CN101432953B - 电动机启动控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

可以通过增加启动转矩来便于转子达到同步速度，其中启动转矩的增加是通过如下方式来实现的：根据是否使用启动电容器来调节用于磁化转子的磁化施加时间。本发明包括：控制单元，其输出用于根据是否使用启动电容器来控制磁化电流的施加时间的控制信号；以及开关，其根据从控制单元输出的控制信号向励磁线圈供给功率。

Description

电动机启动控制装置和方法

技术领域

本发明涉及电动机，更具体而言，涉及用于控制电动机的启动的装置和方法，该装置和方法能够根据启动时是否使用启动电容器来调节用于磁化转子的磁化施加时间。

背景技术

通常，在用于冰箱的电动机中，两个励磁极与励磁线圈以分开的方式安装在单相感应电动机的定子中。

在用于冰箱的电动机中，两个励磁极与励磁线圈以分开的方式安装在包括芯、主绕组(主线圈)和辅助绕组(副线圈)的单相感应电动机中的定子处。

用于冰箱的电动机的转子包括便于磁化和去磁的磁性材料。

用于冰箱的电动机的励磁控制电路是用于控制励磁线圈，以便对磁性材料进行磁化的电路。

励磁控制电路包括反馈线圈、电容器、速度响应开关和外部控制器。

图1是一个示意图，示出了根据相关技术的用于冰箱的电动机的结构，该电动机包括定子20和具有磁性材料的转子40。

这里，将要描述根据相关技术的用于控制冰箱电动机的装置的工作。

首先，控制装置进行控制，以便向电动机的定子20的主绕组和辅助绕组施加功率，转子40由此在施加到主绕组和辅助绕组的功率的驱动下旋转。

接下来，当转子40达到某个速度(同步速度的75％到80％)时，励磁线圈被激励，从而对转子40的磁性材料30进行磁化。

在如上所述的用于控制冰箱电动机的装置中，在启动时，通过在同步速度的75％到80％时激励励磁线圈来对包括磁性材料的转子进行磁化，然后将转子变为同步速度，这导致启动转矩小的问题。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供用于控制电动机的启动的装置和方法，该装置和方法能够通过增加启动转矩来便于转子达到同步速度，其中启动转矩的增加是通过如下方式来实现的：根据是否使用启动电容器来调节用于磁化转子的磁化施加时间。

为了实现这些优点和其它优点，根据本发明的目的，如这里所实施和广泛描述的，提供了一种用于控制电动机的启动的装置，包括：控制单元，该控制单元输出用于根据是否使用启动电容器来控制磁化电流的施加时间的控制信号；以及开关，该开关根据从控制单元输出的控制信号向励磁线圈供给功率。

为了实现以上目的，还提供了一种用于控制电动机的启动的装置，包括：主线圈，其以并联方式与电源连接；副线圈，其以并联方式与主线圈连接；PTC(正温度系数)元件，其控制副线圈的启动；启动电容器，其与对应于副线圈在同步速度时的频率特性的阻抗相匹配；控制单元，其输出用于根据是否使用启动电容器来控制磁化电流的施加时间的控制信号；以及开关，其根据从控制单元输出的控制信号向励磁线圈供给功率。

为了实现以上目的，还提供了一种用于控制电动机的启动的方法，包括：根据是否使用启动电容器来控制磁化电流的施加。

对磁化电流的施加的控制包括：当使用启动电容器时，在PTC元件工作时间之前施加磁化电流。

附图说明

图1是一个示意图，示出了根据相关技术的冰箱电动机的结构；

图2是一个电路图，示出了根据本发明的一个示例实施例，用于控制电动机的启动的装置的构造；

图3是一个视图，示出了根据本发明的所述示例实施例的电动机速度-转矩曲线；

图4是一个电路图，示出了使用图2中的启动电容器时的电流路径；

图5是一个曲线图，示出了使用所述启动电容器时的速度-转矩曲线；

图6是一个电路图，示出了不使用图2中的启动电容器时的电流路径；以及

图7是一个曲线图，示出了不使用所述启动电容器时的速度-转矩曲线。

具体实施方式

现在将参考附图对根据本发明的示例实施例，用于控制电动机的启动的装置和方法进行描述，该装置和方法能够通过增加启动转矩来便于转子达到同步速度，其中启动转矩的增加是通过如下方式来实现的：根据是否使用启动电容器来调节用于磁化转子的磁化施加时间。

通过在带有导电条的转子中引入可磁化的磁性材料，电动机能够作为感应电动机工作，直到转子的速度达到旋转磁场的同步速度，并且能够适用于对磁性材料进行磁化以达到旋转磁场的同步速度的励磁电动机。

图2是一个电路图，示出了根据本发明的一个示例实施例，用于控制电动机的启动的装置的构造。

如图2所示，所述装置包括主线圈、副线圈、启动电容器Cs、工作电容器Cr、励磁线圈、开关SW1以及控制单元100。

为了启动自磁化电动机的转子，启动电容器Cs向副线圈施加具有快相位(fast phase)的电流，因此，转子被生成自副线圈的感应电流和磁场启动。

工作电容器Cr施加相位比在副线圈流动的电流慢90°的电流，因此，通过在主线圈流动的电流自定子生成了旋转磁场，这样，转子在持续地接收到功率时旋转。

当使用启动电容器Cs时，控制单元100输出用于在PTC(正温度系数)元件的工作时间之前施加磁化电流的控制信号，而当不使用启动电容器Cs时，控制单元100输出用于在PTC元件的工作时间之后施加磁化电流的控制信号。

在这种情况下，当使用启动电容器Cs时，控制单元100可以输出用于在PTC元件的工作时间之前的0.8秒内向磁性材料施加磁化电流的控制信号。

这里，可以通过将电动机启动的时间点用作基准来设定用于确定在PTC元件的工作时间之前的0.8秒内的时间的基准。

此外，当不使用启动电容器Cs时，控制单元100输出这样的控制信号：该控制信号用于进行控制，以便在PTC元件工作后的0.8秒之后向磁性材料施加磁化电流。

这里，可以通过感测PTC元件的工作来确定PTC元件工作后的0.8秒之后的时间。

开关SW1由继电器或双向导电性电力半导体形成，并且根据从控制单元100输出的控制信号向励磁线圈施加磁化电流或者切断磁化电流。

此外，当对是否使用启动电容器Cs做出了选择时，控制单元100进行控制，以便通过启动电容器Cs向PTC元件施加功率，或者直接向PTC元件施加功率。

在这种情况下，开关SW2与启动电容器Cs以并联方式连接，控制单元100控制该开关SW2接通或关断。

现在将要描述本发明的操作。

首先，为了启动自磁化电动机的转子，启动电容器Cs向副线圈施加具有快相位的电流，因此，转子被生成自副线圈的感应电流和磁场启动。

接下来，工作电容器Cr向主线圈施加相位比在副线圈流动的电流慢90°的电流，因此，定子通过在主线圈流动的电流生成旋转磁场，使得转子可以在持续地接收到功率时旋转。

在这种情况下，因为转子体是由高磁导率的铁磁性物质制成的，由主线圈和副线圈生成的磁场对转子进行磁化，因此，转子在受到由如图3所示的磁滞效应生成的磁滞转矩(H)时旋转。

也就是说，如图3所示，转子受到磁滞转矩(H)和感应转矩(I)而旋转。

如果转子的速度变得与旋转磁场的同步速度(3,600rpm)相同，则转子总是落后于旋转磁场的同步速度。也就是说，发生滑移现象。

此时，当强电流被施加到励磁线圈时，由励磁线圈所生成的强磁通量被传送到围绕在转子的外圆周表面的磁性材料，从而对磁性材料进行磁化。

然后，磁性材料经过磁化而变成永磁体，该永磁体沿着已在定子生成的旋转磁场旋转。

在这种情况下，尽管转子的旋转速度逐渐增加到与旋转磁场的同步速度相同，但所述永磁体能够沿着旋转磁场持续旋转，因此转子的旋转力将不会减小。

这里，在本发明中，通过根据副线圈是否与启动电容器Cs连接来调节用于施加对磁性材料的磁化的条件和施加时间而由此增加启动转矩，能够便于达到(开始)同步。

也就是说，当对是否使用启动电容器Cs做出了选择时，控制单元100通过启动电容器Cs向PTC元件施加功率，或者直接向PTC元件施加功率。

首先，当使用启动电容器Cs时，控制单元100输出用于关断与启动电容器Cs以并联方式连接的开关SW2的控制信号，因此，如图4所示，开关SW2被关断，功率通过启动电容器Cs施加到PTC元件。

此时，当使用启动电容器Cs时，控制单元100输出用于在PTC元件工作时间之前向磁性材料施加磁化电流的控制信号。

在本发明的一个优选实施例中，当使用启动电容器Cs时，控制单元100输出用于在PTC元件的工作时间之前的0.8秒内向磁性材料施加磁化电流的控制信号。

这里，可以通过将电动机启动的时间点用作基准来设定用于确定在PTC元件的工作时间之前的0.8秒内的时间的基准。

因此，开关SW1在控制单元100的控制下导通，并且如图5所示，磁化电流在同步速度的60％到70％时的最大转矩点施加。

此时，开关SW1的导通时间优选地为1秒，并且一个周期的磁化电流通过导通的开关SW1施加到励磁线圈。

相反，当不使用启动电容器Cs时，控制单元100输出用于接通与启动电容器Cs以并联方式连接的开关的控制信号，因此，如图6所示，开关SW2被接通，功率被立即施加到PTC元件。

在这种状态下，当不使用启动电容器Cs时，控制单元100输出用于在PTC元件的工作时间之后向磁性材料施加磁化电流的控制信号。

在本发明的一个优选实施例中，当不使用启动电容器Cs时，控制单元100输出控制信号进行控制，以便在PTC元件工作后的0.8秒之后向磁性材料施加磁化电流。

这里，可以通过感测PTC元件的工作来确定PTC元件工作后的0.8秒之后的时间。

然后，开关SW1在控制单元100的控制下导通，并在如图7所示的同步速度的70％到80％时的最大转矩点施加磁化电流。

因此，在同步速度的70％到80％时激励励磁线圈以增加启动转矩。

在这种情况下，开关SW1的导通时间优选地为1秒，并且一个周期的磁化电流通过导通的开关SW1施加到励磁线圈。

这就是说，在本发明中，当使用启动电容器来启动电动机时，功率通过启动电容器施加到PTC元件，并且磁化电流在PTC元件工作之前的预定时间之内施加到磁性材料以增加启动转矩，因此，转子能够容易地达到同步速度。

此外，当不使用启动电容器来启动电动机时，功率被直接施加到PTC元件，然后，当在PTC元件工作之后经过了预定时间时，向磁性材料施加磁化电流以增加启动转矩，因此，转子能够容易地达到同步速度。

根据以上所述，根据本发明的用于控制电动机的启动的装置和方法具有以下优点。即，根据是否使用启动电容器来控制磁化施加时间以增加启动转矩。这样，能够提高包括磁性材料的转子的磁化程度，以便使转子快速达到同步速度，从而提高了电动机的工作效率。

Claims (12)

1.一种用于控制电动机的启动的装置，包括：

控制单元，所述控制单元输出用于根据是否使用启动电容器来控制磁化电流的施加时间的控制信号；以及

开关，所述开关根据从所述控制单元输出的控制信号向励磁线圈供给功率，

其中当使用所述启动电容器时，所述控制单元输出用于在正温度系数PTC元件的工作时间之前向磁性材料施加磁化电流的控制信号，所述PTC元件与启动电容器串联连接，且通过所述启动电容器将功率施加到所述PTC元件，以及当不使用所述启动电容器时，所述控制单元输出用于在所述PTC元件的工作时间之后向磁性材料施加磁化电流的控制信号，且功率被直接施加到所述PTC元件。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述开关由继电器或双向导电性电力半导体形成。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括：

主线圈，以并联方式与电源连接；以及

副线圈，以并联方式与所述主线圈连接；

其中所述PTC元件控制所述副线圈的启动；

所述启动电容器与对应于所述副线圈在同步速度时的频率特性的阻抗相匹配。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，当使用所述启动电容器时，所述控制单元输出控制信号，该控制信号用于进行控制，以便在PTC元件的工作时间之前的预定时间之内向磁性材料施加磁化电流。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，当不使用所述启动电容器时，所述控制单元输出控制信号，该控制信号用于进行控制，以便在PTC元件工作后的预定时间之后向磁性材料施加磁化电流。

6.一种用于控制电动机的启动的装置，包括：

主线圈，以并联方式与电源连接；

副线圈，以并联方式与所述主线圈连接；

正温度系数PTC元件，其控制所述副线圈的启动；

启动电容器，其与对应于所述副线圈在同步速度时的频率特性的阻抗相匹配；

控制单元，其输出用于根据是否使用启动电容器来控制磁化电流的施加时间的控制信号；以及

开关，其根据从所述控制单元输出的控制信号向励磁线圈供给功率，

其中当使用所述启动电容器时，所述控制单元输出用于在PTC元件的工作时间之前向磁性材料施加磁化电流的控制信号，所述PTC元件与所述启动电容器串联连接，且通过所述启动电容器将功率施加到所述PTC元件，以及当不使用所述启动电容器时，所述控制单元输出用于在所述PTC元件的工作时间之后向磁性材料施加磁化电流的控制信号，且功率被直接施加到所述PTC元件。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述开关由继电器或双向导电性电力半导体形成。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，当使用所述启动电容器时，所述控制单元输出控制信号，该控制信号用于进行控制，以便在所述PTC元件的工作时间之前的预定时间之内施加磁化电流。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，当不使用所述启动电容器时，所述控制单元输出控制信号，该控制信号用于进行控制，以便在所述PTC元件工作之后经过了预定时间时施加磁化电流。

10.一种用于控制电动机的启动的方法，包括：

根据是否使用启动电容器来控制磁化电流的施加，

其中控制所述磁化电流的施加包括：

当使用所述启动电容器时，在正温度系数PTC元件的工作时间之前施加磁化电流，将所述PTC元件与所述启动电容器串联连接，并通过所述启动电容器对所述PTC元件施加功率；以及

当不使用所述启动电容器时，在所述PTC元件的工作时间之后施加磁化电流，且对所述PTC元件直接施加功率。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，对磁化电流的施加的控制包括：

在PTC元件的工作时间之前的预定时间之内施加磁化电流。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，对磁化电流的施加的控制包括：

在PTC元件工作后的预定时间之后施加磁化电流。

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