DE3728983C1 - Single-phase asynchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Einphasen-Asynchronmotor mit einer Hilfswicklung und einer Hauptwicklung, bei dem zur Erzeugung eines Drehfeldes in der Anlaßphase der Strom in der Hauptwicklung gegenüber dem Strom in der Hilfswicklung um einen Winkel ϕ phasenverschoben ist und dessen Be triebsdrehzahl mit einem statischen Frequenzumrichter varia bel einstellbar ist, dessen die Hauptwicklung speisende Ausgangsspannung in bezug auf ihre Frequenz mit einem Steuerkreis veränderbar ist.The invention relates to a single-phase asynchronous motor with an auxiliary winding and a main winding is out of phase in which, for generating a rotating field in the starting phase, the current in the main winding opposite to the current in the auxiliary winding by an angle φ and the Be operating speed with a static frequency converter varia bel is adjustable, the output voltage feeding the main winding with respect to its frequency can be changed with a control circuit.
Solche drehzahlregelbaren Motoren (vgl. "Wissenswertes über Frequenzumformer" DANFOSS A/S, Dk-Nordborg) werden bei spielsweise zum Antrieb von Strömungs- und Verdrängermaschinen, wie Umwälzpumpen, Tauchpumpen und dergleichen, mit kleiner und mittlerer Leistung eingesetzt. Ein Nachteil von Ein phasen-Motoren besteht darin, daß deren Start- bzw. An laßmoment wesentlich unter dem Betriebsmoment liegt.Such variable speed motors (cf. "Interesting facts about frequency converters" DANFOSS A / S, Dk-Nordborg) are used by for example to drive flow and displacement machines, such as Circulation pumps, submersible pumps and the like, with smaller ones and medium power. A disadvantage of one phase motors is that their start or on let torque is significantly below the operating torque.
Dies gilt insbesondere für Motoren, die über Widerstände angelassen werden. Motoren mit einem Anlaßkondensator haben zwar ein größeres Anlaßmoment, sie sind aber wegen der verhältnismäßig hohen Kosten und des großen Bauvo lumens des Kondensators nachteilig. Gleiches gilt sinn gemäß bei Anwendung von Anlaßtransformatoren, abgesehen davon, daß diese normalerweise auch nur zum Anlassen von mehrphasigen Drehstrommotoren zur Anwendung kommen.This is especially true for motors that have resistors be started. Motors with a starting capacitor have a bigger starting moment, but they are because the relatively high cost and the large construction fee lumen of the capacitor disadvantageous. The same applies according to when using starting transformers, apart from the fact that these are usually only for starting multi-phase AC motors are used.
Im übrigen lassen sich die erwähnten Anlaßprobleme bei mit Frequenzumrichtern geregelten Motoren auch nicht in der Weise lösen, daß man zur Erzielung eines höheren Anlaßmomentes einfach den durch die Haupt- und Hilfs wicklung fließenden Anlaßstrom erhöht, da dies zu einer Überlastung des Frequenzumrichters führen kann.For the rest, the starting problems mentioned can be solved Motors controlled with frequency converters are also not in solve the way that to achieve a higher Starting moment simply by the main and auxiliary winding flowing starting current increases as this leads to a Overloading the frequency converter can result.
Es soll ein Einphasen-Asynchronmotor vorgeschlagen werden, bei dem auf einfache und kostengünstige Weise die Anlaß eigenschaften verbessert sind, wobei hierfür weitgehend die vorhandenen Eigenschaften und Möglichkeiten des Fre quenzumrichters ausgenutzt werden sollen, ohne diesen dabei in der Anlaßphase über die auch sonst geforderte Leistung hinaus zu belasten.A single-phase asynchronous motor is to be proposed the occasion in a simple and inexpensive manner Properties are improved, but largely for this the existing properties and possibilities of Fre quenzververter should be used without this in the start-up phase over the otherwise required To burden performance beyond.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird der eingangs erwähnte Einphasen-Asynchronmotor erfindungsgemäß so ausgebildet und betrieben, daß der Frequenzumrichter nur zur Versor gung der Hauptwicklung vorgesehen ist, daß während der Anlaßphase der Frequenzumrichter eine mit der Netzspan nung synchronisierte Ausgangsspannung mit der Netzfre quenz erzeugt und die Hilfswicklung an die Netzspannung angeschlossen ist und daß der Steuerkreis des Frequenzum richters als Phasenschieber arbeitet.To solve this problem, the one mentioned at the outset Single-phase asynchronous motor designed according to the invention and operated that the frequency converter only for the utility supply of the main winding is provided that during the Starting phase of the frequency converter one with the mains voltage Output synchronized output voltage with the mains fre generated and the auxiliary winding to the mains voltage is connected and that the control circuit of the frequency richters works as a phase shifter.
Das Drehmoment M eines einphasigen Asynchronmotors folgt bekanntlich der Beziehung M ∼ I s · I h · sin ϕ, in der I s dem Strom in der Start- bzw. Hilfswicklung und I h dem Strom in der Hauptwicklung entsprechen, während das Zeichen ϕ für den Phasenwinkel zwischen diesen beiden Strömen steht. Um den Winkel ϕ möglichst weit in die Nähe des optimalen Wertes von 90° zu bringen, müssen die Frequenzen der Ströme in der Hilfs- und Hauptwicklung gleich sein, was durch eine zwangsweise Synchronisation der Ausgangs spannung des Frequenzumrichters mit der Netzspannung er reicht werden kann, an der die Hilfswicklung liegt.As is known, the torque M of a single-phase asynchronous motor follows the relationship M ∼ I s · I h · sin ϕ , in which I s correspond to the current in the starting or auxiliary winding and I h to the current in the main winding, while the symbol ϕ for Phase angle between these two currents. In order to bring the angle ϕ as close as possible to the optimal value of 90 °, the frequencies of the currents in the auxiliary and main winding must be the same, which can be achieved by forcing the output voltage of the frequency converter to be synchronized with the line voltage. where the auxiliary winding is.
Der übliche Steuerkreis des Frequenzumrichters übernimmt dann beim Anlassen des Motors außerdem die Funktion des erforderlichen Phasenschiebers nach Art eines "elektro nischen Anlaßkondensators". Dabei wird die Phasenlage des Stromes in der Hilfswicklung mit einem Meßkreis be stimmt, so daß eine aus dieser Phasenlage entwickelte Steuergröße den Steuerkreis des Frequenzumrichters und damit den gemessenen Speisestrom der Hauptwicklung so beeinflus sen kann, daß der Winkel d der Phasenverschiebung zwi schen den beiden Strömen in der Hilfs- und Hauptwicklung zumindest angenähert 90° beträgt. Dies läßt sich durch entsprechende Auslegung der Elektronik ohne weiteres erreichen, so daß bei den Strombelastungen der beiden Wicklungen mit I s und I h ein maximales Anlaßmoment mög lich wird, ohne hierbei den nur die Hauptwicklung ver sorgenden Frequenzumrichter zu überlasten.The usual control circuit of the frequency converter then also takes over the function of the required phase shifter in the manner of an "electronic starting capacitor" when starting the engine. The phase position of the current in the auxiliary winding is determined with a measuring circuit, so that a control variable developed from this phase position can influence the control circuit of the frequency converter and thus the measured supply current of the main winding so that the angle d of the phase shift between the two currents in the auxiliary and main winding is at least approximately 90 °. This can be easily achieved by appropriate design of the electronics, so that a maximum starting torque is possible with the current loads of the two windings with I s and I h , without overloading the frequency converter, which only provides the main winding.
Die Hilfswicklung ist in Reihe mit einem Schalter und einem ohmschen Widerstand geschaltet und kann durch Betätigung des Schalters an die Netzspannung angeschlos sen werden, wobei die Phasenlage des Stromes durch die Hilfswicklung gemessen wird, indem der Spannungsabfall am genannten Widerstand als Meßsignal dem Steuerkreis des Frequenzumrichters zugeführt und aus der Phasenlage dieses Signals die genannte Steuergröße entwickelt wird.The auxiliary winding is in series with a switch and switched through an ohmic resistor and can by Actuation of the switch connected to the mains voltage sen, the phase angle of the current through the Auxiliary winding is measured by the voltage drop the control circuit at the resistor mentioned as a measurement signal of the frequency converter and out of phase this signal the control variable is developed.
Um den Motor nach der Anlaufphase in seiner Drehzahl frei wählbar fahren zu können, wird die Hilfswicklung vom Netz getrennt und damit auch der Informationsfluß der Meßsignale zum Steuerkreis des Frequenzumrichters unterbrochen. Nun ist es möglich, die Drehzahl des Motors in üblicher Weise unabhängig von der Netzfrequenz mit dem Frequenzumrichter einzustellen und mit internen oder ex ternen Sensoren zu regeln oder auch nach einem festgeleg ten Programm zu steuern.To rev the engine after the start-up phase The auxiliary winding becomes freely selectable to drive disconnected from the network and with it the flow of information of the measurement signals to the control circuit of the frequency converter interrupted. Now it is possible to change the engine speed in the usual way regardless of the network frequency with the Frequency converter set and with internal or ex to regulate external sensors or also according to a defined one control the program.
Schließlich kann der Wirkungsgrad des Motors noch ver bessert werden, wenn parallel zur Hauptwicklung eine Reihenschaltung aus einer weiteren Hilfswicklung und einem Betriebskondensator geschaltet wird. Hierdurch werden das Drehfeld und damit auch das Drehmoment ver stärkt.Finally, the efficiency of the engine can still ver be improved if one parallel to the main winding Series connection from a further auxiliary winding and an operating capacitor is switched. Hereby the rotating field and thus also the torque strengthens.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbei spiele der Erfindung in Form von Schaltungen dargestellt, die nachfolgend näher beschrieben werden. Beide Fig. 1 und 2 zeigen schematisch und teilweise vereinfacht das Schaltbild des Motors und Frequenzumrichters mit den zugehörigen Versorgungs- und Steuerleitungen.In the drawing, two Ausführungsbei games of the invention are shown in the form of circuits, which are described in more detail below. Both Figs. 1 and 2 show schematically and partially simplified the circuit diagram of the motor and frequency converter with the associated supply and control lines.
Die beiden Netzanschlüsse sind mit L und N bezeichnet, wobei N für den Nulleiter steht. Der Motor wird durch Betätigen des Schalters 1 eingeschaltet, so daß die Hilfswicklung über den ohmschen Widerstand 3 und auch der Gleichrichter 4 des Frequenzumrichters an die Netz spannung angeschlossen werden. Im übrigen gehören der Gleichrichter 4 und auch der zur Glättung der vom Gleich richter erzeugten Gleichspannung vorgesehene Kondensator 5 zum Eingangs- und Zwischenkreis des Frequenzumrichters.The two mains connections are labeled L and N , where N stands for the neutral conductor. The motor is switched on by pressing switch 1 , so that the auxiliary winding is connected to the mains voltage via the ohmic resistor 3 and the rectifier 4 of the frequency converter. Otherwise, the rectifier 4 and also the capacitor 5 provided for smoothing the direct voltage generated by the rectifier belong to the input and intermediate circuit of the frequency converter.
Über die Steuerleitungen 6, 7 wird der Strom I s in der Hilfswickung 2 gemessen, und zwar mittelbar durch Messung des Spannungsabfalls am Widerstand 3. Die mit einem Ende am Netzanschluß L und an der Hilfswicklung 2 liegende Steuerleitung 8 dient zur Synchronisation der Frequenzen und Phasenlagen des Netzstromes und des Ausgangssignals des Frequenzumrichters und überträgt Netzspannung zum Steuerkreis 9 des Frequenzumrichters, der über die wei tere Steuerleitung 10 mit dem Schalter 1 in Verbindung steht, um diesen nach Beendigung der Anlaßphase auto matisch umzuschalten und hierdurch die Hilfswicklung vom Netz zu trennen.The current I s in the auxiliary winding 2 is measured via the control lines 6, 7 , indirectly by measuring the voltage drop across the resistor 3 . The one at the end of the mains connection L and on the auxiliary winding 2 control line 8 is used to synchronize the frequencies and phases of the mains current and the output signal of the frequency converter and transmits mains voltage to the control circuit 9 of the frequency converter, which via the white control line 10 with the switch 1 in Connection is established to automatically switch this after the start-up phase and thereby separate the auxiliary winding from the network.
Der Frequenzumrichter besteht in diesem Fall und in be kannter Weise aus zwei Treiberstufen 11, die vom Steuer kreis 9 geschaltet werden und je zwei Leistungstransi storen 12 so betreiben, daß die vom Gleichrichter 4 zur Verfügung gestellte Gleichspannung in üblicher Weise in eine Wechselspannung für die Hauptwicklung umgewandelt wird.The frequency converter consists in this case and in known manner from two driver stages 11 , which are switched by the control circuit 9 and each two power transistors 12 operate so that the DC voltage provided by the rectifier 4 in a conventional manner in an AC voltage for the main winding is converted.
Zwischen die beiden Transistorenpaare 12 ist die Haupt wicklung 13 des Motors geschaltet. Gemäß der Fig. 1 kann aus vorerwähnten Gründen parallel zur Hauptwicklung 13 noch eine Reihenschaltung aus einer weiteren Hilfs wicklung 14 und einem Kondensator 15 geschaltet werden.Between the two pairs of transistors 12 , the main winding 13 of the motor is connected. According to FIG. 1 may be made of the aforementioned reasons, parallel to the main winding 13 or a series circuit of a further auxiliary winding 14 and a capacitor are connected 15th
Durch Einlegen des Schalters 1 in die Anlaßstellung wird das Anlaufen des Motors eingeleitet. Es fließt dann ein Strom durch die Hilfswicklung 2 und den Widerstand 3 mit Netzfrequenz. Gleichzeitig erhält der Steuerkreis 9 Gleichspannung über den Gleichrichter 4. Diese Gleich spannung wird vom Frequenzumrichter in eine Wechselspan nung von bestimmter Frequenz umgewandelt, wobei diese Frequenz in der Anlaßphase mit der Frequenz der Netz spannung übereinstimmt, wenn der Steuerkreis 9 in seiner Funktion in diesen Zustand über die Steuerleitung 8 mit der Netzfrequenz entsprechend synchronisiert wird.By inserting the switch 1 in the starting position, the engine is started. A current then flows through the auxiliary winding 2 and the resistor 3 at the mains frequency. At the same time, the control circuit 9 receives DC voltage via the rectifier 4 . This DC voltage is converted by the frequency converter into an AC voltage of a certain frequency, this frequency corresponding to the frequency of the mains voltage in the starting phase when the control circuit 9 is synchronized in its function in this state via the control line 8 with the mains frequency.
Die durch die Hilfswicklung 2 und durch die Hauptwicklung 13 fließenden Ströme haben dementsprechend die gleiche Frequenz, sie sind aber in ihrer Phase gegeneinander um vorzugsweise 90° verschoben. Dies wird ebenfalls mit dem Steuerkreis 9 erreicht, der durch die jeweiligen Steuer leitungen 6, 7 über die Frequenz- und Phasenlage des Stromes durch die Hilfswicklung 2 informiert wird und der seine Ausgangsspannung so einstellt, daß die Haupt wicklung 13 mit den zum Endkreis des Frequenzumrichters gehörenden Treiberstufen 11 und Transistoren 12 mit einer solchen Spannung versorgt wird, daß der in der Hauptwicklung 13 fließende Strom vorzugsweise um 90° zum Strom in der Hilfswicklung 2 phasenverschoben ist.The currents flowing through the auxiliary winding 2 and through the main winding 13 accordingly have the same frequency, but they are shifted in their phase relative to one another by preferably 90 °. This is also achieved with the control circuit 9 , which is informed by the respective control lines 6, 7 about the frequency and phase position of the current through the auxiliary winding 2 and which adjusts its output voltage so that the main winding 13 with the end circuit of the frequency converter belonging driver stages 11 and transistors 12 is supplied with such a voltage that the current flowing in the main winding 13 is preferably 90 ° out of phase with the current in the auxiliary winding 2 .
Da nicht alle Widerstände der die jeweiligen Signale und Ströme übertragenden und verarbeitenden Bauelemente rein ohmisch sein werden, wird zu erwarten sein, daß sich nicht in jedem Fall eine ideale Phasenverschiebung von 90° erreichen lassen wird. Ungeachtet dessen wird diese Phasenverschiebung aber wenigstens angenähert möglich sein, zumal man es durch entsprechende Auslegung des Steuerkreises 9 in der Hand hat, auf etwaige Fehler und äußere Einflüsse von vornherein Einfluß zu nehmen und diese weitgehend zu kompensieren.Since not all resistances of the components transmitting and processing the respective signals and currents will be purely ohmic, it can be expected that an ideal phase shift of 90 ° cannot be achieved in every case. Regardless of this, this phase shift will be at least approximately possible, especially since one has the appropriate design of the control circuit 9 to influence any errors and external influences from the outset and largely compensate for them.
Nachdem eine bestimmte Drehzahl des Motors nach der An laufphase erreicht oder eine vorgegebene Zeit nach Ein schalten des Motors abgelaufen ist, kann diese Drehzahl oder Zeitdauer mit nicht weiter dargestellten Sensoren erfaßt und dem Steuerkreis 9 mitgeteilt werden, so daß dieser über die Steuerleitung 10 den Schalter 1 umlegen und somit die Hilfswicklung 2 vom Netz abtrennen kann.After a certain speed of the engine has reached the running phase or a predetermined time after switching on the engine has expired, this speed or time can be detected with sensors not shown and the control circuit 9 can be communicated so that this via the control line 10 the switch 1 flip and can thus disconnect the auxiliary winding 2 from the network.
Dann kann der Motor mit der Hauptwicklung 13 und ggf. mit der weiteren Hilfswicklung 14 weiter nach einem frei wählbaren Programm gefahren werden. Auch bei diesem Betriebszustand können die Spannung der Hauptwicklung und deren Frequenz mit internen oder externen Sensoren beeinflußt werden.Then the motor with the main winding 13 and possibly with the further auxiliary winding 14 can be driven according to a freely selectable program. Even in this operating state, the voltage of the main winding and its frequency can be influenced with internal or external sensors.
Bei der Schaltung nach Fig. 2 ist im Vergleich zu der Schaltung nach Fig. 1 nur insofern eine Änderung vor genommen worden, als die Steuerleitung 7 (Fig. 1) entfallen ist und der Steuerkreis 9 eine zusätzliche Verbindung mit dem einen Gleichspannungsausgang des Gleichrichters 4 bekommen hat. In diesem Fall wird die Synchronisation der Frequenz der Ströme in den Wick lungen 2 und 13 bei der Anlaßphase nur über die parallel am Widerstand 3 abgreifenden Steuerleitungen 6 und 8 hergestellt. Jedenfalls ist es auch bei dieser alter nativ möglichen Schaltung sichergestellt, daß der Steuerkreis alle notwendigen Informationen für die von ihm durchzuführende Phasenverschiebung bekommt und daß die Messung des Stromes durch die Hilfswicklung 2 und die Messung der Phasenlage dieses Stromes auch über die Steuerleitungen 6, 8 möglich sind.In the circuit according to FIG. 2, compared to the circuit according to FIG. 1, a change has only been made to the extent that the control line 7 ( FIG. 1) has been omitted and the control circuit 9 has an additional connection to the one DC voltage output of the rectifier 4 got. In this case, the synchronization of the frequency of the currents in the windings 2 and 13 at the starting phase is established only via the control lines 6 and 8 which are tapped in parallel at the resistor 3 . In any case, it is also ensured with this alternative alternative circuit that the control circuit receives all the necessary information for the phase shift to be carried out by it and that the measurement of the current through the auxiliary winding 2 and the measurement of the phase position of this current are also possible via the control lines 6, 8 are.
Im übrigen ist es verständlich, daß der Steuerkreis 9 bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung und während der Anlaufphase mehr Aufgaben übernehmen und erfüllen muß als wenn er nur die sonst übliche Aufgabe hätte, unter anderem die Hauptwicklung des Motors über seine Endstufe mit einer variablen Wechselspannung zu ver sorgen, deren Frequenz der gewünschten Betriebsdrehzahl entsprechend eingestellt werden kann.Moreover, it is understandable that the control circuit 9 must take on and perform more tasks when using the solution according to the invention and during the start-up phase than if it only had the usual task, among other things to ver the main winding of the motor via its output stage with a variable AC voltage ensure that the frequency can be set according to the desired operating speed.
Jedenfalls werden dem Steuerkreis 9 als eigene oder ge sonderte Bauteile Meß-, Schalt- und Regelkreise zuge ordnet, die jedoch nicht Gegenstand dieser Erfindung sind und unter Anwendung vorbekannter Lösungen verwirk licht werden können. Schließlich sollte der Motor mit dem Frequenzumrichter und dessen Steuerkreis eine bauliche Einheit bilden.In any case, the control circuit 9 is assigned as a separate or separate components measuring, switching and control circuits, which, however, are not the subject of this invention and can be realized using known solutions. Finally, the motor should form a structural unit with the frequency converter and its control circuit.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873728983 DE3728983C1 (en) | 1987-08-29 | 1987-08-29 | Single-phase asynchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873728983 DE3728983C1 (en) | 1987-08-29 | 1987-08-29 | Single-phase asynchronous motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3728983C1 true DE3728983C1 (en) | 1988-12-22 |
Family
ID=6334838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19873728983 Expired DE3728983C1 (en) | 1987-08-29 | 1987-08-29 | Single-phase asynchronous motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3728983C1 (en) |
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Legal Events
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