控制電動機啟動的開關系統的製作方法

2023-09-19 21:14:25

專利名稱：控制電動機啟動的開關系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於控制電動機啟動的開關系統。更具體地說，本發 明涉及用於單相感應電動^L的開關系統。
背景技術：
單相電動機使用啟動電容器來啟動電動機。啟動電容器和輔繞組只能夠間歇使用。 一旦達到電動機同步速度的大約75%,單相電動機 就用開關斷開到電容器的電流。在本領域，機械開關實現此目的。機械開關根據離心原理操作。開關以啟動離心作用所需的預定速 度開啟，並隨後將電容器與電動機電路分開，由此關閉到其的電源。 當開關速度低於預定速度時，開關關閉(離心作用)，將電容器連接到 電路。機械開關因此為電容器啟動電動機連接和分開電容器。單相電動機一般要求包含啟動繞組以使電動機中的主繞組產生具 有旋轉特徵的磁場。旋轉轉子一旦啟動，便將產生感應磁場，使得雙 極運行繞組能夠保持轉子的旋轉。啟動繞組僅在啟動後的短時期內被 激勵，以允許電動機提升到操作速度，之後被去激勵。現有已知電子開關測量通過啟動繞組的電壓或電流，以確定從啟 動繞組到運行繞組的切換。利用固態開關進行電動機啟動來提高常規機電繼電器的可靠性和 耐久性已為人所熟知。固態開關為到機械開關的電容器連接和斷開提供了具有重要額外 優點的備選解決方案。具有主繞組和輔繞組的單相感應電動機的固態開關的基本操作原 理是基於以下原理90。異相電壓一皮感應在幅度與電動機速度成比例的輔繞組中，並在同步速度時幾乎等於主電壓，這意味著主電壓(M) 與輔電壓和主電壓的向量和之間的相位角在零速度時幾乎等於零，並在同步速度時幾乎等於45。。到輔繞組的電源通過"固態開關"提供。在這個角度達到36°時， 固態開關斷開輔繞組電源。此外，在這個相位向量角度小於18°時， 固態開關重新連接輔繞組電源。執行電容器電流開關動作的這個固態 開關連續不斷地感測相位角。不像機械開關，固態開關只隨AC電源頻率而變，因此，相同的 固態開關可用於不同速度電動^L。然而，在機械開關的這種情況下， 不同速度的電動機要求不同的^L械開關。固態開關的另 一 個優點是它 們可安裝在任意位置，包括在電動機外部或者甚至遠離電動機。另一 方面，機械開關必須安裝在電動機軸上，由此增大了電動機的大小。常規固態開關由電流感測器感測通過主繞組的電流，並隨後在指 定條件激勵斷開連接開關。此方法由於額外的瓦數和熱量而不能採 用，這是因為在啟動後電流仍流過在運行;溪式的感測器。為克服上述限制，美國專利No. 4622506提供了用於輔繞組斷開 連接開關的電子控制系統的系統，該系統消除了對電動機軸上或在電 動機電路中串聯的額外組件的需要。然而，此系統對負載敏感。美國專利No. 3414789和美國專利No. 3671830開關系統利用電 動機的一個或多個特徵防止三端雙向可控矽開關元件的傳導，因此實 現在最佳時刻對啟動繞組去激勵。然而，電源電壓和負載的變化影響 啟動繞組去激勵的電動機速度，導致不一致的性能。美國專利No. 4496895提供一種電動機啟動器，它可用於分相和 電容器啟動電動機，並且可用於所有類別的電動機，而無需適應特定 應用。此電動機啟動器具有正閉鎖能力，以防止在電動機去激勵前重 新激勵啟動繞組。然而，在此系統中使用的脈衝變壓器很昂貴，這使 得該開關成本高。美國專利No. 4670697提供一種用於單相AC感應電動機的啟動或輔繞組的低成本開關。然而，此開關對負載敏感。美國專利No. 6756756提供一種對速度敏感但對AC線電壓不敏 感的筒單、低成本電動機啟動控制器。然而，該開關對負載敏感，並 且它在重新激勵前不檢查電動機的速度。發明內容本發明的 一個目的是提供一種用於控制電動機啟動的開關系統， 而不考慮使用的電容器值。本發明的另 一 目的是提供一種工作在廣泛電壓範圍的開關系統。本發明的再一目的是提供一種開關系統，該系統與電動機的同步 速度無關，並且所述開關可用於不同的電動機，而不考慮速度。本發明的又一目的是延長啟動電容器的壽命。本發明的附加目的是通過將所述開關系統安裝在電動機中的任意 位置而減小電動機的大小。為了實現上述目的和解決現有技術的限制，本發明提供一種用於 控制電動機啟動的開關系統，包括-第一繞組子系統，用於生成第一電壓信號； -第二繞組子系統，用於生成第二電壓信號，並在所述電動機達 到啟動速度後糹皮去激勵；-第一控制部件，接收所述第一和第二電壓信號，用於計算所述 第一和第二電壓信號的合成，由此產生對應於所述合成的至少兩個脈沖信號並生成第一使能信號，以在所述第二繞組子系統去激勵時加入 延遲，所述延遲對應於所述第一控制部件的配置；-電荷存儲部件，響應第二繞組子系統生成的附加相移耦合到所 述第二繞組子系統；-信號檢測部件，用於生成第二使能信號；-第二控制部件，用於響應所述第一和第二使能信號生成輸出信-第三控制部件，耦合到所述第二控制部件，用於生成觸發信號；-觸發部件，耦合到所述第三控制部件，用於觸發調節裝置由此生成輸出以便促進所述電動機的啟動操作的開始和完成；-時延滯後誘發部件，響應所述輸出信號，用於確定對應於所述 啟動操作的開始和完成的閾值，所述閾值被確定為克服由於滯後引起的冗餘；以及-電源部件，耦合到所述第一繞組子系統，用於生成所述開關係 統的電力。


現在將參照附圖描述本發明。圖1示出根據本發明用於控制電動機啟動的開關系統電路圖。 圖2示出參照圖1電路圖的所述開關系統的框圖。
具體實施方式
先參照圖1，它示出了根據本發明用於控制電動機啟動的開關係 統電路圖。開關系統包括用於生成第一 電壓信號的第一繞組子系統和用於生 成第二電壓信號的第二繞組子系統。第一繞組子系統是單相感應電動機的主繞組(M)，它包括與齊納 二極體(Z2)串聯的電阻器(R2)以便生成第一電壓信號。第二繞組子系統生成第二電壓信號，該信號是第一電壓信號和由 輔繞組生成的電壓信號的輔助和。單相感應電動機的輔繞組(AUX)包 括與齊納二極體(Z1)串聯的電阻器(R1)。主繞組和輔繞組連接到第一控制部件。第一控制部件接收所述第 一和第二電壓信號，用於計算所述第一和第二電壓信號的合成，由此 產生對應於所述合成的至少兩個脈沖信號。第 一控制部件包括至少兩 個反相器(Il和12)，它們與至少兩個定時電路(C2，R3和C1,R5)連接。第 一控制部件還包括用於響應所述兩個脈衝信號的輸出而生成第 一使能信號的邏輯門(Ul)。所述邏輯門的輸出連接到控制信號生成電路。控制信號生成電路包括二極體(D1)和電阻器電容器電路(C3和 R8)。它在所述第二繞組子系統去激勵過程中加入延遲，所述延遲對 應於所述第一控制部件的配置。電荷存儲部件響應由第二繞組子系統生成的附加相移而耦合到第 二繞組子系統。存儲部件是耦合到輔繞組的啟動電容器(C5)。開關系統包括用於生成第二使能信號的信號檢測部件。信號檢測 部件是過零檢測器電路，包括反相器(I6)和電容器(C6)。開關系統還包括用於響應所述第 一和第二使能信號而生成輸出信 號的第二控制部件。第二控制部件包括由邏輯門(U3和U4)構成的RS鎖存器。開關系統還包括用於響應所述第二控制部件的輸出而生成脈衝信 號的第三控制部件。第三控制部件是由I3、 C4、 14、 Rll、 RIO、 D5及R12構成的自 激振蕩器。本發明的開關系統還包括耦合到所述第三控制部件的觸發部件， 用於觸發調節裝置由此生成輸出，以便促進所述電動機的啟動操作的 開始和完成。觸發部件包括阻容電路(R16和C7)和耦合到所述阻容電路的晶體 管(T1)。調節裝置是三端雙向可控矽開關元件(TR),其通過點火電路 (R15， Tl, C7, R16)點火。開關系統還包括時延滯後誘發部件，該部件響應所述輸出信號， 用於確定對應於啟動操作的開始和完成的閣值，所述閾值被確定為克 服由於滯後引起的冗餘。時延滯後誘發部件包括定時電路(R9和C8)和邏輯門反相器(15)。電源部件耦合到第一繞組子系統，用於生成所述開關系統的電力。電源部件包括偏置電路、耦合到所述偏置電路的電晶體(T2)、與 所述偏置電路並聯的電容器(C9)和與所述電容器(C9)並聯的齊納二極 管(Z4)。如果來自n和12的脈衝同時為高，則ui的輸出變低，並且通過R7和Dl對電容器C3放電，這又重置由U3和U4構成的RS鎖 存器(U2的輸出變高)。 一旦C3放電，便要花費大約500毫秒通過R8 充電。由16和C6構成的過零檢測器在每次過零發生時都提供零伏的 短脈衝。U3的輸出在過零時變^f氐，並在U2再次設置它之前保持為 低(U2的輸出變低)。在U3的輸出變低時，它釋放自激振蕩器(13, C4， 14, Rll, RIO， D5， R12)，並且脈衝在13的輸出被釋放，其通過點 火電路(R15、 Tl、 C7、 R16)點火三端雙向可控矽開關元件TR。現在， 電容器已連接，並且低脈衝不再在Ul的輸出被釋放。點火脈衝仍被 釋》丈大約500毫秒(R8和C3的時間常數)。在大約500毫秒後，U3 的輸出變高，從而停止點火脈沖(即便電動機未達到額定速度的80%)。 15的輸出將不變低50毫秒(由於R9、 C8),電容器不再在電路中(點 火已停止)。如果速度未達到80°/。，則低脈沖將再次在U1的輸出生成 (輸出脈衝在30毫秒最大值內生成)，點火將再次開始，並且循環將 重複進行。當速度已達到80%時，整個循環停止，並且還在50毫秒後，15的輸出將變低。0.5秒的脈沖將在Ul的輸入生成，並且電動機僅在其速度低於最大速度的20%時才重新啟動。圖2示出根據本發明用於控制電動機啟動的開關系統主要組件。 開關系統包括跨(A, B)的第一繞組子系統或主繞組M和跨(A, C)的第二繞組子系統或輔繞組(AUX)。電源電路(401)連接到主繞組(A, B),以便為開關系統供電。 開關系統還包括控制電路(402),該電路包括如參照圖l所述用於控制電動機啟動的第一控制部件、第二控制部件、第三控制部件和時延滯後誘發部件。過零檢測器電路(403)連接到所述控制電路用於電容器充電和放電，由此延長電容器壽命並減少電流尖脈衝，並因此減少電磁輻射。觸發電路(404)耦合到控制電路(402),用於觸發調節裝置，由此 生成輸出，以便促進所述電動機的啟動操作的開始和完成。電子開關(405)連接到控制器電路，以便開始和完成所述電動機的 啟動操作。要認識到，在所附權利要求書的範圍內，各種等效、備選和修改 是可能的。
權利要求
1. 一種用於控制電動機啟動的開關系統，包括-第一繞組子系統，用於生成第一電壓信號；-第二繞組子系統，用於生成第二電壓信號，並在所述電動機達到啟動速度後被去激勵；-第一控制部件，接收所述第一和第二電壓信號，用於計算所述第一和第二電壓信號的合成，由此產生對應於所述合成的至少兩個脈衝信號，並生成第一使能信號，以在所述第二繞組子系統去激勵時加入延遲，所述延遲對應於所述第一控制部件的配置；-電荷存儲部件，響應第二繞組子系統生成的附加相移耦合到所述第二繞組子系統；-信號檢測部件，用於生成第二使能信號；-第二控制部件，用於響應所述第一和第二使能信號生成輸出信號；-第三控制部件，耦合到所述第二控制部件，用於生成觸發信號；-觸發部件，耦合到所述第三控制部件，用於觸發調節裝置，由此生成輸出以便促進所述電動機的啟動操作的開始和完成；-時延滯後誘發部件，響應所述輸出信號，用於確定對應於所述啟動操作的開始和完成的閾值，所述閾值被確定為克服由於滯後引起的冗餘；以及-電源部件，耦合到所述第一繞組子系統，用於生成所述開關系統的電力。
2. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述第一繞組子系統是所述電動機的主繞組，並且第二繞組子系統是 輔繞組。
3. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述第一控制部件包括-至少兩個邏輯反相器；-至少兩個定時電路，各耦合到所迷邏輯反相器的輸出，用於生成兩個脈衝信號；-邏輯門，用於響應所述月永沖信號生成第一使能信號；以及-受控信號生成電路，在所述第二繞組子系統去激勵時加入延遲。
4. 如權利要求3所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述受控信號生成電路包括-二極體，耦合到所述邏輯門的輸出；-電阻器電容器電路，耦合到所述二極體的輸出。
5. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述電荷存儲部件是用於所述電動機的啟動電容器。
6. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述信號檢測部件是過零檢測器電路。
7. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述第二控制部件包括-數字鎖存器；以及-二極體，耦合到所述數字鎖存器。
8. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述第三控制部件是自激振蕩器。
9. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述觸發部件包括-阻容電路；以及-電晶體，耦合到所迷阻容電路。
10. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述調節部件是三端雙向可控石圭開關元件。
11. 如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述時延滯後誘發部件包括-電容器；以及-邏輯反相器，耦合到所述電容器。
12.如權利要求1所述的用於控制電動機啟動的開關系統，其中 所述電源部件包括 -偏置電^各；-電晶體，耦合到所述偏置電路； -電容器，並聯到所述偏置電路；以及-齊納二極體，並聯到所述電容器。
全文摘要
本文公開了一種用於電動機的低成本開關系統，該系統對速度敏感，對旋轉方向不敏感，對負載不敏感並對電壓波動不敏感。該開關包含電源、控制電路、過零檢測器電路、觸發電路及電子開關以提供開關動作。在開關系統中提供有時延滯後誘發電路，以便以電動機的預定同步速度激勵和去激勵電容器。開關系統在重新激勵啟動電容器前先檢查電動機的速度，這延長了電動機的壽命。開關系統工作在高溫範圍，並且不考慮所使用電容器的值。
文檔編號H02P1/16GK101253678SQ200680028900
公開日2008年8月27日 申請日期2006年6月8日 優先權日2005年6月9日
發明者阿布希謝克·辛格 申請人:阿布希謝克·辛格