CN101635547B - 结合过载保护器的单相电机无功耗起动器 - Google Patents

Abstract

一种结合过载保护器的单相电机无功耗起动器，主要用于压缩机电机的起动。包含发热电阻的过载保护器的一端与电源的一端连接、另端与电机的主绕组和副绕组的公共端连接，整流滤波电路的两个交流输入端与包含发热电阻的过载保护器发热电阻的两端连接、直流输出端的正负极与双向可控硅输出型光耦合器输入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器的一个输出端与双向可控硅的T2极连接、另一个输出端与触发限流电阻的一端连接，触发限流电阻的另端与双向可控硅的触发极G连接，双向可控硅的T1极与电机副绕组引出端S连接，双向可控硅的T2极与电机主绕组引出端M和电源的另一端连接。优点：在电机正常工作时，起动器电路处于完全断开状态，完全没有功耗，且可靠性高。

Description

结合过载保护器的单相电机无功耗起动器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种结合过载保护器的单相电机无功耗起动器，主要用于压缩机电 机的起动，也可以用于一般单相交流电机的起动。

背景技术

[0002] 单相交流电机通常由一个转子和由主、副绕组构成的定子组成。其中的副绕组 除了起到电机起动的作用外，也可以在电机正常运行时继续参加工作，所以完整的单相 交流电机的副绕组电路通常可以由并联的副绕组运行电路和副绕组起动电路表示。电机 正常运行时，副绕组不参加工作的电机则没有其中的副绕组运行电路部分。其中的副绕 组起动电路部分仅在电机起动时参加工作，在电机起动后需要实现断开。目前通常由正 温度系数热敏电阻（PTC)元件来实现。当电机起动时，起动电路参加工作，PTC元件被 通于副绕组起动电流，导致PTC元件发热，其阻值迅速上升，最终使起动电路被基本断 开。在电机正常运行时，PTC元件中仍然必须有一个较小的电流持续通过，以维持PTC 元件的发热阻值，阻止电机起动电路在电机正常工作时发生作用。这个维持PTC发热的 功耗通常在3W左右。由于这种电机被广泛应用，这个发热功耗导致了电能的大量浪费。

[0003] 中国专利200410065370.X和中国专利200510038234.6公开了本专利申请人发明 的两种互感式无触点起动器，分别适用于各种不同类型的单相交流电机。这两种互感式 无触点起动器的特点是采用电流互感器，根据单相交流电机的不同，在电机电路的不同 位置对电流进行采样转换，用来触发串接在电机副绕组起动回路中的双向可控硅，利用 电机在起动之初回路中电流远大于正常工作电流的特点，在电机起动时触发副绕组双向 可控硅而使其短时间导通，完成电机的起动。而本发明则另辟蹊径，放弃了使用电流互 感器采样交流电流控制双向可控硅通断的方法，改为从过载保护器的发热电阻上获取电 机电流采样，并经过简单转换后用于控制双向可控硅的通断。

[0004] 中国专利200610034946.5公开了一种无触点节能起动器，其特征包括PTC热敏 电阻器Rp、三端双向可控硅Τ、光电耦合器U、电感器L和整流桥D ；该发明通过运用 电感器L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，同时采用光电隔离来控制三端双向可控硅确保电机良好起动，并在起 动完成后将起动回路断开。

[0005] 该专利公开的技术从一定程度上提供了一种有效的单相电机节能起动器设计方 案，但该方案也存在着一些较大的问题。随着单相电机技术的发展和国家对家电产品节 能技术的重视，各种单相电机，特别是家电中使用的单相电机对节能设计越来越精细， 对电机主、副绕组回路中的电感和电容量的要求也更加精确了，电路中电感、电容量的 很小变化都会使电机效率大打折扣。专利200610034946.5所公开的起动器方案由于采 用了电感器取得相关的电压信号，还要通过整流桥整流后经光电隔离控制三端双向可控 硅，从原理上决定了其采样电感的电感量必然对所串联电路的电感参数带来不小的影 响，从而影响到电机系统的整体效率。

3发明内容

[0006] 本发明的目的是要提供一种可靠性高、无功耗的结合过载保护器的单相电机无 功耗起动器。

[0007] 本发明的目的是这样来实现的，一种结合过载保护器的单相电机无功耗起动 器，其特征在于：包括一个整流滤波电路、一个双向可控硅输出型光耦合器、一个双向 可控硅、触发限流电阻和一个包含发热电阻的过载保护器，所述包含发热电阻的过载保 护器的一端与电源的一端连接，包含发热电阻过载保护器的另一端与电机的主绕组和副 绕组的公共端连接，所述整流滤波电路的两个交流输入端分别与包含发热电阻的过载保 护器发热电阻的两端连接，整流滤波电路直流输出端的正负极分别与双向可控硅输出型 光耦合器输入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器的一个输出端与双向可控硅 的T2极连接，双向可控硅输出型光耦合器的另一个输出端与触发限流电阻的一端连接， 触发限流电阻的另一端与双向可控硅的触发极G连接，双向可控硅的Tl极与电机副绕组 引出端S连接，双向可控硅的T2极与电机主绕组引出端M和电源的另一端连接。

[0008] 一种结合过载保护器的单相电机无功耗起动器，其特征在于：包括一个整流 滤波电路、一个双向可控硅输出型光耦合器、一个双向可控硅、一个触发限流电阻和一 个包含发热电阻的过载保护器，所述包含发热电阻的过载保护器的一端与电源的一端连 接，包含发热电阻的过载保护器的另一端与电机主绕组和副绕组的公共端连接，所述整 流滤波电路的两个交流输入端分别与包含发热电阻的过载保护器发热电阻的两端连接， 整流滤波电路直流输出端的正负极分别与双向可控硅输出型光耦合器输入端的正负极连 接，双向可控硅输出型光耦合器的一个输出端与触发限流电阻的一端连接，触发限流电 阻的另一端与双向可控硅的触发极G连接，双向可控硅输出型光耦合器的另一个输出端 和双向可控硅的T2极与电机主绕组引出端M串联的一个或多个其它电气元器件上的前端 和末端或前端和中间任一串联节点连接，双向可控硅的Tl极与电机副绕组引出端S中串 联的电气元器件的一端连接。

[0009] 一种结合过载保护器的单相电机无功耗起动器，其特征在于：包括一个整流滤 波电路、一个双向可控硅输出型光耦合器和一个包含发热电阻的过载保护器，所述包含 发热电阻的过载保护器的一端与电源的一端连接，包含发热电阻的过载保护器的另一端 与电机主绕组和副绕组的公共端连接，所述整流滤波电路的两个交流输入端分别与包含 发热电阻的过载保护器发热电阻的两端连接，整流滤波电路直流输出端的正负极分别与 双向可控硅输出型光耦合器输入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器的一个输 出端与电机副绕组引出端S连接，双向可控硅输出型光耦合器的另一个输出端与电机主 绕组引出端M和电源的另一端连接。

[0010] 一种结合过载保护器的单相电机无功耗起动器，其特征在于：包括一个整流滤 波电路、一个双向可控硅输出型光耦合器和一个包含发热电阻的过载保护器，所述包含 发热电阻的过载保护器的一端与电源的一端连接，包含发热电阻的过载保护器的另一端 和电机主绕组和副绕组的公共端连接，所述整流滤波电路的两个交流输入端分别与包含 发热电阻的过载保护器发热电阻的两端连接，整流滤波电路直流输出端的正负极分别与 双向可控硅输出型光耦合器输入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器的两个输

4出端串联于副绕组起动电路中从电机主绕组引出端M到电机副绕组引出端S串联的一个 或多个其它电气元器件的前端和末端或前端和中间任一串联节点连接。

[0011] 本发明所描述的结合过载保护器的单相电机无功耗起动器在电机正常工作时， 起动器电路处于完全断开状态，完全没有功耗，且可靠性高。

[0012] 附图及附图说明

[0013] 图1为本发明第1种实施例的电原理图。

[0014] 图2为本发明第2种实施例的电原理图。

[0015] 图3为本发明第3种实施例的电原理图。

[0016] 图4为本发明第4种实施例的电原理图。

[0017] 图5为本发明第5种实施例的电原理图。

[0018] 图6为本发明第6种实施例的电原理图。

具体实施方式

[0019] 众所周知，过载保护器通过感知温度和电流来保护电机，通常由双金属片和一 对常闭触点构成，同时可专门串接有电阻丝用于采样电流大小来发热以控制双金属片的 热变形，也有直接利用特制双金属片本身的电阻来采样电流发热以控制双金属片热变形 的方式，在此将这两种方式中采样电流并发热控制双金属片热变形的电阻丝和特制双金 属片统称为过载保护器发热电阻。

[0020] 本发明利用一个整流滤波电路Ul将电机电路在过载保护器发热电阻上产生的交 流压降经过整流滤波后处理为直流，该整流滤波电路在最简单的情况下可以是一个二极 管整流桥也可以是一般常用的整流滤波电路，然后连接到一个双向可控硅输出型光耦合 器U2的输入端，控制双向可控硅输出型光耦合器U2的通断。双向可控硅输出型光耦合 器U2的输出端则串联在双向可控硅U3的触发极电路中，一旦双向可控硅输出型光耦合 器U2接通工作，其双向可控硅型光耦合器的输出使串联在电机副绕组起动电路中双向可 控硅U3的触发极电路被接通，从而可使电机起动电路工作。

[0021] 当电机电源接通时，电机回路中流经包含发热电阻的过载保护器P的电流值为 远大于正常工作电流的起动电流，包含发热电阻的过载保护器P上产生的压降也远大于 电机正常工作时的情况，该压降经整流滤波后驱动双向可控硅输出型光耦合器U2工作， 使双向可控硅输出型光耦合器U2的双向可控硅输出呈导通状态，从而使串接在电机副绕 组起动电路中的双向可控硅U3的触发极电路被接通，该双向可控硅U3也进入到导通状 态，电机的副绕组起动电路被接通，电机开始起动。当电机起动开始后，电机回路中流 经包含发热电阻的过载保护器P的电流值迅速下降，包含发热电阻的过载保护器P上产生 的压降也同步迅速下降，使其经过整理滤波后无法驱动双向可控硅输出型光耦合器U2的 输入端发光工作，双向可控硅输出型光耦合器U2的双向可控硅型输出被断开，从而使串 接在电机副绕组起动电路中的双向可控硅U3的触发极电路被断开，该双向可控硅U3也 随即进入断开状态，电机副绕组起动电路也就被断开，电机起动完成。

[0022] 上述电路组成是基于目前电机和电子元器件的一个实际情况，即大多数使用该 起动器的电机其副绕组起动电流都远大于双向可控硅输出型光耦合器元件输出端的最大 电流允许值，因此需要使用双向可控硅输出型光耦合器再次控制一个具有更大电流允许

5极限值的双向可控硅来控制电机副绕组起动电路的通断。当电机副绕组起动电流在双向 可控硅型光耦合器输出端的最大电流允许范围内时，则可以将该双向可控硅型光耦合器 的输出端直接串联在电机副绕组起动电路中，直接控制电机副绕组起动电路的通断。

[0023] 图中虚线框内所示为本发明的结合过载保护器的单相电机无功耗起动器。

[0024] 图1表示的是第1种实施例，包含发热电阻的过载保护器P的一端连接在电源端 B—侧，其另一端与电机主绕组和副绕组的公共端连接，而电机的副绕组起动电路中未 串联其他电气元器件。整流滤波电路Ul的交流输入端与过载保护器P中发热电阻的两端 连接，整流滤波电路Ul的直流输出端的正负极分别与双向可控硅输出型光耦合器U2输 入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器U2的输出端中一端与触发限流电阻R的 一端连接，触发限流电阻R的另一端与双向可控硅U3的触发极G连接，双向可控硅输出 型光耦合器U2的输出端中另一端与双向可控硅U3的T2极连接，双向可控硅U3的T2极 与电机主绕组弓丨出端M和电源端A连接，双向可控硅U3的Tl极与电机副绕组弓丨出端S 连接。实际运行中，在电机主绕组引出端M和副绕组引出端S间连接运行电容器C，

[0025] 图2表示的是第2种实施例，包含发热电阻的过载保护器P的一端连接在电源端 B—侧，其另一端与电机主绕组和副绕组的公共端连接，而电机的副绕组起动电路中串 联了一个或多个其他电气元器件如正温度系数热敏电阻、起动电容等，图中表示为电气 元器件Xi、Xj、Xn等可能的位置。整流滤波电路Ul的交流输入端与包含发热电阻的过 载保护器P中发热电阻的两端连接，整流滤波电路Ul的直流输出端的正负极分别与双向 可控硅输出型光耦合器U2输入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器U2的输出 端中一端与触发限流电阻R的一端连接，触发限流电阻R的另一端与双向可控硅U3的触 发极G连接，双向可控硅U3以其Tl、T2极为连接点串联于副绕组起动电路中，其中双 向可控硅U3的T2极连接于靠近电机主绕组引出端M —侧，而双向可控硅U3的Tl极则 连接于靠近电机副绕组引出端S—侧。双向可控硅输出型光耦合器U2的输出端中另一 端和副绕组起动电路中双向可控硅U3的T2极与电机主绕组引出端M串联的一个或多个 其它电气元器件上的前端和末端或前端和中间任一串联节点连接（图中连接在节点③， 也可以与图中的节点①、②连接）。双向可控硅U3的Tl极与电机副绕组引出端S中串 联的电气元器件Xn的一端（前端）连接，电气元器件Xn的另一端与电机副绕组引出端 S连接。在电机主绕组引出端M和副绕组引出端S间连接运行电容器C，电机主绕组引 出端M和电源端A连接。

[0026] 图3表示的第3种实施例与第1种实施例相似，只是包含发热电阻的过载保护器 P的一端连接在电源端A—侧，其另一端与电机主绕组和副绕组的公共端连接，而电机的 副绕组起动电路中未串联其他电气元器件。整流滤波电路Ul的交流输入端与过载保护 器P中发热电阻的两端连接，整流滤波电路Ul的直流输出端的正负极分别与双向可控硅 输出型光耦合器U2输入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器U2的输出端中一 端与触发限流电阻R的一端连接，触发限流电阻R的另一端与双向可控硅U3的触发极G 连接，双向可控硅输出型光耦合器U2的输出端中另一端与双向可控硅U3的T2极连接， 双向可控硅U3的T2极与电机主绕组引出端M和电源端B连接，双向可控硅U3的Tl极 与电机副绕组弓丨出端S连接。在电机主绕组弓丨出端M和副绕组弓丨出端S间连接运行电容

C O[0027] 图4表示的第4种实施例与第2种实施例相似，只是包含发热电阻的过载保护 器P的一端连接在电源端A—侧，其另一端与电机主绕组和副绕组的公共端连接，而电 机的副绕组起动电路中串联了一个或多个其他电气元器件如正温度系数热敏电阻、起动 电容等，图中表示为电气元器件Xi、Xj、Xn等可能的位置。整流滤波电路Ul的交流 输入端与过载保护器P中发热电阻的两端连接，整流滤波电路Ul的直流输出端的正负极 分别与双向可控硅输出型光耦合器U2输入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器 U2的输出端中一端与触发限流电阻R的一端连接，触发限流电阻R的另一端与双向可控 硅U3的触发极G连接，双向可控硅U3以其Tl、T2极为连接点串联于副绕组起动电路 中，其中双向可控硅U3的T2极连接于靠近电机主绕组引出端M—侧，而双向可控硅U3 的Tl极则连接于靠近电机副绕组引出端S —侧，双向可控硅输出型光耦合器U2的输出 端中另一端和副绕组起动电路中双向可控硅U3的T2极与电机主绕组引出端M串联的一 个或多个其它电气元器件上的前端和末端或前端和中间任一串联节点连接（图中连接在 节点③，也可以与图中的节点①、②连接）。双向可控硅U3的Tl极与电机副绕组引出 端S中串联的电气元器件Xn的一端（前端）连接，电气元器件Xn的另一端与电机副绕 组引出端S连接。在电机主绕组引出端M和副绕组引出端S间连接运行电容器C，电机 主绕组弓丨出端M和电源端B连接。

[0028] 图5表示的第5种实施例与第1种实施例相似，包含发热电阻的过载保护器可以 在电源端A或B的一端连接，电机的副绕组起动电路中未串联其他电气元器件，且电机 的副绕组起动电路中的起动电流不超过双向可控硅型输出光耦合器输出端的电流允许范 围。整流滤波电路Ul的交流输入端与包含发热电阻的过载保护器P中发热电阻的两端 连接，整流滤波电路Ul的直流输出端的正负极分别与双向可控硅输出型光耦合器U2输 入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器U2的一个输出端与电机副绕组引出端S 连接，双向可控硅输出型光耦合器U2的另一个输出端与电机主绕组引出端M和电源端A 或B的另一端连接，在电机主绕组引出端M和副绕组引出端S间连接运行电容器C。

[0029] 图6表示的第6种实施例与第2种实施例相似，包含发热电阻的过载保护器可以 在电源端A或B的一端连接，电机的副绕组起动电路中串联了一个或多个其他电气元器 件如正温度系数热敏电阻、起动电容等，图中表示为电气元器件Xi、Xj、Xn等可能的位 置，且电机的副绕组起动电路中的起动电流不超过双向可控硅型输出光耦合器输出端的 电流允许范围。整流滤波电路Ul的交流输入端与过载保护器P中发热电阻的两端连接， 整流滤波电路Ul的直流输出端的正负极分别与双向可控硅输出型光耦合器U2输入端的 正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器U2的两个输出端串联于副绕组起动电路中从电 机主绕组引出端M到电机副绕组引出端S串联的一个或多个其它电气元器件上的前端和 末端或前端和中间任一串联节点连接（图中串联在位置③处，也可以串联在图中的位置 ①、②、④等处）。双向可控硅输出型光耦合器U2的一个输出端与电气元器件Xn的一 端（前端）连接，电气元器件Xn的另一端与电机副绕组引出端S连接，电气元器件Xi的 一端与电机主绕组M和电源端A或B的另一端连接。在电机主绕组引出端M和副绕组 引出端S间连接运行电容器C。

[0030] 本发明专利申请则采取了完全不同的技术方案，从根本上解决了采样信号对电 机效率的影响问题，从而使节能起动器技术有了更进一步的发展，特别在国家对家电节

7能特别重视的大环境下，越来越多的家电单相电机都采用了高效设计，起动器对电机整 体效率的影响问题显得尤为重要。

[0031] 本发明专利申请充分利用了电机过载保护器内部发热电阻在电机启动过程中的 压降效果，在经过交直流转换相关处理后再驱动串联在电机副绕组起动回路中的双向可 控硅，确保电机良好起动，并在起动完成后将起动回路断开。

[0032] 当电机电源接通时，电机回路中流经包含发热电阻的过载保护器的电流值为远 大于正常工作电流的起动电流，包含发热电阻的过载保护器发热电阻上产生的压降也远 大于电机正常工作时的情况。因此从包含发热电阻的过载保护器发热电阻上取样信号可 以用于控制电机副绕组起动回路的通断，实现单相电机的节能起动器。同时，该起动器 由于直接利用了电机过载保护器而没有增加额外的采样器件，从根本上解决了起动器对 电机系统参数的影响问题，从而使单相电机的节能起动器技术又前进了一大步，提高了 可靠性。

[0033] 此外，由于起动器从过载保护器上获取电机起动回路的控制信号，也为过载保 护器、起动器的一体式设计提供了有利条件。

Claims (3)

1. 一种结合过载保护器的单相电机无功耗起动器，其特征在于：包括一个整流滤波 电路、一个双向可控硅输出型光耦合器、一个双向可控硅、触发限流电阻和一个包含发 热电阻的过载保护器，所述包含发热电阻的过载保护器的一端与电源的一端连接，包含 发热电阻过载保护器的另一端与电机的主绕组和副绕组的公共端连接，所述整流滤波电 路的两个交流输入端分别与包含发热电阻的过载保护器的发热电阻的两端连接，整流滤 波电路直流输出端的正负极分别与双向可控硅输出型光耦合器输入端的正负极连接，双 向可控硅输出型光耦合器的一个输出端与双向可控硅的T2极连接，双向可控硅输出型光 耦合器的另一个输出端与触发限流电阻的一端连接，触发限流电阻的另一端与双向可控 硅的触发极G连接，双向可控硅的Tl极与电机副绕组引出端S连接，双向可控硅的T2 极与电机主绕组引出端M和电源的另一端连接。

2.—种结合过载保护器的单相电机无功耗起动器，其特征在于：包括一个整流滤波 电路、一个双向可控硅输出型光耦合器、一个双向可控硅、一个触发限流电阻和一个包 含发热电阻的过载保护器，所述包含发热电阻的过载保护器的一端与电源的一端连接， 包含发热电阻的过载保护器的另一端与电机主绕组和副绕组的公共端连接，所述整流滤 波电路的两个交流输入端分别与包含发热电阻的过载保护器的发热电阻的两端连接，整 流滤波电路直流输出端的正负极分别与双向可控硅输出型光耦合器输入端的正负极连 接，双向可控硅输出型光耦合器的一个输出端与触发限流电阻的一端连接，触发限流电 阻的另一端与双向可控硅的触发极G连接，双向可控硅输出型光耦合器的另一个输出端 和双向可控硅的T2极与电机主绕组引出端M之间串联的一个或多个其它电气元器件上的 前端或末端或中间任一串联节点连接，双向可控硅的Tl极与电机副绕组引出端S中串联 的电气元器件的一端连接。

3.—种结合过载保护器的单相电机无功耗起动器，其特征在于：包括一个整流滤波 电路、一个双向可控硅输出型光耦合器和一个包含发热电阻的过载保护器，所述包含发 热电阻的过载保护器的一端与电源的一端连接，包含发热电阻的过载保护器的另一端与 电机主绕组和副绕组的公共端连接，所述整流滤波电路的两个交流输入端分别与包含发 热电阻的过载保护器的发热电阻的两端连接，整流滤波电路直流输出端的正负极分别与 双向可控硅输出型光耦合器输入端的正负极连接，双向可控硅输出型光耦合器的一个输 出端与电机副绕组引出端S连接，双向可控硅输出型光耦合器的另一个输出端与电机主 绕组引出端M和电源的另一端连接。