CN101814874A - 一种互感式无触点起动器 - Google Patents

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赵云文
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Abstract

一种互感式无触点起动器,用于压缩机电机、普通单相交流感应式或单相交流永磁式电机的起动,包括一含有一个初级线圈和一个次级线圈的电流互感器L、一双向可控硅T和一正温度系数热敏电阻PTC,所述的电流互感器L初级线圈的1端与电源端的一端和双向可控硅T的第一极A1连接,电流互感器L初级线圈的2端和次级线圈的4端与电机主绕组引出端M连接,电流互感器L次级线圈的3端与双向可控硅T的触发极G连接,双向可控硅T的第二极A2与正温度系数热敏电阻PTC的一端连接,正温度系数热敏电阻PTC的另一端与电机副绕组引出端S连接。提高节能效率;电路简单,元件数量少而可靠,在保证了电机起动功能的同时,提高了电机起动系统的可靠性。

Description

一种互感式无触点起动器
技术领域
本发明涉及一种互感式无触点起动器,主要用于压缩机电机的起动,也可用于普通单相交流感应式或单相交流永磁式电机的起动,以下统称为单相交流电机。
背景技术
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。
中国专利申请CN1052228A公开了一种用于起动单相感应电机的电子电路。通过在电机起动电路中使用一个常态触发、定时截止的双向可控硅及其触发/截止电路,实现电机起动电路从通电接通到定时断开的转换,从而实现电机的起动。但是,该电路使用这些分立元件的数量对于长期频繁间歇起动这样的典型应用场合等可靠性要求极高的情况,还是在很大程度上降低了起动电路的可靠性,尤其是其中触发电路中所使用的电阻元件和定时截止电路中所使用的多个晶体管,在电机工作状态下全部都通过有多个毫安的工作电流,而且这个电子电路全部都运作在复杂的电机工作电路中,没有实现与复杂用电环境的有效隔离,整个脆弱的弱电电路系统无法得到良好的保护,给整个电机系统的可靠性带来了巨大的负面影响。同时,该电路中采用的双向可控硅在电机起动电路接通前,必须要实现定时器的复位,也就是必须使定时器电路失电,经过一段时间的定时器定时电容放电基本完成后,才能再次实现双向可控硅的延时截止,否则,只要在触发电路/定时截止电路中有电流存在,双向可控硅将一直处于截止状态,无法实现电机从非运转小电流状态到起动的转变。
日本专利文献特开平10-94279中利用了电机在起动和运转情况下电流不同的原理,通过在电机总回路放置电流检测电阻,通过该电阻将主回路电流(电机总电流)信号转变为电压信号,同时该专利设定有一个“基准电流值设定器”和“电流比较回路”,对主电路电流信号和设定电流值进行比较,用该比较结果控制电机起动电路中串入的双向可控硅的通断,从而达到控制起动电路通断的目的。但该电路中使用了电阻来将电机总回路中的电流信号采样成电压信号。电阻是纯阻性元件,电机总回路的电流通常都在安培级或接近安培级,这样,在整个电机的运行过程中,该电阻都在消耗瓦特级或接近瓦特级的无用发热功耗。该电路在能够起动电机的情况下也大大降低了能源的利用率。此外,该电路使用了“基准电流设定器”、“比较回路”等辅助电路,这些辅助电路的存在都从一定程度上降低了电机起动功能的可靠性。
中国发明专利200410065370.X和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。而本发明通过使用电流互感器和双向可控硅不同于中国发明专利200410065370.X和200510038234.6的组合方式,来实现互感式无功耗起动器。
发明内容
本发明的目的是要提供一种可靠性高、消耗功率少的用于单相交流电机的互感式无触点起动器。
本发明的目的是这样来完成的,一种互感式无触点起动器,包括一个含有一个初级线圈和一个次级线圈的电流互感器L、一个双向可控硅T和一个正温度系数热敏电阻PTC,其特征在于所述的电流互感器L初级线圈的1端与电源端的一端和双向可控硅T的第一极A1连接,电流互感器L初级线圈的2端和次级线圈的4端与电机主绕组引出端M连接,电流互感器L次级线圈的3端与双向可控硅T的触发极G连接,双向可控硅T的第二极A2与正温度系数热敏电阻PTC的一端连接,正温度系数热敏电阻PTC的另一端与电机副绕组引出端S连接。
本发明所述的电流互感器L次级线圈的3端与电阻R的一端连接,电阻R的另一端与双向可控硅T的触发极G连接。
本发明所述的双向可控硅T的触发极G和电阻R的另一端与双向触发管D的一端连接,电流互感器L初级线圈的1端、双向可控硅T的第一极A1和电源端的一端与双向触发管D的另一端连接。
本发明所述的双向可控硅T的触发极G和电流互感器L次级线圈的3端与双向触发管D的一端连接,电流互感器L初级线圈的1端、双向可控硅T的第一极A1和电源端的一端与双向触发管D的另一端连接。
本发明所述的电流互感器L初级线圈的1、2端并联一个分流电阻Rx。
本发明通过使用电流互感器采样电机回路中的电流信号,可以有效控制电流采样系统的发热功耗,通常该采样系统的功耗都能低达毫瓦级,也就是所谓的“零功耗”单相交流电机起动器,从而大大提高节能效率;另外,本发明的电路简单,元件数量少而可靠,在保证了电机起动功能的同时,提高了电机起动系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明的第1种实施例的电原理图。
图2为本发明的第2种实施例的电原理图。
图3为本发明的第3种实施例的电原理图。
图4为本发明的第4种实施例的电原理图。
图5为本发明的第5种实施例的电原理图。
图6为本发明的第6种实施例的电原理图。
图7为本发明的第7种实施例的电原理图。
图8为本发明的第8种实施例的电原理图。
具体实施方式
本发明通过实现一种用于单相交流电机的互感式无触点起动器来达到这一目的。参见图1,图1为实施例1。这里所述的单相交流电机具有由至少一个主绕组和一个副绕组构成的定子,在主、副绕组引出端间可以连接有永久运行电容器C,电机主绕组引出端为M,电机副绕组引出端为S,电机主、副绕组合并引出端为Z,电机系统与外部单相交流电源的两个连接点分别为A和B。本发明特征在于上述互感式无触点起动器包括:一个含有一个初级线圈和一个次级线圈的电流互感器L、一个双向可控硅T和一个正温度系数热敏电阻PTC,所述的电流互感器L初级线圈的1端与电源端A和双向可控硅T的第一极A1连接,电流互感器L初级线圈的2端和次级线圈的4端与电机主绕组引出端M连接,电流互感器L次级线圈的3端与双向可控硅T的触发极G连接,双向可控硅T的第二极A2与正温度系数热敏电阻PTC的一端连接,正温度系数热敏电阻PTC的另一端与电机副绕组引出端S连接。图中虚线框内为本发明所描述的互感式无触点起动器。电源端A和电源端B可以互换。
在电机开始起动之初,由于电机转子还没有高速转动,电机电路系统会有一个较大的起动电流存在,而电流互感器L的初级线圈串接在电机的主回路中,因此电流互感器的次级线圈中会有一个对应于其初级线圈中电机起动电流的较大的次级感应电流。通过选择适当的电流互感器L参数可以使该感应电流足以触发双向可控硅导通,从而使电机起动电路接通进入工作状态,这时,电机开始起动,其转速迅速上升,而串接在电机起动电路中的正温度系数热敏电阻则开始有一个较大的电机副绕组起动电流通过,正温度系数热敏电阻迅速发热,使其电阻值迅速上升。当其温度达到正温度系数热敏电阻的居里点温度时,其电阻值上升到一个极大值,足以使电机起动电路基本断开。此时,电机进入正常运行状态。在电机进入运行状态后,电机系统的工作电流也大幅下降到接近正常工作状态电流,电流互感器的次级感应电流也发生大幅下降,以致其不能触发双向可控硅。此时,电机起动电路被完全断开,正温度系数热敏电阻中没有电流通过,其温度开始下降。当正温度系数热敏电阻的温度下降到接近工作环境温度时,由于此时电机已处于正常运行状态,起动电路中的双向可控硅已不能被电流互感器的次级输出电流所触发,正温度系数热敏电阻中没有电流通过,正温度系数热敏电阻在电机停转并再次起动前不会有电流通过并发热,电机起动电路会一直保持这种状态,直到电机停止转动。
参见图2,图2为实施例2。在双向可控硅T触发极G和电流互感器L次级线圈的3端间串接一电阻R,通过选择适当的电流互感器L参数和限流电阻R,可以使感应电流足以触发双向可控硅导通。
参见图3,图3为实施例3。在实施例2中,在双向可控硅T的第一极A1和触发极G间并接了一个双向触发管D,对双向可控硅T起到保护和抗干扰的作用。
参见图4,图4为实施例4。在实施例1中,在双向可控硅T的第一极A1和触发极G间并接了一个双向触发管D,对双向可控硅T起到保护和抗干扰作用。
参见图5-图8,图5-图8为实施例5-8。对实施例1-4中的电流互感器L初级线圈两端并联一个分流电阻Rx,该分流电阻Rx用于分流单相交流电机主回路中通过电流互感器L初级线圈的电流,同时起到抗干扰的作用。

Claims (5)

1.一种互感式无触点起动器,其特征在于包括一个含有一个初级线圈和一个次级线圈的电流互感器L、一个双向可控硅T和一个正温度系数热敏电阻PTC,其特征在于所述的电流互感器L初级线圈的1端与电源端的一端和双向可控硅T的第一极A1连接,电流互感器L初级线圈的2端和次级线圈的4端与电机主绕组引出端M连接,电流互感器L次级线圈的3端与双向可控硅T的触发极G连接,双向可控硅T的第二极A2与正温度系数热敏电阻PTC的一端连接,正温度系数热敏电阻PTC的另一端与电机副绕组引出端S连接。
2.根据权利要求1所述的一种互感式无触点起动器,其特征在于所述的电流互感器L次级线圈的3端与电阻R的一端连接,电阻R的另一端与双向可控硅T的触发极G连接。
3.根据权利要求2所述的一种互感式无触点起动器,其特征在于所述的双向可控硅T的触发极G和电阻R的另一端与双向触发管D的一端连接,电流互感器L初级线圈的1端、双向可控硅T的第一极A1和电源端的一端与双向触发管D的另一端连接。
4.根据权利要求1所述的一种互感式无触点起动器,其特征在于所述的双向可控硅T的触发极G和电流互感器L次级线圈的3端与双向触发管D的一端连接,电流互感器L初级线圈的1端、双向可控硅T的第一极A1和电源端的一端与双向触发管D的另一端连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种互感式无触点起动器,其特征在于所述的电流互感器L初级线圈的1、2端并联一个分流电阻Rx。
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