maximal fünf Perioden beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom durch unterschiedlich große ohmsche 5 Widerstände (8) begrenzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom durch die Halbleiterschalteranordnung (10) zu dem ohmschen Widerstand (8) leitet und die Halblei- 0 terschalteranordnung (10) zu Beginn des Startvorgangs voll aufsteuert.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Halbleiterschaiteranordnung (10) und den ohmschen Widerstand (8) parallel betreibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Halbleiterschaiteranordnung (10) beim Wechseln des Stroms zur Halbleiterschaiteranordnung (10) mit einem kleinen Triggerwinkel betreibt und den Triggerwinkel dann vergrößert.
8. Startschaltung für einen elektrischen Motor mit einer variabel steuerbaren Halbleiterschaiteranordnung (10) zwischen dem Motor (2) und einem Versorgungsanschluß (3), einer Steuereinrichtung (14) und einer weiteren Strombeeinflussungseinrichtung, dadurch ge- kennzeichnet, daß die weitere Strombeeinflussungseinrichtung als ohmscher Widerstand (8) ausgebildet ist, der in einem Pfad (5) vom Versorgungsanschluß (3) zum Motor (2) schaltbar ist, und die Steuereinrichtung (14) zu Beginn eines Startvorganges den Strom (4) zunächst durch den ohmschen Widerstand (8) leitet und danach durch die Halbleiterschaiteranordnung (10) steuert.
9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein schaltbarer Bypass-Pfad (7) zwischen dem Versorgungsanschluß (3) und dem Motor (2) vorgesehen ist.
10. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Pfad (5), in dem der ohmsche Widerstand (8) angeordnet ist, parallel zu einem zweiten Pfad (6) angeordnet ist, in dem die Halbleiterschaiteranordnung (10) angeordnet ist.
11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Pfad (5) in mindestens zwei parallele Teilpfade (5a, 5b) unterteilt ist, in denen jeweils ein schaltbarer ohmscher Widerstand (8a, 8b) angeordnet ist.
12. Schaltung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der erste Pfad (5) eine Schalteinrichtung (9) aufweist, die über eine Verzögerungseinrichtung mit der Halbleiterschalteranordnung im zweiten Pfad (6) verbunden ist.
13. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (8) mit der Halbleiterschalteranordnung (10) in Reihe zwischen dem Versorgungsanschluß (3) und dem Motor (2) angeordnet ist, wobei der ohmsche Widerstand (8) durch ei- nen schaltbaren Kurzschlußpfad überbrückt ist.
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