CN105048882B - 电机的启动电路、电机和电机的启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机的启动电路，包括：工作电容，工作电容和电机的副相绕组串联连接后再与电机的主相绕组并联连接；启动电容和可控开关，启动电容和可控开关串联连接后再与工作电容并联连接；以及工作电源；其中，在电机启动时，可控开关处于闭合状态，工作电源分别给主相绕组和副相绕组供电以使电机通电，电机的转速逐渐升高以使工作电容的两端电压变大，并在工作电容的两端电压大于第一预设电压时，可控开关断开使启动电容停止工作，电机完成启动。该启动电路具有结构简单、稳定性和可靠性高以及成本低的优点。本发明还公开了一种电机以及一种电机的启动方法。

Description

电机的启动电路、电机和电机的启动方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种电机的启动电路、一种电机以及一种电机的启动方法。

背景技术

在单相异步电动机中，可以采用电容分相使异步电机启动并运转，即在异步电动机的定子铁芯中嵌放轴线在空间间隔90°电角度的两相绕组(主相绕组和副相绕组)，其中，副相绕组与电容串联后与主相绕组并联，然后接入电网。由于通过电容的电流超前电网电压一个电角度α，而副相绕组的电流与通过电容的电流相位相同，因此副相绕组的电流超前电网电压一个电角度α，另外，由于主相绕组的电流滞后电网电压一个电角度β，因此，主相绕组与副相绕组的电流相位相差α+β，也就意味着主相绕组与副相绕组的磁动势相位相差α+β。空间上相差90°电角度的主相绕组和副相绕组通过有相位差的电流就会形成旋转磁场，该旋转磁场驱动异步电动机的转子运转。

由于电机运行过程中最理想的旋转磁场为圆形磁场，为了获得圆形磁场，电容启动运转单相异步电动机在不同转速下所需的电容容值是不同的，电机启动时所需的电容容值远大于电机额定运行的电容容值。而电容制作完成后，电容容值是固定不变的，如果采用单值电容启动运转异步电动机，并根据电机的额定工作点匹配电容，则会使电机的启动力矩小，无法适用于对启动力矩要求高的负载；而如果匹配较大的电容，则会使电机正常运转时，副相绕组的电流过大，从而导致副相绕组发热严重，进而导致电机过热，降低工作效率，甚至烧坏电机。

为了解决上述矛盾，相关技术中采用双值电容启动运转异步电动机，例如，在电机达到一定转速后，通过离心开关来断开一个电容，或者通过外部控制电路以及测速器或延时继电器来断开一个电容。但是在采用上述方法切换电容容值时存在一定的缺点，其中，通过离心开关切换电容容值时，离心开关的结构复杂、故障率高；通过测速器测量电机转速，并通过外部控制电路控制继电器切换电容容值时，电路复杂、成本高；通过外部控制电路控制延时继电器切换电容容值时，虽然控制方式简单，但是当负载较大时，电机启动所需时间将超过延时继电器动作时间，从而导致电机无法正常工作。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电机的启动电路，具有结构简单、稳定性和可靠性高以及成本低的优点。

本发明的第二个目的在于提出一种电机。

本发明的第三个目的在于提出一种电机的启动方法。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电机的启动电路，包括：工作电容，所述工作电容和所述电机的副相绕组串联连接后再与所述电机的主相绕组并联连接；启动电容和可控开关，所述启动电容和所述可控开关串联连接后再与所述工作电容并联连接；以及工作电源；其中，在所述电机启动时，所述可控开关处于闭合状态，所述工作电源分别给所述主相绕组和所述副相绕组供电以使所述电机通电，所述电机的转速逐渐升高以使所述工作电容的两端电压变大，并在所述工作电容的两端电压大于第一预设电压时，所述可控开关断开使所述启动电容停止工作，所述电机完成启动。

根据本发明实施例的电机的启动电路，工作电容和电机的副相绕组串联连接后与电机的主相绕组并联连接，启动电容和可控开关串联连接后与工作电容并联连接，在电机启动时，可控开关处于闭合状态，工作电源分别给主相绕组和副相绕组供电以使电机通电运转，随着电机的转速升高工作电容的两端电压逐渐增大，当工作电容的两端电压逐渐增大到一定值时，可控开关断开使启动电容停止工作，电机启动完成。因此，本发明实施例的电机的启动电路通过对工作电容的两端电压进行判断来控制可控开关，以实现电容容值的切换，具有控制电路简单、稳定性和可靠性高以及成本低的优点。

另外，根据本发明上述实施例的电机的启动电路，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述工作电容的两端电压与所述电机的转速呈正相关关系且一一对应。

根据本发明的一个实施例，所述工作电源的第一端分别与所述主相绕组的一端、所述工作电容的一端和所述启动电容的一端相连，所述工作电源的第二端接地，所述工作电容的另一端与所述副相绕组的一端相连，所述副相绕组的另一端与所述主相绕组的另一端相连后接地，所述启动电容的另一端与所述可控开关的一端相连，所述可控开关的另一端与所述工作电容的另一端相连。

根据本发明的一个实施例，所述工作电容的两端电压Ua＝U1+U2+U3-Us，其中，U1为所述副相绕组的漏感电压，U2为所述副相绕组的电阻电压，所述U3为所述副相绕组的电感电压，Us为所述工作电源的电压。

根据本发明的一个实施例，当所述电机断电停机时，如果所述工作电容的两端电压小于第二预设电压，所述可控开关闭合以将所述启动电容接入所述启动电路，其中，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。

根据本发明的一个实施例，所述可控开关为常闭继电器。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电机，其包括本发明第一方面实施例的电机的启动电路。

该电机通过上述的电机的启动电路，能够有效提高电机的可靠性和稳定性，并且能够有效降低电机的复杂度和电机的成本。

为实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电机的启动方法，包括以下步骤：通过本发明第一方面实施例的电机的启动电路启动所述电机时，所述可控开关处于闭合状态，并且所述工作电源分别给所述主相绕组和所述副相绕组供电以使所述电机通电；在所述电机通电后，所述电机的转速逐渐升高以使所述工作电容的两端电压变大；当所述工作电容的两端电压大于第一预设电压时，所述可控开关断开使所述启动电容停止工作，所述电机完成启动。

根据本发明实施例的电机的启动方法，在通过上述的电机的启动电路启动电机时，可控开关处于闭合状态，并且工作电源分别给主相绕组和副相绕组供电以使电机通电，在电机通电运转后，随着电机的转速升高工作电容的两端电压逐渐增大，当工作电容的两端电压增大到一定值时，可控开关断开使启动电容停止工作，电机启动完成。因此，本发明实施例的电机的启动方法通过对工作电容的两端电压进行判断来控制可控开关，以实现电容容值的切换，具有控制简单、稳定性和可靠性高的优点。

另外，根据本发明上述实施例的电机的启动方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述工作电容的两端电压与所述电机的转速呈正相关关系且一一对应。

根据本发明的一个实施例，当所述电机断电停机时，如果所述工作电容的两端电压小于第二预设电压，所述可控开关闭合以将所述启动电容接入所述启动电路，其中，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的电机的启动电路的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的电机的工作流程图；

图3是本根据发明实施例的电机的启动方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述根据本发明实施例提出的电机的启动电路、电机和电机的启动方法。

图1是根据本发明一个实施例的电机的启动电路的结构示意图。如图1所示，该电机的启动电路包括：工作电容100、启动电容200、可控开关300和工作电源400。

其中，工作电容100和电机的副相绕组500串联连接后再与电机的主相绕组600并联连接。启动电容200和可控开关300串联连接后再与工作电容100并联连接。在电机启动时，可控开关300处于闭合状态，工作电源400分别给主相绕组600和副相绕组500供电以使电机通电，电机的转速逐渐升高以使工作电容100的两端电压变大，并在工作电容100的两端电压大于第一预设电压时，可控开关300断开使启动电容200停止工作，电机完成启动。

具体而言，在采用双值电容启动运转电机时，在电机开始启动时，可控开关300处于闭合状态，以使启动电容200和工作电容100并联后串联在副相绕组500中，其中，启动电容200的容值较工作电容100的容值大，两者并联后的电容容值为两者容值之和，可以满足对启动力矩要求比较高的负载。在电机的启动过程中，随着电机的转速升高，工作电容100的两端电压将逐渐增大，当电机的转速增加到预定转速后，例如预定转速可以为电机额定转速的80％，对应的工作电容100的两端电压将达到第一预设电压，当工作电容100的两端电压大于第一预设电压时，可控开关300断开使启动电容200停止工作，电机启动完成。

根据本发明的一个实施例，工作电容100的两端电压与电机的转速呈正相关关系且一一对应。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，工作电源400的第一端分别与主相绕组600的一端、工作电容100的一端和启动电容200的一端相连，工作电源400的第二端接地GND，工作电容100的另一端与副相绕组500的一端相连，副相绕组500的另一端与主相绕组600的另一端相连后接地GND，启动电容200的另一端与可控开关300的一端相连，可控开关300的另一端与工作电容100的另一端相连。

其中，工作电容100的两端电压Ua＝U1+U2+U3-Us，U1为副相绕组500的漏感电压，U2为副相绕组500的电阻电压，U3为副相绕组500的电感电压，Us为工作电源400的电压。

具体而言，如图1所示，在电机启动运转过程中，主相绕组600的漏感电压为U4、主相绕组600的电阻电压为U5、主相绕组600的电感电压为U6，副相绕组500的漏感电压为U1、副相绕组500的反电动势为U2、副相绕组500的电感电压为U3，当电机工作时的电流方向如图1所示箭头所指方向，则工作电容100的两端电压Ua＝U1+U2+U3-Us。由于副相绕组500的反电动势U2与电机的转速呈正相关关系且一一对应，因此，工作电容100的两端电压Ua与电机的转速也呈正相关关系且一一对应，从而可以根据工作电容100的两端电压Ua对可控开关300进行控制，以实现电容容值的切换，完成电机的启动，控制简单可靠。

根据本发明的一个实施例，当电机断电停机时，如果工作电容100的两端电压小于第二预设电压，可控开关300闭合以将启动电容200接入启动电路，其中，第二预设电压小于第一预设电压。

在本发明的一些实施例中，可控开关300为常闭继电器，可根据第一预设电压、第二预设电压进行选型，安全可靠。

具体地，在电机通电启动时，可控开关300如常闭继电器处于闭合状态，启动电容200和工作电容100并联后串联在副相绕组500中，以满足电机的启动要求，随着电机转速的升高，工作电容100的两端电压Ua将逐渐增大，当Ua＞第一预设电压Umax时，电机的转速达到预定转速，如为电机额定转速的80％，此时可控开关300断开，以断开启动电容200。而在电机断电停机过程中，当Ua＜第二预设电压Umin时，电机转速降低到一定转速值，如为额定转速的20％，可控开关300闭合，将启动电容200接入电路，为电机的下一次启动运转做准备。

需要说明的是，在本发明的实施例中，第一预设电压可以根据工作电容100的两端电压与电机转速一一对应的关系，以及电容容值切换时的电机转速进行计算，另外，为了避免电机启动运转过程中，可控开关300如常闭继电器反复动作，第二预设电压小于第一预设电压，并根据第一预设电压和第二预设电压对可控开关300进行选型。

进一步地，如图2所示，电机的工作过程包括以下步骤：

S101，可控开关闭合。

S102，电机通电。

S103，电机转速逐渐升高。

S104，工作电容的两端电压Ua逐渐增大。

S105，判断工作电容的两端电压是否大于第一预设电压，即Ua＞Umax。如果是，执行步骤S106；如果否，返回步骤S103。

S106，可控开关断开。

S107，电机启动完成。

S108，电机断电停机。

S109，判断工作电容的两端电压是否小于第二预设电压，即Ua＜Umin。如果是，返回步骤S101；如果否，返回步骤S108。

根据本发明实施例的电机的启动电路，工作电容和电机的副相绕组串联连接后与电机的主相绕组并联连接，启动电容和可控开关串联连接后与工作电容并联连接，在电机启动时，可控开关处于闭合状态，工作电源分别给主相绕组和副相绕组供电以使电机通电运转，随着电机的转速升高工作电容的两端电压逐渐增大，当工作电容的两端电压逐渐增大到一定值时，可控开关断开使启动电容停止工作，电机启动完成。因此，本发明实施例的电机的启动电路通过对工作电容的两端电压进行判断来控制可控开关，以实现电容容值的切换，具有控制电路简单、稳定性和可靠性高以及成本低的优点。

此外，本发明的实施例还提出了一种电机，其包括上述的电机的启动电路。其中，电机可以为单相异步电动机。

需要说明的是，根据本发明实施例的电机的具体实施方式与本发明实施例的电机的启动电路的具体实施方式类似，具体请参见电机的启动电路部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。

本发明实施例的电机通过上述的电机的启动电路，能够有效提高电机的可靠性和稳定性，并且能够有效降低电机的复杂度和电机的成本。

图3是根据本发明实施例的电机的启动方法的流程图。如图3所示，该电机的启动方法包括：

S201，通过上述的电机的启动电路启动电机时，可控开关处于闭合状态，并且工作电源分别给主相绕组和副相绕组供电以使电机通电。

其中，电机的启动电路如图1所示，工作电容和电机的副相绕组串联连接后与电机的主相绕组并联连接，启动电容和可控开关如常闭继电器串联连接后与工作电容并联连接，工作电源用于给主相绕组和副相绕组进行供电。在电机启动时，可控开关处于闭合状态，工作电容和启动电容并联后与副相绕组串联，工作电源分别给主相绕组和副相绕组供电以使电机通电运行。

S202，在电机通电后，电机的转速逐渐升高以使工作电容的两端电压变大。

根据本发明的一个实施例，工作电容的两端电压与电机的转速呈正相关关系且一一对应。

具体而言，如图1所示，在电机启动运转过程中，主相绕组的漏感电压为U4、主相绕组的电阻电压为U5、主相绕组的电感电压为U6，副相绕组的漏感电压为U1、副相绕组的反电动势为U2、副相绕组的电感电压为U3，当电机工作时的电流方向如图1所示箭头所指方向，则工作电容的两端电压Ua＝U1+U2+U3-Us。由于副相绕组的反电动势为U2与电机的转速呈正相关关系且一一对应，因此，工作电容的两端电压Ua与电机的转速也呈正相关关系且一一对应，从而可以根据工作电容的两端电压Ua对可控开关进行控制，以实现电容容值的切换，完成电机的启动，并且控制简单可靠。

S203，当工作电容的两端电压大于第一预设电压时，可控开关断开使启动电容停止工作，电机完成启动。

具体而言，在采用双值电容启动运转电机时，在电机开始启动时，可控开关处于闭合状态，以使启动电容和工作电容并联后串联在副相绕组中，其中，启动电容的容值较工作电容的容值大，两者并联后的电容容值为两者的容值之和，因此可以满足对启动力矩要求比较高的负载。在电机的启动过程中，由于工作电容的两端电压与电机的转速呈正相关关系且一一对应，因此随着电机的转速升高，工作电容的两端电压将逐渐增大，当电机的转速增加到预定转速后，例如预定转速可以为电机额定转速的80％，对应的工作电容的两端电压将达到第一预设电压，当工作电容的两端电压大于第一预设电压时，可控开关断开使启动电容停止工作，电机启动完成。

根据本发明的一个实施例，当电机断电停机时，如果工作电容的两端电压小于第二预设电压，可控开关闭合以将启动电容接入启动电路，其中，第二预设电压小于第一预设电压。

具体地，在电机通电启动时，可控开关如常闭继电器处于闭合状态，启动电容和工作电容并联后串联在副相绕组中，以满足电机的启动要求，随着电机转速的升高，工作电容的两端电压Ua将逐渐增大，当Ua＞第一预设电压Umax时，电机的转速达到预定转速，如为额定转速的80％，此时可控开关断开，以断开启动电容。而在电机断电停机过程中，当Ua＜第二预设电压Umin时，电机转速降低到一定转速值，如为额定转速的20％，可控开关闭合，将启动电容接入电路，为电机的下一次启动运转做准备。

需要说明的是，在本发明的实施例中，第一预设电压可以根据工作电容的两端电压与电机转速一一对应的关系，以及电容容值切换时的电机转速进行计算，另外，为了避免电机启动运转过程中，可控开关如常闭继电器反复动作，第二预设电压小于第一预设电压，并根据第一预设电压和第二预设电压对可控开关进行选型。

进一步地，电机的工作过程如图2所示，这里就不再详细描述。

根据本发明实施例的电机的启动方法，在通过上述的电机的启动电路启动电机时，可控开关处于闭合状态，并且工作电源分别给主相绕组和副相绕组供电以使电机通电，在电机通电运转后，随着电机的转速升高工作电容的两端电压逐渐增大，当工作电容的两端电压增大到一定值时，可控开关断开使启动电容停止工作，电机启动完成。因此，本发明实施例的电机的启动方法通过对工作电容的两端电压进行判断来控制可控开关，以实现电容容值的切换，具有控制简单、稳定性和可靠性高的优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种电机的启动电路，其特征在于，包括：

工作电容，所述工作电容和所述电机的副相绕组串联连接后再与所述电机的主相绕组并联连接；

启动电容和可控开关，所述启动电容和所述可控开关串联连接后再与所述工作电容并联连接；以及

工作电源；

其中，在所述电机启动时，所述可控开关处于闭合状态，所述工作电源分别给所述主相绕组和所述副相绕组供电以使所述电机通电，所述电机的转速逐渐升高以使所述工作电容的两端电压变大，并在所述工作电容的两端电压大于第一预设电压时，所述可控开关断开使所述启动电容停止工作，所述电机完成启动，以及当所述电机断电停机时，如果所述工作电容的两端电压小于第二预设电压，所述可控开关闭合以将所述启动电容接入所述启动电路，其中，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。

2.根据权利要求1所述的电机的启动电路，其特征在于，所述工作电容的两端电压与所述电机的转速呈正相关关系且一一对应。

3.根据权利要求1所述的电机的启动电路，其特征在于，所述工作电源的第一端分别与所述主相绕组的一端、所述工作电容的一端和所述启动电容的一端相连，所述工作电源的第二端接地，所述工作电容的另一端与所述副相绕组的一端相连，所述副相绕组的另一端与所述主相绕组的另一端相连后接地，所述启动电容的另一端与所述可控开关的一端相连，所述可控开关的另一端与所述工作电容的另一端相连。

4.根据权利要求3所述的电机的启动电路，其特征在于，所述工作电容的两端电压Ua＝U1+U2+U3-Us，其中，U1为所述副相绕组的漏感电压，U2为所述副相绕组的电阻电压，所述U3为所述副相绕组的电感电压，Us为所述工作电源的电压。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电机的启动电路，其特征在于，所述可控开关为常闭继电器。

6.一种电机，其特征在于，包括根据权利要求1-5中任一项所述的电机的启动电路。

7.一种电机的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过根据权利要求1-5中任一项所述的电机的启动电路启动所述电机时，所述可控开关处于闭合状态，并且所述工作电源分别给所述主相绕组和所述副相绕组供电以使所述电机通电；

在所述电机通电后，所述电机的转速逐渐升高以使所述工作电容的两端电压变大；

当所述工作电容的两端电压大于第一预设电压时，所述可控开关断开使所述启动电容停止工作，所述电机完成启动；以及

当所述电机断电停机时，如果所述工作电容的两端电压小于第二预设电压，所述可控开关闭合以将所述启动电容接入所述启动电路，其中，所述第二预设电压小于所述第一预设电压。

8.根据权利要求7所述的电机的启动方法，其特征在于，所述工作电容的两端电压与所述电机的转速呈正相关关系且一一对应。