CN103339849B - 用于单相感应电动机的启动和控制方法、用于单相感应电动机的启动和控制系统以及适用于单相感应电动机的电子启动和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及尤其被设计用于单相感应电动机（12）的运行的启动和控制的方法、系统和电子装置（15）。所述电动机（12）包括运转线圈（10）和启动线圈（11），所述启动线圈（11）被电气地关联到电子启动装置（15），所述运转线圈（10）和所述电子启动装置（15）被电气地关联到被配置为将供电能量供应到所述电动机（12）的交流电压源（F），在所述电动机（12）的第一操作瞬间（Topi）使所述启动线圈（11）保持断电。更特别地，本发明被配置为在通过传感器元件（7）从所述交流电压源（F）采样的第一电压信号（Vsamp1）低于或等于第一电压参考（V1），或者高于或等于第二电压参考（V2）的条件下，通过所述电子启动装置（15）使所述启动线圈（11）通电，以便开始所述电动机（12）的启动周期。

Description

用于单相感应电动机的启动和控制方法、用于单相感应电动机的启动和控制系统以及适用于单相感应电动机的电子启动和控制装置

技术领域

本发明涉及尤其被设计用于单相感应电动机的运行的改进的启动和控制的方法、系统和电子装置。

背景技术

如下是已知的:由于其简单性、鲁棒性和高性能，单相感应电动机现在被广泛地使用。在一般的家用电器中可以找到其应用，诸如冰箱、冷柜、空调、封闭式压缩机、洗衣机、电动泵、风扇和一些工业应用。

这些类型的发动机通常配备有笼型转子和由两个线圈构成的卷绕式定子，所述两个线圈中的一个是运转线圈并且另一个是启动线圈。

在所述压缩机的正常操作期间，所述运转线圈被供给交流电压，所述启动线圈在启动操作的开始时被暂时供电，从而在定子间隙周围产生磁场，以便提供加速所述转子以及促进启动所需的全部条件。

所述旋转磁场可以通过向启动线圈供给相对于通过主线圈循环的电流而言的时间相移电流而被获得，优选地在90度的角度。借助于所述线圈的结构特性或通过安装与所述线圈中的一个串联(但通常与所述启动线圈串联)的外部阻抗,获得通过所述两个线圈循环的电流之间的这样的相位滞后。

在电动机启动过程期间通过所述启动线圈循环的电流的这样的值通常是高的，并且如下是必需的:使用一些类型的开关以在加速所述电动机所需的时间已经过去之后中断此电流。

对于需要来自其的高效率的电动机，此启动线圈在启动周期已经过去之后不是被完全地关闭。被称为运转电容器的电容器保持与此线圈串联连接，所述运转电容器提供足够增加所述电动机的最大扭矩和其效率的电流。

对于具有此配置的电动机，在所述电动机的正常操作期间使用与所述启动线圈串联的恒定阻抗，一些启动装置从现有技术是已知的，类型为PCT、机电继电器、延时器(temporizers)或还存在如下这样的组合：在其中PTC被串联连接至在预定的时间（RSP）之后中断电流的通过的装置，如在相同申请人的专利文献US5,053,908和US5,051,681中以及文献WO02/09624A1中所引用的。

被广泛地用于分相单相电动机的启动（其中不使用运转电容器）的部件中的一个是电子继电器类型。

其使用的程度与其低制造成本和其技术上的简单性相关。另一方面，所述电子继电器呈现若干限制（其中需要针对电动机的每个尺寸确定特定部件的尺寸），这使得如下是不可能的：将其使用在采用运转电容器的高效率电动机上，在其操作期间其产生电磁和声音噪声以及由电弧和机械摩擦引起的其部件的磨损。

所述电子继电器的替代物是PTC（正系数温度）类型装置。此部件被广泛地使用在其应用与运转电容器相关联的高效率电动机上。因为这是没有可移动部件的陶瓷小片，其原理克服了大部分电磁继电器的限制。

因为其运行是基于加热陶瓷小片，这导致增高其阻抗以及作为结果的所述循环电流的限制，贯穿运行周期存在残余功率的耗散。此部件的另一个限制与使得能够连续启动所需的间隔时间相关。

其巨大的优点之一是使用单个部件在确定的电压（115V或220V）的情况下在电动机族的启动时运行的可能性，但是当所分析的特性是使辅助线圈通电的时间的优化时这变成限制。

其导电时间直接地与所述陶瓷小片的体积成比例并且与所述循环电流成反比，当其被应用于具有较高功率的电动机时其需要减少的启动时间并且当其被应用于较小的电动机时需要过长的时间。这两个因素导致较大的电动机的启动不足以及就较小的电动机而言的启动周期期间的能量的较高消耗。

另一方面，延时器类型的启动部件消除了PTC的残余消耗的巨大的缺点，但是不能使得其适应不同的电动机尺寸所需的启动时间。它们的构想不是使得其能够确定可以对不同的电动机尺寸提供最优的启动时间的电路的尺寸，并且由此各种模型的存在变成是必须的，它们中的每个被调整用于确定的致动时间，以便满足确定的电动机族，这将引起标准化的缺乏、在制造线处的更多的调整以及增加库存。

这样的装置没有虑及在启动时刻的操作条件，并且由此以最坏的条件确定它们的尺寸，从而延长了启动时间。

面对前述事项，申请人提出了本发明，目的在于提供用于单相感应电动机的启动方法、系统和装置，以便提供简单和安全的技术解决方案，具有相对于现有技术而言的降低的成本，从而使得能够大规模地将其用于低成本系统，并且进一步显现在其中残余功率消耗是可忽略的延时装置的优势。

本发明的目的

本发明的第一个目的是提出用于单相感应电动机的启动方法，其被配置为根据先前被定义在电子启动装置上的参考电压值致动所述电动机。

本发明的第二个目的是提供与当前可获得的解决方案比较具有简单的、稳固的和低成本的启动系统和电子启动装置。

本发明的附加的目的是提供能够减少在相同供电电压内服务确定的电动机族所需的部件的数量的技术解决方案。

此外，本发明的另一个目的是将当前启动系统应用于高效率电动机，其利用运转电容器,具有机电继电器的特性，其中针对电动机的每个不同的尺寸,启动时间被优化。

本发明的另外的目的是提供用于单相感应电动机的电子启动装置，具有可忽略的能量消耗。

本发明的又另一个目的是提供能够与启动电容器或与电动机的启动线圈串联安装的另一阻抗协同操作的启动装置。

另一方面，本发明的附加的目的是提供不易受来自供电网络的瞬变或扰动影响的电子启动装置。

最后，本发明的另一个目的是提供用于单相电动机的启动装置，其能够与一些冷却系统的配置协同操作，其配备有被连接到所述单相感应电动机的阻抗。

发明内容

实现本发明的目的的一种方法是通过提供用于单相感应电动机的启动方法和控制，所述电动机包括运转线圈和启动线圈，所述启动线圈与电子启动装置电气地相关联，所述运转线圈和所述电子启动装置与交流电压源电气地相关联,所述交流电压源被配置为向所述电动机供应供电功率，所述启动线圈在所述电动机的操作的第一瞬间被保持断电，所述方法包括下列步骤：

a)通过所述启动装置，采样从所述交流电压源到处于非运转状况的电动机的第一电压信号；

b)将以项目“a”显示的所述第一电压信号与在所述启动装置的内部被预调整的第一电压参考和第二电压参考相比较；

c)如果项目“b”的比较指示所述电压信号低于或等于所述第一电压参考，或高于或等于所述第二电压参考，则所述电子启动装置使所述启动线圈通电以便开始所述单相感应电动机的启动周期；

d)通过所述电子启动装置，在使所述启动线圈通电之后对所述电动机的启动时间计数；

e)如果在步骤“d”所计数的启动时间达到预先建立的启动时间值，则通过所述电子启动装置使所述启动线圈断电，以便结束所述单相感应电动机的启动时间。

实现本发明的目的的第二种方法是通过提供用于单相感应电动机的启动系统和控制，所述电动机包括运转线圈和启动线圈，所述启动线圈与电子启动装置电气地相关联，所述运转线圈和所述电子启动装置与交流电压源电气地相关联，所述交流电压源被配置为向所述电动机供应供电功率,所述系统被配置为在所显示的通过所述电子启动装置来自所述交流电压源的第一电压信号低于或等于第一电压参考，或高于或等于第二电压参考的条件下，通过所述电子启动装置使所述启动线圈通电，以便开始电动机启动周期。

实现本发明的目的的第三种方法是通过提供被应用于由电压源供电的单相感应电动机的电子启动装置和控制，所述装置包括至少一个启动开关，其与所述电动机的启动线圈电气地相关联，所述电子装置被配置为在所显示的来自所述交流电压源的第一电压信号低于或等于第一电压参考，或高于或等于第二电压参考的条件下，命令所述启动开关以便使所述启动线圈通电，以致开始电动机启动周期。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1表示根据本发明的教导的用于单相电动机的启动系统的示意性视图；

图2示出了在所述单相电动机的启动周期期间启动开关S1上的波形。

具体实施方式

如之前已经提及的，本发明意在改进单相感应电动机12的启动。

在本发明的教导内，申请人提出了用于启动和控制单相感应电动机12的方法。

如在图1中所显示的，所述电动机12包括运转线圈10和启动线圈11，此启动线圈11被电气地关联到电子启动装置15。

所述运转线圈10和所述电子启动装置15被电气地关联到交流电压源F，后者被配置为将电能供应到所述电动机12。这样的优选的实施例在图1中被显示。

根据在本发明中可预见的致动方法，在所述电动机12的操作的第一瞬间Top1使所述启动线圈11保持断电。

更详细地，本方法包括下列步骤：

a)通过所述电子启动装置15，采样从所述交流电压源F到处于非运转状况的电动机12的第一电压信号Vsamp1；

b)将在步骤“a”所采样的第一电压信号Vsamp1与在所述电子启动装置15内被预调整的第一电压参考V1和第二电压参考V2相比较；

c)如果步骤“b”的比较指示所述电压信号Vsamp低于或等于所述第一电压参考V1，或者高于或等于所述第二电压参考V2，则所述电子启动装置15使所述启动线圈11通电，以便开始所述单相感应电动机12的启动周期；

d)通过所述电子启动装置15，在使所述启动线圈11通电之后对所述电动机12的启动时间Tp计数，以及

e)如果在步骤“d”所计数的启动时间Tp达到预先建立的启动时间值Tpest，则通过所述电子启动装置15使所述启动线圈11断电，以便结束所述单相感应电动机12的启动周期。

根据本发明的教导，上面所描述的步骤促进了所述单相电动机12的启动。

此外，应被指出的是:当前提出的方法进一步包括下列步骤：

f)通过所述电子启动装置15，采样从所述电压源F到处于非运转状况的电动机12的第二电压信号Vsamp2；

g)将在步骤“f”所采样的所述第二电压信号Vsamp2与所述第一电压参考V1和所述第二电压参考V2相比较；

h)基于步骤“g”的所述比较，通过由所述电压源F供应的供电电压的全部或部分中断，确定所述电动机12是被减速还是处于非运行状况；

i)如果所述电动机12处在非运行状况，则再次执行所述步骤“a”到“e”。

根据本发明的教导，值得指出的是:在所述第一和第二电压信号Vsamp1、Vsamp2处在所述第一和第二电压参考V1、V2之间的情况下，所述电子启动装置15被保持在节能模式中。

关于所采用的电压参考，如在图2中所显示的，所提出的启动和控制方法考虑了如下事实：所述第一和第二电压参考V1、V2在最小操作条件OPmin下被预先调整，能够保持从内部直流源8到所述启动装置15的电压水平。更详细地，图1显示了所述直流源8和其他部件，其构成所提出的对象的组件。

建立所述最小操作条件OPmin以便所述第一和第二电压信号Vsamp1、Vsamp2将等于所述第一电压参考V1或等于所述第二电压参考V2，只要所述电压源F供应能够保持所述直流源8的电压水平的电压。

应被指出的是：所述第一和第二电压参考V1和V2以如下这样的方式被建立或调整：在来自所述源F的电压的每半个周期将在所述直流源8给出新的电荷。

关于所述电动机12的启动周期，其根据所述电压源F的源频率Freqf而被计算。

本发明的附加的和创新的特征指的是用于单相感应电动机12的启动和控制系统，如在图1中所构思和所显示的。

此系统明显考虑了如下事实：如已述的，所述电动机12包括运转线圈10和启动线圈11。

相同的图进一步显示了：所述启动线圈11被电气地关联到电子启动装置15，而所述运转线圈10和所述电子启动装置15被电气地关联到所述已提及的交流电压源F。

在本系统的操作的上下文中，所述源F被配置用于在其启动之后将所需的电能供应到所述电动机12的目的，除了自身充当用于机器启动过程的参考之外。

以与已知的技术相比非常创新的方式，所提出的启动系统被配置为在所显示的通过传感器元件7来自所述交流电压源F的第一电压信号Vsamp1低于或等于第一电压参考V1，或者高于或等于第二电压参考V2的条件下，通过所述电子启动装置15使所述启动线圈11通电，以便开始所述电动机12的启动周期。所述传感器元件7被电气地关联到信号处理单元9,如在图1中所显示的。两个装置(传感器元件7和处理单元)在所述电子启动装置15的内部被配置。

因此，通过所述信号处理单元9,在所述电子启动装置15处预先调整所述第一和第二电压参考V1、V2。应被进一步提及的是:所述第一和第二电压参考V1、V2被调整以便在来自所述电压源F的电压的每半个周期将新的电荷添加到所述直流源8。

如之前为了所提出的启动方法而已经提及的，所述系统考虑了如下事实:所述信号处理单元9在来自所述直流源8的电压被建立的时刻运行在节能操作中。

在所述单相电动机12的启动的瞬间(换句话说,当使所述启动线圈11通电时)，所述信号处理单元退出所述节能模式。

尽管仍然启动，在所述启动周期已经过去之后使所述启动线圈11断电，在所述信号处理单元9中将此周期预定为启动时间Tpest。在此情况下，这是在所述处理单元9中被调整的内部变量。

图1进一步显示了本系统的优选实施例的其他细节。例如,可以观察到:所述信号处理单元9由所述直流源8供电，后者被并联连接到启动开关S1。

如在相同的图1中所显示的，在由所述交流电压源F开始供应电压时，所述开关S1处于打开状态。

此外，应被指出的是:所述启动开关S1是负责通过针对由所述信号处理单元9确定的所述开关S1的控制信号6而生成的电子指令来命令所述启动线圈11的通电的元件或装置。

以与先前的技术相比非常有优势的方法，当前所要求权利的系统使得能够评估所述单相电动机12的操作状态，因为这样的系统被配置为在运转状况下通过所述传感器元件7采样从所述电压源F到所述电动机12的第二电压信号Vsamp2，确定所述电动机12是被减速还是被停用。

作为例子，如果识别到由所述交流电压源F供应的能量的全部中断的状况，则所述电压源F一开始再次供应电压,所述电子启动装置15就被使得能够用于所述电动机12的第二次启动。

最后，本发明提出了被应用于由电压源F供电的单相感应电动机12的电子启动和控制装置15。

如在图1中所显示的，这样的装置15包括至少一个启动开关S1，其通过连接端子5被电气地关联到所述电动机12的启动线圈11。

所述装置15优选地与现有技术相比呈现如下事实：其被配置为在从所述交流电压源F采样的第一电压信号Vsamp1低于或等于第一电压参考V1,或者高于或等于第二电压参考V2的条件下，命令所述启动开关S1,以致使所述启动线圈11通电，以便开始所述电动机12的启动周期。

图1进一步显示了构成所述启动装置15的部件之间的电子连接的其他细节。这样的部件实质上是传感器元件7、信号处理单元9，后者由任何类型的处理器或电子微控制器形成，以及直流源8。

这样的源8通过所述第一和所述第二开关端子S1′、S1″被并联关联到所述启动开关S1，而所述传感器元件7尤其通过所述第二开关端子S1″监视所述开关S1上的电压水平。

因此，所提出的启动装置15现在包括由直流源8供电的至少一个信号处理单元9,以及被配置为测量所述第一电压信号Vsamp1的至少一个传感器元件7。

在本发明的附加的配置中，所述电子启动装置15使得能够使用运转电容器13，其被并联地布置在分别被关联到所述运转和启动线圈11的端子4和连接端子5之间，以便在所述电动机的正常操作期间提供通过所述线圈的电流之间所需的时间滞后。

面对前述事项，应被指出的是:当前要求权利的对象实现了其目标,因为提出并且构思了用于单相电动机12的启动和控制方法、系统和装置，以便在较低成本和关于能量的较低需求的情况下更有效率地命令所述机器。

已经描述了优选的实施例，本领域技术人员应理解:本发明的范围包含其他可能的变化，仅由包括所述可能的等同物的随附的权利要求的内容限定。

Claims (13)

1.一种用于单相感应电动机(12)的启动和控制方法，所述电动机(12)包括运转线圈(10)和启动线圈(11)，所述启动线圈(11)被电气地关联到电子启动装置(15)，所述运转线圈(10)和所述电子启动装置(15)被电气地关联到交流电压源(F)，所述交流电压源(F)被配置为将供电功率供应到所述电动机(12)，在所述电动机(12)的操作的第一瞬间(Top1)，所述启动线圈(11)被保持断电，所述方法的特征在于包括下列步骤：

a)通过所述电子启动装置(15)，采样从所述交流电压源(F)到处于非运转状况的所述电动机(12)的第一电压信号(Vsamp1)；

b)将在步骤“a”所采样的所述第一电压信号(Vsamp1)与在所述电子启动装置(15)的内部被预先调整的第一电压参考(V1)和第二电压参考(V2)相比较；

c)如果步骤“b”的所述比较指示所述第一电压信号(Vsamp1)低于或等于所述第一电压参考(V1)，或者高于或等于所述第二电压参考(V2)，则所述电子启动装置(15)使所述启动线圈(11)通电，以便开始所述单相感应电动机(12)的启动周期；

d)通过所述电子启动装置(15)，在使所述启动线圈(11)通电之后对所述电动机(12)的启动时间(Tp)计数；

e)如果在步骤“d”所计数的所述启动时间(Tp)达到预先建立的启动时间值(Tpest)，则通过所述电子启动装置(15)将所述启动线圈(11)断电，以便结束所述单相感应电动机(12)的所述启动周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤：

f)通过所述电子启动装置(15)，采样从所述交流电压源(F)到处于运转状况的所述电动机(12)的第二电压信号(Vsamp2)；

g)将在步骤“f”所采样的所述第二电压信号(Vsamp2)与所述第一电压参考(V1)和所述第二电压参考(V2)相比较；

h)基于步骤“g”的所述比较，通过由所述交流电压源(F)供应的供电的全部或部分中断，确定所述电动机(12)是被减速还是处于所述非运转状况；

i)如果所述电动机(12)处在非运转状况并且所述交流电压源(F)正在供应供电能量，则执行步骤“a”到“e”。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果所述第一和所述第二电压信号(Vsamp1，Vsamp2)处在所述第一和所述第二电压参考(V1，V2)之间，则所述电子启动装置(15)被保持在节能模式中。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在最小操作条件(OPmin)下预先调整所述第一和所述第二电压参考(V1，V2)，所述最小操作条件(OPmin)被建立以致所述第一和所述第二电压信号(Vsamp1，Vsamp2)将等于所述第一电压参考(V1)或所述第二电压参考(V2)，只要所述交流电压源(F)供应能够保持来自所述电子启动装置(15)内的直流源(8)的电压水平的电压。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述交流电压源(F)的源频率(Freqf)来计算所述电动机(12)的所述启动周期。

6.一种用于单相感应电动机(12)的启动和控制系统，所述电动机(12)包括运转线圈(10)和启动线圈(11)，所述启动线圈(11)被电气地关联到电子启动装置(15)，所述运转线圈(10)和所述电子启动装置(15)被电气地关联到交流电压源(F)，所述交流电压源(F)被配置为将供电能量供应到所述电动机(12)，所述系统的特征在于，

所述电子启动装置(15)包括传感器元件(7)，所述传感器元件(7)被配置为采样来自所述交流电压源(F)的处于非运转状况下的第一电压信号(Vsamp1)，

所述系统被配置为如果所述第一电压信号(Vsamp1)低于或等于第一电压参考(V1)，或者高于或等于第二电压参考(V2)，则通过所述电子启动装置(15)使所述启动线圈(11)通电，所述第一电压参考(V1)和所述第二电压参考(V2)在所述电子启动装置(15)中被预先调整；

所述系统进一步被配置为通过所述电子启动装置(15)开始所述电动机(12)的启动周期并且对所述电动机(12)的启动时间(Tp)计数，

如果所述启动时间(Tp)达到预先建立的启动时间值(Tpest)，则所述系统通过所述电子启动装置(15)将所述启动线圈(11)断电，以便结束所述电动机(12)的所述启动周期。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，通过信号处理单元(9)在所述电子启动装置(15)处预先调整所述第一和所述第二电压参考(V1，V2)。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述启动周期在所述信号处理单元(9)处被预先建立为所述启动时间(Tpest)。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号处理单元(9)由直流源(8)供电，后者被并联连接到启动开关(S1)。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述启动开关(S1)通过由所述信号处理单元(9)生成的电子指令来命令所述启动线圈(11)的通电。

11.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，被配置为进一步通过所述传感器元件(7)采样从所述交流电压源(F)到处于运转状况的所述电动机(12)的第二电压信号(Vsamp2)，以便确定所述电动机(12)是被减速还是被停用。

12.一种被应用于由交流电压源(F)供电的单相感应电动机(12)的电子启动装置(15)，所述电子启动装置(15)包括至少一个启动开关(S1)，其被电气地关联到所述电动机(12)的启动线圈(11)，

所述电子启动装置(15)的特征在于，其被配置为采样来自所述交流电压源(F)的处于非运转状况下的第一电压信号(Vsamp1)，所述电子启动装置(15)进一步被配置为如果第一电压信号(Vsamp1)低于或等于第一电压参考(V1)，或者高于或等于第二电压参考(V2)，则命令所述启动开关(S1)，以致使所述启动线圈(11)通电，所述第一电压参考(V1)和所述第二电压参考(V2)在所述电子启动装置(15)中被预先调整，

所述电子启动装置(15)被配置为开始所述电动机(12)的启动周期并且对所述电动机(12)的启动时间(Tp)计数，

如果所述启动时间(Tp)达到预先建立的启动时间值(Tpest)，则所述电子启动装置(15)进一步将所述启动线圈(11)断电，以便结束所述电动机(12)的所述启动周期。

13.根据权利要求12所述的电子启动装置，其特征在于，包括由直流源(8)供电的至少一个信号处理单元(9)，以及被配置为测量所述第一和第二电压信号(Vsamp1，Vsamp2)的至少一个传感器元件(7)。