CN104201937B - 电动机启动控制装置及其启动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电动机启动控制装置及其启动控制方法。该电动机启动控制装置无火花产生，它能够独立完成电动机的启动任务，具有自保持供电、失电保护、交流接触器运行指示与报警功能，是用来对电动机启动控制的一种方法。实施方式是：该装置包括弱电控制电路、弱电与强电分离电路、互感电路、运行指示与报警电路。控制方法是采用光偶合器输出端有光照时导通，锁住三极管基极的低电位，来实现控制电路“自保持供电”；采用执行光偶合器输出端无光照时截止，解除三极管基极的低电位，来实现“失电保护”。有益效果是：改变了传统使用的机械式多触头组合启动控制方法，增添了对交流接触器工作状态的识别，交流接触器跳闸后有声光提醒，适用于易燃易爆场所，也适用于一般场所。

Description

电动机启动控制装置及其启动控制方法

技术领域

本发明是一种电动机启动控制装置及其启动控制方法。该电动机启动控制装置无火花产生，它能够独立完成电动机的启动任务，具有自保持供电、失电保护、交流接触器运行指示与报警功能，是电动机启动控制的一种方法。属电动机控制技术领域。

背景技术

现在广泛应用于电动机启动控制的方法，是采用按钮开关和交流接触器的辅助触头组合在一起来完成，组合使用的原因是按钮开关无法实现独立去控制交流接触器对电动机的启动任务，因为按钮开关缺少自保持供电和失电保护功能，所以必须借助交流接触器的一组常开辅助触头，并且把常开辅助触头并联在按钮开关的常开按钮二端，待交流接触器吸合后，锁住常开按钮，称为自锁，自锁后让电流从辅助触头通过，使常开按钮复位后不会失去控制电源，仍然能够保持交流接触器正常吸合，以自保持供电，保证电动机正常运行；当交流接触器失电断开后，为防止交流接触器重新吸合，自锁则应自动解除，避免电动机自行启动造成伤害，起到失电保护作用，失电保护这里指的是：正常停机使交流接触器失电断开；电网停电使交流接触器失电断开；电动机发生故障使交流接触器失电断开，出现这些原因引起的交流接触器失电断开后，不再发生重新吸合使电动机自行启动造成伤害的一种保护措施。采用按钮开关和交流接触器的辅助触头组合在一起使用，具备了自保持供电和失电保护功能，是传统使用的电动机启动有效控制方法，因为这种控制方法在电动机正常运行时，可以得到自保持供电，在电动机正常停机、电动机故障停机、电网故障停机后，不会产生自行再启动的危险，如果要让电动机重新启动，就必须人工进行操作才能完成，这样就保证了设备和人身安全。因为传统的电动机启动控制方法具备了自保持供电和失电保护功能，所以得到长期延用，一直没有改变的原因，但是，它无独立控制交流接触器对电动机启动的能力，仅是一种机械式多触头的组合启动控制方法，所以难免有其不足之处，具体显现在触头之间接触不良，容易发生故障；触头断开时会产生火花，不 适用于易；燃易爆场所；触头之间连接线很多，控制线路复杂；强电操作，安全性能较差；使用起来也不很方便的缺陷存在。

发明内容

本发明是一种电动机启动控制装置及其启动控制方法。该电动机启动控制装置无火花产生，它能够独立完成电动机的启动任务，具有自保持供电、失电保护、交流接触器运行指示与报警功能，且与易燃易爆场所通用。用这种启动控制方法对电动机进行启动，克服了机械式多触头组合启动控制方法所带来的容易发生故障、不适用于易燃易爆场所、控制线路复杂、安全性能较差、使用起来不很方便的缺陷，且增添了对交流接触器工作状态的识别和交流接触器跳闸后有声光提醒功能。

解决其技术问题所采用的技术方案是：电动机启动控制装置包括弱电控制电路、弱电与强电分离电路、互感电路、运行指示与报警电路。(一)弱电控制电路是把启动按键(微动开关)一端与负极电源连接，启动按键另一端与电阻、三极管基极连接，电阻另一端与负极电源开关三极管(PNP管)基极连接，三极管集电极与停机按键(微动开关)与电阻一端连接，电阻另一端与正极电源开关三极管基极连接，三极管发射极与二极管正极连接；光耦合器输入一端通过电阻与正极电源开关三极管发射极连接，光耦合器输入另一瑞与负极电源开关三极管发射极连接，光耦合器输出一端与负极电源连接，光耦合器输出另一端与三极管基极连接。当电动机启动控制装置处于待机时，负极电源开关三极管和正极电源开关三极管都是断开的，其发射极没有电源输出；当电动机启动控制装置对电动机进行启动时，按下启动按键，负极电源便沿启动按键输出，使三极管基极呈低电位截止，使负极电源开关三极管基极呈低电位导通，导通后从发射极输出负极电源，三极管截止后，使正极电源开关三极管基极呈高电位导通，导通后从发射极输出正极电源，此时光耦合器获电，光耦合器获电后输出端导通，锁住三极管基极低电位，待启动按键复位后，维持光耦合器输出端低电位，保持正常输出控制电源，实现自保持供电；当电动机启动控制装置对电动机进行停机时，按下停机按键，负极电源便沿停机按键输出，使正极电源开关三极管基极呈低电位截止，其发射极没有正极电源输出，光耦合器失去正极电源使输出端断开，自锁则自动解除，实现电动机正常停机失电保护。(二)弱电与强电分离电路是把执行光耦 合器输入一端与正极电源开关三极管发射极连接，执行光耦合器另一输入端与负极电源开关三极管发射极连接，执行光耦合器输出一端通过电阻与晶闸管输入一端连接，执行光耦合器输出另一端与晶闸管控制极连接。因为执行光耦合器输入端连接的是直流低压电源，属弱电电源，执行光耦合器输出端连接的是交流高压220伏电源，属强电电源，其直流低压与交流高压电源之间是绝缘的，它通过执行光耦合器中的光传导而把弱电与强电分离开来。(三)互感电路是把互感线圈穿入晶闸管的引出线中，互感线圈输出端与互感电路输入端连接(互感电路如图3所示)，互感电路中的继电器J的触头J1一端与指示三极管基极连接，继电器J的触头J2一端与报警电源开关三极管基极连接，继电器J的触头J1和J2另一端与负极电源连接。当晶闸管的引出线有电流通过时，互感线圈就会有电势产生，电势输入互感电路后，继电器J动作，使继电器J的触头J1和J2断开，停止向指示三极管基极和报警电源开关三极管基极输送负极电源；当晶闸管的引出线无电流通过时，互感线圈就没有电势产生，继电器J的触头J1和J2闭合，向指示三极管基极和报警电源开关三极管基极输送负极电源。(四)运行指示与报警电路中的运行指示电路是把运行指示三极管基极与电阻一端和继电器J的触头J1一端连接，集电极与运行指示发光二极管负极连接，运行指示发光二极管正极与正极电源连接，运行指示三极管发射极与电阻一端连接，电阻另一端与负极电源连接；运行指示与报警电路中的报警电路是把报警电源开关三极管(PNP管)基极与电阻一端和继电器J的触头J2一端连接，电阻另一端与正极电源连接，集电极与负极电源连接，发射极与报警电路连接。当晶闸管的引出线有电流通过时，继电器J的触头J1和J2断开，使指示三极管基极呈高电位导通，点亮指示三极管集电极运行指示发光二极管，指示交流接触器运行正常；当晶闸管的引出线没有电流过时，继电器的触头J1和J2是闭合的，使指示三极管基极呈低电位截止，集电极运行指示发光二极管熄灭，指示交流接触器停止运行，此时报警电源开关二极管基极呈低电位导通，发射极输出负极电源，报警电路获电后发断绩音响和闪光报警。

其启动控制方法是用电动机启动控制装置去控制交流接触器对电动机的启动过程，它是把电动机启动控制装置中的晶闸管一端与交流220伏电源连接，晶闸管另一端与交流接触器线圈连接，交流接触器线圈另一端与零线连接；交流接 触器触头一端与电动机连接，交流接触器触头另一端与交流380伏电源连接。当晶闸管导通交流220伏电源时，交流接触器得电吸合，交流接触器触头导通交流380伏电源，电动机得电启动。

有益效果：电动机启动控制装置，实现了独立控制交流接触器对电动机启动任务，改变了传统使用的机械式多触头组合启动控制方法。该装置采用的无触头开关线路，无火花产生，扩大了其使场所。其有益效果是：1，简化了复杂的传统机械式多触头组合电动机启动控制方法。2，增添了对交流接触器工作状态的识别。3，交流接触器跳闸后有声光提醒。4，适用于易燃易爆场所，也适用于一般场所。

附图说明

本发明附图说明：图1是电动机启动控制装置原理图，图2是电动机启动控制装置对电动机启动控制原理图，图3是互感电路原理图。

具体实施方式

本发明是一种电动机启动控制装置及其启动控制方法。该电动机启动控制装置无火花产生，它能够独立完成电动机的启动任务，具有自保持供电、失电保护、交流接触器运行指示与报警功能，以下结合附图作进一步说明：图1中，电动机启动控制装置包括弱电控制电路、弱电与强电分离电路、互感电路、运行指示与报警电路。(一)该弱电控制电路是把启动按键1一端与负极电源连接，启动按键1另一端与电阻3、电阻4一端和三极管6基极连接，电阻3另一端与负极电源开关三极管2基极连接，三极管6集电极与电阻7、停机按键8、电阻9一端连接，电阻9另一端与正极电源开关三极管10基极连接，三极管6发射极与二极管5正极连接，光偶合器11输入一端通过电阻12与正极电源开关三极管10发射极连接，光偶合器11输入另一端与负极电源开关三极管2发射极连接，光偶合器11输出一端与负极电源连接，光偶合器11输出另一端与三极管6基极连接；电阻4、电阻7另一端和正极电源开关三极管10集电极与正极电源连接，负极电源开关三极管2集电极、二极管5负极、停机按键8另一端与负极电源连接。电动机启动控制装置在待机时，负极电源开关三极管2基极呈高电位而截止，三极管6基极呈高电位而导通，正极电源开关三极管10基极呈低电位截止，所以待机时负极电源开关三极管2和正极电源开关三极管10都是截止的，其发 射极没有电源输出，当电动机启动控制装置对电动机进行启动时，按下启动按键1，负极电源便沿启动按键1输出，电流从电阻3流入负极电源开关三极管2基极，使负极电源开关三极管2基极呈低电位导通，从发射极输出负极电源；启动按键1输出的负极电源，使三极管6基极呈低电位而截止，三极管6截止后，其集电极输出高电位，电流便从电阻9流入正极电源开关三极管10基极，使正极电源开关三极管10基极呈高电位而导通，从发射极输出正极电源，此时光耦合器11获得正负极电源，光耦合器11获电后点亮发光二管，光耦合器11中的晶闸管因受光而使输出端导通，锁住三极管6基极低电位，待启动按键1复位后，维持光耦合器11输出端低电位，保持正常输出控制电源，实现了控制电路“自保持供电”；当电动机启动控制装置对电动机进行停机时，按下停机按键8，负极电源便从停机按键8经电阻9输入正极电源开关三极管10基极，使正极电源开关三极管10基极呈低电位截止，其发射极没有正极电源输出，光耦合器11失去正极电源使输出端断开，自锁则自动解除，控制电路失去自保持供电的电源，排除了自启动因素，实现了“电动机正常停机失电保护”。(二)弱电与强电分离电路是把执行光耦合器13输入一端与正极电源开关三极管10发射极连接，执行光耦合器13输入另一端与负极电源开关三极管2发射极连接，执行光耦合器13输出一端通过降压电阻R1与晶闸管14输入一端连接，执行光耦合器13输出另一端与晶闸管14的控制极连接。因为执行光耦合器13输入端的控制电源，是直流低压电源，属弱电电源，执行光耦合器13输出端连接的是交流高压220伏电源，属强电电源，其直流低压与交流高压电源之间是绝缘的，它通过光耦合器13中的光传导而把弱电与强电分离开来。(三)互感电路是把互感线圈18穿入晶闸管14的引出线中，互感线圈18输出端与互感电路19输入端连接，互感电路19中的继电器J的触头J1一端与指示三极管20基极连接，继电器J的触头J2一端与报警电源开关三极管24基极连接，继电器J的触头J1和J2另一端与负极电源连接。当晶闸管14的引出线有电流通过时，互感线圈18会有电势产生，电势输入互感电路19后，继电器J动作，使继电器J的触头J1和J2断开，停止向指示三极管20基极和报警电源开关三极管24基极输送负极电源。当晶闸管14的引出线无电流通过时，互感线圈18没有电势产生，使继电器J的触头J1和J2闭合，向指示三极管20基极和报警电源开关三极管24基极输送负极电 源。(四)运行指示与报警电路中的运行指示电路是把运行指示三极管20基极与电阻21一端和继电器J的触头J1一端连接，集电极与运行指示发光二极管23负极连接，运行指示发光二极管23正极与正极电源连接，发射极与电阻22一端连接，电阻22另一端与负极电源连接；运行指示与报警电路中的报警电路是把报警电源开关三极管24基极和电阻25一端与继电器J的触头J2一端连接，电阻25另一端与正极电源连接，集电极与负极电源连接，发射极与报警电路连接。当接通交流接触器15的电源。晶闸管14引出线就会有电流通过，互感线圈18就会有电势产生，电势输入互感电路19，继电器J动作，断开继电器J的触头J1和J2，因为继电器J的触头J1断开，使指示三极管20基极呈高电位导通，点亮集电极运行指示发光二极管23，指示交流接触器15工作正常：当断开交流接触器15的电源，晶闸管的引出线就没有电流通过，互感线圈18就没有电势产生，互感电路19因失去电势而使继电器J的触头J1和J2闭合，指示三极管20基极因为继电器J的触头J1闭合而呈低电位截止，集电极运行指示发光二极管23熄灭，指示交流接触器15停止工作，此时报警电源开关三极管24基极因为继电器J的触头J2闭合而呈低电位导通，发射极输出负极电源，报警电路获电后发出断绩音响和闪光报警。报警电路的组成，是由脉冲电容26正极、脉冲电阻27一端与单结晶体管28发射极连接，脉冲电容26负极与报警电源开关三极24发射极连接，脉冲电阻27另一端与正极电源连接，单结晶体管28第一基极与三极管29基极连接，三极管29集电极与喇叭30一端连接，喇叭30另一端与正极电源连接；三极管31基极与三极管29发射极连接，三极管31集电极通过均压电阻R2与报警发光二极管32负极连接，报警发光二极管32正极与正极电源连接。当报警电路获电后，出冲电容26、脉冲电阻27、单结晶体管28组成的脉冲回路，产生的脉冲信号，输入三极管29基极，其集电极喇叭30以相同的脉冲信号发出断绩报警音响，同时报警发光二极管32发出闪光报警。

其电动机启动控制方法如图2所示，它是用电动机启动控制装置去控制交流接触器15对电动机17的启动过程。图2中，把电动机启动控制装置中的晶闸管14一端与交流220伏电源连接，晶闸管14另一端与流接触器15的线圈连接，交流接触器15的线圈另一端与零线连接，交流接触器15的触头16一端与电动机17连接，交流接触器15的触头16另一端与交流380伏电源连接。当晶闸管 14导通交流220伏电源时，交流接触器15得电吸合，吸合后，交流接触器触头16接通交流380伏电源，电动机17得电启动。

图3为互感电路19原理图，图3中，互感线圈18一端与负极电源连接，互感线圈18另一端与三极管33基极连接，三极管33发射极与复合三极管34基极连接，复合三极管34集电极与反相三极管35基极连接，反相三极管35集电极与功率三极管36基极连接，功率三极管36集电极与继电器J一端连接，继电器J另一端与正极电源连接。当互感线圈18有电势输出时，三极管33基极呈高电势导通，经放大后的电势从三极管33发射极输出到复合三极管34基极，使复合三极管34基极呈高电位导通，导通后，反相三极管35基极呈低电位截止，截止后，功率三极管36基极高电位导通，导通后，集电极上的继电器J动作吸合，继电器J的触头J1和J2断开；当感线圈18没有电势输出时，其程序相反，闭合继电器J的触头J1和J2闭合。

电动机启动控制装置对电动机的启动过程：电动机17进行启动时，按下启动按键1，负极电源开关三极管2基极呈低电位导通，正极电源开关三极管10基极呈高电位导通，输出正负极电源，光耦合器11获得正负极电源，光耦合器11获电后，光耦合器11中的晶闸管因受光而使输出端导通，锁住三极管6基极的低电位，待启动按键1复位后，仍然维持三极管6基极的低电位，保持正常输出控制电源，控制电路则以自保持供电，执行光耦合器13获得控制电路的自保持供给的电源后，其输出端输出触发信息，晶闸管14获触发信息导通交流220伏电源，使交流接触器15获交流220伏电源而吸合，吸合后，交流接触器触头16接通交流380伏电源，电动机17得电启动。由于交流接触器15的吸合，交流接触器15的线圈电流便从晶闸管14的引出线流过，使互感线圈18产生电势，因此三极管33基极呈高电势导通，复合三极管34集电极输出低电位，使反相三极管35基极呈低电位截止，功率三极管36基极呈高电位导通，导通后，集电极上的继电器J动作吸合，断开继电器J的触头J1和J2，继电器J触头J1断开后，使指示三极管20基极呈高电位导通，点亮集电极运行指示发光二极管23，指示交流接触器15运行正常；继电器J的触头J2断开后，报警电源开关三极管24基极呈高电位截止，报警电路无电源输出。如果电动机17在运行中，交流接触器15因电动机17故障而跳闸，晶闸管14的引出线必然无电流流过，互感线 圈18必定没有电势产生，因此三极管33基极呈低电势截止，反相三极管35基极呈高电位导通，功率三极管36基极低电位截止，截止后，使集电极上的继电器J释放，触头J1和J2闭合，因继电器J的触头J1闭合，使指示三极管20基极呈低电位截止，集电极运行指示发光二极管23熄灭，指示交流接触器15停止运行；因继电器J的触头J2闭合后，报警电源开关三极管24基极呈低电位导通，发射极输出负极电源，报警电路获电后发出断绩音响和闪光报警。

电动机启动控制装置对电动机正常停机过程：电动机17进行正常停机时，按下停机按键8，使正极电源开关三极管10基极呈低电位截止，光耦合器11失去正极电源使输出端断开，解除自锁，执行光耦合器13因失去自保持供电而停止工作，晶闸管14因失去触发信号而截止，停止输出交流220伏电源，使交流接触器15失电断开，触头16因交流接触器15释放而断开交流380伏电源，电动机因失去交流380伏电源而停机。因为正常停机过程中，解除了自锁，自锁的解除，控制装置则失去了自保持供电，因而实现了“电动机正常停机失电保护”。

电动机启动控制装置对电网故障停机过程：电动机17在正常运行中，因电网发生故障而突然停电，使交流接触器15失电断开，迫使电动机17停止运行，此时控制装置亦无控制电源，自锁自然解除，因为电网故障停机过程中，解除了自锁，自锁的解除，控制装置则失去了自保持供电，因而实现了“电网故障停机失电保护”。

电动机启动控制装置对电动机故障停机过程：电动机17在运行中，因电动机17产生故障，使电动机保护器动作，迫使交流接触器15跳闸而停机，停机后，控制装置仍然保留自保持供电，使报警电路获电并发出断绩音响和闪光报警，提醒电动机17已产生故障。报警的解除，按下停机按键8，自锁则自动解除，控制装置失去自保持供电，停止声光报警。因为电动机故障停机过程中，解除了自锁，自锁的解除，控制装置则失去了自保持供电，因而实现了“电动机故障停机失电保护”。

综上所述，电动机启动控制装置在电动机启动运行时，按下启动按键1，让光耦合器11中的晶闸管有光照而导通，锁住三极管6基极的低电位，来实现控制电路“自保持供电”：电动机17进行正常停机时，按下停机按键8，让光耦合器11中的晶闸管无光照而断开，解除三极管6基极的低电位，来实现“正常停 机失电保护”；电网发生故障停机时，电动机控制装置无控制电源，光耦合器11中的晶闸管无光照而断开，自然解除三极管6基极的低电位，来实现“电网故障停机失电保护”；电动机发生故障停机时，为解除故障报警，按下停机按键8，让光耦合器11中的晶闸管无光照而断开，解除三极管6基极的低电位，此时解除了故障报警，同时实现了“电动机故障停机失电保护”。因此，无论正常停机使交流接触器失电断开，电网停电使交流接触器失电断开，电动机发生故障使交流接触器失电断开，都会因解除了三极管6基极的低电位而实现“失电保护”功能，为此得知电动机启动控制装置在电动机正常运行时，做到了自保持供电，在电动机正常停机、电动机故障停机、电网故障停机后，不会产生自行再启动的危险，所以，电动机启动控制装置具备了独立控制交流接触器对电动机的启动任务。电动机控制装置无火花产生，扩大了其使用场所；与交流接触器之间只用一根线联接，简化了其控制线路；建立了交流接触器的闭合或断开指示；完善了电动机故障使交流接触器跳闸后发出声光报警系统，由此得知，它克服了使用启动按钮开关和交流接触器辅助触头组合装置带来的缺陷。

Claims (7)

1.一种电动机启动控制装置，包括弱电控制电路、弱电与强电分离电路、互感电路、运行指示与报警电路，其特征是：A、弱电控制电路是把启动按键1一端与负极电源连接，启动按键1另一端与电阻3、电阻4一端和三极管6基极连接，电阻3另一端与负极电源开关三极管2基极连接，三极管6集电极与电阻7、停机按键8、电阻9一端连接，电阻9另一端与正极电源开关三极管10基极连接，三极管6发射极与二极管5正极连接，光耦合器11输入一端通过电阻12与正极电源开关三极管10发射极连接，光耦合器11输入另一端与负极电源开关三极管2发射极连接，光耦合器11输出一端与负极电源连接，光耦合器11输出另一端与三极管6基极连接：B、弱电与强电分离电路是把执行光耦合器13输入一端与正极电源开关三极管10发射极连接，执行光耦合器13输入另一端与负极电源开关三极管2发射极连接，执行光耦合器13输出一端通过降压电阻R1与晶闸管14输入一端连接，执行光耦合器13输出另一端与晶闸管14控制极连接：C、互感电路是把互感线圈18穿入晶闸管14的引出线中，互感线圈18输出端与互感电路19输入端连接，互感电路19中的继电器J的触头J1一端与指示三极管20基极连接，继电器J的触头J2一端与报警电源三极管24基极连接，继电器J的触头J1和J2另一端与负极电源连接；D、运行指示与报警电路中的运行指示电路是把运行指示三极管20基极与电阻21一端和继电器J的触头J1一端连接，集电极与运行指示发光二极管23负极连接，运行指示发光二极管23正极与正极电源连接，运行指示三极管20发射极与电阻22一端连接，电阻22另一端与负极电源连接；运行指示与报警电路中的报警电路是把报警电源开关三极管24基极与电阻25一端和继电器J的触头J2一端连接，电阻25另一端与正极电源连接，集电极与负极电源连接，发射极与报警电路连接。

2.根据权利要求1所述的电动机启动控制装置，其特征是：电阻4、电阻7另一端和正极电源开关三极管10集电极与正极电源连接，负极电源开关三极管2集电极、二极管5负极、停机按键8一端与负极电源连接。

3.根据权利要求1所述的电动机启动控制装置，其特征是：执行光耦合器13输入端的直流低压电源与执行光耦合器13输出端的交流高压电源之间是绝缘的。

4.根据权利要求1所述的电动机启动控制装置，其特征是：脉冲电容26正极、脉冲电阻27一端与单结晶体管28发射极连接，脉冲电容26负极与报警电源开关三极管24发射极连接，脉冲电阻27另一端与正极电源连接，单结晶体管28第一基极与三极管29基极连接，三极管29集电极与喇叭30一端连接，喇叭30另一端与正极电源连接。

5.根据权利要求1或权利要求4所述的电动机启动控制装置，其特征是：三极管31基极与三极管29发射极连接，三极管31集电极通过均压电阻R2与报警发光二极管32负极连接，报警发光二极管32正极与正极电源连接。

6.根据权利要求1所述的电动机启动控制装置，其特征是：晶闸管14一端与交流220伏电源连接，晶闸管14另一端与交流接触器15线圈连接，交流接触器15线圈另一端与零线连接，交流接触器15的触头16一端与电动机17连接，交流接触器15的触头16另一端与交流380伏电源连接。

7.根据权利要求1所述的电动机启动控制装置，其特征是：互感线圈18一端与负极电源连接，互感线圈18另一端与三极管33基极连接，三极管33发射极与复合三极管34基极连接，复合三极管34集电极与反相三极管35基极连接，反相三极管35集电极与功率三极管36基极连接，功率三极管36集电极与继电器J一端连接，继电器J另一端与正极电源连接。