CN104767175A - 智能型高效节能的单相异步电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由于电动机绕组过热时，迅速断电保护且自行锁定保护状态的智能型高效节能的单相异步电动机。既有效地保护电动机又最大限度保证用户方便，免受误保护的干扰。关键在于抓住绕组“过热”根源，使用“温度开关”配合电子电路组成带自锁的电子开关，配套YC—YL转换电路和启动显示电路就构成性能优良的智能型高效节能的单相异步电动机。也可制作专用的智能保护配件，配套任意形式的单相异步电动机使用。

Description

智能型高效节能的单相异步电动机

技术领域：

本发明涉及一种因工作状态异常造成电动机绕组过热时，能够迅速断电保护且自行锁定保护状态，必须切断电源后重新送电才能再次运行的智能型高效节能的单相异步电动机。

背景技术：

单相异步电动机因其结构简单、应用广泛，且价格相对低廉深受用户欢迎。在实际使用中因(特别是偏远农村的)供电线路简陋、设备故障或操作失误而烧毁的现象时有发生，于是如何保护电动机防止意外损坏的课题应运而生。不但在生产实践中出现五花八门的电动机保护电路，而且有许多各具特色的技术申报并取得国家专利保护。

客观地分析这些问题或者解决问题的需求，不但存在而且也代表了人们一直的愿望。许多技术方案不但可行，而且也确实能够实现其保护的目的，但却很少得到实际的普及应用。

需求确实存在、预期的保护目的也能达到、制造成本与被保护电动机的价值比较也是微不足道的，为什么却很少受到生产厂家或消费者的青睐?

东西确实好、花钱又很少，保护电动机避免意外损失的想法也不错。但是人家买电动机或配备电动机的设备是用来干活的，如果因为防止可能发生意外损失，却经常影响到正常的使用，就不但是可有可无的东西，而成为是否要因噎废食的选择。

问题的关键在于这些可能导致电动机烧毁的因素，是否必然导致电动机烧毁的悲剧；换而言之就是在什么情况下接近电动机烧毁危险的极限，只有在“你不及时断电处理故障，我就有被烧毁的危险”这样的关键时刻才启动保护机制的保护装置，才可能广泛地受到大众的欢迎。

无可争辩的事实是：无论故障起因如何，造成电动机烧毁的最终因素必然是内部绕组过热。就是说，只要抓住了电动机绕组过热这一主要矛盾，同时也就间接地解决了许多其它问题。

当然，单独的或与其它技术并存的过热保护技术也不少见，其中不乏已获国家专利权的技术。这些技术各有特色，但也存有不同的缺陷。与其难免挂一漏万地列举其优劣，不如简单地以“很少实用价值”概论之。

例外地，在家用电风扇等微小功率电动机里边，或有直接使用所谓“温度开关”的元件(以下直接简称温度开关)，在电动机内部温度过高达到限定指标时，直接切断进入电动机的电源。究其得到广泛应用的原因，除成本很低几乎可忽略不计外，关键在于这些设施并不存在其正常工作“不可间断”的需求。

上述温度开关内部为一双金属片组织的开关结构，在常温下为开通状态，超过预定的温度时触点断开切断电源，温度降低恢复常态时又自动接通。在例如农机具等许多领域中，这种随时可能恢复接通电源的开关显见存在不可预见的隐患。

发明内容：

本发明的目的，在于既能有效地保护电动机避免其内部绕组过热而烧毁、又最大限度保证用户使用方便，以免经常受到误保护的困扰，影响正常的工作或生产效益。

实现本发明的技术措施，就是抓住绕组“过热”这一造成电动机烧毁的主要根源，使用埋入绕组的温度开关，利用发光管显示温度开关的动作状态，以可控硅开关控制继电器启闭状态组成带自锁的电子开关，电动机启动运行时继电器闭合，一旦绕组达到预定限制的最高温度，电子开关迅速动作继电器释放切断电源，并锁定维持关断状态至人工关机后才恢复；加上限定启动时间的延时开关电路和启动时间显示电路、配套启动过程对副绕组进行YC—YL转换的电动机(已申报专利的《改变绕组结构提高启动转矩的单相电动机》)，就构成性能优良的智能型单相异步电动机。

其中限定启动时间的延时开关电路，是为防止因机械故障电动机长时间处于大电流启动状态(也包含故障过度导致转速过低离心开关重新闭合类同启动过程所谓“卡机”的情况)，导致温度开关不能及时反应造成损毁的可能而设；启动时间显示电路，除作为因启动时间超限导致停机的显示外，还作为提醒用户在启动过程刚结束，尚未达到正常转速的时候，暂缓入料或其它操作，特别适合那些例如粉碎机等重负荷的农机具，或配套电动机功率明显偏低所谓“小马拉大车”的情况。

带自锁的电子开关和限定启动时间的延时开关及启动时间显示电路，也可以与普通的单相异步电动机连结为一体，组成带智能保护的单相异步电动机。

附图说明：

图1为带自锁的电子开关配套普通电动机组成的带智能保护的单相异步电动机的基本结构电路原理图；

图2为带自锁的电子开关结合YC—YL转换电路的智能型单相异步电动机电路原理图；

图3为不带限定启动时间功能的智能型单相异步电动机电路原理图。

图4为全功能的智能型单相异步电动机电路原理图。

图5为限定启动时间保护副绕组电路的智能型单相异步电动机原理图。

各图符号统一标注说明如下：

～为交流电源符号；DYBH为整合降压、整流、滤波、稳压元件为一体的电源变换组件；WK为温度开关；JB为保护继电器；JH为状态转换继电器；JD为电源适应继电器；XS1为温度保护显示、XS2为启动状态显示的发光管；DJ为电动机电路总成；LK为离心开关；LZ为电动机主绕组；LF为电动机副绕组；QC为启动电容；YC为运转电容；GO为光电偶合器(光偶)。

具体实施方式：

以下结合附图进一步介绍本发明具体的实施方式：

实施例一：配套普通电动机组成的带智能保护的单相异步电动机。

图1为独立的带自锁的电子开关，配套普通单相异步电动机构成的，带智能保护的单相异步电动机。其中框图DYBH表示包含降压、整流、滤波和稳压电路的组合。电动机正常运行时，埋入绕组内部的温度开关WK为正常闭合状态，短路可控硅控制极，继电器JB保持闭合；一旦电动机绕组温度升高导致WK动作(电路断开)，可控硅即行导通并自锁，短路继电器线圈，JB释放同时发光管XS1显示“温度开关”持续动作的状态(电动机绕组持续高温)的时间，提示用户在发光管熄灭后才进行重新启动电动机的操作；随着绕组冷却WK恢复闭合状态后，短路XS1的显示回路，因可控硅一经触发即维持导通状态，电动机并不恢复开通，须切断线路供电后方可。

实施例二：带自锁的电子开关结合YC—YL转换电路的智能型单相异步电动机的简单结构。

图2描述的带自锁的电子开关与YC—YL转换电路相结合的电路，除了把框图DYBH展开为具体的电容降压、普通整滤稳电路外，就是YC—YL转换电路值得简要说明如下：

YC—YL转换电路，借鉴上述实用新型《改变绕组结构提高启动转矩的单相电动机》的技术，按“YL”系列的电磁参数设计副绕组FZ匝数，在相当“YC”系列副绕组匝数部位引出抽头。离心开关LK在电动机启动时通过启动电容接至抽头处(YC启动)，正常运行时通过运转电容接入全部绕组(YL运转)。

图2电路虽然足够简单，但一般仅适用于功率不太大(例如2KW以下)的电动机，在相对不错的环境条件下运行。当电动机功率较大、特别是运行条件恶劣的情况下使用的电动机，建议使用图3的电路结构；对驱动结构相对简陋或经常发生故障的机械使用的电动机，建议使用图4的全功能电路。

实施例三：不带限定启动时间功能的智能型单相异步电动机。

图3电路按功能分为四部分，现分别简要描述如下：

电源转换电路：为在很宽的电压范围都能够保证电路正常工作，使用两个高压电容并联降压，在电源电压很低时，并联的电容提供足够的电压；当电源电压升高，稳压管导通可控硅驱动继电器JD动作，切断一个电容改为单电容降压。

自锁保护电路：接通电源后继电器JB即行动作电动机开始工作，因温度开关WK处于闭合状态，光偶G01输出导通，同时禁止可控硅和驱动发光管XS1的三极管导通，电动机正常工作时继电器JB一直维持吸合状态；一旦电动机绕组温度升高导致WK动作，因G01失控可控硅即行导通拉低JB线圈电压，JB释放停止电动机供电，同时点亮XS1显示保护状态；WK恢复闭合状态后因可控硅维持导通状态，仅停止XS1显示回路，电动机不会恢复重新开通。

YC—YL转换电路：在电动机启动初始，启动电容QC的电压通过四只整流二极管组成的桥路，驱动光偶G02输出禁止可控硅导通，继电器JH不动作其动断触点接通副绕组LF抽头，电动机处于YC启动状态；离心开关LK动作切断QC电源后，QC残存电压被并联电阻迅速放光，G02无输出开放可控硅驱动并一直维持JH吸合，动合触点接通全部副绕组，电动机进入YL运行状态。

启动显示电路：启动电容QC在电动机启动后通过二极管迅速充满大容量的电解电容(至稳压管额定值)，发光管XS2点亮显示；LK动作切断QC电源后，QC残存电压虽被并联电阻迅速放光，电解电容贮存的电压因二极管隔离并不受影响，而是通过大阻值电阻缓慢放电，维持XS2显示状态，直至残存电压不足维持发光。

实施例四：全功能的智能型单相异步电动机。

图4电路是在图3的基础上，压缩“启动显示电路”的位置，追加限定启动时间的延时开关电路而成。因为限定启动时间电路的结构，无非一简单的延时开关电路，属于常见的背景技术无须过多说明，图中仅以框图形式表示。

延时开关电路的功能简要说明如下：

延时开关电路按图4可见其输入信号来自离心开关、其电源与输出开关信号公用，直接连接自锁保护电路，平时处于输出高阻(开路)状态；电动机开机后延时开关电路进入延时过程，在设定的时间内接收不到离心开关的输入信号，输出的低阻值拉低自锁保护电路的继电器JB线圈电压，JB释放停止电动机供电(类同上述自锁保护电路中的可控硅电路)；正常工作的电动机，离心开关必然在限定时间内动作，输入延时开关电路的信号停止延时过程并同时清零延迟时间。

实施例五：限定启动时间保护副绕组的智能型单相异步电动机。

图5为限定启动时间保护副绕组电路的智能型单相异步电动机原理图，其电路实为图2描述的带自锁的电子开关取消YC—YL转换电路简单变化而成。主要的变化是用简单的延时电路取代了“温度开关”的功能。电动机启动后离心开关闭合，并在启动过程持续闭合状态，此时延时电路输出低阻等同“温度开关”闭合对可控硅限制的作用，此时XS2点亮显示电动机处于启动状态。当电动机启动时间过长(包括卡机等故障导致离心开关重新闭合的时间)，延时电路工作输出高阻，可控硅即行导通拉低JB线圈电压。JB释放仅切断副绕组电路的道理在于，保护副绕组电路能够避免多数故障造成电动机的过热情况，且有可能维持电动机正常工作，而长时间堵转的情况又很容易被察觉及时处理。

Claims (7)

1.一种智能型高效节能的单相异步电动机，其特征在于：由温度开关元件、显示温度开关状态的发光管、可控硅开关控制继电器启闭状态组成带自锁的电子开关，加上限定启动时间的延时开关电路和启动时间显示电路、配套YC—YL转换电路，与电动机主体连结为一体所组成。

2.根据权利要求1所述智能型高效节能的单相异步电动机，其特征在于：省略延时开关电路和启动时间显示电路。

3.根据权利要求1所述智能型高效节能的单相异步电动机，其特征在于：带自锁的电子开关和限定启动时间的开关及其显示电路，与普通单相异步电动机连结为一体，组成带智能保护的单相异步电动机。

4.根据权利要求1所述智能型高效节能的单相异步电动机，其特征在于：所述YC—YL转换电路为按“YL”系列电动机参数决定副绕组匝数，在相当“YC”系列匝数部位引出抽头，离心开关在启动时通过启动电容接至抽头处，正常运行时通过运转电容接入全部绕组。

5.根据权利要求1所述智能型高效节能的单相异步电动机，其特征在于：由变换单双电容降压的电源转换电路、利用光偶隔离的自锁保护电路、借用启动电容残存电压控制的YC—YL转换电路和启动显示电路所组成。

6.根据权利要求1或5所述智能型高效节能的单相异步电动机，其特征在于：追加限定启动时间的延时开关电路。

7.根据权利要求1所述智能型高效节能的单相异步电动机，其特征在于：由延时电路取代“温度开关”的带自锁的电子开关、启动状态显示和仅保护副绕组电路的继电器所组成。