用於啟動單相感應電機的電子電路的製作方法

2023-06-13 16:16:31 1

專利名稱：用於啟動單相感應電機的電子電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種單相感應電機，具體地說，是涉及一種單相感應電機的電子啟動裝置。
單相電機由於其結構簡單、性能優異而且穩定而被廣泛使用在工作在較低電壓下的許多家用電器如電冰箱的真空壓縮機、洗衣機馬達、電扇以及一些工業電器中。
單相電機主要由一個鼠籠形定子和一個繞有線圈的轉子構成;一般有二個繞組，一個為主繞組，另一個為啟動繞組。
當一個交流電壓只加到單相感應電機的主繞組上時，只在固定的空間內產生一個幅度交變的磁場，而這個磁場卻不會產生使轉子轉動的任何轉矩。
因此，必須產生一個旋轉磁場使轉子以上述的靜止狀態開始轉動，從而實現啟動。這樣的旋轉磁場可以通過往啟動繞組中輸入一個與主繞組中的電流時間上儘可能相差90°相位的電流的方法來產生。啟動繞組相對於主繞組的電流相位角可以通過給啟動繞組指定一個高於主繞組的功率因數或者通過它裝一個與啟動繞組串聯連接的外阻抗(該阻抗通常為一個電阻器或一個電容器)的方法來實現。
因此，有必要安裝一個與啟動繞組電路串聯的、使之與電源瞬時接通直至轉子達到一個與電源接近同步的速度為止的裝置來實現啟動。
在效益要求很高的那些電機中，啟動繞組在啟動之後並不與電壓源完全斷開，而是由一個電容器保持與電源串聯;這個運行電容器或者叫永久電容器此時只允許一個與啟動期間的電流小得多的電流流動，使電機處於一種雙相位饋入狀態，這樣能增大電機的最大轉矩，從而提高它的效益。
在具有上述結構的電機中使用一個永久電容器，這在專利文獻PI201、210中已得到描述，該文獻中還包括一個具有正溫度係數PTC的電阻器。這個裝置與啟動繞組串聯連接，在室溫下具有很小的電阻，因此在啟動期間能允許較大的電流流過;過了一段預定時間後，由於其自身的熱效應，該裝置的電阻將變得很大，實際上相當於開路。電機運行正常時，在PTC上的電壓很高，該電阻保持在熱狀態，因此將消耗1.5至5瓦或者更高一些的功率，具體數值取決於結構形式及室溫高低。這樣，在整個電機運行期間由PTC擴充的功率將使效率下降，這是人們所不希望的。
另一種已知的啟動裝置是電流繼電式裝置，該裝置在主繞組中的電流很高時才使啟動繞組電路接通。雖然這是一個非常簡單的裝置，在電機正常工作期間也不消耗任何電力，但是，它還是不理想，理由是在具有一個永久電容器的結構中它不能使用。造成這一事實的原因是中繼所固看的延遲會使觸點在電機加電之後馬上閉合，而此刻這個永久電容器已經積累了相當多的電力，而且這些電力在繼電器閉合時會損耗掉同時很快地使繼電器損壞。
美國專利4，605，888中描述了另一種啟動裝置，其中包括一個使用TRIAC的電子電路。雖然在電機正常運行時它只消耗少量的電力，但是也不能與永久電容器一起使用。
本發明的總目標是提供一種啟動單相感應電機的電子電路。
本發明的另一個目的是提供一種能與永久電容器一起使用的用於啟動單相感應電機的電子電路。
本發明還有一個目的是提供一種在額定運行狀態下不消耗大量電能的啟動單相感應電機的電子電路。
本發明的另一個目的是提供一種可以與永久電容器、啟動電容器或者任何的其他與啟動繞組串聯的阻抗一起使用的啟動單相感應電機的電子電路。
本發明還有一個目的是提供一個通過使用一個簡單且成本很低的電路來克服先有技術中的上述缺點的啟動單相感應電機的電子電路。
本發明的上述目的由一種用於啟動單相感應電機的電子電路來實現，上述的電機包括一個鼠籠形轉子和一個具有至少一個主繞組和一個啟動繞組的定子，一個與上述的啟動繞組串聯連接的永久電容器，具有第一、第二二個端子的交流電源，上述的主繞組與上述的交流電源的端子串聯相連，永久電容器和啟動繞組並聯連至上述端子。根據本發明的電子電路包括一個TRIAC(三端雙向可控矽開關)，其第一端與交流電源的第一端相連，第二端與啟動繞組和永久電容器相連，還有一個GATE端(G);一個與第二端以及TRIAC的GATE端相連的TRIAC觸發器電路(C1，R1);一個雙向開關，它具有控制端並與上述的GATE端及TRIAC的第一端相連;一個計時電路，該電路與上述雙向開關的控制端、上述交流電源的第一和第二端相連;上述的計時電路通過使雙向開關導通來確定從電機加電至TRIAC導通中斷的時間，當雙向開關被上述計時器電路(TP)保持在截止狀態時TRIAC觸發電路在每個電流半周期開始時都將重複地觸發TRIAC，使之處於導通狀態。
與現有的啟動裝置不同的是，這樣描述的電路能使啟動繞組與交流電流源進行瞬時連接，直至電機開始加速為止，在持續的額定運行狀態下又不消耗任何功率。這個電路的另一優點是和永久電容器一起工作，或者和一個啟動電容及永久電容器一起工作。
本電路相當簡單，其元件數量又很少。
下面結合附圖來描述本發明。附圖中，

圖1.示出了本發明的電子電路，圖2.以簡化的形式示出了在啟動電路中使用一個外接阻抗和永久電容器的結構中啟動電路的連接情況。
參照圖1，交流電壓源F向單相感應電機M中送入交流電壓，該電機M具有一個主繞組B1和一個啟動繞組B2。電源F加在端子1和2上的電壓直接加在主繞組B1上，同時也加到包括一個啟動繞組B2的啟動電路DP上。啟動繞組B2通過一個與啟動電路DP並聯的永久電容器也與電壓源F相連。電源F給電機M加電之後，TRIAC(三端雙向可控矽開關)S的端子A1和A2之間的電壓馬上開始上升。這種電壓的變化將引起電流IG流過由第一電容器C1和第一電阻器R1構成的TRIAC觸發電路，該電流IG在由一對第一和第二電晶體構成的雙向開關處於截止時會流至TRIACS的GATE端G。在半周內的大部分時間內都將保持這種連接狀態，直至TRIAC中的電流變為零，相反的半周開始時為止。
TRIAC S的端子A1和A2兩端在相反方向上的電壓變化將使電流IG以相反的方向流過由第一電容器C1和第一電阻器R1構成的電路。假定第一、第二電晶體T1和T2還處於截止狀態，電流IG將流至TRIAC S的GATE端，從而使這個TRIAC再次導通。
這種反向的TRIAC S的導通狀態將保持半個周期的大部分。因此，每次開始半周期時，TRIAC S都會被新觸發一次，只要第一和第二電晶體T1和T2保持截止狀態，這種現象就象重複發生。
由第一電容器C1和第一電阻器R1構成的TRIAC S觸發電路的特點是允許電流IG流至TRIAC的GATE端，該電流IG在每個半周期開始時達到其最大值，從而在端子A1和A2間的電壓為最小值時觸發TRIAC S。這樣，當TRIAC S導通時永久電容器Dp中存貯的電能非常少，從而保證了永久電容器Cp通過TRIAC S的放電電流脈衝的強度也非常低，避免了對TRIAC的任何損害。
第一電容C1的值應當這樣確定，即端子A1和A2二端間的電壓的時間變化率能產生一個足以觸發TRIAC S的電流IG。計算第一電阻R1時應把第一電容器C1通過TRIAC S的柵端G的放電電流的脈衝強度限制在破壞其持續性的電平上。啟動期間TRIAC S的總導通周期由一個計時器設定，該計時器在一段預定時間之後會把加到第三和第四電阻器R3和R4上的電壓突然從零變到一個足以使第一和第二電晶體T1和T2飽和的值，這將使電流IP發生變化從而防止TRIAC S跳閘。
計時器由一個饋入電源和一個觸發器構成，其工作過程如下電路加電之後，第二電容器C2馬上開始充電。在正的半周期間，第二二極體D2被直接極化，從而產生一個電流It從電源F流至第二電容C2，使其兩端的電壓增加。在負半周期間，電流It被第三二極體D3改變方向，流至電源F，從而使電容器C3充電。
在後讀的正半周期間，又會有一個電流It流過第三電容器C3和第二二極體D2，使第二電容器C2上的電壓再次上升。第二電容器C2上的電壓因在正半周期間電荷從第三電容C3轉換到C2上造成的連續充電而逐漸上升。
在這個電路中，第二電容器C2上的電壓(該電壓也加到第八和第七電阻R8和R7構成的分壓器上)將不斷增加，直至第三電晶體T3的基極-發射極結被正向偏置從而產生一個流過第三電晶體T3的集電極的電流為止。該電流的一部分流過第二電阻R2，另一部分流向第四電晶體T4的基極;這樣也使這個第四電晶體T4的基極-發射極結處於正向偏置，從而該電晶體的集電極也吸取一個電流。這個電流將加到已在電阻R7中流動的電流之上，從而更加強了第三電晶體T3的偏置。這種鏈式反應將使第三和第四電晶體T3和T4突然飽和，從而使第三電晶體T3的集電極和第四電晶體T4的發射極上的電壓增加到非常接近於端點5上的電壓，這將使第一和第二電晶體T1和T2也飽和。發生跳閘時，端點5上的電壓由第八和第七電阻器R8和R7間的關係以及第三電晶體T3的基極-發射極結的導通電壓(典型情況下為0.6V)決定。第二電阻器R2與第四電晶體T4的基極相連可以避免流至第三電晶體T3集電極的漏電電流造成計時器誤觸發。由第七和第八電阻器R7和R8組成的分壓器還在電機停轉時使第二電容C2放電，使電路重新回到原始狀態，準備另一次啟動。
從馬達加電至TRIAC S導通中斷為至的時間基本上由第二電容器C2和第三電容器C3的值所決定。負責限制上述電流It的第三電容器C3的值應這樣計算，即必須提供一個在第二、第三電阻R2、R3和第七、第八電阻R7、R8永久連接之下被吸取的一個電路消耗電流。
使用電容器C3代替電阻器作為電流限制器能把電路損耗降至一個可以忽略不計的最低水平。
計算電容器C2時，應通過啟動裝置的工作時間使啟動期間端點5上的電壓上升滯後。
與電容器C2相連的電阻器R6起到一個保護裝置的作用，它能在電壓源所加的電壓發生隨機波動時限制送入電路中的電流It。
圖2以簡化圖的方式示出了上面描述的在利用外部阻抗Ze和永久電容器Cp的電機結構中的用於啟動單相感應電機的電子電路的連接情況。在這種結構中，外部阻抗Ze(可以是一個啟動電阻或者啟動電容)插在啟動電路的端點3和啟動繞阻與永久電容器Cp的連接點之間。電機啟動之後，與TRIAC S相串聯的外部阻抗Ze將與電路斷開，只有永久電容器Cp仍與啟動繞組B2相連。
如上所述，圖1中的電路在啟動單相感應電機時只消耗很少量的功率，並能與永久電容器或永久電阻器和一個啟動電容器一起使用，或者被分別與啟動繞組瞬時連接。
權利要求
1.一種用於啟動單相感應電機的電子電路，上述的電機包括一個鼠籠形轉子和一個具有至少一個主繞組和一個啟動繞組的定子，一個與上述的啟動繞組串聯連接的永久電容器，具有第一、第二二個端子的交流電源，上述的主繞組與上述的交流電源的端子串聯相連，永久電容器和啟動繞組串聯連至上述端子，其特徵在於上述電路包括一個TRIAC(S)，其第一端(A1)與交流電源(F)的第一端(1)相連，第二端(A2)與啟動繞組(B2)和永久電容器(Cp)相連，還有一個GATE端(G)；一個與第二端(A2)以及TRIAC(S)的GATE端相連的TRIAC觸發器電路(C1，R1)；一個雙向開關(T1，T2)，它具有控制端並與上述的GATE端及TRIAC(S)的第一端(A1)相連；一個計時電路(TP)，該電路與上述雙向開關的控制端、上述交流電源(F)的第一和第二端(A1)、(A2)相連；上述的計時電路通過使雙向開關(T1，T2)導通來確定從電機加電至TRIAC導通中斷的時間，當雙向開關(T1，T2)被上述計時器電路(TP)保持在截止狀態時TRIAC觸發電路(C1，R1)在每個電流半周期開始時都將重複地觸發TRIAC，使之處於導通狀態。
2.根據權利要求1的電子電路，其中的TRIAC觸發電路包括一個第一電容器(C1)，該電容器的一端與TRIAC的第二端(A2)相連，另一端通過一個第一電阻器與TRIAC(S)的柵極端相連。
3.根據權利要求1的電子電路，其中的第一電容器的值(C1)能使得TRIAC(S)的第一和第二端(A1，A2)間的電壓的時間變化率產生一個足以觸發TRIAC的電流(IG)流向TRIAC的柵極端。
4.根據權利要求2的電子電路，其中的第一電阻器(R1)第一電容器(C1)流經TRIAC(S)的柵極端(G)的放電電流的脈衝強度限制到一個與TRIAC有關的安全水平上。
5.根據權利要求1的電子電路，其中的雙向開關包括第一、第二二個雙極型NPN電晶體(T1，T2)，第一電晶體(T1)的發射極與TRIAC的第一端(A1)相連，其集電極與TRIAC的柵極端(G)相連;第二電晶體(T2)的結電極與TRIAC(S)的第一端(A1)相連，其發射極與TRIAC(S)的柵極端(G)相連;第一和第二電晶體(T1，T2)的基極通過第二和第三電阻(R2)和(R3)與計時電路(TP)相連。
6.根據權利要求1的電子電路，其中的計時電路(TP)包括一個連接在交流源(F)的第二端(A2)和整流電路(D2，D3)的輸入端之間的電流限制器R6，C3);定時電容(C2)接在上述交流源(F)的輸出端之間;電壓觸發電路(T3，T4，R7，R8)具有一個與連接整流器輸出端和定時器(C2)的第一端的點(5)相連的輸入端，一個與交流電源(F)的第一端(1)相連的參考端和與上述的第二、第三電阻器(R2，R3)相連的輸出端。
7.根據權利要求6的電子電路，其中的電流限制電路一個第三電容器(C3)，該電容器(C3)的一端與交流電源(F)的第二端(2)相連，另一端通過第六電阻(R6)與整流電路輸入端相連。
8.根據權利要求6的電子電路，其中的整流電路包括一個第一整流二極體(D1)和一個第二二極體(D2)，第一二極體(D1)的正極與電流限制電路(C3，R6)相連，負極與定時電容(C2)的第一端(5)相連;第二二極體(D2)的負極與第一二極體(D1)的正極相連，正極與交流電源(F)的第一端(1)相連。
9.根據權利要求6的電子電路，其中的電壓觸發電路包括一個PNP型的第三雙極電晶體(T3)，其發射極與定時電容(2)的第一端(5)相連，集電極與上述的第二電阻(R2)相連;電阻(R7)使上述的第三電晶體(T3)的基極和發射極實現互連;一個第四雙極型NPN電晶體的基極與上述的第三電晶體(T3)的集電極相連，集電極與上述的第三電晶體(T3)的基極相連，發射極與上述的第三電阻器(R3)相連;電阻(R8)使上述的第四電晶體(T4)的集電極和交流電源(F)的端一端(1)實現互連。
10.根據權利要求7的電子電路，其中的電流(It)限制作用基本上是由上述的第三電容器(C3)提供的。
11.根據權利要求7的電子電路，其中的第六電阻(R6)在交流電源(F)提供的電壓發生隨機變化時限制電流(It)的大小。
12.根據權利要求1的電子電路，其中在TRIAC(S)的第二端(A2)和與永久電容器(Cp)相連的啟動繞組端子(B2)之間裝有一個外部阻抗(Ze)。
13.根據權利要求12的電子電路，其中的外部阻抗可以是一個電阻器或者是一個啟動電容器。
全文摘要
本發明為一種用於啟動單相感應電機的電子電路，包括一個三端雙向可控矽開關，其第一端與交流電源的第一端相連，第二端與啟動繞組和永久電容器相連，還有一個控制極端；一個與第二端以及三端雙向可控矽開關的控制極端相連的三端雙向可控矽開關觸發器電路；一個雙向開關，它具有控制端並與上述的控制極端及三端雙向可控矽開關的第一端相連；一個計時電路，該電路與上述雙向開關的控制端、上述交流電源的第一和第二端相連。
文檔編號H02P1/44GK1052228SQ9010857
公開日1991年6月12日 申請日期1990年10月20日 優先權日1989年11月28日
發明者馬科斯·古伊爾赫梅·什瓦茲 申請人:巴西壓縮機企業有限公司