CN101971480B - 用于启动单相异步电动机的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于启动单相异步电动机的方法和设备，基本包括在启动单相异步电动机后，通过利用与启动绕组串连连接的开关装置分离单相异步电动机的启动绕组。根据启动时间和启动电压控制开关装置。

Description

用于启动单相异步电动机的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于启动单相异步电动机的方法和设备，尤其是用于低功率致动系统中的电动机。

背景技术

众所周知，当不能利用三相线时，可使用单相异步电动机，也被称为感应电动机，其结构类似于三相异步电动机，但只具有两个定子绕组：运行绕组和启动绕组，该两个定子绕组相位偏移90°并且其流通的电流相位偏移90°。启动绕组的存在对于启动感应电动机是必要的，否则将不可能自发启动。

因为同被相同的电压供电，流过两相绕组的电流之间的相移能够通过使用电阻性启动绕组(resistive start windng)实现，或者通过在启动绕组上串联具有适当容抗的启动电容器实现。而在第二个方案中，启动电容器能保持永久地接入，或者一旦启动发生能被分离，如果使用电阻性启动绕组，必须在启动之后将其分离。

最简单的用于分离启动绕组的方案由离心开关构成，离心开关根据转速断开或闭合电路，或者由最大电流或最大电压继电器构成，最大电流或最大电压继电器分别根据流过其线圈的电流强度或其线圈承受的电压断开或闭合电路。

这种由机械元件和电子元件组成的设备类型，具有许多尤其是同时影响机械和电接触的磨损引发的问题。

为了避免这些问题，电启动器被设计成基本上由与启动绕组串联的晶闸管、一对双金属触头和内置在电动机内的传感器线圈构成。当电动机连接到电压以启动时，驱动晶闸管的控制输入的双金属触头被闭合，使其导通并因此闭合启动绕组的电路。随着转速增加，与电动机的转速成比例的传感器线圈电压也增加，从而产生足以使用来断开和闭合晶闸管的双金属触头变形的大量热量。以此方式，启动绕组中的电流中断并且电动机只依靠运行绕组继续旋转。

尽管这些电子启动器良好地完成了任务，但当它们处在苛刻的运行条件下尤其当它们需要在时间上非常接近的重复启动时，其仍具有一些限制。实际上，当电动机停止时，其没有立即准备好新的一次启动，由于必须在电源中断之后需要几秒的空闲时间，以允许双金属触头充分冷却来重新变直并能够使晶闸管导通以再次闭合启动电路。尽管该缺点好像几乎不重要，实际上它可变的非常重要，这取决于由电子启动器控制的感应电动机需要运行的应用。例如，一种情况应该考虑，其中这些电动机与泵相关联，该泵必须尽可能定期地供给指定用户设备或者必须尽可能一直保持容器填充水的等级，因此需要时间非常接近的重复启动。

另一方面，涉及在电动机已经停止后该类型的电子启动器恢复到初始状态所需时间的任意性。事实上，该恢复时间基本上对应于允许双金属触头冷却并闭合、使自身变直的物理所需时间；因此，除了在每个不同的电子启动器难以相同地重现以外，实际上它是不可更改的，除非在设计和制造期间。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种用于启动单相异步电动机的方法和设备来解决上面阐述的问题，这使同时根据设定的电压阈值和设定的时间调整启动成为可能。

在本目的的范围内，本发明的具体目标是提供一种用于启动单相异步电动机的方法和设备，其中与调整启动相关的时间可被编程并且能在使用中被修改。

本发明的另一个目标是提供一种用于启动单相异步电动机的方法和设备，其中在任何重复启动程序中没有空闲时间。

本发明的另一个目标是提供一种用于启动单相异步电动机的设备，其能够应用于各种类型的电动机而不需组件和电路的任何改动。

本发明的另一个目标是提供一种用于启动单相异步电动机的设备，其能够接收直接来自电动机绕组的电源，而不需要辅助的电源电路。

本目的和这些目标及其他的实现通过用于启动单相异步电动机的方法在下文会更明显，该方法包括在单相异步电动机启动之后通过利用与所述启动绕组串联连接的开关装置来分离单相异步电动机的启动绕组，特征在于根据启动时间和启动电压控制所述开关装置。

本目的和这些及其他目标在下文会更明显，同样通过用于启动单相异步电动机的设备实现，该设备包括与单相异步电动机的启动绕组串联连接的开关装置，以在单相异步电动机启动之后分离启动绕组，特征在于，其包括双控制调整装置，所述双控制调整装置适于根据启动时间和启动电压驱动所述开关装置，所述双控制调整装置由所述单相异步电动机的绕组对它们供电。

附图说明

根据本发明的用于启动单相异步电动机的方法和设备的优选但不唯一的实施例的描述，另外的特点和优势会变得更明显，本发明由附图中的非限制性的实例表示，其中：

图1是单相异步电动机的示意图，其包括根据本发明的用于启动单相异步电动机的设备；

图2是根据本发明的用于启动单相异步电动机的设备的简单电气图；

图3是用于安装根据本发明的用于启动单相异步电动机的设备的基体图；

具体实施方式

参考上述附图，用于启动具有运行绕组101和启动绕组102的单相异步电动机的方法，基本包括在启动后通过使用与启动绕组102串联连接的开关装置105分离启动绕组。

根据本发明，用于启动单相异步电动机的方法根据启动时间以及根据启动电压致动开关装置105，该启动时间能够预先设置以及随后更改，该启动电压对应于形成在稳态下开关装置105两端的整流电压的平均值。

具体来说，用于启动单相异步电动机的方法包括第一步骤，该第一步骤包括闭合启动绕组102的电路一段时间，该时间等于启动时间。

之后，一旦启动时间过去，开始持续监视启动电压并且检测其是否高于或低于在制造时预设的阈值电压。

该阈值电压能够具有恒定的幅值或具有根据通过插值试验数据取得的状态与电动机的供电电压成比例的幅值。

在一定重复时间之后，该重复时间能够被预设以及随后更改，如果启动电压高于阈值电压，启动绕组102的电路被置于断开；反之，如果在重复时间之后，启动电压低于阈值电压，则通过再次闭合启动绕组102的电路重复整个过程。

用于启动单相异步电动机的设备，通常由附图标记1表示，其包括与单相异步电动机100的启动绕组102串联连接的开关装置105，以便于一旦启动已经发生时该启动绕组可被分离。

开关装置105基本由晶闸管，并且尤其是由三端双向可控硅开关元件106构成，其两个阳极分别连接到启动绕组102的端部103和中性导线104。

根据本发明，设备1包括双控制调整装置，其根据启动时间和启动电压控制开关装置105，该启动时间如已提到的能被预设并随后在单相异步电动机100运行中更改，该启动电压已经被指定为形成在稳态条件下的启动绕组102的端部103和中性导线104之间，即，跨过开关装置105的两端，的整流电压的平均值。

双控制调整装置的电源不通过辅助电源电路提供，而是通过辅助低电压绕组2直接来自单相异步电动机100的运行绕组101，该低电压绕组2在端点3处连接到第一整流器电路4，该第一整流器电路4给整个设备1提供电源并且包括第一二极管5和作为整形(leveling)电容滤波器的第一电容器6。

双控制调整装置包括定时器电路7，其通过驱动器逻辑支持组件8连接到三端双向可控硅开关元件106的门电极107，以便根据启动时间导通或关闭，因此闭合或断开启动绕组102的电路。

定时器电路7的动作由与其连接的比较器电路9决定，该比较器电路9在反相输入端10具有优选地由齐纳二极管(Zener diode)13构成的电压基准12，该齐纳二极管13施加与引发启动或不启动单相异步电动机100的阈值电压成比例的直流电压。通过将比较器电路9的非反相输入端11连接到分压器的输出端14而在比较器电路9的非反相输入端11上替代地提供与启动电压成比例的直流电压，该分压器包括第一电阻元件15和允许提取第二整流器电路17的输出电压的一部分的第二电阻元件16，第二整流器电路17包括第二二极管18和作为整形滤波器的第二电容19。

第二整流器电路17并联连接到开关装置105，因此位于启动绕组102的端部103和中性导线104之间，允许测量启动电压。

整个装置1安装在弧形基体30上并且尤其允许将其安装在单相异步电动机100上，例如潜水电动机。

在另一实施例中，附图中未示出，由预先设置的微控制器替代比较器电路9，由此正如前面实施例所述决定定时器电路7的动作。

微控制器，也如同比较器电路9，监控被校正的呈现在分压器的输出端14的直流电压，以提取第二整流器电路17的输出电压的一部分。但是在此情况下，与启动电压成比例的所述电压与阈值电压相比较，该阈值电压具有不再恒定但是成比例于电动机的供电电压的幅值。

事实上，微控制器的使用允许预先设置阈值电压的幅值，另外，向其传递由插值合适实验数据得到的状态，并且该阈值电压的幅值如预期地根据电动机的供电电压改变。

此情况的结果是，所述双控制调整装置能够用于各种类型的电动机而不需要元件和电路的任何改变。

根据本发明设备的运行如下。

当启动单相异步电动机100时，与电动机的额定电压对应的供电电压施加于运行绕组101，并且通过辅助低电压绕组2和第一整流器电路4给整个设备1供电。

从供电电压施加于设备1的瞬间起，并持续能够根据最不同的需求修改但最好设置为大约0.5秒的启动时间，定时器电路7通过驱动器逻辑支持组件8激活三端双向可控硅开关元件106，驱动其门电极107。

随后，持续一段等于根据能够根据最不同的需求修改但最好设置为大约10秒的重复时间，定时器电路7保持为不受来自比较器电路9的指令的影响，该比较器电路9可识别或者不识别用于启动单相异步电动机100的程序的重复。事实上，电压基准12连接到比较器电路9的反相输入端10，并且通过齐纳二极管13施加与阈值电压成比例并可定为6V的电压值的直流电压，而形成在比较器电路9的非反相输入端11的直流电压与启动电压成比例，在特殊情况下其等于启动电压的0.0207倍。该倍增系数0.0207与电压基准12和阈值电压之间的比率对应，该电压基准12在特殊情况下等于6V，该阈值电压在特殊情况下等于有效值大约为290V的电压，并且该倍增系数0.0207是通过第二整流器电路17以及随后经由由第一电阻元件15和第二电阻元件16构成的电阻分压器衰减，对形成在启动绕组102的端部103和中性导线104之间的电压进行整流的结合的结果。

重复时间过后，如果形成在比较器电路9的非反向输入端11的直流电压高于由比较器电路9的反相输入端10的电压基准12设置的直流电压，即，如果启动电压高于阈值电压，定时器7被驱动以保持三端双向可控硅开关元件106关断并因此保持断开与启动绕组相关的电路。

反之亦然，重复时间过后，如果形成在比较器电路9的非反向输入端11的直流电压低于在比较器电路9的反相输入端10的电压基准12施加的直流电压，即，如果启动电压低于阈值电压，定时器7被驱动以保持三端双向可控硅开关元件106导通并从而闭合与启动绕组相关的电路一段等于启动时间的时间，并且重复整个程序。

如果比较器电路9被微控制器所替代，设备1的运行保持与已经阐述的实质相同。

但是，此情况下，与启动电压成比例的直流电压与幅值不再恒定但成比例于电动机的供电电压的阈值电压相比较。

因此，使用同样的双控制调整装置，可以管理各种类型电动机的启动不需要元件和电路的任何改变。

实际上，已经被证实了根据本发明的用于启动单相异步电动机的方法和设备充分实现预期目的，并且根据一定电压阈值和一定时间允许调整启动，其能够被预先设置和在使用中修改，并且允许重复启动程序而无空闲时间。

设备能够提取直接来源于电动机绕组的电源，而不需要辅助电源电路，并且能够用于各种类型的电动机，而不需要元件和电路的任何改变。

本申请要求享有2008年3月12提交的意大利专利申请No.VI2008A000062的优先权，该申请的主题内容以引用的方式并入本文中。

Claims (19)

1.一种用于启动单相异步电动机的方法，该方法包括在单相异步电动机启动后通过利用与单相异步电动机的启动绕组串联连接的开关装置分离所述启动绕组，特征在于，根据预设的启动时间和启动电压控制所述开关装置，并且包括以下步骤：

-闭合所述启动绕组的电路一段等于所述启动时间的时间；

-在所述启动时间之后持续监视所述启动电压；

-检测所述启动电压是高于还是低于阈值电压；

-如果通过在重复时间之后进行监视而得到的所述启动电压低于所述阈值电压，则重复前述步骤。

2.如权利要求1的方法，特征在于，所述启动电压与整流电压的平均值对应，所述整流电压跨所述开关装置在稳态条件下形成。

3.如权利要求1或2的方法，特征在于所述启动时间能够被预设和修改。

4.如权利要求1的方法，特征在于所述阈值电压能够被预设和修改。

5.如权利要求1的方法，特征在于所述重复时间能够被预设和修改。

6.一种用于启动单相异步电动机的设备，其包括与单相异步电动机的启动绕组串联连接的开关装置，以便在该单相异步电动机启动之后将该启动绕组分离，特征在于，该设备包括双控制调整装置，所述双控制调整装置适合根据预设的启动时间和启动电压驱动所述开关装置，所述双控制调整装置从所述单相异步电动机的绕组获取它们的电源，并且

所述双控制调整装置还包括至少一个定时器电路，其通过驱动器逻辑支持组件连接到所述开关装置，以根据所述启动时间和所述启动时间之后的重复时间驱动所述开关装置，以及，至少一个比较器电路，其输出端连接到所述定时器电路，以根据所述启动电压激活或禁止所述定时器电路，

其中，在重复时间内所述至少一个定时器电路不受到来自比较器电路的指令影响。

7.如权利要求6的设备，特征在于所述双控制调整装置包括至少一个低电压辅助绕组，该低电压辅助绕组从所述单相异步电动机的运行绕组获取用于提供给所述双控制调整装置的完整电源。

8.如权利要求6或7的设备，特征在于所述双控制调整装置包括至少一个第一整流器电路，其输入端连接到辅助低电压绕组，并且其输出端连接到所述双控制调整装置以为其提供电源。

9.如权利要求8的设备，特征在于所述第一整流器电路包括至少一个第一二极管。

10.如权利要求8的设备，特征在于所述第一整流器电路包括至少一个作为整形电容滤波器的第一电容，以减少脉动电压。

11.如权利要求6的设备，特征在于所述双控制调整装置包括至少一个电压基准，其连接到所述比较器电路的反相输入端，引发启动或不启动单相异步电动机所需的阈值电压和所述电压基准施加的电压成比例。

12.如权利要求11的设备，特征在于所述电压基准包括至少一个齐纳二极管。

13.如权利要求6的设备，特征在于所述至少一个比较器电路能够由至少一个微控制器替代。

14.如权利要求6或7的设备，特征在于所述双控制调整装置包括至少一个第二整流器电路，其与所述开关装置并联连接。

15.如权利要求14的设备，特征在于所述第二整流器电路包括至少一个第二二极管。

16.如权利要求14的设备，特征在于所述第二整流器电路包括至少一个作为整形电容滤波器的第二电容，用于减少脉动电压。

17.如权利要求14的设备，特征在于所述第二整流器电路包括分压器，其输出端连接到包括在所述双控制调整装置中的比较器电路的非反相输入端，或者连接到包括在所述双控制调整装置中的微控制器的输入端，所述启动电压与所述分压器的所述输出端形成的电压成比例。

18.如权利要求6的设备，特征在于所述开关装置包括至少一个晶闸管，其门电极端连接到所述驱动器逻辑支持组件的输出端，所述晶闸管与所述启动绕组串联连接。

19.如权利要求6或7的设备，特征在于所述双控制调整装置包括弧形基体，用于安装整个设备。