CN110474571B - 一种单相交流移相启动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相交流移相启动器，包括中央处理器CPU、单相输入电路、整流滤波电路、直流稳压电路、移相启动电路、推挽电路、触发电路、同步信号电路、运算器电路、三角波斜率控制电路、启动时间控制电路、指示灯电路，所述单相输入电路、整流滤波电路和直流稳压电路依次电性连接，所述移启动电路与单相输入电路之间电性连接。本发明通过使用可控电力电子器件使得启动响应时间快、体积小、无冲击电流，通过三角波斜率自动调整触发信号，使得启动过程更加线性化，更加平稳，通过继电器J₁和继电器J₂使得旁路通过继电器J₂接通时，移相启动电路能够通过继电器J₁自动切断，增加启动器的使用寿命。

Description

一种单相交流移相启动器

技术领域

本发明涉及安全用电领域，尤其涉及一种单相交流移相启动器。

背景技术

电机启动器，是用于辅助电机启动的设备，使电机启动平稳，对电网的冲击小，还能实现对电机的软停车、制动、过载和缺相保护等。

现有的电气启动器是一种NTC热敏电阻式启动器，而NTC热敏电阻的使用寿命较短，因此此设备在使用时需要经常对其进行检修、保护等，增加了使用成本和工作量，且NTC热敏电阻随温度升高阻程下降，当下降趋势达到一定值时，NTC热敏电阻将失效造成启动失败，因此每次使用过后需要等NTC热敏电阻冷却后方可再次启动，浪费了大量时间。

电机中发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种单相交流移相启动器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种单相交流移相启动器，包括中央处理器CPU、单相输入电路、整流滤波电路、直流稳压电路、移相启动电路、推挽电路、触发电路、同步信号电路、运算器电路、三角波斜率控制电路、启动时间控制电路、指示灯电路，所述单相输入电路、整流滤波电路和直流稳压电路依次电性连接，所述移启动电路与单相输入电路之间电性连接，所述移相启动电路与指示灯电路之间电性连接，所述触发电路与移相启动电路之间电性连接，所述推挽电路分别与触发电路和中央处理器CPU之间电性连接，所述同步信号电路、运算器电路、三角波斜率控制电路和启动时间控制电路均与中央处理器CPU之间电性连接，所述运算器电路与指示灯电路之间电性连接，所述移相启动电路、推挽电路、同步信号电路、运算器电路、指示灯电路、中央处理器CPU均与直流稳压电路之间电性连接，所述中央处理器CPU包括十六个引脚。

优选地，所述移相启动电路由两个相反并联的晶闸管U₃和晶闸管U₆、电阻R₁、电阻R₁₉、电容C₃、继电器J₁、二极管D₂组成，所述电阻R₁₉、晶闸管U₃、晶闸管U₆并联，所述电阻R₁和电容C₃串联，且串联后的电阻R₁和电容C₃共同与电阻R₁₉并联，所述二极管D₂和继电器J₁并联，且二极管D₂和继电器J₁之间连接直流稳压电路的输出端；

通过触发晶闸管U₃和晶闸管U₆的门极来改变晶闸管U₃和晶闸管U₆的导通状态以及导通时间，从而控制晶闸管U₃和晶闸管U₆的输出电压，当晶闸管U₃和晶闸管U₆的输出电压与输入到移相启动电路内的电压相同时，即负载电动机启动完成，继电器J₁吸合，使得晶闸管U₃和晶闸管U₆处短路，此时负载电动机将直接连接到单相输入电路上，完成负载电动机的启动。

优选地，所述推挽电路由三极管Q₂、三极管Q₃、电阻R₁₂和电容C₉组成，所述三极管Q₂的发射极与三极管Q₃的发射极连接，所述三极管Q₂的基极和三极管Q₃的基极共同连接在电阻R₁₂的一端，所述电阻R₁₂的另一端和三极管Q₃的集电极均接地，所述三极管Q₂的集电极与直流稳压电路的输出端电性连接，所述三极管Q₂的基极与中央处理器CPU连接；

中央处理器CPU通过发送触发电流信号给推挽电路，推挽电路将触发电流信号通过三极管Q₂和三极管Q₃的分次导通形成脉冲电流，并经过电容C₉隔离直流电流通过，则推挽电路输出脉冲电流信号，脉冲电流信号通过驱动变压器传输到触发电路内，然后通过触发电路内的脉冲电流信号输出到移相启动电路的晶闸管U₃和晶闸管U₆的门极进行触发控制，控制其导通状态和导通时间。

优选地，所述三角波斜率控制电路包括电阻R₁₁和电阻R₁₃，且电阻R₁₁和电阻R₁₃串联连接，且电阻R₁₃接地，电阻R₁₃为三角波斜率电阻，中央处理器CPU通过引脚读取电阻R₁₁和电阻R₁₃的阻值控制三角波的波形斜率度，使得负载启动为线性启动，降低启动电流。

优选地，所述启动时间控制电路包括电容C₆、电容C₇和电容C₁₀，所述电容C₆、电容C₇和电容C₁₀分别连接在中央处理器CPU不同的引脚上，当启动器上电后，电容C₆、电容C₇和电容C₁₀开始缓慢充电，中央处理器CPU的第十一引脚获取电压上升比率从而调整触发角度零点的开始时间，而中央处理器CPU的第十三引脚和第十四引脚输出触发信号至推挽电路。

优选地，所述运算器电路包括运算器U₅、电阻R₉、电阻R₁₆、电容C₈和二极管D₈，所述运算器U₅包括八个引脚，所述电阻R₉和电阻R₁₆串联在运算器U₅的第三引脚，所述电容C₈和电阻R₁₆并联，所述二极管D₈分别连接在运算器U₅的第一引脚和电阻R₉与电阻R₁₆串联的中间；

当电压逐渐上升，触发角逐渐增大时，触发信号将电压值输入到运算器U₅内并与电阻R₉和电阻R₁₆的中点电压进行比较，当电压值达到最大值时，指示灯电路触发。

优选地，所述指示灯电路包括红色LED电路和蓝色LED电路，所述红色LED电路和蓝色LED电路均连接在运算器电路上，所述蓝色LED电路包括继电器J₂，当启动器刚启动时，触发信号的电压值较小，在运算器U₅比较输出的信号不能够使得指示灯电路触发，当启动完成，即触发信号达到最大值时，运算器U₅比较输出的信号使得指示灯电路触发，蓝色LED电路的蓝色LED亮起，并使得继电器J₂吸合，连接单相输入电路的外部电路，红色LED电路的红色LED亮起，通过与移相启动电路的继电器J₁连接的红色LED电路使得继电器J₁吸合，短路晶闸管U₃和晶闸管U₆，则使得负载电动机启动完成后直接连接在单相输入电路的外部电路上。

本发明具有以下有益效果：

1、通过三角波斜率控制电路来控制三角波的斜率，使得启动触发电压上升较为稳定，无冲击电流，且通过可控器件如晶闸管、三极管进行调节启动触发角，较NTC热敏电阻启动使用寿命更长，且器件成本更低，体积更小，响应速度更快。

2、触发信号通过推挽电路形成脉冲触发信号，并通过触发电路输入到移相启动电路中的晶闸管的门极进行控制，改变晶闸管的导通状态和导通时间，即可完成线性输出启动负载，使得负载启动平稳，且启动完成后，通过继电器J₁吸合使得移相启动电路短路，则晶闸管停止启动工作，且通过继电器J₂吸合使得启动完成的负载连接旁路连通单相电路供电，即启动完毕后自动切断移相启动电路并连接旁路，增加了启动器的使用寿命。

综上所述，本发明通过使用可控电力电子器件使得启动响应时间快、体积小、无冲击电流，通过三角波斜率自动调整触发信号，使得启动过程更加线性化，更加平稳，通过继电器J₁和继电器J₂使得旁路通过继电器J₂接通时，移相启动电路能够通过继电器J₁自动切断，增加启动器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明提出的一种单相交流移相启动器的启动器部分电路示意图；

图2为本发明提出的一种单相交流移相启动器的触发调节部分电路示意图；

图3为本发明提出的一种单相交流移相启动器的对比波形图；

图4为本发明提出的一种单相交流移相启动器的斜率自动控制波形图。

图中：1单相输入电路、2整流滤波电路、3直流稳压电路、4移相启动电路、5推挽电、6触发电路、7同步信号电路、8运算器电路、9三角波斜率控制电路、10启动时间控制电路、11指示灯电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，一种单相交流移相启动器，包括中央处理器CPU、单相输入电路1、整流滤波电路2、直流稳压电路3、移相启动电路4、推挽电路5、触发电路6、同步信号电路7、运算器电路8、三角波斜率控制电路9、启动时间控制电路10、指示灯电路11，单相输入电路1、整流滤波电路2和直流稳压电路3依次电性连接，移启动电路4与单相输入电路1之间电性连接，移相启动电路4与指示灯电路11之间电性连接，触发电路6与移相启动电路4之间电性连接，推挽电路5分别与触发电路6和中央处理器CPU之间电性连接，同步信号电路7、运算器电路8、三角波斜率控制电路9和启动时间控制电路10均与中央处理器CPU之间电性连接，运算器电路8与指示灯电路11之间电性连接，移相启动电路4、推挽电路5、同步信号电路7、运算器电路8、指示灯电路11、中央处理器CPU均与直流稳压电路3之间电性连接，中央处理器CPU包括十六个引脚。

移相启动电路4由两个相反并联的晶闸管U₃和晶闸管U₆、电阻R₁、电阻R₁₉、电容C₃、继电器J₁、二极管D₂组成，电阻R₁₉、晶闸管U₃、晶闸管U₆并联，电阻R₁和电容C₃串联，且串联后的电阻R₁和电容C₃共同与电阻R₁₉并联，二极管D₂和继电器J₁并联，且二极管D₂和继电器J₁之间连接直流稳压电路3的输出端；

通过触发晶闸管U₃和晶闸管U₆的门极来改变晶闸管U₃和晶闸管U₆的导通状态以及导通时间，从而控制晶闸管U₃和晶闸管U₆的输出电压，当晶闸管U₃和晶闸管U₆的输出电压与输入到移相启动电路4内的电压相同时，即负载电动机启动完成，继电器J₁吸合，使得晶闸管U₃和晶闸管U₆处短路，此时负载电动机将直接连接到单相输入电路1上，完成负载电动机的启动。

推挽电路5由三极管Q₂、三极管Q₃、电阻R₁₂和电容C₉组成，三极管Q₂的发射极与三极管Q₃的发射极连接，三极管Q₂的基极和三极管Q₃的基极共同连接在电阻R₁₂的一端，电阻R₁₂的另一端和三极管Q₃的集电极均接地，三极管Q₂的集电极与直流稳压电路3的输出端电性连接，三极管Q₂的基极与中央处理器CPU连接；

中央处理器CPU通过发送触发电流信号给推挽电路5，推挽电路5将触发电流信号通过三极管Q₂和三极管Q₃的分次导通形成脉冲电流，并经过电容C₉隔离直流电流通过，则推挽电路5输出脉冲电流信号，脉冲电流信号通过驱动变压器传输到触发电路6内，然后通过触发电路6内的脉冲电流信号输出到移相启动电路4的晶闸管U₃和晶闸管U₆的门极进行触发控制，控制其导通状态和导通时间。

三角波斜率控制电路9包括电阻R₁₁和电阻R₁₃，且电阻R₁₁和电阻R₁₃串联连接，且电阻R₁₃接地，电阻R₁₃为三角波斜率电阻，中央处理器CPU通过引脚读取电阻R₁₁和电阻R₁₃的阻值控制三角波的波形斜率度，使得负载启动为线性启动，降低启动电流。

启动时间控制电路10包括电容C₆、电容C₇和电容C₁₀，电容C₆、电容C₇和电容C₁₀分别连接在中央处理器CPU不同的引脚上，当启动器上电后，电容C₆、电容C₇和电容C₁₀开始缓慢充电，中央处理器CPU的第十一引脚获取电压上升比率从而调整触发角度零点的开始时间，而中央处理器CPU的第十三引脚和第十四引脚输出触发信号至推挽电路5。

运算器电路8包括运算器U₅、电阻R₉、电阻R₁₆、电容C₈和二极管D₈，运算器U₅包括八个引脚，电阻R₉和电阻R₁₆串联在运算器U₅的第三引脚，电容C₈和电阻R₁₆并联，二极管D₈分别连接在运算器U₅的第一引脚和电阻R₉与电阻R₁₆串联的中间；

当电压逐渐上升，触发角逐渐增大时，触发信号将电压值输入到运算器U₅内并与电阻R₉和电阻R₁₆的中点电压进行比较，当电压值达到最大值时，指示灯电路11触发。

指示灯电路11包括红色LED电路和蓝色LED电路，红色LED电路和蓝色LED电路均连接在运算器电路8上，蓝色LED电路包括继电器J₂，当启动器刚启动时，触发信号的电压值较小，在运算器U₅比较输出的信号不能够使得指示灯电路11触发，当启动完成，即触发信号达到最大值时，运算器U₅比较输出的信号使得指示灯电路11触发，蓝色LED电路的蓝色LED亮起，并使得继电器J₂吸合，连接单相输入电路1的外部电路，红色LED电路的红色LED亮起，通过与移相启动电路1的继电器J₁连接的红色LED电路使得继电器J₁吸合，短路晶闸管U₃和晶闸管U₆，则使得负载电动机启动完成后直接连接在单相输入电路1的外部电路上。

本发明在使用时，单相输入电路1经过整流滤波电路2的互感和桥式整流得出18V的直流电，并进行杂波滤除，18V直流电通过直流稳压电路3输出稳定的12V直流电供后续电路使用，单相输入电路1通过同步信号电路7整流并向中央处理器CPU内输入与直流稳压电路3同步的直流信号进行处理，中央处理器CPU通过第十三引脚和第十四引脚输出触发信号，触发信号输入到推挽电路5中被三极管Q₂和三极管Q₃分次导通形成脉冲触发信号，脉冲触发信号通过驱动变压器输入到触发电路6内，然后脉冲触发信号从触发电路6输入到移相启动电路4的晶闸管U₃和晶闸管U₆的门极控制晶闸管U₃和晶闸管U₆的导通状态和导通时间，使得晶闸管U₃和晶闸管U₆的输出电压发生变化，从而控制电动机的启动特性，触发信号通过三角波斜率控制电路9和启动时间控制电路10的控制逐渐成线性增大，则晶闸管U₃和晶闸管U₆的输出电压也不断增加，当触发信号达到最大值，即在运算器电路8内的运算器U₅中，触发信号与电阻R₉和电阻R₁₆的中点电压比较确认达到最大值后，即最大值触发信号控制的晶闸管U₃和晶闸管U₆的输出电压也达到最大值，则等于移相启动电路4的输入电压，电动机启动完成，而通过运算器电路8的运算器U₅输出信号至指示灯电路11中，蓝色LED电路启动，继电器J₂吸合，使得旁路连接电动机，红色LED电路启动，通过与移相启动电路4连接使得继电器J₁吸合，则使得晶闸管U₃和晶闸管U₆短路，停止工作，即启动完成后，自动接入旁路并切除启动器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种单相交流移相启动器，包括中央处理器CPU、单相输入电路(1)、整流滤波电路(2)、直流稳压电路(3)、移相启动电路(4)、推挽电路(5)、触发电路(6)、同步信号电路(7)、运算器电路(8)、三角波斜率控制电路(9)、启动时间控制电路(10)、指示灯电路(11)，其特征在于，所述单相输入电路(1)、整流滤波电路(2)和直流稳压电路(3)依次电性连接，所述移相启动电路(4)与单相输入电路(1)之间电性连接，所述移相启动电路(4)与指示灯电路(11)之间电性连接，所述触发电路(6)与移相启动电路(4)之间电性连接，所述推挽电路(5)分别与触发电路(6)和中央处理器CPU之间电性连接，所述同步信号电路(7)、运算器电路(8)、三角波斜率控制电路(9)和启动时间控制电路(10)均与中央处理器CPU之间电性连接，所述运算器电路(8)与指示灯电路(11)之间电性连接，所述移相启动电路(4)、推挽电路(5)、同步信号电路(7)、运算器电路(8)、指示灯电路(11)、中央处理器CPU均与直流稳压电路(3)之间电性连接；

所述移相启动电路(4)由两个相反并联的晶闸管U₃和晶闸管U₆、电阻R₁、电阻R₁₉、电容C₃、继电器J₁、二极管D₂组成，所述电阻R₁₉、晶闸管U₃、晶闸管U₆并联，所述电阻R₁和电容C₃串联，且串联后的电阻R₁和电容C₃共同与电阻R₁₉并联，所述二极管D₂和继电器J₁并联，且二极管D₂和继电器J₁之间连接直流稳压电路(3)的输出端；

所述推挽电路(5)由三极管Q₂、三极管Q₃、电阻R₁₂和电容C₉组成，所述三极管Q₂的发射极与三极管Q₃的发射极连接，所述三极管Q₂的基极和三极管Q₃的基极共同连接在电阻R₁₂的一端，所述电阻R₁₂的另一端和三极管Q₃的集电极均接地，所述三极管Q₂的集电极与直流稳压电路(3)的输出端电性连接；

所述三角波斜率控制电路(9)包括电阻R₁₁和电阻R₁₃，且电阻R₁₁和电阻R₁₃串联连接，且电阻R₁₃接地；

所述启动时间控制电路(10)包括电容C₆、电容C₇和电容C₁₀，所述电容C₆、电容C₇和电容C₁₀分别连接在中央处理器CPU不同的引脚上；

所述运算器电路(8)包括运算器U₅、电阻R₉、电阻R₁₆、电容C₈和二极管D₈，所述运算器U₅包括八个引脚，所述电阻R₉和电阻R₁₆串联在运算器U₅的第三引脚，所述电容C₈和电阻R₁₆并联，所述二极管D₈分别连接在运算器U₅的第一引脚和电阻R₉与电阻R₁₆串联的中间；

所述指示灯电路(11)包括红色LED电路和蓝色LED电路，所述红色LED电路和蓝色LED电路均连接在运算器电路(8)上。

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