DE1966342A1

DE1966342A1 - Schutzvorrichtung fuer einen Einphasen-Elektromotor mit Haupt- und Hilfswicklung

Info

Publication number: DE1966342A1
Application number: DE19691966342
Authority: DE
Inventors: Plouffe Leo A; Mcbride Lyle E
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1968-12-30
Filing date: 1969-12-24
Publication date: 1972-10-26
Also published as: DE1964872A1; DE1964872B2; FR2027314A1; GB1298684A; JPS4829244B1; US3544869A; ES374675A1

Description

DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. DIfL-PHVS. DR, DIfI

HÖGER - STEULRECHT - GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 39 288 h P 19 6b ϊ*1 Λ'

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^' (Ausscheidung aus

*■ ~ ^li30 P 19 64 872.7-32)

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED, Dallas, Texas, U.S.A.

Schutzvorrichtung für einen Einphasen-Elektromotor mit Haupt- und Hilfswicklung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzvorrichtung für einen Einphasen-Elektromotor mit Haupt- und Hilfswicklung, in welcher diese Wicklungen jeweils in Reihe mit einem Thermoschalter an Wechselspannungsquellen angeschlossen sind, mindestens der Thermoschalter für die Hilfswicklung eine Heizvorrichtung aufweist und mindestens der Thermoschalter für die Hauptwicklung in Wärmekontakt mit einem Teil des Elektromotors steht.

Bei Einphasen-Elektromotoren dient die Hauptwicklung als Betriebswicklung und die Hilfswicklung als Anlasswicklung. Ein Beispiel für einen solchen Elektromotor ist der Käfigankeriaotor. Seine Hilfswicklung wird mit einem Strom gespeist, der gegenüber dem Strom in der Hauptwicklung einen Phasenunterschied aufweist. Bei Käfigankermotoren mit getrennten Anlass- und

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Betriebskondensatoren liegt iriit der Hilfswicklung zum Zwecke des Anlassens eine grosse Kapazität und für den Betrieb eine kleine Kapazität in Reihe. Bei einem nur mit Anlasskondensator arbeitenden Käfigankermotor ist die Hilfswicklung nur beim Anlassen mit einer Kapazität in Reihe geschaltet und während des Betriebes vollständig aberregt. Bei einer dritten Art von Käfigankermotoren wird die Phasenverschiebung zwischen den Strömen in den Wicklungen nicht durch Kondensatoren, sondern dadurch erzielt, dass der Hilfswicklung ein hoher Widerstand gegeben wird.

Bei der Verwendung dieser drei Motorenarten ist es erwünscht, den Strom in der Hilfswicklung gewisse Zeit nach den Anlassen des Motors herabzusetzen, beispielsweise dadurch, dass die Hilfswicklung von der Spannungsquelle abgetrennt wird. So soll die Hilfswicklung, wenn sie nur für Anlasszwecke benötigt wird, aberregt werden, wenn der Motor angelassen ist. Handelt es sich indessen um einen Motor mit Anlass- und Betriebskondensator, so soll der Strom in der Hilfswicklung nach dem Anlassen auf einen niedrigeren Wert gebracht werden.

Eine hierfür geeignete Anlassvorrichtung ist in der deutschen

Patentschrift (Patentanmeldung P 19 64 872.7-32)

vorgeschlagen worden» Dort ist in einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Heizvorrichtung des Thermoschalters für die Hilfswicklung dieser Hilfswicklung parallel geschaltet und derart ausgelegt, dass sie den Thermoschalter durch die bei laufendem Elektromotor in der Hilfswicklung induzierte Spannung oberhalb einer vorbestimmten Temperatur zu halten vermag. Hierdurch wird erreicht, dass die Erregung der Hilfswicklung nach einer vorbestimmten Zeitspanne abgeschaltet wird und erst

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ejne weitere vorbestimmte Zeitspanne nach dem Abschalten des Elektromotors wieder eingeschaltet v/erden kann.

Beim Betrieb dieser und anderer Motorenarten ist ferner häufig ein thermischer Schutz gegen eine übermässige Erwärmung der Anlass- oder der Betriebswicklung durch schützende Aberregung des Motors erwünscht. Eine solche überhitzung kann als Folge einer Rotorblockierung oder einer andauernden Überlastung des Motors auftreten. Sie macht es erforderlich, den Motor ganz abzuschalten. Je nach der Verwendungsweise des Motors kann entweder eine automatische oder eine von Hand zu bedienende Rückstellung für die Anlass- bzw. die thermische Schutzvorrichtung vorgesehen werden.

Die Aberregung der Anlasswicklung eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Einschalten des Elektromotores und der thermische Schutz der einzelnen Motorteile sind bisher durch mechanische Schalter bewirkt worden. So ist aus der deutschen Patentschrift 901 311 eine Schutzvorrichtung der eingangs beschriebenen Art bekannt, in welcher die Thermoschalter durch thermostatische Bimetallelemente gesteuerte Schaltkontakte aufweisen.

Der Verwendung von mechanischen Wärmefühlern haften indessen erhebliche Nachteile an. Die Thermoschalter sind nur schwierig zu justieren und in ihrem Ansprechen aufeinander abzustimmen. Die Alterung der Bauelemente bewirkt eine Veränderung der Justage und Abstimmung. Oxidation und Erosion der Schaltkontakte führen zum Ausfall der Schutzvorrichtung. Weiter Störungen treten durch Verschmutzung und Fremdkörper auf. Schliesslich sind derartige Schutzvorrichtungen mit mechanischen Wärmefühlern empfindlich gegen Schwankungen der Speisespannung und

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der Umgebungstemperatur, was zu unerwünschten Veränderungen der Ansprechschwelle führt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schutz- . vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher in einer Anlassvorrichtung der durch die zuerst genannte Patentschrift vorgeschlagenen Art durch geringen zusätzlichen Aufwand ein thermischer Schutz gegen überhitzung des Elektromotbres vorgesehen ist, der äusserst unempfindlich gegen äussere Störungen und dessen Ansprechen - auch in Bezug auf dasjenige der Anlassvorrichtung — genau vorherbestimmbar und weitgehend unabhängig von Alterungen, Speisespannungsschwankungen und Veränderungen der Umgebungstemperatur ist.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Thermoschalter jeweils einen mit der Haupt- bzw. Hilfswicklung verbundenen steuerbaren Halbleiterschalter aufweisen und dass die Steuerelektrode des Halbleiterschalters für die Hilfswicklung über einen ersten Kaltleiter an einen Anschluss der Wechselspannungsquelle und die Steuerelektrode des Halbleiterschalters für die Hauptwicklung über einen zweiten Kaltleiter an die Verbindungsstelle zwischen der Hilfswicklung und dem Halbleiterschalter für die Hilfswicklung angeschlossen ist.

Diese Schutzvorrichtung ist einfach und betriebssicher und " weist eine lange Lebensdauer auf. Sie hat insbesondere den Vorteil, dass die Zündströme^ er Halbleiterschalter unabhängig von den Strömen in den Wicklungen des Elektroir.otores sind und durch die bei laufendem Motor in der Hilfswicklung induzierte Spannung auf ihren Betriebswerten gehalten werden.

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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens in Reihe zu einem der Kaltleiter ein Kondensator angeordnet. Dabei kann zur Erhöhung der Empfindlichkeit ein Anschluss des zweiten Kaltleiters über je einen Kondensator mit beiden Anschlüssen der Hilfswicklung verbunden sein.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens in Reihe zu einem der Kaltleiter ein weiterer Kaltleiter angeordnet. Vorteilhafterweise stehen zwei in Reihe geschaltete Kaltleiter für die Hauptwicklung mit verschiedenen Teilen des Elektromotores in Wärmekontakt.

Eine weitere Verbesserung des thermischen Schutzes ergibt sich dadurch, dass von zwei in Reihe geschalteten Kaltleitern für die Hilfswicklung der dem einen Anschluss der Wechselspannungsquelle zugewandte Kaltleiter in Wärmekontakt mit einem Teil des Elektromotores steht. Zusätzlich können dabei beide Kaltleiter eine Heizvorrichtung aufweisen. Eine Verriegelungswirkung ergibt sich, wenn die Verbindungsstelle der beiden Kaltleiter über die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes an den anderen Anschluss der Wechselspannungsquelle an- i geschlossen ist. Dabei kann die Reihenschaltung der beiden Kaltleiter über einen Widerstand an den einen Anschluss der Wechselspannung squeHe angeschlossen sein.

Vorteilhafterweise ist mindestens einer der steuerbaren Halbleiterschalter ein Triac. Es ist günstig, wenn mindestens einer der Kaltleiter und gegebenenfalls auch die Heizvorrichtung ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes und einer Grenzteraperatur ist, oberhalb der sein Widerstand verhältnismässig steil ansteigt.

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Ira folgenden wird die Erfinduna anhand einiger in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 ist ein schematiseiles Schaltbild, einer Anordnung zur Steuerung eines Elektromotors'nach der Erfindung mit einer kippbaren. Halbleiterstromschalteinrichtung zur Steuerung der Erregung einer Hilfswicklung und mit einer zweiten derartigen Einrichtung zur Steuerung der Speisung einer Hauptwicklung eines Motors in Abhängigkeit von der von einem Thermistor in dem Motor abgefühlten Temperatur.

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild der in Fig. 1 wiedergege-. benen Steueranordnung, die aber um einen zusätzlichen Thermistor für die Abfühlung der Temperatur in der Hauptwicklung des Motors erweitert ist.

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild der in Fig. Λ wiedergegebenen Steueranordnung, die um einen Thermistor erweitert ist, der die Hilfswicklung davor bewahrt, gespeist zu werden, so-lange der Motor überhitzt ist.

Fig. 4- ist ein schematisches Schaltbild einer Variante der in Fig. 1 wiedergegebenen Steueranordnung.

Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild einer Steueranordnung ™ nach der Erfindung, die für die Steuerung des Anlaßvor ganges eines Käfigankermotors besonders geeignet ist.

Einander entsprechende Teile sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Steueranordnung nach der Erfindung wiedergegeben, die dahingehend wirkt, den einer Anlaßwicklung eines Motors zugeführten Strom eine bestimmte Zeit nach der Erregung des Mo tors herabzusetzen. Man erkennt, daß die Hauptklemmen eines Triac Q1 in Reihe mit der Hilfswicklung AW eines elektrischen

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Motors an den Leitungen L1 und L2 liegen, die der Anschaltung der Steueranordnung an das übliche Wechselstromnetz dienen. Der Triac (Q1) gehört bekanntlich zur Familie der mittels einer Steuerelektrode kippbaren Halbleiter-stronischalteinrichtungen. Zu dieser Familie gehört^uch eine Anzahl ähnlicher Einrichtungen wie z.B. gesteuerte Siliziumgleichrichter (SCR) und gesteuerte Silizium Schalter (SCS).

Bei der Hilfswicklung AW, mit der der Triac Q1 verbunden ist, möge es sich beispielshalber um die Anlaßwicklung eines Einpha senmotors bekannter Art handeln. Die leitende Verbindung zwischen den Hauptklemmen des Triac Q1 wird durch die Anlegung eines Kippstromes an die Steuerklemme der Einrichtung hervorgerufen und aufgehoben, wenn der Kippstrom unter ein bestimmtes Maß herabgesetzt wird. Zwischen der Steuerklemme des Triac Q1 und der Zuführungs leitung ΙΔ liegen ein Thermistor S1 und ein Kondensator C1 in Reihe. Der Thermistor S1 steuert also den Kippstromfluß zum !Triac Q1. . .

Mit dem Thermistor S1 ist ein Heizer H thermisch gekoppelt, der zwischen eine der Hauptklemmen des Triac Q1 und die andere Zu führungsleitung L2 geschaltet ist, also über die Wicklung AW. Der Thermistor S1 besteht vorzugsweise aus einem Material, das einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) des Widerstandes aufweist und eine Grenztemperatur besitzt, oberhalb derer ihr Widerstand verhältnismäßig plötzlich ansteigt. Die Kennwerte und Schaltkreiseigenschaften des Thermistors S1 (wie auch der später erwähnten Thermistoren S2 bis S4) sind derart, daß der Thermistor zur Erreichung der erwähnten Grenztemperatur zusätzliche Wärme von einer äußeren Quelle benötigt. Dies bedeutet, daß sich der

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Thermistor durch, die Joul'sche Wärme (I R) nicht seihst auf die Grenztemperatur erhitzt _i also nicht ohne zusätzliche Wärmezufuhr. Auch hei dem Heizer H kann es sich um einen PTC - Thermistor handeln. Er besteht dann vorzugsweise aus dem gleichen Material, und zwar einem solchen, dessen Grenztemperatur, oberhalb derer der Widerstand des Materials verhältnismäßig steil ansteigt, etwas höher liegt. Solche "Durchbruchs"-Thermistoren stellen, wenn sie in selbsterhitzender Weise verwendet werden, ideale Heizer für Thermistoren dar. Dies ist so wegen der Einfachheit, mit der f die Heizthermistoren mit den zu heizenden Thermistoren in wärmeleitender Weise gekoppelt werden können. Natürlich kann der Heizer H auch ein gewöhnlicher Widerstandsheizer sein.

Für die Stromzuführung zu einer Hauptwicklung MW des Motors ist ein zweiter Triac Q2 vorgesehen. Die Hauptklemmen des Triac Q2 und die Hauptwicklung liegen in Reihe an den Speiseleitungen L1 und L2. Mit der Steuerklemme des Triac Q2 ist ein Thermistor S2 verbunden, der andererseits über einen Kondensator C2 an die Hilfswicklung AW geschaltet ist. Der Thermistor S2 ist thermisch λ mit dem Motor gekoppelt, d.h. so angebracht, daß er die Temperatur innerhalb des Motors abfühlt. Der Thermistor S2 steuert den Kippstromfluß zum Triac Q2. Dieser ist, wie der Triac Q1, kippfähig, so daß zwischen seinen Hauptklemmen durch Anlegen eines Kippstromes an seine Steuerklemme leitende Verbindung hervorgerufen wird, die aufhört, wenn der Kippstrom unter eine bestimmte Kippschwelle herabgesetzt wird. Der Thermistor S2 ist von PCT--Art und weist vorzugsweise eine Grenztemperatur auf, oberhalb derer sein Widerstand verhältnismäßig steil ansteigt. Die Grenztemperatur des Thermistors S2 ist so gewählt, daß sie mit der

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maximal zulässigen Temperatur im Motor korrespondiert.

Zur Schilderung der Betriebsweise der Steueranordnung nach Fig. sei zunächst angenommen, daß der Heizer H kalt ist und der !Thermistor S1 demgemäß nicht erwärmt ist. Der Thermistor S1 hat daher einen verhältnismäßig geringen Widerstand. Es sei ferner ange nommen, daß der Motor verhältnismäßig kalt ist, so daß auch der Thermistor S2 einen verhältnismäßig niedrigen Widerstand auf weist. Wenn die Leitungen ΊΛ und L2 an eine übliche iVechselstromquelle angeschlossen werden,fließt daher Kippstrom durch den Kreis mit dem Kondensator C1 und dem Thermistor S1 zur Steuer klemme des Triac Q1. Dies löst den Kipp des Triac Q1 aus, so daß er der Wicklung AW Strom zum Anlassen des Motors zuführt. Da hierdurch über der Wicklung AW eine Spannung auftritt, wird der SteuerklemmB des Triac Q2 über den Kondensator G2 und den Thermistor S2 ein Kippstrom zugeführt, der zwischen den Haupt klemmen des Triac Q2 leitende Verbindung herstellt. Dadurch wird die Hauptwicklung MW erregt. Da nun sowohl die Hauptwicklung MW als auch die Anlaßwicklung AW gespeist werden, oeginnt der Motor in normaler Weise anzulaufen und kommt auf Betriebsgeschwindigkeit.

Die Spannung über der Wicklung AW speist auch den Heizer H. Dieser erwärmt daher den Thermistor S1 und erhöht damit dessen Temperatur. Nach einer gewissen Zeit erreicht der Thermistor S1 eine Schwelltemperatur, bei der er den der Basis des Triac Q1 zugeführten Kippstrom unter die bestimmte Kippschwelle herab setzt, so daß der Triac Q1 nichtleitend wird. Demgemäß wird die Anlaßwicklung AW aberregt. Da der Motor nunmehr mit Betriebsgo schv/indigkeit läuft, \vird als Folge der "Rück"-EMK, die bei

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normaler Arbeitsweise des Motors in der Wicklung erzeugt wird, in der Wicklung AW eine Spannung induziert. Diese Spannung hält den Heizer H in erwärmtem Zustand und sorgt daher dafür, daß der Thermistor S1 oberhalb seiner Schwelltemperatur verbleibt. Diese Spannung wird über den Kondensator C2 und den Thermistor S2 ferner der Steuerklemme des Triac Q2 zugeführt, wodurch der leitende Zustand zwischen den Hauptklemmen des Triac Q2 er halten bleibt. Dieser Zustand bleibt sogar bei Abwesenheit einer Spannung über der Wicklung AW erhalten, und zwar wegen der über f der Wicklung MW stehenden Spannung.

Wenn der Motor wegen einer Blockierung des Eotors nicht anläuft oder wenn er im Betrieb überlastet wird, so wird er überhitzt. Da der Thermistor S2 im Motor angebracht ist, um dessen Temperatur abzufühlen, wird er gleichfalls erhitzt. Wenn er über die durch die Grenztemperatur bestimmte Schwelle hinaus erhitzt wird, setzt der Thermistor S2 den der Basis des Triac Q2 zugeführten Kippstrom herab, und zwar unter die Kippschwelle für den Triac. Damit wird also die Hauptwicklung MW bei einer Überhitzung des ä Motors aberregt. Da dann in der Anlaßwicklung AW keine Spannung mehr induziert wird, kühlt sich der Heizer H ab. Gleichzeitig kühlt sich der Motor aus seinem überhitzten Zustand ab. Dementsprechend kann, wenn der Heizer und folglich der Thermistor S1 abgekühlt sind, der Steuerklemme des Triac Q1 erneut Kippstrom über den Kondansator C1 und den Thermistor S1 zugeführt werden, der die Wiedererregung der Wicklung AW zwecks neuem Anlassens des Motors auslöst. Gleichzeitig ruft die über der Wicklung AW im Falle deren Erregung entstehende Spannung einen Kippstrom hervor, der über den Kondensator C2 t\nd den Thermistor S2 zur Steuerklemme des

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Triac Q2 gelangt und zur Wiedererregung der Wicklung MW führt. Der Motor wird daher erst dann erneut angelassen, wenn er sich aus seinem Zustand hoher Temperatur infolge der vorangegangenen Überhitzung abgekühlt hat.

In Figur 2 ist eine derjenigen der Fig. 1 entsprechende Anordnung zur Motorsteuerung wiedergegeben, die jedoch zusätzlich einen dritten Thermistor S3 aufweist, der mit dem Kondensator C2 und dem Thermistor S2 in Reihe zwischen der Anlaßwicklung A¥/ und der Steuerklemme des Triac Q2 liegt. Somit steuert also auch der Thermistor S3 den Fluß des Kippstromes zum Triac Q2. Wie man aus Fig ersieht, ist der Thermistor S3 thermisch mit der Hauptwicklung MW des Motors gekoppelt. Diese thermische Kopplung kann beispiels weise dadurch erreicht werden, daß der Thermistor S3 in die Wicklung MW eingebettet wird. Die Schaltung arbeitet somit wie diejenige von Fig. 1, jedoch mit der zusätzlichen Funktion, daß der Thermistor S3 die Temperatur in der Hauptwicklung MW abfühlt und eine dort etwa vorhandene Überhitzung feststellen kann, so daß für den Motor ein zusätzlicher Überhitzungsschutz gegeben ist. Da der Thermistor S3 thermisch mit der Wicklung MW gekoppelt ist, spricht er schneller auf eine Rotorblockierung oder eine über lastung an.

Der Thermistor S3 ist wie die Thermistoren S1 und S2 aus PTC Thermistor-Material, das vorzugsweise eine Grenztemperatur besitzt, oberhalb derer sein Widerstand verhältnismäßig steil ansteigt. Dies ist besonders dann erforderlich, wenn Thermistoren wie die Thermistoren S2 und S3 in Reihe liegen, denn der Widerstand der Reihenkombination von Thermistoren soll verhältnismäßig stark anwachsen, wenn einer der Thermistoren erhitzt wird. Da ein "Durch-

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bruchs"-Thermistor der beschriebenen Art einen anomalen Tempera tiirwiderstand hat, wenn er bis zu seiner Grenztemperatur erhitzt wird, wächst sein Widerstand verhältnismäßig steil an und ruft dadurch ein erhebliches Anwachsen des Widerstandes der Thermistor-Reihenkombination hervor. Dementsprechend ist der Thermistor S3 so gewählt, daß seine Grenztemperatur einer maximal zulässigen Temperatur in der Wicklung MW entspricht. Ist also die Wicklung MW auf ihre maximal zulässige Temperatur erhitzt, so setzt der Thermis tor S3 den der äteuerklemme des Triac Q2 zugeführten Kippstrom herab unter den für die Einrichtung bestimmten Kippschwellwert, so daß es zur Aberregung der Wicklung MW kommt.

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild einer Variante der Schaltung nach Fig. 1, bei der ein Thermistor vorgesehen ist, der die Hilfswicklung AW als Ausschalter bei hoher Temperatur davor be wahrt, gespeist zu v/erden, während sich der Motor im Zustand der Überhitzung befindet. Bei dieser Schaltung liegt ein zusätzlicher Thermistor S4- zwischen der Steuerklemme des Triac Q1 und der Speiseleitung L1, und zwar in Reihe mit dem Thermistor S1 und eine,m Widerstand R1. Der Heizer H ist sowohl mit dem Thermistor S1 als auch mit dem Thermistor £& thermisch gekoppelt. Der Thermistor S1 bewirkt wie bei den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 ein Zeitinter vall, während dessen die Anlaßwicklung des Motors, die Wicklung AW, gespeist wird und nach dem der Triac Q1 inaktiv wird, wie dies bisher beschrieben wurde. Der Kreis für die Zuführung von Kipp strom zum Triac Q1 enthält zusätzlich einen Widerstand R2 und einen Kondensator C3, die in Reihe zwischen dem Verbindungspunkt der Thermistoren S1 und S4- und der weiteren Speiseleitung L2 angeordnet sind. Der Thermistor S4-, der thermisch mit dem Heizer H

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gekoppelt ist, ist auch mit dem Motor thermisch gekoppelt. Es bedeutet dies, daß er so angebracht ist, daß er die Temperatur im Motor abfühlen kann, also innerhalb des Motorgehäuses. Er ver hindert die Speisung des Motorsj solange sich dieser in einem Überhitzungszustand befindet.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser Schaltung sei zunächst angenommen, daß der Motor verhältnismäßig kalt ist und daß die Wicklung AW nicht erregt ist, so daß der Heizer H ebenfalls kalt ist. Somit sind auch die Thermistoren S1 und S4- verhältnismäßig kalt und weisen daher einen niedrigen Widerstand auf, so daß, wenn die Speiseleitungen L1 und L2 an die Wechselstromquelle ge legt werden, Kippstrom über den Widerstand R1 und die Thermistoren S4- und S1 zur Steuerklemme des Triac Q1 fließt, wodurch die Leitfähigkeit zwischen dessen Hauptklemmen eintritt. Nachdem auf diese Weise der Anfangskippstrom sichergestellt ist, liefert der Kreis mit dem Widerstand R2, dem Kondensator C3 und dem Thermistor S1 einen Kippstrom zur Erhaltung des Triac Q1 in seinem leitenden Zustand. Der Kondensator C3 sorgt, nachdem der leitende Zustand des Triac Q1 mithilfe des Widerstandes Ή.Λ und des Thermistors S4-eingeleitet worden war, für dessen Aufrechterhaltung. Da, wenn der Triac Q1 leitend wird, über der Wicklung AW eine Spannung auftritt, wird der Heizer H durch diese erregt und erhitzt dabei die Thermistoren S1 und S4-. Eine gewisse Zeit nach dem Anlassen des Motors (und daher der Erregung der Wicklung AW) setzt der Thermistor S1 den dem Triac Q1 zugeführten Kippstrom unter die bestimmte Kippschwelle, die zur Erhaltung des Triac Q1 in seinem leitenden Zustand erforderlich ist, herab. Der Triac Q1 fällt daher in seinen nichtleitenden Zustand zurück und die Wicklung AW

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wird nicht mehr gespeist. In der gleichen Weise, wie sie mit Blick auf die Fig. 1 und 2 erläutert wurde, bleibt der Heizer H durch die in der Wicklung AV/ während des Betriebs des Motors induzierten Spannung erregt. Der· Thermistor S1 bleibt somit ober halb seiner Schwelltemperatur.

Sollte der Motor überhitzt werden, so setzt der Thermistor S2 den Kippstrora, der dem Triac Q2 zugeführt wird, in der früher erläuterten Weise herab, was zur Aberregung der Hauptwicklung MW führt. Da der Thermistor S4 auch mit dem Motor thermisch gekoppelt J ist, wird er durch die hohe Temperatur des überhitzten Motors erhitzt. Wenn der tJberhitzungszustand des Motors zur Erhitzung des Thermistors S4 über eine der maximal zulässigen Motortemperatur entsprechende Schwelle hinaus führt, so verhindert der Thermistor S4-, daß über den Widerstand R1 und die Thermistoren S4- und S1 Kippstrom an die Steuerklemme des Triac Q1 gelangt. So wird verhindert, daß die Wicklung AW gespeist wird, solange der Motor überhitzt ist. Sollte sich der Motor aus seinem tTberhitzungszustand abkühlen, so kühlt sich auch der Thermistor S4 ab. Da an der Wicklung AW keine Spannung steht, wenn der Motor nicht in Betrieb ist, ™ so daß der Heizer H nicht erregt wird, kann ein Kippstrom zur Einleitung des Leitzustandes zwischen den Hauptklemmen, des Triac QI erneut durch den Widerstand R1 und die Thermistoren S4- und S1 fließen. Auf diese Weise wird die Anlaßwicklung AW erneut erregt, und die über ihr stehende Spannung speist den Heizer H und sorgt für Kippstrom für den Triac Q2, der über den Kondensator C2 und den Thermistor S2 fließt, so daß die Hauptwicklung MW gespeist wird. Diese Ausführungsform erlaubt auch die Steuerung der Aber regung der Anlaßwicklung und der Rückstellung unabhängig vonein -

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ander rind zwar durch die Verwendung von zwei getrennten Thermis toren.

Fig. 4- zeigt als Variante von Fig. 1 eine Anordnung für eine Mo tor steuerung, die besonders gut für Motoren geeignet ist, "bei dene] über der Hilfs- oder Anlaßwicklung eine verhältnismäßig niedrige Spannung steht, während der Motor arbeitet. Wenn diese Induktionsspannung zu niedrig ist, kann es sein, daß der Kippstrom nicht dazu ausreicht, den Triac Q2 in seinem leitenden Zustand zu erhalten und damit die Hauptwicklung MW zu speisen. Demgemäß ist zwischen den Verbindungspunkt des Kondensators C2 und des Thermistors S2 und die Speiseleitung L2 ein Kondensator C4 geschaltet. Auf die Erregung des Motors durch Anlegung der Speiseleitungen L1 und L2 an die Wechselstromquelle hin wird der Triac Q1 in der obeiyschon erläuterten Weise gekippt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Spannung über der Wicklung AW groß genug, um der Steuerklemme des Triac Q2 über den Kondensator C2 und den Thermistor S2 einen Anfangskipp strom zuzuführen. Wenn der Motor indessen auf Touren kommt und die Wicklung AW nicht mehr gespeist wird, kann die induzierte Spannung niedrig sein. Der Kondensator C4 ist jedoch das Mittel zur Bereitstellung des zusätzlichen Kippstromes, der benötigt wird, um den Triac in seinem leitenden Zustand zu halten, auch wenn der Motor normal arbeitet.

Fig. 5 zeigt schematisch das Schaltbild einer Anordnung zur Steu erung nach der Erfindung, die besonders für das Anlassen von

Käfigankermotoren geeignet ist. Wie früher schon festgestellt, können Käfigankermotoren zur Kapazitäts-Anlaßart oder zur Kapazitäts-Anlaß - Kapazitäts-Betriebsart gehören. Fig. 5 zeigt die Anwendung einer Steueranordnung nach der Erfindung in Zusam-

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menarbeit mit einem Motor der letztgenannten Art, bei der ein Kondensator 05 als Anlaßkapazität und ein Kondensator C6 als Betriebskapazität verwendet wird. V/enn der Motor zur Kapazitäts-Anlaßart gehören würde, das heißt zu der Art, bei der die Hilfswicklung AW nach dem Anlassen des Motors vollständig aberregt wird, dann würde der Kondensator C6 nicht vorhanden sein. Die Anlaßkapazität oder der Kondensator Q5 liegt mit einem Triac Q1 und der Hilfswicklung AW des Motors in Reihe zwischen den von der Wechselstromquelle kommenden Leitungen L1 und L2. Wie in den Schaltungen nach den Fig. 1 bis 4 enthält ein Kreis für die Zu führung von Kippstrom zum Triac Q1 einen Kondensator C1 und einen

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Thermistor S1, die zwischen der Steuerklemme des Triac Q1 und der Speiseleitung L1 in Reihe liegen. Der Heizer H liegt -ebenfalls wie in den ITig. 1 bis 4-r über der Hilfswicklung AW.

Man erkennt, daß auf die Anlegung der Leitungen L1 und L2 an die

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Wechselstromquelle hin der' Kondensator/im Betrieb in Reihe mit der Hilfswicklung AW liegt und diese mit Strom versorgt, der mit demjenigen in der Wicklung MW nicht in Phase ist. Wenn die Speise - . λ leitungen an die Wechselstromquelle angeschlossen werden wird der Kippstrom für den Triac Q1 über den Kondensator C1 und den Ther mistor S1 zugeführt. Dadurch wird zwischen den Hauptklemmen des Triac Q1 der leitende Zustand hergestellt, wobei die Kondensato ren G5 und 06 effektiv parallel gelegt werden um in Reihe mit der Hilfswicklung AW eine verhältnismäßig große Kapazität zu erhalten. Der Heizer H wird von der an der Hilfswicklung AW auftretenden Spannung gespeist und erwärmt somit den Thermistor S1. Nach einer gewissen Zeit, in der er eine bestimmte Schwelltemperatur erreicht, setzt der Thermistor S1 den Kippstrom für den Triac Q1 unter jenen

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Wert herab, dej? zur Aufrechterhaltung des leitenden Zustandes an dem Triac erforderlich ist. Dadurch ist der Leitzustand zwischen den Hauptklemmen des Triac Q1 beendet. Die Wicklung AW liegt dahe? nur noch mit dem Kondensator C6 in Reihe. Dadurch wird der der Wicklung AW zufließende Strom herabgesetzt und der Motor läuft dementsprechend auf normalen Touren.

Gewünschtenfalls kann ein solcher Käfiganker-motor, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, mit einem thermischen Schutz in einer in den Fig. 1 und 2 gezeigten Weise ausgerüstet werden, indem in Eeihe mit der Hauptwicklung MW ein weiterer Triac angeordnet wird, der einen Kippkreis mit einem Kondensator in Reihe mit einem Thermistor zwischen seiner Steuerklemme und der Hilfswicklung AW be sitzt, wobei der Thermistor mit dem Motor oder einer seiner Wick lungen thermisch gekoppelt ist.

Es sei daraufhingewiesen, daß der in den Fig. 1 bis/dargestellte Heizer H gewünschtenfalls aus einem PTC-Thermistor mit einer Grenztemperatur bestehen kann, oberhalb derer sein Widerstand verhältnismäßig steil ansteigt, wodurch der für diesen Zweck einge setzte Thermistor in einer selbsterhitzenden Weise verwendet wird. Die Verwendung eines solchen Thermistors für diesen Zweck ist vorteilhaft, weil solch ein Thermistor einen Heizer mit einer hoch wirksamen Selbstregulierung darstellt, da, wenn sich seine Temperatur der Grenztemperatur nähert, sein Widerstand rasch anwächst und so eine weitere Erhitzung begrenzt. ~ ; Der Thermistor verbleibt mit anderen Worten im wesentlichen auf seiner Grenztemperatur. Ein solcher Heizer bleibt seinem Wesen nach von Schwankungen der Umgebungstemperatur und der Speisespannung unberührt.

Natürlich aber kann der Heizer gewünschtenfalls auch ein gewöhn -

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licher Widerstandsheizer sein. _Λ

Den vorstehenden Ausführungen ist 2u entnehmen, daß die der Er findung zugrundeliegende Hauptaufgabe und Nebenaufgaben erfüllt

werden und weitere vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden.

Da die erläuterten Ausführungsformen für die Erfindung in mannigfaltiger Weise modifiziert werden können, ohne daß dadurch vom Wesen der Erfindung abgewichen werden würde, ist darauf hinzuweisen, daß alle in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Gegenstände sowie die zeichnerisch dargestellten als beispielhafte Ausführungsformen aufzufassen sind.

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Claims

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Patentansprüche :

1, Schutzvorrichtung für einen Einphasen-Elektromotor mit Haupt- und Hilfswicklung, in welcher diese Wicklungen jeweils in Reihe mit einem Thermoschalter an Wechselspannungs- - quellen angeschlossen sind, mindestens der Thermoschalter für die Hilfswicklung eine Heizvorrichtung aufweist und mindestens der Thermoschalter für die Hauptwicklung in Wärmekontakt mit einem Teil des Elektromotors steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoschalter jeweils einen mit der Haupt- (MW) bzw. Hilfswicklung (AW) verbundenen, steuerbaren Halbleiterschalter (Q2,Q1) aufweisen.und dass die Steuerelektrode des Halbleiterschalters (Ql) für die Hilfswicklung (AW) über einen ersten Kaltleiter (Sl) an einen Anschluss (Ll) der Wechselspannungsquelle und die Steuerelektrode des Halbleiterschalters (Q2) für die Hauptwicklung (MW) über einen zweiten Kaltleiter (S2) an die Verbindungsstelle zwischen der Hilfswicklung (AW) und dem Halbleiterschalter (Ql) für die Hilfswicklung (AW) angeschlossen ist.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in Reihe zu einem der Kaltleiter (Sl, S2) ein Kondensator (Cl, C2) angeordnet ist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschluss des zweiten Kaltleiters (S2) über je einen Kondensator (C2, C4) mit beiden Anschlüssen der Hilfswicklung (AW) verbunden ist.
4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in Reihe zu einem der Kaltleiter (Sl, S2) ein weiterer Kaltleiter (S4, S3) angeordnet ist.

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y . j. / /
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5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Reihe geschaltete Kaltleiter (S2, S3) für die Hauptwicklung (ΜΙ) mit verschiedenen Teilen des Elektromotores in Wärmekontakt stehen.
6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4-oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass von zwei in Reihe geschalteten Kaltleitern (Sl, S4) für die Hilfswicklung (AW) der dem einen Anschluss (Ll) der Wechselspannuncrsquelle zugewandte Kaltleiter (S4) f in Wärmekontakt mit einem Teil des Elektromotores steht.
7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kaltleiter (Sl, S4) eine Heizvorrichtung (H) aufweisen.
8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstelle der beiden Kaltleiter (Sl, S4) über die Reihenschaltung eines Kondensators (C3) und eines Widerstandes (R2) an den anderen Anschluss (L2) der Wechselspannungsquelle angeschlossen ist.
9. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, ' dass die Reihenschaltung der beiden Kaltleiter (Sl, S4) über einen Widerstand (Rl) an den einen Anschluss (Ll) der Wechselspannungsquelle angeschlossen ist.
10. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der steuerbaren Halbleiter-Schalter ein Triac (Ql, Q2) ist.
11. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kaltleiter ein

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Thermistor (Sl, S2, S3, S4) mit positivem Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes und einer Grenztemperatur ist, oberhalb der sein Widerstand verhaltnismässig steil ansteigt»
12. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (H) ein Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten seines Widerstandes und einer Grenztemperatur ist, oberhalb der sein Widerstand verhaltnismässig steil ansteigt.

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