CN100490298C - 无触点节能起动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无触点节能起动器,其特征是:包括PTC热敏电阻器Rp、三端双向可控硅T、光电藕合器U、电感器L和整流桥D;本发明利用光电藕合器U触发三端双向可控硅T,有效地避免了触发控制信号和起动回路相位不同步而引起的可控硅不能完全导通和完全截止的问题,可靠性大幅提高,不仅能确保电机良好起动,而且在起动完成后由于双向可控硅完全截止可将起动回路完全彻底断开,由于已没有电流流过PTC热敏电阻器Rp,因此消除了过去由热敏电阻器Rp产生的能耗。

Description

无触点节能起动器
技术领域
本发明涉及一种起动器,尤其是用于单相交流感应电机的无触点节能起动器。
背景技术
单相交流感应电机一般是由定子和转子构成,其中定子由主线圈L1和副线圈L2组成,副线圈L2主要是在电机起动时起作用,而主线圈L1在电机稳态运行时工作。任何电机要正常运行,都需要有一个良好的起动过程,对于单相交流感应电机的起动来说,就需要在副线圈回路中串联一个类似开关的起动器来实现;要求在电机起动时接通副线圈L2回路,在电机起动完成后又要及时地断开副线圈L2回路。传统的电机起动器通常就只是一个具有正温度系数特性的PTC热敏电阻器。如果接通电源至电机,则在电机起动的初始阶段有较大的电流流过PTC热敏电阻器并流至副线圈L2,这就会导致PTC热敏电阻器发热且其电阻值迅速增大,从而减小流入副线圈的电流,使起动回路处于接近断开的状态。当电机起动完成进入正常运行时,由于PTC热敏电阻器的阻值不会无限地增大,所以还有一个较小的电流流过PTC热敏电阻器并流入副线圈L2;PTC热敏电阻器继续发出热量来维持高阻值状态,一方面是为了阻止起动回路在电机稳态运行时起作用(重新起动),但另一方面却消耗了一些电能,造成浪费。
由中国专利CN1052228公开的用于启动单相感应电机的电子电路,它是通过电容降压、整流、稳压、延时等环节构成一个可以控制双向可控硅触发导通和截止的电机起动电路。由于此电路使用了数量较多的分立元器件,特别是该起动电路中有多个晶体管、电阻器及电容器,而且没有采取有效的隔离措施,这样就会影响整个双向可控硅的触发控制电路的稳定性,也不利于整体电机运行体系的可靠运转。对于经常性需要频繁间歇起动的电机(例如用于电冰箱压缩机的单相交流感应电机)而言,它的可靠性就会大打折扣。另外就是此电子电路是通过一个电容器的充放电来实现可控硅的延时导通和截止的,该电子电路在将电机起动回路接通前,必须要经过一定的时间让此电容器放电,否则无法再次使双向可控硅延时截止,一旦触发电路或延时电路中有电流存在,双向可控硅一直将处于截止。
中国专利CN1610241公开了一种互感式无触点起动器,它是通过电流互感器采样有关的电流信号,用电流互感器次级线圈获得的信号来触发串联在起动回路中的双向可控硅导通,并在起动完成后使双向可控硅处于截止状态。由于该互感式无触点起动器的触发双向可控硅的触发电路是采用交流触发,故其触发回路和双向可控硅主回路的相位同步就十分重要。在该互感式无触点起动器的电路中由于其触发信号采样于电机主线圈或主电源回路,所以其触发回路相位与双向可控硅主回路就有可能不同步,就会造成双向可控硅不能完全导通或完全关断。如果双向可控硅不能完全被关断(截止),则有一小电流流过电机副线圈所在的起动回路,特别是在起动回路串联有一个PTC热敏电阻器的情形下,会增加起动器的能耗。再有就是该互感式无触点起动器采样部分与双向可控硅的触发回路没有真正地隔离开来,电机主线圈或主电源回路通过电流互感器对触发回路还存在电磁干扰的影响。此外该互感式无触点起动器对于需要在电机副线圈串入起动电容来起动的场合显然无能为力,并且针对不同额定工作电流规格的电机,都要选择不同参数的电流互感器去逐一匹配才能正常工作,通用性受到极大的限制,不能满足更广泛的应用。
中国专利申请CN1645735也公开了一种互感式无触点起动器,它与上述的中国专利申请CN1610241公开的互感式无触点起动器都是通过电流互感器采样有关的电流信号;只是在该互感式无触点起动器的电流互感器中增加了一个初级线圈,该初级线圈串入了电机副线圈回路中;即利用电流互感器次级线圈获得的信号来触发串联在起动回路中的双向可控硅导通,并在起动完成后使双向可控硅处于截止状态。它同样存在其触发回路和双向可控硅主回路的相位同步的问题。该互感式无触点起动器采样部分与双向可控硅的触发回路还是没有真正地隔离开来,电机主线圈或主电源回路通过电流互感器对触发回路还存在电磁干扰的影响。还有该互感式无触点起动器对于不需要在电机副线圈串入起动电容来起动的场合无法完成起动任务,并且针对不同额定工作电流规格的电机,都要选择不同参数的电流互感器去逐一匹配才能正常工作,通用性受到极大的限制,从而缩小了应用的范围。
发明内容
为了克服现有电机起动器的不足,本发明提供一种用于单相感应交流电机的无触点节能起动器,该起动器不仅结构简单、高效节能,而且具有较强的抗干扰能力和可靠性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:无触点节能起动器,其特征是:包括一个PTC热敏电阻器Rp、一个三端双向可控硅T、一个光电藕合器U、一个电感器L和一个整流桥D;
其中PTC热敏电阻器Rp的一电极和光电藕合器U的一输出端(第6脚)与交流电源一端A连接或与电机主线圈L1的M端连接;
PTC热敏电阻器Rp的另一电极与三端双向可控硅T的T2极连接;
光电藕合器U另一输出端(第4脚)和三端双向可控硅T的控制端G极连接;三端双向可控硅T的T1极与电机副线圈L2的S端连接;
电感器L的一端和整流桥D的一交流输入端与电机主线圈L1的M端连接,电感器L的另一端和整流桥D的另一交流输入端与交流电源一端A连接;
整流桥D的直流输出正极性端与光电藕合器U的输入端正极(第1脚)连接;整流桥D的直流输出负极性端与光电藕合器U的输入端负极(第2脚)连接。
本发明的有益效果是:通过运用电感器取得相关的电压信号,并通过整流桥来进行整流,有效地降低了控制信号采样部件的发热能耗,电路构成简单、元器件少、无触点、高效节能,特别是采用光电隔离有效地避免了触发控制信号和起动回路相位不同步而引起的可控硅不能完全导通和完全截止的问题,不仅能确保电机良好起动,而且在起动完成后由于双向可控硅完全截止可将起动回路完全彻底断开,可靠性大幅提高。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的电路原理图。
图2是本发明的第二实施例的电路原理图。
图3是本发明的第三实施例的电路原理图。
图4是本发明的第四实施例的电路原理图。
具体实施方式
图中虚线框内所示为直流隔离控制式无触点节能起动器,下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参阅图1,无触点节能起动器的第一实施例,PTC热敏电阻器Rp一电极和光电藕合器U的一输出端(第6脚)与交流电源一端A连接,PTC热敏电阻器Rp的另一电极与三端双向可控硅T的T2极连接,光电藕合器U另一输出端(第4脚)和三端双向可控硅T的控制端G极连接,三端双向可控硅T的T1极和运行电容器C2的一端与电机副线圈L2的S端连接。电感器L的一端、整流桥D的一交流输入端、运行电容器C2的另一端与电机主线圈L1的M端连接,电感器L的另一端和整流桥D的另一交流输入端与交流电源一端A连接;整流桥D的直流输出正极性端与光电藕合器U的输入端正极(第1脚)连接,整流桥D的直流输出负极性端与光电藕合器U的输入端负极(第2脚)连接。
参阅图2,无触点节能起动器的第二实施例,PTC热敏电阻器Rp一电极和光电藕合器U的一输出端(第6脚)与起动电容器C1的一端连接,起动电容器C1的另一端与交流电源一端A连接;PTC热敏电阻器Rp的另一电极与三端双向可控硅T的T2极连接;光电藕合器U另一输出端(第4脚)和三端双向可控硅T的控制端G极连接;三端双向可控硅T的T1极和运行电容器C2的一端与电机副线圈L2的S端连接。电感器L的一端、整流桥D的一交流输入端、运行电容器C2的另一端和电机主线圈L1的M端连接;电感器L的另一端和整流桥D的另一交流输入端和交流电源一端A连接;整流桥D的直流输出正极性端与光电藕合器U的输入端正极(第1脚)连接,整流桥D的直流输出负极性端与光电藕合器U的输入端负极(第2脚)连接。
参阅图3,无触点节能起动器的第三实施例,PTC热敏电阻器Rp一电极和光电藕合器U的一输出端(第6脚)与电机主线圈L1的M端连接;PTC热敏电阻器Rp的另一电极与三端双向可控硅T的T2极连接;光电藕合器U另一输出端(第4脚)和三端双向可控硅T的控制端G极连接;三端双向可控硅T的T1极和运行电容器C2的一端与电机副线圈L2的S端连接。电感器L的一端、整流桥D的一交流输入端、运行电容器C2的另一端与电机主线圈L1的M端连接;电感器L的另一端和整流桥D的另一交流输入端与交流电源一端A连接;整流桥D的直流输出正极性端与光电藕合器U的输入端正极(第1脚)连接,整流桥D的直流输出负极性端与光电藕合器U的输入端负极(第2脚)连接。
参阅图4,无触点节能起动器的第四实施例,PTC热敏电阻器Rp一电极和光电藕合器U的一输出端(第6脚)与起动电容器C1的一端连接;起动电容器C1的另一端与电机主线圈L1的M端连接;PTC热敏电阻器Rp的另一电极与三端双向可控硅T的T2极连接;光电藕合器U另一输出端(第4脚)和三端双向可控硅T的控制端G极连接;三端双向可控硅T的T1极和运行电容器C2的一端与电机副线圈L2的S端连接。电感器L的一端、整流桥D的一交流输入端、运行电容器C2的另一端和电机主线圈L1的M端连接;电感器L的另一端与整流桥D的另一交流输入端和交流电源一端A连接;整流桥D的直流输出正极性端与光电藕合器U的输入端正极(第1脚)连接,整流桥D的直流输出负极性端与光电藕合器U的输入端负极(第2脚)连接。
在这些具体实施方式中,不同额定工作电流规格的电机流过取样电感器L的电流有所变化,但由于电感器L的阻抗值相比整个电机主线圈的阻抗值来说要小得多,所以得到的取样电压变化不大,一般经过整流后能满足光电藕合器U内部发光二极管的导通要求。如果电机的额定功率特别大,当起动时流过主线圈的电流>6A时,则应另行选择适当参数的电感器L,来确保在电机起动时能可靠地触发双向可控硅T导通,同时又能确保在电机稳态运行期间不会触发双向可控硅T并使其保持截止状态。这里的电感器L选择可通过改变电感线圈的匝数和线径来达到需求。
当闭合开关K加电至电机时,开始电机起动回路并未接通,电机主线圈L1流过的电流迅速增大,此时取样电感器L获得的采样电压也迅速升高,经整流成直流电压后立即使光电藕合器U内部发光二极管导通,串联于双向可控硅T触发回路的光电藕合器U内部的光敏双向可控硅也随即被触发导通;这样也就触发串联在起动回路的双向可控硅T导通。这时电机的起动回路被接通投入工作。在电机的起动回路投入工作之后,流经电机副线圈和PTC热敏电阻器Rp的电流急剧增大,具有正温度系数特性的PTC热敏电阻器Rp很快发热,其阻值也迅速增大。当PTC热敏电阻器Rp的阻值增大到一个极限值时,流过电机起动回路的电流已经减至很小。此时流过电机主线圈和取样电感器的电流也降为接近电机稳态运行的工作电流,故取样电感器L获得的采样电压变得很小。经过整流后所得直流电压已无法使光电藕合器U内部发光二极管导通,所以也就无法去继续触发光电藕合器U内部的光敏双向可控硅导通,则串联于起动回路的双向可控硅T也被截止。至此,电机的起动回路被完全断开,电机的起动过程结束。由于已没有电流流过PTC热敏电阻器Rp,故其温度开始下降,直至下降到工作环境温度,它在电机停止工作前将不会有电流流过引起发热,整个电机起动回路也会一直保持此状态。
在这里,由于双向可控硅T的触发信号来自起动主回路本身;串联于双向可控硅T触发回路的光电藕合器U内部的光敏双向可控硅只是相当于一个无触点开关,故触发信号与主回路在相位上完全同步,可使双向可控硅T进入完全导通状态,这更有利于发挥电机的最佳起动性能。也正是由于串联于双向可控硅T触发回路的光电藕合器U内部的光敏双向可控硅这个无触点开关的作用,当电机起动完成后,光电藕合器U内部的光敏双向可控硅的截止也就促使双向可控硅T能处于彻底截止状态。并且光电藕合器U内部的光敏双向可控硅只受光电藕合器U内部发光二极管的控制,两者之间没有电气上的连接,这种光电隔离有效地避免了来自电机主线圈或电源的电磁干扰,极大地提高了电机起动回路的工作可靠性。
对于起动电容器C1、运行电容器C2,如果电机是一台单相交流感应电动机,有时为了增加由副线圈L2给出的起动转矩,就可以用起动电容器C1来起移相作用。当电机起动完成后可以利用运行电容器C2来防止脉动,提高电机的运转效率。当然在有些情况下,可以省去这两个电容器中的一个或两个。本发明的无触点节能起动器,对于有无这两个电容器的各种电机起动情形都能适用。
以上所述的具体实施例,仅为本发明较佳的实施例而已,举凡依本发明申请专利范围所做的等同设计,均应为本发明的技术所涵盖。

Claims (1)

1.无触点节能起动器,其特征是:包括一个PTC热敏电阻器Rp、一个三端双向可控硅T、一个光电藕合器U、一个电感器L和一个整流桥D;
其中PTC热敏电阻器Rp的一电极和光电藕合器U的一输出端与交流电源一端A连接或与电机主线圈L1的M端连接;
PTC热敏电阻器Rp的另一电极与三端双向可控硅T的T2极连接;
光电藕合器U另一输出端和三端双向可控硅T的控制端G极连接;三端双向可控硅T的T1极与电机副线圈L2的S端连接;
电感器L的一端和整流桥D的一交流输入端与电机主线圈L1的M端连接,电感器L的另一端和整流桥D的另一交流输入端与交流电源一端A连接;
整流桥D的直流输出正极性端与光电藕合器U的输入端正极连接;整流桥D的直流输出负极性端与光电藕合器U的输入端负极连接。
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