CN107689753A - 消除漩涡泵堵转的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单向漩涡泵电机的防止起动堵转的控制装置：采用给电机以短时间的反转，使电机的转子产生一个回撤趋势，然后立即正转。让电机的转子因反转的消除而产生的回位扭矩与电动机的正转起动扭矩相加，合力冲破电动机的起动堵转。同时本发明还安装了一个由时间继电器和堵转开关联合构成的限制电动机起动时间的保护电路。当电动机的起动时间过长时，电路会自动退出起动并报警。有效地保护了电动机及线路的安全。

Description

消除漩涡泵堵转的控制装置

一、技术领域：本发明涉及电动水泵，尤其与起动时的堵转有关。

二、背景技术：由于电机的驱动扭矩会因转子与定子的相对位置的不同而发生一定量的大小不同的变化，因此电机的起动扭矩有时也会因转子相对于定子的停泊位置的不同而显得相对较小。此时如果再加上一定的负载，则电机会无法起动，发生堵转，这种情况最常见于家用的单相旋涡泵。因此单相旋涡泵的堵转发生有很大的不确定性，有时停了几天的泵一下子便起动了，而有时刚停下的泵却反而发生了堵转。当然对于常用的水泵而言，其堵转的可能性要远小于不常用的水泵。当水泵的堵转发生时，只要仔细观察，一般可以在通电的瞬间，看得出转子的转动趋势的，这说明它有一个小量的转动，只是驱动扭矩不足而无法运转起来，此时只要用小棒伸入电机后面的风扇罩壳内，轻轻拨动风扇一小角度，电机便立即转动起来。但这样做非常麻烦，而且水泵多为自动控制，当水箱中的水位下降到一定位置时，电机便自动开启，此时如果发生堵转，现场又没有值勤人员，那么电机必将被烧坏。虽然现行的电机多数已安装了过载保护装置，在电机堵转一段时间后，保护装置会自动切断电源，但由于堵转问题未能消除，再次通电时，电机仍无法运转。如果没有被人发现，这种自动的断电与送电的过程会一直重复进行下去，轻则耗费大量电能，重则直至保护装置失灵而烧坏电机或线路。

三、发明内容：本发明的目的在于提供一种能有效克服因转子与定子的相对位置而引起的起动扭矩减小问题，使电机快速冲破堵转的控制装置。

为了解决上述任务，本发明从电机的堵转成因入手，在电机发生堵转时，给电机以短时间的反转即可冲破堵转。因为在电机堵转时虽然电机的正转扭矩不足，但其反转扭矩往往会较大；不仅如此，在电机堵转时，转子会在转动方向上有一个微小的前进趋势，此时如果给电机一个反转，转子即刻在其反转方向上产生一个微小的前进趋势，当再次正转时，转子原来反转的前进趋势被弹回时会产生一定的回位扭矩，这个回位扭矩再加上电动机的正转扭矩，电动机便立即被启动。

在电动机正转受堵时，给电动机一个反转，然后立即恢复正转，这相当于对转子的一次摇动，其作用相当大，本发明已经过半年的实验，对于每天使用一次的水泵而言，虽然有时要反转两次甚至三次(还没有过四次)，但无一失败，从此不再用小木棒拨动风扇进行助力了。

鉴于上述发明的解决方案，其相应的电路不外乎两个方面的主要功能：一是当电机能正常起动时，则电路能与普通电路一样工作；二是当电机发生堵转时，电路会自动依据堵转时的特征信号，使电路切入一个能在正转起动一定时间后，产生一个短时间的反转，并立即再回复正转的工作状态。当然，为了提高起动效率，还可以进行数次的这种间歇性的反转，直至电机被起动。同时还可以附加一个保护功能，如在正反数次起动后，电机仍不能起动时，电路自动断电(退出起动)并报警。

显然作为电机的控制装置，要探知电机是否堵转，必须根据电机堵转时的信号，如水泵不出水或者主回路的工作电流成倍加大等，对堵转与否作出相应的自动切换。本发明将能根据电机的堵转信号而作出相应的断开或接合的电开关，称为堵转开关，它的作用是在控制装置中，可根据堵转的是或否而给出相应的起动电路或正常工作电路的切换。具有这些功能的电路可以有多种形式，而且电路中最重要的用来传递电机是否堵转的信号开关，也可以有许多种，而且电路还会因堵转开关的不同而有所不同，因此本发明无法一一例举，这里本发明只例举两只不同的堵转开关及其相应的电路，以供说明解决方案。

堵转开关可以有较多的结构形式，本发明的第一个电路中所用的堵转开关，是依靠水泵出水的压力推动磁铁接近干簧管而使干簧管导通，也即当干簧管导通时，不但电机已经起动了，而且水泵已经出水了，显然我们完全可以利用干簧管的导通使一个接触器工作，在接触器的常开触点上连接电动机的正常运转电路，在接触器的常闭触点后面连接堵转发生时，能够进行一定时间间隔反转的电路(本发明将这种在一定的时间间隔对电机进行短时间反转的电路称为起动电路)，当开始通电时，由于接触器没有工作电流，故其常闭触点连接的起动电路开始工作直至电机被起动。电机起动后水泵出水，堵转开关作动，使接触器获电工作，其上的常闭触点断开，常开触点闭合，起动电路关闭，电机连接在正常运转的电路上。

起动电路较简单：首先再用一个接触器，它的常闭触点连接在电机的正转接线柱上，它的常开触点连接在反转接线柱上；再用一个时间继电器对这个接触器进行定时的送电使接触器闭合，电机发生反转起动。由于要求电机反转的时间较短，因此可以利用接触器上的常闭触点对时间继电器的送电进行切断，使时间继电器在刚送电后便被切断。当然由于接触器无法延时，可能造成电机反转的时间太短，会影响反转的效果，如果这样，那么又可以再加一只时间继电器，用来限定电机的反转时间。

如果遇到电机实在无法起动而又不能及时关闭电路的情况，电机或电路就有被烧坏的危险，因此要求电路具有保护功能，能及时将起动电路关闭，虽然传统的过载保护是可以适用于本发明的，但本发明这里另行提供一种用时间继电器对起动进行限时的电路，也就是当起动超过规定的时间时，电路便被切断，另外还可设计报警装置使工作人员能及时进行维护。

本发明的第二个堵转开关是由电感器和干簧继电器构成，电机相电流的成倍增加，导致电感电压的加大，使干簧继电器作动，干簧继电器上的电触点因此而发生断开或闭合的变化，最终使控制装置因堵转开关的是否导通而自动切换成相应的电路状态。

堵转开关可以有多种，除各种五花八门的传感器外，还可利用电机轴转动的离心作用或电机风扇的风力及用晶闸管代替干簧继电器等，因此本发明无法一一例举。

构成控制装置的电路，不但可因堵转开关的不同而有不同的变化，而且在同一堵转开关下也可以有多种的不同，因此本发明亦无法一一例举，本发明将依据上述的两只堵转开关，并将上述的两只堵转开关分别制成为堵转时不导通和堵转时导通的两种不同的形式进行举例说明。

四、附图说明：

图1是本发明的依靠水力推动磁铁的堵转开关结构示意图。

图2是本发明的控制装置的第一个实施例的电路示意图。

图3是本发明的控制装置的第二个实施例的电路示意图。

图4是本发明的用时间继电器作为起动保护的控制装置实施例电路示意图。

图5是本发明控制装置的第四个实施例的电路示意图。

图6是本发明的控制装置的第五个实施电路示意图。

图7是本发明的用时间继电器作为起动保护的控制装置实施电路示意图。

图8是本发明的采用先反转后正转起动的控制装置实施电路示意图。

图9是本发明的用时间继电器的常闭和常开触点直接连接电动机的正反接线柱的控制装置实施电路示意图。

图10是本发明又一个用时间继电器的常闭和常开触点直接连接电动机的正反接线柱的控制装置实施电路示意图。

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。

五、具体实施方式：

如图1，这是一只堵转开关(1)、干簧管(2)安装于非磁性材料管(6)(可用铝、铜或塑料等，用非磁性材料效果较好一些)内，这里的干簧管右边有二个线头，上面的一个为非磁性材料所制，属于常闭触点但本发明这里没有用到。活塞(4)上面安装有磁铁(3)，弹簧(5)可使活塞(4)在没有水流动时，停留在离开干簧管(2)的位置。当水流从堵转开关(1)的下端进入如图中箭头方向向上流动时，活塞(4)会因水流的推力克服弹簧(5)的弹力向上移动，使磁铁(3)接近干簧管(2)，从而使干簧管(2)中的常闭触点打开，常开触点闭合，当水流停止时，弹簧(5)将活塞(4)推回原处，磁铁(3)便离开干簧管(2)，干簧管(2)上的常开和常闭触点恢复原状。这便是本发明的一只堵转开关(1)，它不但检测了电机是否被起动，还检测了水泵的工作是否正常。本发明称这只堵转开关为水力式堵转开关。

图2是本发明的第一实施例的一个电路示意图。在说明电路之前，先对本发明的电路图中的一些用电器的表示方法作一个说明。图中“CJ”表示接触器，在该CJ外面画上方框，表示是该接触器的工作线圈，电路中有多个接触器时，分别用CJ₁、CJ₂和CJ₃加以区别，并读作第一接触器、第二接触器和第三接触器。接触器上的常闭触点用“B”表示，常开触点用“K”表示，同一接触器上有多个相同触点时分别用B₁、B₂、B₃……或K₁、K₂、K₃……等加以区别，如“CJ₁B₂”表示第一接触器上的第二个常闭触点，余可类推。“SJ”表示时间继电器，在该SJ外面打上方框表示一个可由时间设置控制的工作线圈，其下方画有一个带有切换触点的方框，字母B侧表示常闭触点，字母K侧表示常开触点，有多个相同时间继电器时，用SJ₁、SJ₂和SJ₃加以区别，每个时间继电器上都只有一个常闭触点SJB和一个常开触点SJK。本发明所例的时间继电器是网购的JK021系列产品，它的输入端由一个火线接线柱和一个零线接线柱，它的输出端由两个火线接线柱和一个零线接线柱，在刚通电时，它的输出端上的两个火线接线柱只有一个是导通的，这便是常闭触点用B表示，当时间继电器上的整定(设定)时间结束时，它的输出端上的两个火线接线柱的导通状况正好交换了一下，并且将长时间地保持这种状况不变，直至线路断电方可回到原来的初始状态。因此本发明用切换触点对其输出端进行图示，相当于在刚通电时，SJB是导通的，这与普通接触器不同，因为普通接触器通电时常开触点是导通的，在时间继电器的整定时间结束时，则SJB断开SJK导通，并且这种状况将长时间地保持不变，直至时间继电器断电才回复到原来初始状态。

另外，电路中最上面的一根导线为零线，各触点及用电器的前后称谓以左边为前、右边为后。以后如无特殊说明，均以上述表示为准。

如图2，这是本发明的控制装置的第一个实施电路，这里用了一只时间继电器SJ₁和两只接触器CJ₁、CJ₂，还有一个用点划线框定的水力式堵转开关(1)，电机(7)也用点划线框定。第一接触器CJ₁上的第一常闭触点CJ₁B₁与电机的正转接线柱连接，第一接触器CJ₁上的第一常开触点CJ₁K₁与电机的反转接线柱连接。用同一接触器的常闭和常开触点分别连接电动机的正反转接线柱，可避免因接触器的动作误差而引起的短路。当图2所示的电路接通电源时，第一时间继电器的前面是两个接触器的常闭触点，因此第一时间继电器通电并开始计时；电机(7)的正转接线柱前面是接触器的三个常闭触点，因此电机(7)作正转的起动。

如果电机起动成功，则堵转开关(1)便导通，第二接触器CJ₂吸合，其上的两个常闭触点CJ₂B₁、CJ₂B₂均断开，而其上的常开触点CJ₂K₁闭合，使电动机与电源直接连接便可正常运转。

如果电机不能起动，则待第一时间继电器SJ₁的整定时间(一般5秒左右)结束时，其上的常开触点SJ₁K导通，第一接触器工作，电机进入反转起动。随着第一接触器的吸合，其上的第二常闭触点CJ₁B₂断开，因此电机进入反转的时间非常短，同时第一时间继电器SJ₁也因断电而回复到初始状态，电机又已回到了正转的起动状态。此时电机已经过了一次的反转冲击，一般情况下是可以被起动了。但如果还是不能起动，则第一时间继电器SJ₁又会在整定时间结束时，给电机一个短时间的反转冲击，只要电机没有被起动，这种间歇性的反转冲击也就不会停止，直至电机被起动为止。

图2中提到电机进入反转的时间非常短，在第一接触器CJ₁闭合的同时，其工作线圈便没有了电流，过短的反转时间对于不同的电机所取得的效果是不相同的，一般转子质量较大的电机，反转时间应较长，这主要考虑其响应性不够，大质量有大惯性，响应也会慢许多。

图3便是一个在图2电路基础上添加了第二时间继电器SJ₂可对反转时间进行设置的控制电路，当第一接触器CJ₁闭合时，其上的第二常开触点CJ₁K₂闭合，第二时间继电器SJ₂对第一接触器CJ₁的工作线圈进行延时断电，使第一接触器CJ₁的闭合时间成为可控。

图2实施例提到，控制装置电路会因电机的不能正常起动而不断地给电机以间歇性的反转冲击，直至电机被起动为止。在实践中如果两至三次反转冲击仍不能起动时，一般再多次的反转冲击，作用也不会太大了，这种情况往往是停机太久生锈了或者水中有杂物沉积阻碍了泵的运转等，此时如果不能及时被人发现，会烧毁电机，为此这里要考虑对电机进行保护，传统的保护形式可以用于本发明，但这里本发明例举一种用第三个时间继电器SJ₃进行起动限时的电路。

图4便是一个在图3电路中加装了一个时间继电器(第三时间继电器SJ₃)用以控制整个起动过程时间的电路，第三时间继电器的常闭触点SJ₃B对起动电路送电，当第三时间继电器SJ₃的整定时间(一般设定为20秒左右)结束时，便切断起动电路，点亮报警灯(8)。这里的第三时间继电器SJ₃是用来限制整个电路的起动过程时间的，在它的整定时间内如果电机没有起动成功，则电路将退出起动并报警。显然，该第三时间继电器SJ₃及报警灯(8)也可加装于图2的电路中，对电机进行保护(图略)。

图5是本发明的安装有第二种堵转开关(1)的控制装置电路图，该堵转开关(1)由电感器(9)及干簧继电器(10)组成，本发明称其为电感式的堵转开关，其工作原理较简单，当电机起动发生堵转时，由于电机上的电流是正常运转时的1-2倍，因此干簧继电器(10)中的干簧管(2)因电感器(9)的电压增高而吸合导通，第一时间继电器SJ₁便在整定时间结束时，对第一接触器CJ₁送电，使电机反转，与图2一样，如果电机(7)一直没有被起动，则第一时间继电器SJ₁始终会给电机(7)以间歇性的短时间反转，直至电机起动为止。当电机(7)被起动时，电机(7)的正常工作电流大幅度地减小，干簧管(2)便断开，电机便可长时间地正常工作。

图6电路相当于图5电路加装了第二时间继电器SJ₂用以控制电机(7)反转时间的长短的电路(工作原理与前述类同，不再重复说明)。

图7电路相当于是在图6电路上加装了第三时间继电器SJ₃和报警灯(8)的电路。但由于电路可以有多种的变化，这里的工作原理略有不同，电路中只有在第二接触器CJ₂吸合时，电机(7)才能起动或工作，而第二接触器CJ₂的吸合，是由第三时间继电器的常闭触点SJ₃B提供电力，因此当第三时间继电器SJ₃的整定时间结束时，第二接触器CJ₂的吸合电流受第二接触器上的第二常开触点CJ₂K₂及第一接触器上的第三常闭触点SJ₁B₃的串联控制，此时如果第一时间继电器SJ₁给第一接触器一个吸合电流，则第一接触器上的第三常闭触点CJ₁B₃便断开，第二接触器CJ₂也便断开，电路退出起动，并点亮报警灯(8)。

堵转开关(1)可以有多种的变化，如用晶闸管替代干簧继电器等，同时堵转开关(1)还可以同时具有一个或多个常开和常闭的触点，因此无论水力式或电感式均可制成相同功能的开关，在本发明的电路中加以互用。另外随着堵转开关(1)的常闭或常开触点的增加，电路中可以减少接触器的数量。因堵转开关的不同，电路也可以有较大的不同，这些对于熟习者而言并不困难，因此这里不再详述了。

不仅堵转开关(1)有多种变化，控制装置的电路也同样具有多样性，而且不但可以先正转后短时间的反转，还可以先短时间的反转再正转进行起动。图8是一个先短时间反转再正转起动的控制装置电路，这里特别将第一接触器CJ₁上的第一常闭触点CJ₁B₁连接在电机(7)的反转接线柱上，它的第一常开触点CJ₁K₁连接在正转接线柱上。当通电时，电流由第三时间继电器上的常闭触点SJ₃B送至电机(7)的反转接线柱上，电机便作反转起动。此时第一时间继电器SJ₁的整定时间较短，其常开触点SJ₁K便在一定短时间后，对第一接触器CJ₁送电，使电机(7)立即正转起动。这里的第一时间继电器SJ₁的整定时间决定了电机反转时间的长短。

随着第一接触器CJ₁的吸合，第二时间继电器上的常闭触点SJ₂B对第一接触器CJ₁送电，使第一接触器CJ₁保持吸合。这里的第二时间继电器SJ₂的整定时间的长短决定了电机(7)正转时间的长短。

从图8可以看出，先反后正的起动效果与先正后反没有多大的区别，只是对于多数时候能一次起动的电机而言，先反转实属多余，而且将第一接触器上的第一常闭触点CJ₁B₁接于电机的反转接柱上是有悖于设计原则的，因为首先在电机长时间正常运转时，第一接触器CJ₁必须长时间地吸合，这会导致发热和噪音及电能的消耗，其次一旦第一接触器出了毛病不能吸合了，则电机处在一种不利的反转状态。

图9是一个由第二时间继电器SJ₂的常闭和常开触点分别连接电动机的反转和正转接线柱的控制装置电路图，本实施例也是先短时间反转后正转起动的电路，当接通电源时，控制整个起动过程时间(一般为20秒)的第三时间继电器SJ₃对起动电路送电，使第二接触器CJ₂吸合，则其上的第一常开触点CJ₂K₁闭合，第二时间继电器上的常闭触点SJ₂B导通，使电机(7)作反转起动。由于第二时间继电器SJ₂的整定时间较短，一般为零点几秒，因此其上的常开触点SJ₂K在零点几秒后便导通了，于是电机(7)在短暂的零点几秒的反转后，便作正转的起动，如果此时没有堵转发生，则干簧继电器(10)及时会断开，电机便可长时间地正常运转。如果发生堵转，则干簧继电器(10)导通，第一时间继电器SJ₁，便会在其整定时间一般5秒左右结束时，切换至常开触点导通，使第一接触器CJ₁吸合，此时第一时间继电器SJ₁和第二时间继电器SJ₂均断电回到初始状态，进行再一次作先反转又立即正转的起动，如此多次直至起动成功或退出起动，报警灯(8)点亮为止。

图10是一个用时间继电器的常闭和常开触点直接连接电机(7)上的两个正反转接线柱的控制装置电路图，一般设定第一时间继电器SJ₁的整定时间为3至5秒，而设定第二时间继电器SJ₂的整定时间为零点几秒，这样当在第一时间继电器的常闭触点SJ₁B提供给电机正转起动结束时，第一时间继电器的常开触点SJ₁K导通，电机便进行反转起动，但由于第二时间继电器的整定时间仅有零点几秒，因此在电机刚作反转起动时，第一接触器CJ₁便吸合，打开了其上的第一常闭触点CJ₁B₁使第一和第二时间继电器均断电而回到初始状态，作第二轮的重复起动，直到电机被起动或退出起动。

图10电路也可改成先短时间的反转后再正转的起动电路，只要将第一时间继电器上的常闭与常开两触点与电机的正反转接线柱对换，并将整定时间设为零点几秒，再将第二时间继电器的整定时间定为3-5秒即可。

从上述的各控制装置的实施电路可以看出，在实现电机的正转起动时给一个短时间的反转或先短时的反转再正转起动的电路形式，可以有许多种，本发明无法一一例举，同时由于五花八门的传感器均可制成堵转开关，从而使得电路更有许多的变化。综合上述的控制装置电路图，除第三时间继电器及报警灯用作保护装置外，实现本发明的控制装置电路，是由一个堵转开关及一个或二个时间继电器和一个或二个接触器组成，因此可凭这些电器作为本发明各控制装置的电路特征。但由于电路变化的多样性，如将堵转开关制成同时具有一个或多个常闭或常开触点的形式，则可以减少接触器的数量等，这类变化均属于本发明的保护范围，另外，本发也可以应用于除水泵外的其它电机带载起动的行业，因此凡是在电机起动过程中用反转的方法对起动困难进行消除的均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种消除电机堵转的控制装置，其特征在于：该控制装置在控制电机起动的过程中，存在短时间的与正常工作转向相反的起动过程；电机(7)起动的控制装置，会因电机(7)的堵转而自行采用短时间的反转起动，并立即回复正转起动，使转子因短时间反转的消除而产生一个正转方向的回位扭矩，从而加大了电机的正转起动扭矩，使堵转很快被消除。

2.根据权利要求1所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：该控制装置中的工作电路由水力式堵转开关(1)、第一时间继电器、第一接触器、第二接触器及若干线路连接而成。

3.根据权利要求1所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：该控制装置中的工作电路由水力式堵转开关(1)、第一时间继电器、第二时间继电器、第一接触器、第二接触器及若干线路连接而成。

4.根据权利要求1或2或3所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：控制装置中的水力式堵转开关(1)为具有相同开关功能的电感式堵转开关(1)所取代。

5.根据权利要求1或2或3所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：控制装置中的工作电路上还安装有第三时间继电器及报警灯(8)构成的电机保护电路。

6.根据权利要求4所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：控制装置中的工作电路上还安装有第三时间继电器及报警灯(8)构成的电机保护电路。

7.根据权利要求1所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：该控制装置中的工作电路由电感式堵转开关(1)、第一时间继电器、第一接触器及若干线路连接而成。

8.根据权利要求1所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：该控制装置中的工作电路由电感式堵转开关(1)、第一时间继电器、第二时间继电器、第一接触器及若干线路连接而成。

9.根据权利要求1或7或8所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：控制装置中的电感式堵转开关(1)为具有相同开关功能的水力式堵转开关(1)所取代。

10.根据权利要求1或7或8所述的消除电机堵转的控制装置，其特征在于：该控制装置中的工作电路上还安装有第三时间继电器、第二接触器及报警灯(8)构成的电机保护电路。