DE112005000204B4

DE112005000204B4 - System for preheating a bimetallic protection device and compressor with such a system

Info

Publication number: DE112005000204B4
Application number: DE112005000204.7T
Authority: DE
Inventors: Niels Christian Weihrauch
Original assignee: Secop GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2025-01-28
Also published as: ITTO20050052A1; DE112005000204T5; DE102004017624A1

Abstract

System zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung (106; 126) eines Einphasenmotors (102; 122) mit einem Kondensator (CR, 141) wobei die Bimetall-Schutzvorrichtung (106; 126) ein Paar von festen, im Normalbetrieb geschlossenen Kontakten (112; 132) aufweist, die durch ein Bimetallelement (108; 128) aktivierbar sind, und zum Aufheizen des Bimetallelements (108; 128) ein erstes Heizelement (114; 134) aufweist, das durch den Hauptstrom des Motors (102; 122) versorgt wird, wenn das Paar von Kontakten (112; 132) geschlossen ist, wobei das System des Weiteren ein zweites Heizelement (135) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Heizelement (135) zum Aufheizen des Bimetallelements (128) durch den Kondensator (CR, 141) mit Strom versorgt wird, wenn das Paar von Kontakten (132) offen ist, und nicht durch den Kondensator (CR, 141) mit Strom versorgt wird, wenn das Paar von Kontakten (132) geschlossen ist, und mit einem zweiten Paar von festen, im Normalbetrieb offenen Kontakten (133), die das zweite Heizelement (135) mit dem Kondensator (CR, 141) verbinden, wobei das erste (132) und das zweite (133) Paar von festen Kontakten so aktivierbar sind, dass das zweite Paar von festen Kontakten (133) annähernd zur gleichen Zeit schließt, wenn das erste Paar von festen Kontakten (132) öffnet oder kurz danach, d. h. wenn der Rotor des Motors blockiert wird, wobei der Kondensator (CR, 141) mit dem zweiten Heizelement (135) verbunden wird, so dass das zweite Heizelement (135) eine hauptsächlich konstante Niederstromversorgung von dem Kondensator (CR, 141) erhält.A system for preheating a bimetal protection device (106; 126) of a single phase motor (102; 122) with a capacitor (CR, 141), the bimetal protection device (106; 126) comprising a pair of fixed contacts (112; 132 ) which are activatable by a bimetallic element (108; 128) and for heating the bimetallic element (108; 128) has a first heating element (114; 134) supplied by the main current of the motor (102; 122) the pair of contacts (112; 132) is closed, the system further comprising a second heating element (135), characterized in that the second heating element (135) for heating the bimetallic element (128) by the capacitor (CR, 141) is energized when the pair of contacts (132) is open and not powered by the capacitor (CR, 141) when the pair of contacts (132) is closed and with a second pair of fixed, in normal operation open contacts (133 ) connecting the second heating element (135) to the capacitor (CR, 141), the first (132) and second (133) pairs of fixed contacts being activatable such that the second pair of fixed contacts (133) approximate at the same time, when the first pair of fixed contacts (132) opens, or shortly thereafter, d. H. when the rotor of the motor is blocked, the capacitor (CR, 141) is connected to the second heating element (135) so that the second heating element (135) receives a mainly constant low current supply from the capacitor (CR, 141).

Description

Technischer BereichTechnical part

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a system for preheating a bimetal protection device according to the preamble of patent claim 1.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Bimetall-Schutzvorrichtungen zum Abschalten der Stromversorgung zu einem Motor sind wohlbekannt. US 3,636,426 A , zum Beispiel, offenbart eine Motor-Schutzvorrichtung zusammen mit einem Motor. Die Schutzvorrichtung umfasst einen Thermoschalter mit einer schnappartigen Bimetallscheibe, die mit festen Schaltern zusammenwirkt um den Motorkreislauf zu unterbrechen, wenn die Temperatur der Scheibe ein vorbestimmtes Niveau übersteigt. Die Schutzvorrichtung umfasst auch eine Heizvorrichtung, die über Wechselstromversorgungsleitungen mit dem Motor und dem Schalter in Serie verbunden ist und mit der Scheibe in Wärmeaustauschverbindung ist, Die von der Heizvorrichtung erzeugte Wärme variiert als Funktion der vom Motor verbrauchte Strom, so dass der Motor, wenn er bei blockierten Rotorbedingungen blockiert oder unter Strom gesetzt wird, so dass Überlastungsstrom gezogen wird, der Schalter schnell auf seine Aktivierungstemperatur aufgeheizt wird und den Motorkreislauf öffnet, wobei der Strom zum Motor abgeschaltet wird und der Motor wird geschützt. Die Scheibe selbst kann so konstruiert werden, dass ihr Widerstand genügt um diese Funktion bei Selbstaufheizung wahrzunehmen. Die Rückstellung der Schutzvorrichtung kann nach Abkühlung der thermostatischen Bimetallscheibe oder manuell erfolgen.Bimetallic guards for shutting off power to an engine are well known. US 3,636,426 A , for example, discloses an engine guard together with a motor. The protection device includes a thermal switch with a snap-type bimetal disc that cooperates with fixed switches to break the motor circuit when the temperature of the disc exceeds a predetermined level. The protection device also includes a heater connected in series with the motor and switch via AC supply lines and in heat exchange communication with the disc. The heat generated by the heater varies as a function of the current consumed by the motor so that the motor, if it is blocked or energized in stalled rotor conditions, so that overload current is drawn, the switch is heated quickly to its activation temperature and opens the engine circuit, the power to the engine is turned off and the engine is protected. The disk itself can be designed so that its resistance is sufficient to perform this function during self-heating. The provision of the protection device can be done after cooling of the thermostatic bimetallic disc or manually.

Thermische Rückstellung einer Schutzvorrichtung von dem oben beschriebenen Typ kann nachteilig sein, da die Schutzvorrichtung auch dann rückgestellt werden kann, wenn die Motorbedingung, die die von der Schutzvorrichtung aktivierte Unterbrechung des Kreislaufes, immer noch existiert. Entsprechend wird die Bimetallscheibe schnell auf das Temperaturniveau aufgeheizt, bei dem es anspringt und den Kreislauf unterbricht. Solche wiederholte Ein- und Ausschaltungen können mit kleinen Intervallen erfolgen und führen zu übermäßigem Verschleiß oder sogar zu lokalem Schmelzen der festen Schalter und/oder der Bimetallscheibe. Dieses Problem wird im deutschen Gebrauchsmuster DE 83 00 960 U1 behandelt, der ein Bimetallelement offenbart, das parallel zu einem positiven Temperaturkoeffizientelement (PTC) angebracht ist. Bei Normalbetrieb wird Strom durch das Bimetallelement zu einem stromverbrauchenden Gerät geführt. Im Falle eines Fehlers, d. h. wenn das stromverbrauchende Gerät auf ein bestimmtes Niveau aufgeheizt wird, unterbricht das Bimetallelement den Kreislauf und Strom wird zu dem PTC-Element geführt, wo im wesentlichen die ganze Energie geliefert von der Energiequelle in Wärme umgewandelt wird. Da das PTC-Element nahe dem Bimetallelement angebracht ist, wird die Wärme, die vom PTC-Element erzeugt wird, weiterhin das Bimetallelement aufheizen um sicherzustellen, dass es nicht zurückgestellt wird. Das europäische Patent EP 0 342 441 B1 offenbart eine Verbesserung des Systems in DE 83 00 960 U1 , in der des PTC-Element durch einen ohmschen Widerstand ersetzt ist, mit dem ein zweiter, rückstellbarer, temperaturempfindlicher Schalter in Serie verbunden ist. Die Öffnungstemperatur dieses rückstellbaren Temperaturschalters ist höher als die des ersten temperaturempfindlichen Schalters, aber wohl unter den Temperaturen, die dem Bimetallelement irreversible Schäden zuführen. Es wird erreicht, dass kein PTC-Element erforderlich ist, sondern nur ein ohmscher Widerstand, der, verglichen mit einem PTC-Element, eine verhältnismäßig einfache Komponente ist, und dass temperaturverursachte Schäden des Bimetallelementes zuverlässig verhindert werden können. Auch die Rückstellung des Bimetallelementes wird verhindert.Thermal recovery of a protector of the type described above may be disadvantageous because the protector can be reset even when the engine condition that still leaves the circuit interruption activated by the protector still exists. Accordingly, the bimetal disc is heated rapidly to the temperature level at which it starts and breaks the circuit. Such repeated turns on and off may occur at small intervals and result in excessive wear or even localized melting of the fixed switches and / or the bimetal disc. This problem is in the German utility model DE 83 00 960 U1 which discloses a bimetallic element mounted in parallel with a positive temperature coefficient element (PTC). In normal operation, current is passed through the bimetallic element to a power consuming device. In the event of a fault, ie when the power-consuming device is heated to a certain level, the bimetal element breaks the circuit and current is passed to the PTC element, where substantially all of the energy delivered by the power source is converted to heat. Since the PTC element is mounted near the bimetallic element, the heat generated by the PTC element will continue to heat up the bimetallic element to ensure that it is not reset. The European patent EP 0 342 441 B1 discloses an improvement of the system in DE 83 00 960 U1 in that the PTC element is replaced by an ohmic resistor to which a second resettable temperature-sensitive switch is connected in series. The opening temperature of this resettable temperature switch is higher than that of the first temperature-sensitive switch, but probably below the temperatures that cause irreversible damage to the bimetallic element. It is achieved that no PTC element is required, but only an ohmic resistance, which is compared to a PTC element, a relatively simple component, and that temperature-induced damage of the bimetallic element can be reliably prevented. The provision of the bimetallic element is prevented.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung des Typs mit einem rückstellbaren Bimetallelement. In vielen Anwendungen, insbesondere in dem Bereich Kompressoren für Kühlsysteme, sind solche Schutzvorrichtungen wünschenswert oder sogar notwendig.The present invention relates to a protective device of the type with a resettable bimetallic element. In many applications, particularly in the field of compressors for refrigeration systems, such protective devices are desirable or even necessary.

Bimetallelemente des oben beschriebenen Typs schnappaktivieren üblicherweise bei einer Bimetalltemperatur von ungefähr 130–145°C, was einer Temperatur im Rotor des Motors von rund 250–300°C entspricht. Die Temperatur des Rotors als eine Funktion der Zeit wird in 1 gezeigt, wobei die Temperaturkurve C1 die Rotortemperatur in einem System mit eingebauter Bimetall-Schutzvorrichtung zeigt. Zur Zeit t = 0 beginnt der Motor bei einer Rotortemperatur T1 von z. B. 30°C zu arbeiten. Ein blockierter Rotorfehler erscheint und die Temperatur steigt zu einer Temperatur T5 von z. B. 300°C, wobei des Bimetallelement der Schutzvorrichtung auf seine Schalttemperatur, z. B. 140°C, aufgeheizt wird. Entsprechend unterbricht die Schutzvorrichtung den Kreislauf, so dass kein Strom dem Motor zugeführt wird, wobei die Temperatur von Rotor und Bimetallelement stufenweise sinkt, bis das Bimetallelement die Temperatur erreicht, bei der es zurückschaltet und den Kreislauf schließt.Bimetal elements of the type described above typically snap-activate at a bimetallic temperature of approximately 130-145 ° C, which corresponds to a temperature in the rotor of the motor of approximately 250-300 ° C. The temperature of the rotor as a function of time is in 1 the temperature curve C1 shows the rotor temperature in a system with built-in bimetallic protection device. At time t = 0, the engine starts at a rotor temperature T1 of z. B. 30 ° C to work. A blocked rotor error appears and the temperature rises to a temperature T5 of z. B. 300 ° C, wherein the bimetallic element of the protective device to its switching temperature, for. B. 140 ° C, is heated. Accordingly, the protector interrupts the circuit so that no current is supplied to the motor, with the temperature of the rotor and bimetallic element gradually decreasing until the bimetallic element reaches the temperature at which it switches back and closes the circuit.

Ein Line-Start-Motor mit einem oder mehreren Permanentmagneten eingebaut im Rotor ist vorteilhaft in bezug auf Wirkungsgrad, hat aber den Nachteil, dass den Permanentmagneten irreversible Schäden zugeführt werden können, wenn sie auf mehr als 100–180°C aufgeheizt werden, abhängig von der Qualität der Magneten. Entsprechend ist eine Rotortemperatur bei blockiertem Rotor im Bereich von T5 = 250–300°C unzulässig. Deshalb wird zuerst vorgeschlagen, dass das Bimetallelement der Schutzvorrichtung durch ein anderes ersetzt wird, das bei einer Temperatur schnappaktiviert, die einer Rotortemperatur T4 von z. B. 120°C entspricht, die zur Zeit t1 erscheint, vgl. 1. Da Wärme aber schnell vom System weggeleitet wird, kühlt der Rotor schnell auf die Temperatur T3 von z. B. 80°C ab, bei der das Bimetallelement zurückschnappt und den Kreislauf schließt. Wenn der Fehler am Rotor noch besteht, steigt die Rotortemperatur schnell auf T4, bei der die Schutzvorrichtung wieder den Kreislauf unterbricht, wie gezeigt durch Kurve C2 in 1. Wenn der Fehlerzustand des Rotors nicht beendet ist, wird das Bimetallelement der Schutzvorrichtung mit kleinen Intervallen ein- und ausschalten, und die Rotortemperatur wird wie gezeigt in Kurve C2 in 1 variieren. Dies führt zu übermäßigem Verschleiß der festen Schalter und/oder des Bimetallelements der Schutzvorrichtung. Es gibt aber geregelte Forderungen, z. B. der Standard DIN EN 60335-2-34: 2003-09, der vorschreibt, dass die gesamte Anwendung bestehend aus Kompressor und Motor für mindestens 15 Tage mit mindestens 2000 Schutzvorrichtungs-Schalteraktivierungen getestet werden muss, ohne dass die maximale Anzahl von Schalteraktivierungen der einzelnen Schutzvorrichtung überschritten wird. Es ist allgemein bekannt, dass die maximale Anzahl von Schalteraktivierungen ungefähr 10.000 ist. Es ist deshalb klar, dass die Schaltkurve C2 gezeigt in 1, d. h. Aktivierung der Schutzvorrichtung bei einer niedrigen Rotortemperatur T4 im Bereich von z. B. 120°C–190°C, eine unzulässig hohe Anzahl von Schalteraktivierungen innerhalb der oben erwähnten 15-tägigen Periode bewirken wurde. Es hat sich aber gezeigt, dass Schutzvorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht imstande sind die Anzahl von Aktivierungen bei blockiertem Rotor niedrig zu halten, und dabei auch ständig zu sichern, dass die Rotortemperatur immer unter der maximalen Betriebstemperatur von Permanentmagneten bleibt, d. h. höchstens 120°C. A line start motor with one or more permanent magnets installed in the rotor is advantageous in terms of efficiency, but has the disadvantage that the permanent magnet irreversible damage can be supplied if they are heated to more than 100-180 ° C, depending on the quality of the magnets. Accordingly, a rotor temperature with blocked rotor in the range of T5 = 250-300 ° C is inadmissible. Therefore, it is first proposed that the bimetallic element of the protection device is replaced by another that snaps activated at a temperature corresponding to a rotor temperature T4 of, for. B. 120 ° C, which appears at time t1, cf. 1 , Since heat is quickly conducted away from the system, the rotor cools quickly to the temperature T3 of z. B. 80 ° C, in which snaps back the bimetallic element and closes the circuit. If the fault still exists on the rotor, the rotor temperature rises rapidly to T4, at which the protection device again breaks the circuit as shown by curve C2 in FIG 1 , If the fault condition of the rotor is not completed, the bimetallic element of the protection device will turn on and off at small intervals, and the rotor temperature will turn into curve C2 in FIG 1 vary. This leads to excessive wear of the fixed switch and / or the bimetallic element of the protective device. But there are regulated demands, z. For example, the standard DIN EN 60335-2-34: 2003-09 requires that the entire compressor and motor application must be tested for at least 15 days with at least 2000 fume switch activations, without the maximum number of switch activations of the individual protection device is exceeded. It is well known that the maximum number of switch activations is about 10,000. It is therefore clear that the switching curve C2 shown in FIG 1 , ie activation of the protective device at a low rotor temperature T4 in the range of z. B. 120 ° C-190 ° C, an unacceptably high number of switch activations within the above-mentioned 15-day period was cause. However, it has been found that prior art protection devices are incapable of keeping the number of blocked rotor activations low, while also constantly ensuring that the rotor temperature always remains below the maximum operating temperature of permanent magnets, ie at most 120 ° C.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 590 592 A1 ist ein System zum vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung eines Einphasenmotors mit einem ersten Kondensator bekannt, wobei die Bimetall-Schutzvorrichtung ein Bimetallelement als Schaltelement aufweist, das im Normalbetrieb geschlossen ist, und ein erstes Heizelement aufweist, das durch den Hauptstrom des Motors versorgt wird, wenn der Schalter geschlossen ist, wobei das System ein zweites Heizelement aufweist, das durch den Kondensator mit Strom versorgt wird, wenn der Schalter offen ist, und nicht versorgt wird, wenn der Schalter geschlossen ist. Aus der deutschen Patentschrift DE 88 51 12 B ist ein Bimetallauslöser bekannt, zu dem ein Heizelement parallel geschaltet ist. Im Normalzustand befindet sich das Heizelement in einem offenen Schaltungszustand. Aus dem US-Patent US 6,456,470 B1 ist eine Startvorrichtung für Kompressoren bekannt, die einen PTC-Widerstand und eine Schutzvorrichtung umfasst, die zusammen mit einem Startkondensator und einem Laufkondensator in einem Gehäuse untergebracht sind.From the European patent application EP 0 590 592 A1 a system for preheating a bimetallic protection device of a single-phase motor with a first capacitor is known, wherein the bimetallic protection device comprises a bimetallic element as a switching element, which is closed in normal operation, and having a first heating element, which is supplied by the main current of the motor, if the switch is closed, the system having a second heating element powered by the capacitor when the switch is open and not powered when the switch is closed. From the German patent DE 88 51 12 B a bimetallic actuator is known, to which a heating element is connected in parallel. In the normal state, the heating element is in an open circuit state. From the US Pat. No. 6,456,470 B1 For example, a compressor starting device is known that includes a PTC resistor and a protection device that are housed together with a start capacitor and a running capacitor in a housing.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im Hinblick auf eine bedarfsabhängige, temporäre Stromversorgung mit minimalen Mitteln zu optimieren.The object of the invention is to optimize a system for preheating a bimetallic protection device according to the preamble of claim 1 in terms of a demand-dependent, temporary power supply with minimal resources.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe ist durch ein System zum Vorwärmen einer Bimetall-Schutzvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beansprucht.The object is achieved by a system for preheating a bimetal protection device according to claim 1. Advantageous embodiments are claimed in the subclaims 2 to 4.

Die vorab angegebene Aufgabe ist auch durch einen Kompressor gemäß dem Patentanspruch 5 gelöst.The above-stated object is also achieved by a compressor according to the patent claim 5.

Es geht somit hervor, dass des zweite Heizelement das Bimetallelement aufheizt, wenn der Kreislauf unterbrochen ist, in einer solchen Art und Weise, dass die Temperatur des zweiten Heizelements stufenweise sinkt, während das zweite Heizelement mit Energie versorgt wird, so dass das Bimetallelement allmählich rückgestellt wird, d. h., so dass die Schalter nicht konstant offen gehalten werden. Es ist festgestellt worden, dass eine Energie von ungefähr 0,1–10 W ausreicht um das Bimetallelement zu einem solchen Ausmaß aufzuheizen, dass die gewünschte Verspätung zwischen dem Abschalten und der Rückstellung der Schutzvorrichtung die Rotortemperaturkurve C3 in 1 bewirkt. Wenn z. B. der Wert des ersten oder des zweiten Kondensators 3 μF ist und das System mit einem Wechselstrom von 50 Hz und einer Spannung von U_N = 230 V versorgt wird, ist die Niederstromversorgung des ersten oder des zweiten Laufkondensators ungefähr I_CR = 0,2 A. Damit erzeugt ein Widerstand des zweiten Heizelementes von 20 Ω eine Leistungsaufnahme des zweiten Heizelementes von etwa 1 W. In anderen Worten genügt ein niederohmscher Widerstand des zweiten Heizelementes zur Erzeugung der Hitze, die gebraucht wird um die gewünschte Aufheizgeschwindigkeit des Bimetallelementes bei blockiertem Rotor zu erzielen. Es ist bevorzugt, dass ein niederohmscher Widerstand, z. B. ein gewickelter Draht, dem ersten Heizelement mechanisch ähnlich ist, so dass das erste und das zweite Heizelement mit der gleichen oder ähnlicher Ausrüstung hergestellt werden können. Außerdem ist ein gewickelter Draht eine einfache Komponente verglichen mit einem PTC-Element.It thus appears that the second heating element heats the bimetallic element when the circuit is broken in such a manner that the temperature of the second heating element gradually decreases while the second heating element is energized, so that the bimetallic element is gradually reset ie, so that the switches are not kept constantly open. It has been found that an energy of about 0.1-10 W is sufficient to heat the bimetallic element to such an extent that the desired delay between the shutdown and the recovery of the protection device, the rotor temperature curve C3 in 1 causes. If z. For example, if the value of the first or second capacitor is 3 μF and the system is supplied with an alternating current of 50 Hz and a voltage of U _N = 230 V, the low-current supply of the first or second running capacitor is approximately I _CR = 0.2 A. Thus, a resistance of the second heating element of 20 Ω generates a power consumption of the second heating element of about 1 W. In other words, a low resistance of the second heating element to generate the heat needed to achieve the desired heating rate of the To achieve bimetallic element with blocked rotor. It is preferred that a low resistance, e.g. As a wound wire, the first heating element is mechanically similar, so that the first and the second heating element can be manufactured with the same or similar equipment. In addition, a wound wire is a simple component compared to a PTC element.

In einer Ausführung umfasst das System ein zweites Paar von festen, normalerweise offenen Schaltern, das das zweite Heizelement mit dem ersten oder dem zweiten Kondensator verbindet, wobei das erste und das zweite Paar von festen Schaltern aktivierbar sind, so dass das zweite Paar von festen Schaltern hauptsächlich zur gleichen Zeit schließt, wie das erste Paar von festen Schaltern öffnet, oder kurz danach, d. h. wenn der Motor wegen eines blockierten Rotors versagt. In diesem Fall wird der erste oder der zweite Kondensator mit dem zweiten Heizelement verbunden, so dass das zweite Heizelement eine im wesentlichen konstante Niederstromversorgung von dem ersten oder dem zweiten Laufkondensator erhält.In one embodiment, the system includes a second pair of fixed normally-open switches connecting the second heating element to the first or second capacitor, wherein the first and second pairs of fixed switches are activatable such that the second pair of fixed switches mainly at the same time as the first pair of fixed switches open, or shortly thereafter, d. H. if the engine fails due to a blocked rotor. In this case, the first or the second capacitor is connected to the second heating element, so that the second heating element receives a substantially constant low-voltage supply from the first or the second running capacitor.

Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet ein niederohmscher Widerstand jeden Widerstand unter 1 kΩ, z. B. unter 100 Ω, z. B. im Bereich von 1 Ω–50 Ω, z. B. 5–25 Ω.As used herein, a low resistance means any resistance below 1kΩ, e.g. B. below 100 Ω, z. In the range of 1 Ω-50 Ω, e.g. B. 5-25 Ω.

Als Alternative zum niederohmschen Widerstand kann ein hochohmscher Widerstand für das zweite Heizelement angewandt werden. Z. B. kann der zweite Kondensator mit dem System verbunden werden, wobei der zweite Kondensator als Motorlaufkondensator dient und zusätzlich einen Strom für das zweite Heizelement leistet. Alternativ kann der zweite Kondensator als einzige Aufgabe die Versorgung des zweiten Heizelementes mit Strom haben. Der zweite Kondensator kann einen verhältnismäßig niedrigen Wert haben, der dem Widerstand des zweiten Heizelementes entspricht, z. B. 1–10 kΩ, um eine Wärmeerzeugung zu erzielen von z. B. 0,1–10 W. Z. B. kann eine Leistungsaufnahme von 0,1 W mit einem Widerstand des zweiten Heizelementes von 2 Ω, einem Wert des zweiten Kondensators von 3 μF und einer Wechselspannung von 230 V erzielt werden. Eine Leistungsaufnahme von 10 W kann, z. B. mit einem Widerstand von 210 Ω bei gleichem Kondensatorwert und gleicher Spannung erreicht werden.As an alternative to the low resistance, a high resistance resistor can be used for the second heating element. For example, the second capacitor may be connected to the system, the second capacitor serving as a motor running capacitor and additionally providing a current for the second heating element. Alternatively, the second capacitor may have the only task of supplying power to the second heating element. The second capacitor may have a relatively low value corresponding to the resistance of the second heating element, e.g. B. 1-10 kΩ to achieve heat generation of z. For example, a power consumption of 0.1 W with a resistance of the second heating element of 2 Ω, a value of the second capacitor of 3 μF and an alternating voltage of 230 V can be achieved. A power consumption of 10 W can, for. B. with a resistance of 210 Ω for the same capacitor value and the same voltage can be achieved.

Die Leistung, die gebraucht wird um die gewünschte Verspätung zwischen dem Abschalten der Schutzvorrichtung und die Rückstellung zu bewirken, hängt von der Gestaltung der Schutzvorrichtung ab. Z. B., ist bei einer zum Teil isolierenden Wand zwischen dem zweiten Heizelement und dem Bimetallelement eine größere Leistung erforderlich, als bei keiner Wand zwischen den beiden Elementen, und die erforderliche Leistung steigt bei zunehmendem Abstand zwischen den Elementen. Damit hängt der Widerstand des zweiten Heizelementes von der Gestaltung des Systems ab und auch von der Frequenz und der Spannung des dem System gelieferten Wechselstromes, sowie auch von dem Wert des ersten und/oder des zweiten Kondensators. In den meisten Ausführungen der Erfindung sind die verschiedenen Eigenschaften des Systems wie folgt: Wechselspannung: 100–250 V Frequenz der Wechselspannungsversorgung: 45–65 Hz Erster und/oder zweiter Kondensator: 0,1–25 μF Widerstand des zweiten Heizelementes: 1–200 Ω Leistungsaufnahme des zweiten Heizelementes: 0,5–5 W The power needed to achieve the desired delay between the shutdown of the protection device and the reset depends on the design of the protection device. For example, with a partially insulating wall between the second heating element and the bimetallic element, greater power is required than with no wall between the two elements, and the required power increases as the distance between the elements increases. Thus, the resistance of the second heating element depends on the design of the system and also on the frequency and the voltage of the alternating current supplied to the system, as well as on the value of the first and / or the second capacitor. In most embodiments of the invention, the various characteristics of the system are as follows: AC: 100-250V Frequency of AC supply: 45-65 Hz First and / or second capacitor: 0.1-25 μF Resistance of the second heating element: 1-200 Ω Power consumption of the second heating element: 0,5-5 W

Z. B. kann eine Leistungsaufnahme von 0,5 W mit einem Widerstand des zweiten Heizelementes von 10 Ω, einem Wert des ersten und/oder des zweiten Kondensators von 3 μF und einer Wechselspannung von 230 V. Eine Leistungsaufnahme von 5 W kann z. B. mit einem Widerstand von 105 Ω bei gleichem Kondensatorwert und gleicher Spannung erzielt werden.For example, a power consumption of 0.5 W with a resistance of the second heating element of 10 Ω, a value of the first and / or the second capacitor of 3 uF and an AC voltage of 230 V. A power consumption of 5 W can z. B. with a resistance of 105 Ω at the same capacitor value and the same voltage can be achieved.

Der Grenzstrom, bei dem die Schutzvorrichtung aktiviert wird, hängt einleuchtenderweise vom Belastungsstrom des zugehörigen Gerätes ab, z. B. eines Kompressormotors. In vielen Ausführungen kann die Schutzvorrichtung bei einem Strom von 1–20 A aktiviert werden, z. B. bei einem Strom von 2–8 A. Bei einem Kompressormotor mit einem normalen Belastungsstrom von 1 A und einem maximalen Strom von 2 A, wird der gezogene Strom bei blockiertem Rotor des Motors typisch 4 A. In diesem Fall ist es passend, wenn die Schutzvorrichtung bei 3 A aktiviert wird.The limiting current at which the protection device is activated, obviously depends on the load current of the associated device, z. B. a compressor motor. In many embodiments, the protection device can be activated at a current of 1-20 A, z. For example, for a compressor motor with a normal load current of 1 A and a maximum current of 2 A, the current drawn at blocked rotor of the motor is typically 4 A. In this case, it is appropriate if the protection device is activated at 3 A.

In einer Ausführung wird das zweite Paar von festen Schaltern von dem Bimetallelement der Bimetall-Schutzvorrichtung aktivierbar, z. B. in einer Schutzvorrichtung nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, vgl. die folgende Beschreibung des zweiten Aspektes. Alternativ kann das zweite Paar von Schaltern von einem separaten Bimetallelement aktivierbar sein, das hauptsächlich dann schließt, wenn das Bimetall der Schutzvorrichtung das erste Paar von festen Schaltern öffnet.In one embodiment, the second pair of fixed switches are activatable by the bimetallic element of the bimetallic protection device, e.g. In a protective device according to the second aspect of the present invention, cf. the following description of the second aspect. Alternatively, the second pair of switches be activated by a separate bimetallic element, which closes mainly when the bimetal of the protection device opens the first pair of fixed switches.

Der Umstand, dass das zweite Paar von festen Schaltern annähernd gleichzeitig mit dem Öffnen des ersten Paares von festen Schaltern oder kurz danach schließen soll, z. B. bei einem blockierten Rotor des Motors, hat zu der Erfindung des zweiten Aspekts der Erfindung geführt, nach dem eine Bimetall-Schutzvorrichtung angegeben wird, die ein erstes Paar von festen Schaltern umfasst, das von einer Bimetallscheibe normalerweise geschlossen ist, und ein zweites Paar von festen Schaltern, das im Verhältnis zur Bimetallscheibe so angebracht ist, dass es schließt, wenn die Bimetallscheibe zwecks Öffnung des ersten Paars von festen Schaltern aktiviert wird. Die beiden Paare von festen Schaltern sind also mechanisch gekuppelt, so dass die Öffnung eines Paares die Schließung des anderen Paares voraussetzt und umgekehrt. Dies erreicht man bevorzugterweise mit zwei Paaren von Schalterelementen befestigt an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Bimetallscheibe und zwei Paaren von festen Schalten an jeder Seite der Bimetallscheibe. Wenn dann die Bimetallscheibe zum Öffnen des ersten Paars von festen Schaltern aktiviert wird, etabliert das zweite Paar von Schalterelementen eine Verbindung zu dem zweiten Paar von festen Schaltern, das geschlossen wird.The fact that the second pair of fixed switches should close approximately simultaneously with the opening of the first pair of fixed switches or shortly thereafter, e.g. Example, in a blocked rotor of the motor, has led to the invention of the second aspect of the invention, after which a bimetallic protection device is provided, which comprises a first pair of fixed switches, which is normally closed by a bimetallic disc, and a second pair fixed switches mounted relative to the bimetal disc so as to close when the bimetal disc is activated to open the first pair of fixed switches. The two pairs of fixed switches are thus mechanically coupled, so that the opening of one pair requires the closure of the other pair and vice versa. This is preferably accomplished with two pairs of switch elements mounted on the two opposite sides of the bimetal disc and two pairs of fixed switches on each side of the bimetallic disc. Then, when the bimetallic disk is activated to open the first pair of fixed switches, the second pair of switch elements establishes a connection to the second pair of fixed switches that will be closed.

Die Bimetallscheibe mit ihren Schaltern und die festen Schalter können in einem Gehäuse integriert sein, so dass die Schutzvorrichtung als integrierte und kompakte Einheit erscheint.The bimetal disc with its switches and the fixed switches can be integrated in a housing, so that the protection device appears as an integrated and compact unit.

Die vorliegende Erfindung gibt auch einen Kompressor an mit einem Einphasenmotor, versehen mit einem Laufkondensator, einer Bimetall-Schutzvorrichtung und ein System nach dem ersten Aspekt der Erfindung zum Vorwärmen der Bimetall-Schutzvorrichtung. Außerdem wird ein System angegeben, mit einem Einphasenmotor und einer Bimetall-Schutzvorrichtung nach dem zweiten Aspekt, und zuletzt gibt die Erfindung einen Kompressor mit einem solchen System an.The present invention also provides a compressor having a single-phase motor provided with a running capacitor, a bimetal protection device and a system according to the first aspect of the invention for preheating the bimetal protection device. In addition, a system is provided with a single-phase motor and a bimetal protection device according to the second aspect, and finally the invention provides a compressor with such a system.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden jetzt unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, die zeigen:Preferred embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

1 Diagramm über Rotortemperatur (T) über Zeit (t) für zwei Schutzvorrichtungen nach dem Stand der Technik und für eine Schutzvorrichtung eines Systems nach der vorliegenden Erfindung 1 Diagram of rotor temperature (T) versus time (t) for two prior art protection devices and for a protection device of a system according to the present invention

2 ein System mit einer Schutzvorrichtung nach dem Stand der Technik 2 a system with a protection device according to the prior art

3 eine bevorzugte Ausführung eines Systems nach der vorliegenden Erfindung, angeschlossen an einen Motor mit einer ersten Ausführung einer Motorschutz-Schaltvorrichtung 3 a preferred embodiment of a system according to the present invention, connected to a motor with a first embodiment of a motor protection switching device

4 die Schutzvorrichtung aus 3 angeschlossen an einen Motor mit einer zweiten Ausführung einer Motorschutz-Schaltvorrichtung 4 the protection device 3 connected to a motor with a second embodiment of a motor protection switching device

5 verschiedene Ansichten der Schutzvorrichtung nach 3 und 4 5 different views of the fender behind 3 and 4

6 & 7 zweite und dritte Ausführungen eines Systems nach der vorliegenden Erfindung, wobei das System zwei Kondensatoren umfasst. 6 & 7 second and third embodiments of a system according to the present invention, wherein the system comprises two capacitors.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

2 offenbart ein System 100 nach dem Stand der Technik mit einem Einphasenmotor 102 mit Haupt- und Hilfswicklungen. Das System umfasst einen Startkondensator CS seriengeschaltet mit einer Motorschutz-Schaltvorrichtung 104 und einen ersten Kondensator CR, der direkt mit der Hilfswicklung verbunden ist. Wechselstrom wird dem Motor zugeführt durch die Schutzvorrichtung 106 mit einem Bimetallelement in der Form einer Bimetallscheibe 108, deren eine Seite mit einem Paar von Schaltelementen 110 versehen ist. Bei Normalbetrieb schließt die Bimetallscheibe 108 mit ihren Schaltelementen 110 ein Paar von festen Schaltern 112. Ein erstes Heizelement 114 ist wahlweise zum Vorwärmen der Bimetallscheibe 108 vorgesehen. Im Falle eines blockierten Rotors steigt der vom Motor gezogene Strom erheblich, z. B. von 1 A auf 4 A, und dieser erhöhte Strom bewirkt einen schnellen Anstieg der Temperatur des ersten Heizelementes 114 und der Bimetallscheibe 108, so dass die Bimetallscheibe schnappaktiviert und zwar indem sie von dem Paar von festen Schaltern 112 wegschlüpft, wobei der Energieversorgungskreislauf zum Motor unterbrochen wird. Die Bimetallscheibe 108 kann verhältnismäßig unempfindlich sein, in dem Sinne, dass sie bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur aktiviert, z. B. einer Temperatur, die einer Rotortemperatur im Motor von T5 = 250–300°C entspricht. Nach Aktivierung des Bimetallelementes wird das Paar von festen Schaltern 112 öffnen und dem Motor wird keine Energie zugeführt. Entsprechend beginnt die Rotortemperatur zu sinken, so dass die Rotortemperatur als eine Funktion der Zeit annähernd der Kurve C1 in 1 folgt. Wenn, andererseits, die Bimetallscheibe 108 bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur aktiviert, z. B. bei einer Temperatur, die einer Rotortemperatur von T4 = 120°C entspricht, folgt die Rotortemperatur der Kurve C2 bis die Blockierung des Rotors beendet und Normalbetrieb wiederhergestellt ist. Wie in der Beschreibung des Hintergrundes der Erfindung erklärt, erfüllen wiederholte Schaltungen der Bimetallscheibe mit kurzen Intervallen nicht geregelte Forderungen und können zu irreversiblen Schäden der Schutzvorrichtung führen. 2 discloses a system 100 in the prior art with a single phase motor 102 with main and auxiliary windings. The system includes a start capacitor CS in series with a motor protection switch device 104 and a first capacitor CR directly connected to the auxiliary winding. Alternating current is supplied to the motor through the protection device 106 with a bimetallic element in the form of a bimetallic disc 108 one side of which is a pair of switching elements 110 is provided. In normal operation, the bimetallic disc closes 108 with their switching elements 110 a pair of fixed switches 112 , A first heating element 114 is optional for preheating the bimetal disc 108 intended. In the case of a locked rotor, the current drawn by the engine increases significantly, z. From 1 A to 4 A, and this increased current causes a rapid increase in the temperature of the first heating element 114 and the bimetal disc 108 so that the bimetal disc is snap-activated by being from the pair of fixed switches 112 slips away, the power supply circuit is interrupted to the motor. The bimetal disc 108 may be relatively insensitive, in the sense that it activates at a relatively high temperature, e.g. Example, a temperature corresponding to a rotor temperature in the engine of T5 = 250-300 ° C. After activation of the bimetallic element, the pair of fixed switches 112 open and the engine is no energy supplied. Accordingly, the rotor temperature begins to decrease so that the rotor temperature as a function of time approximates the curve C1 in FIG 1 follows. If, on the other hand, the bimetal disc 108 activated at a relatively low temperature, for. B. at a temperature corresponding to a rotor temperature of T4 = 120 ° C, the rotor temperature of the curve follows C2 until the blocking of the rotor is completed and normal operation is restored. As explained in the description of the background of the invention, repeated circuits of the bimetallic disc with short intervals do not meet unregulated requirements and can lead to irreversible damage of the protective device.

3 zeigt ein System 120 nach dem ersten Aspekt der Erfindung, mit einer eingebauten Schutzvorrichtung 126 nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. Das System umfasst einen Motor 122 mit Haupt- und Hilfswicklungen, Startkondensator CS in Serienverbindung mit Motorschutz-Schaltvorrichtung 104 und Kondensator CR. Die Schutzvorrichtung 126 umfasst eine Bimetallscheibe 128 mit erstem bzw. zweitem Paar von Schaltelementen 130 und 131, angebracht an jeweils einer Seite der Scheibe 128. Bei dem Normalbetriebszustand gezeigt in 3 schließt die Bimetallscheibe 128 ein erstes Paar von festen Schaltern 132 und ein erstes Heizelement 134 bewirkt ein Vorwärmen der Bimetallscheibe 128. Bei blockiertem Rotor wird der Strom, der vom Motor gezogen wird, ein Aufwärmen der Bimetallscheibe 128 auf ihre Aktivierungstemperatur bewirken, so dass das erste Paar von Schaltelemente 130 die Verbindung zu dem ersten Paar von festen Schaltern 132 verlieren. Da die Bimetallscheibe 128 in 3 nach oben biegt, schlieft ein zweites Paar von Schaltelementen 131 ein zweites Paar von festen Schaltern 133, zwischen denen ein zweites Heizelement 135 angebracht ist. Wie im Diagramm von 3 gezeigt wird, wird Strom von dem Kondensator CR geliefert, wenn die Bimetallscheibe mit ihrem zweiten Paar von Schaltelementen 131 das zweite Paar von festen Schaltern 133 schließt, und wenn die Bimetallscheibe gleichzeitig keine Verbindung zwischen dem ersten Paar von festen Schaltern 132 bewirkt. In dem Beispiel in 3 werden sowohl das erste als auch das zweite Heizelement 134 und 135 bei blockiertem Rotor mit Strom versorgt, d. h. wenn das zweite Paar von Schaltern 133 geschlossen und das erste Paar von Schaltern offen ist. Es wird jedoch bevorzugt, dass das erste Heizelement 134 in diesem Zustand überbrückt wird. 3 shows a system 120 according to the first aspect of the invention, with a built-in protection device 126 according to the second aspect of the invention. The system includes a motor 122 with main and auxiliary windings, starting capacitor CS in series connection with motor protection switching device 104 and capacitor CR. The protection device 126 includes a bimetal disc 128 with first or second pair of switching elements 130 and 131 , attached to one side of the disc 128 , In the normal operating state shown in FIG 3 closes the bimetal disc 128 a first pair of fixed switches 132 and a first heating element 134 causes preheating of the bimetallic disc 128 , With the rotor locked, the current drawn by the motor warms up the bimetallic disk 128 effect on their activation temperature, so that the first pair of switching elements 130 the connection to the first pair of fixed switches 132 to lose. Because the bimetal disc 128 in 3 bends upward, falls asleep a second pair of switching elements 131 a second pair of fixed switches 133 , between which a second heating element 135 is appropriate. As in the diagram of 3 is shown, current is supplied from the capacitor CR when the bimetallic disc with its second pair of switching elements 131 the second pair of fixed switches 133 closes, and if the bimetallic disc at the same time no connection between the first pair of fixed switches 132 causes. In the example in 3 Both the first and the second heating element 134 and 135 energized when the rotor is locked, ie when the second pair of switches 133 closed and the first pair of switches is open. However, it is preferred that the first heating element 134 is bridged in this state.

Dank des zweiten Heizelementes 135 kühlt die Bimetallscheibe 128 nicht so schnell ab, wie sie ohne dieses zweite Heizelement tun würde. Bei passender Wahl des Widerstandes des zweiten Heizelementes 135, d. h. die von dem zweiten Heizelement erzeugte Wärmemenge, kann die Temperaturkurve C3 (vgl. 1) gesteuert werden um die gewünschte Verspätung der Abkühlung der Bimetallscheibe 128 zu erzielen.Thanks to the second heating element 135 cools the bimetal disc 128 not as fast as she would without this second heating element. With appropriate choice of the resistance of the second heating element 135 , ie, the amount of heat generated by the second heating element, the temperature curve C3 (see. 1 ) are controlled to the desired delay of the cooling of the bimetal disc 128 to achieve.

4 zeigt die Schutzvorrichtung 126 nach 3 verbunden mit einem Motor 122, der, als Alternative zur Motorschutz-Schaltvorrichtung 104 in 3, ein PTC-Element 105, ein Relais und Stromwicklung 107 aufweist, und 5 zeigt Seiten- und Untenansichten sowie eine teilweise Querschnittansicht der Schutzvorrichtung 126. 4 shows the protection device 126 to 3 connected to a motor 122 that, as an alternative to the motor protection switching device 104 in 3 , a PTC element 105 , a relay and current winding 107 has, and 5 shows side and bottom views and a partial cross-sectional view of the protective device 126 ,

Eine zweite und eine dritte Ausführung des Systems nach der vorliegenden Erfindung werden in 6 und 7 gezeigt. In diesem System gibt es, zusätzlich zu dem ersten Kondensator CR, einen zweiten Kondensator 141 (CR-H). Aus dem folgenden Beispiel wird hervorgehen, dass das zweite Heizelement 135 einen niederohmschen oder einen hochohmschen Widerstand sein kann. Die einzige Aufgabe des zweiten Kondensators 141 kann die Versorgung des zweiten Heizelementes 135 mit Strom sein. Wahlweise kann der zweite Kondensator auch als zusätzlichen Kondensator für den Motor angewandt werden. Der zweite Kondensator 141 kann einen verhältnismäßig niedrigen Wert haben, z. B. 0,05–5 μF, was dem Widerstand des zweiten Heizelementes entspricht, z. B. 2–20 Ω, um eine Wärmeerzeugung daraus von z. B. 0,1–10 W zu bewirken. Z. B. kann eine Leistungsaufnahme von 0,5 W mit einem Widerstand des zweiten Heizelementes von 4 Ω, einem Wert des Kondensators von 5 μF und einer Wechselspannung von 230 V erreicht werden. Eine Leistungsaufnahme von 0,5 W kann in einem anderen Beispiel mit einem Widerstand von 10 kΩ, einem Kondensatorwert von 0,1 μF und der gleiche Spannung erreicht werden.A second and a third embodiment of the system according to the present invention are described in 6 and 7 shown. In this system, in addition to the first capacitor CR, there is a second capacitor 141 (CR-H). The following example will show that the second heating element 135 may be a low resistance or a high resistance. The only task of the second capacitor 141 can supply the second heating element 135 be with electricity. Optionally, the second capacitor may also be used as an additional capacitor for the motor. The second capacitor 141 may have a relatively low value, eg. B. 0.05-5 μF, which corresponds to the resistance of the second heating element, z. B. 2-20 Ω, to generate heat therefrom of z. B. 0.1-10 W to effect. For example, a power consumption of 0.5 W with a resistance of the second heating element of 4 Ω, a value of the capacitor of 5 uF and an AC voltage of 230 V can be achieved. A power consumption of 0.5 W can be achieved in another example with a resistance of 10 kΩ, a capacitor value of 0.1 μF and the same voltage.

Claims

System for preheating a bimetallic protection device ( 106 ; 126 ) of a single-phase motor ( 102 ; 122 ) with a capacitor (CR, 141 ) wherein the bimetal protection device ( 106 ; 126 ) a pair of fixed, normally closed contacts ( 112 ; 132 ), which by a bimetallic element ( 108 ; 128 ) are activated, and for heating the bimetallic element ( 108 ; 128 ) a first heating element ( 114 ; 134 ) caused by the main flow of the engine ( 102 ; 122 ) is supplied when the pair of contacts ( 112 ; 132 ), the system further comprising a second heating element ( 135 ), characterized characterized in that the second heating element ( 135 ) for heating the bimetallic element ( 128 ) through the capacitor (CR, 141 ) is powered when the pair of contacts ( 132 ) is open, and not by the capacitor (CR, 141 ) is powered when the pair of contacts ( 132 ) is closed and with a second pair of fixed, normally open contacts ( 133 ), which is the second heating element ( 135 ) with the capacitor (CR, 141 ), the first ( 132 ) and the second ( 133 ) Pair of fixed contacts are activatable so that the second pair of fixed contacts ( 133 ) closes at approximately the same time when the first pair of fixed contacts ( 132 ) or shortly thereafter, ie when the rotor of the motor is blocked, the capacitor (CR, 141 ) with the second heating element ( 135 ), so that the second heating element ( 135 ) a mainly constant low-voltage supply from the capacitor (CR, 141 ) receives.

System according to claim 1, characterized in that the first or the second pair of fixed contacts ( 132 . 133 ) of the bimetallic element ( 128 ) of the bimetal protection device ( 126 ) are activated.

System according to claim 1, characterized in that the second pair of fixed contacts ( 133 ) Is activated by a separate bimetallic element.

System according to any one of claims 1-3, characterized in that the resistance of the second heating element ( 135 ) is less than 1 kΩ, e.g. B. less than 100 Ω, z. In the range of 1-50 Ω, e.g. B. 5-25 Ω.

A single phase motor compressor provided with a condenser, a bimetallic protection device and a system according to any one of claims 1-4 for preheating the bimetal protection device.