CN111371346A - 一种电压起动控制器、电机起动控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电压起动控制器、电机起动控制方法，电压起动控制器由电源电路和控制电路组成，电源电路由整流滤波电路、电机副绕组电压采样电路、DC‑DC降压电路组成，电机副绕组与整流滤波电路连接，整流滤波电路与电机副绕组电压采样电路、DC‑DC降压电路均连接；控制电路由电压比较电路、控制信号抗干扰电路、光耦隔离可控硅控制电路组成，DC‑DC降压电路输出接电压比较电路，电压比较电路、控制信号抗干扰电路、光耦隔离可控硅控制电路相互连接，光耦隔离可控硅控制电路与电机副绕组连接，电压比较电路与电机副绕组电压采样电路连接，并在采样值大于设定值时通过可控硅切断启动电容。本申请还包括电机起动控制方法。本申请结构简洁，能耗、成本低，安全性好。

Description

一种电压起动控制器、电机起动控制方法

技术领域

本申请涉及一种电压起动控制器、电机起动控制方法，主要适用于商用冰箱、空调等单相制冷压缩机的起动控制，也可用于其它单相异步电机的起动控制。

背景技术

目前冰箱、空调等定频制冷压缩机普遍采用单相异步电机，电机的定子嵌有两套绕组，一套为主绕组，另一套为副绕组。当电机通电起动时，主绕组和副绕组同时通电并产生磁场，同时接通启动电容，合成的旋转磁场切割静止转子产生一定的电磁转矩，使转子开始旋转，起动后的转子转矩将逐渐增大，当转速达到75%-80% 的同步转速时，切断启动电容，电动机仍能继续旋转升速，直至达到与外阻抗转矩平衡、稳定运转；而启动电容的接通和切断由电机起动器来完成。

目前控制启动电容通断的控制器主要是电压起动继电器，通过电机副绕组电压来控制继电器的导通或关断，从而控制启动电容的接通或断开。电压起动继电器属于常闭继电器，当电机起动完成后需要继电器保持在断开状态使启动电容处于断开状态。为了维持继电器的动作，继电器的控制端会产生5W 左右功率消耗，导致了电能的大量浪费。

电压起动继电器通过触点切换来实现导通或关断，当回路存在电压或电流时，触点间容易产生电弧。由于压缩机的制冷剂属于易燃易爆气体，需要控制器具备防爆功能，而继电器本身的工作特性很难满足防爆的要求。另外由于触点间的触点材料因继电器动作而老化，使得继电器的寿命偏短而难以满足压缩机的运行寿命要求。

电压起动继电器的吸合电压是一个范围，通常吸合电压为180-195VAC，释放电压为35-105VAC，吸合电压的偏差过大会使压缩机还未起动完成就切断启动电容，导致压缩机起动不正常。释放电压的上限过大，会使压缩机负载异常时导致电机副绕组电压波动较大，导致继电器不停的动作。

综合以上所述，现有的电压起动继电器难以满足日益提高的防爆要求，也难以满足越来越严苛的能耗要求。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构简洁，能耗、成本低，安全性好的电压起动控制器、电机起动控制方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案的基本原理是：在电机起动开始后电机副绕组电压达到20V时，电源电路开始工作并产生稳定12V系统电源。电机副绕组电压随着转速的增加而变大，再通过电机副绕组电压采样电路将电机副绕组电压按比例缩小并作为控制电路的输入信号，与设定值（切断启动电容的电压值）比较，比较器输出端控制信号控制隔离光耦导通，可控硅的触发回路被短接，可控硅关断，启动电容被断开，从而不需要继电器来起动，且控制电路的输入信号保持在合理范围内不至于偏差过大。具体方案为：

一种电压起动控制器，由电源电路和控制电路组成，其特征是所述电源电路由整流滤波电路、电机副绕组电压采样电路、DC-DC降压电路组成，电机副绕组与整流滤波电路连接，整流滤波电路与电机副绕组电压采样电路、DC-DC降压电路均连接；控制电路由电压比较电路、控制信号抗干扰电路、光耦隔离可控硅控制电路组成，DC-DC降压电路输出接电压比较电路，电压比较电路、控制信号抗干扰电路、光耦隔离可控硅控制电路相互连接，光耦隔离可控硅控制电路与电机副绕组连接并在电机副绕组上电且电压不大于设定值时通过可控硅接通启动电容，电压比较电路与电机副绕组电压采样电路连接，并在采样值大于设定值时通过光耦隔离可控硅控制电路断开可控硅从而切断启动电容。

所述电压比较电路由电阻二十二、电阻二十三、电阻二十四、电压比较器二组成，电机副绕组S端接电压比较器二的4脚、电阻二十四的一端，电阻二十二的一端接电机副绕组电压采样电路，电阻二十二的另一端与电压比较器二的5脚相连，电阻二十三的一端、电压比较器二的8脚均与DC-DC降压电路输出连接，电阻二十三的另一端、电阻二十四的另一端均与电压比较器二的6脚相连，电压比较器二的7脚接可控硅控制电路。

所述控制信号抗干扰电路由二极管九、稳压管二、稳压管一、电阻六组成，二极管九的正极与稳压管二正极相连，二极管九的负极接电压比较器二的5脚，稳压管二负极与电压比较器二的7脚（隔离光耦的1脚）相连，电阻六的一端与电机副绕组S端连接，电阻六的另一端与稳压管一正极相连，稳压管一负极与可控硅控制电路的隔离光耦的2脚相连。

所述可控硅控制电路由隔离光耦、电阻八、PTC电阻十二、电阻九、可控硅组成，隔离光耦的6脚与PTC电阻十二的一端、电阻九的一端相连，PTC电阻十二的另一端与电阻八的一端相连，电阻八的另一端与可控硅的T1极、电机副绕组S端相连，电阻九的另一端与可控硅的G极相连，可控硅的T2极与隔离光耦的4脚、启动电容一端相连，隔离光耦的1脚接电压比较电路输出、控制信号抗干扰电路，隔离光耦的2脚接控制信号抗干扰电路。

所述整流滤波电路由压敏电阻三十、电阻三十五、二极管十三、电解电容三、电容十三组成，所述压敏电阻三十的一端与电机公共端C端、电阻三十五的一端相连，压敏电阻三十另一端与电机副绕组S端、电解电容三负极、电容十三的一端相连，电阻三十五的另一端与二极管十三正极相连，二极管十三负极与电解电容三正极、电容十三的另一端、DC-DC降压电路相连，电机副绕组电压采样电路接在电解电容三的正极与负极之间。

所述电机副绕组电压采样电路由电阻三十七、电阻三十九组成，所述电阻三十七、电阻三十九串联后接在电解电容三正极、负极之间，电阻三十七与电阻三十九相连的一端与电压比较电路的电阻二十二连接。

所述DC-DC降压电路由电源芯片四、电容十、电阻三十四、电阻三十三、电解电容一、电感二、二极管十二、二极管十四、电解电容四、电容十一、电阻一组成，所述电源芯片四的4脚与二极管十三负极相连，电源芯片四的2脚与电阻三十三的一端、电阻三十四的一端相连，电源芯片四的1脚与电容十的一端相连，电源芯片四的5、6、7、8脚相互连接并与电容十另一端、电阻三十四的另一端、电解电容一的负极、电感二的一端、二极管十四的负极相连，电阻三十三的另一端与电解电容一正极、二极管十二负极相连，二极管十二的正极与电感二的另一端、电解电容四正极、电容十一的一端、电阻一的一端相连（为DC-DC降压电路+12V输出），二极管十四正极、电解电容四负极、电容十一的另一端、电阻一的另一端、电阻六的一端、电阻二十四的一端相互短接并与电机副绕组S端相连。

本申请稳压管一串联在隔离光耦控制回路中，当控制电路不动作时，外部的干扰信号不足以使稳压管一导通，以此保证隔离光耦的控制端一直处于关闭状态。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：一种电机起动控制方法，其特征是包括以下步骤：

S1：电机上电（接通交流电源）起动，电源电路启动工作；

S2：电机副绕组通过启动电容和运行电容通电并正式启动，且电机副绕组电压快速（通常情况下只需0.1秒）达到开关电源芯片四能够稳定输出所要求的输入电压20V，同时电源电路输出稳定的直流电压（DC-DC降压电路输出12V）至电压比较电路；

S3：电机副绕组电压继续上升至电机副绕组关断电压（关断电压由电阻二十三和电阻二十四参数设置），电机副绕组电压采样电路输出至电压比较电路的输入电压达到设定值，电压比较电路接通光耦隔离可控硅控制电路并通过控制信号抗干扰电路维持该接通状态，光耦隔离可控硅控制电路关断启动电容。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简洁，能耗、成本低，安全性好。

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。

参见图1，本申请改进部分为长方形虚线框内部分，电机（含C、S、M三个接线端，图1左边圆框）和启动电容CS、运行电容CR为现有技术，工作原理是电机上电后，交流电源L端通过电机副绕组（C端—S端）后再经过电阻八R8、PTC电阻十二R12、电阻九R9和可控硅Q1（含G极、T1极、T2极）启动电容CS形成系统（可控硅导通）回路，由于此时的PTC电阻十二R12比较小，回路中产生的电流足以使双向可控硅Q1导通，从而使启动电容CS接入到系统回路中，电机可以顺利起动。

本申请整流滤波电路由压敏电阻三十R30、电阻三十五R35、二极管十三D13、电解电容三E3、电容十三C13组成，所述压敏电阻三十R30的一端与电机公共端C端、电阻三十五R35的一端相连，压敏电阻三十R30另一端与电机副绕组S端、电解电容三E3负极、电容十三C13的一端相连，电阻三十五R35的另一端与二极管十三D13正极相连，二极管十三D13负极与电解电容三E3正极、电容十三C13的另一端、电源芯片四U4的4脚、电阻三十七R37的一端相连。

本申请电机副绕组电压采样电路由电阻三十七R37、电阻三十九R39组成，所述电阻三十七R37、电阻三十九R39串联后接在电解电容三E3的正极、负极之间，电阻三十七和电阻三十九相连的一端与电阻二十二相连。

本申请DC-DC降压电路由电源芯片四U4（SC1117DG）、电容十C10、电阻三十四R34、电阻三十三R33、电解电容一E1、电感二L2、二极管十二D12、二极管十四D14、电解电容四E4、电容十一C11、电阻一R11组成，所述电源芯片四U4的4脚与二极管十三D13负极相连，电源芯片四U4的2脚与电阻三十三R33的一端、电阻三十四R34的一端相连，电源芯片四U4的1脚与电容十C10的一端相连，电源芯片四的5、6、7、8脚相互连接并与电容十C10另一端、电阻三十四R34的另一端、电解电容一E1的负极、电感二L2的一端、二极管十四D14的负极相连，电阻三十三R33的另一端与电解电容一E1正极、二极管十二D12负极相连，二极管十二D12的正极与电感二L2的另一端、电解电容四E4正极、电容十一C11的一端、电阻一R1的一端、电压比较器二U2的8脚、电阻二十三R23的一端相连，二极管十四D14正极、电解电容四E4负极、电容十一C11的另一端、电阻一R1的另一端、电压比较器二U2（LM393）的4脚、电阻六R6的一端、电阻二十四R24的一端相互短接并与电机副绕组S端相连。

电机副绕组通过启动电容和运行电容通电并正式启动，且电机副绕组电压很快达到20V，通过整流滤波电路中的电阻三十五R35、二极管十三D13、电解电容三E3和电容十三组成的整流滤波电路将交流电压整流成28VDC。这个直流电压作为DC-DC降压电路的输入电压，通过开关电源芯片四U4、电解电容四E4、电感二L2、二极管十四D14、二极管十二D12、电阻三十三R33、电阻三十四R34、电容十C10、电容十一C11、电阻一R1共同组成的DC-DC降压开关电源电路输出稳定的12VDC电源。这个12VDC电源作为电压比较电路的系统电源，同时也作为比较电压设置的基准电源。

整流后的直流电压通过电机副绕组电压采样电路的电阻三十七R37和电阻三十九R39将直流电压缩小100倍，并将其作为电压比较电路的输入信号TU。

通过设置合适的电阻二十三R23和电阻二十四R24的阻值，电机刚起动时，电机副绕组电压还比较低，使得输入信号TU的电压比电压比较器二的6脚的电平要低，电压比较器二的7脚一直保持低电平输出状态。隔离光耦U1（MOC3051）由于没有输入信号使得隔离光耦一直处于关断状态，可控硅Q1一直处于导通，启动电容CS一直接入到系统回路中。在压缩机起动运行过程中系统可能会产生一些干扰信号，将电阻六R6、稳压管一ZD1接在电机副绕组S端和隔离光耦U1的2脚之间，当干扰信号幅值不超过稳压管一ZD1的稳压值时，稳压管一ZD1处于截止状态，隔离光耦一直保持稳定的截止状态，不会产生误动作。

整流后的直流电压（信号）通过电机副绕组电压采样电路缩小100倍，作为电压比较电路的输入信号，通过调整电阻二十三R23、电阻二十四R24的阻值来设定电压比较电路的动作阈值。当电压比较器二的5脚的电压比电压比较器二的6脚电压低时，电压比较器二的7脚一直保持低电平输出，此时隔离光耦一直保持关断状态。

电机公共端C端与电机副绕组S端电压随压缩机转速增加不断的升高，TU的电压也不断的升高，本实施例设置的电机副绕组关断电压为185V（可根据实际情况设计），对应的电压比较电路的输入电压TU为设定值2.61V左右。当电压比较器二5脚的电压比电压比较器二6脚电压（设置在2.6V）高时，电压比较器二7脚变为高电平输出。电压比较器二7脚的高电平又通过稳压管二ZD2和二极管九D9将电压比较器二5脚的信号强行抬升至比电压比较器二6脚电压高，这样电压比较器二7脚就能一直保持高电平输出，解决了动作时刻控制信号输入不稳定问题，保证电压比较器二在一次动作后能一直保证电压比较器二7脚的电平一直处于高电平状态。隔离光耦1脚与电压比较器二的7脚相连，当隔离光耦1脚的电平由低电平变为高电平后，通过稳压管一ZD1和电阻六R6形成的光耦控制回路一直保持20mA的电流。从而保证隔离光耦能稳定可靠的导通。

当隔离光耦处于导通时，交流电源L端通过电机副绕组后再经过电阻八R8和PTC电阻十二R12、隔离光耦的6脚和4脚，形成回路，此时流过PTC电阻十二R12的电流较大，PTC电阻十二R12持续发热并阻值快速上升，从而有效的降低了流过隔离光耦的电流。同时隔离光耦的6脚和4脚导通，使得可控硅Q1的G极和T2极被短接，可控硅Q1控制端G极的电流为0，使得可控硅Q1被关断，启动电容CS断开，压缩机起动完成。

凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种电压起动控制器，由电源电路和控制电路组成，其特征是所述电源电路由整流滤波电路、电机副绕组电压采样电路、DC-DC降压电路组成，电机副绕组与整流滤波电路连接，整流滤波电路与电机副绕组电压采样电路、DC-DC降压电路均连接；控制电路由电压比较电路、控制信号抗干扰电路、光耦隔离可控硅控制电路组成，DC-DC降压电路输出接电压比较电路，电压比较电路、控制信号抗干扰电路、光耦隔离可控硅控制电路相互连接，光耦隔离可控硅控制电路与电机副绕组连接并在电机副绕组上电且电压不大于设定值时接通启动电容，电压比较电路与电机副绕组电压采样电路连接并在采样值大于设定值时通过光耦隔离可控硅控制电路切断启动电容。

2.根据权利要求1所述电压起动控制器，其特征是：所述可控硅控制电路由隔离光耦、电阻八、PTC电阻十二、电阻九、可控硅组成，隔离光耦的6脚与PTC电阻十二的一端、电阻九的一端相连，PTC电阻十二的另一端与电阻八的一端相连，电阻八的另一端与可控硅的T1极、电机副绕组S端相连，电阻九的另一端与可控硅的G极相连，可控硅的T2极与隔离光耦的4脚、启动电容一端相连，隔离光耦的1脚接电压比较电路输出、控制信号抗干扰电路，隔离光耦的2脚接控制信号抗干扰电路。

3.根据权利要求1所述电压起动控制器，其特征是：所述电压比较电路由电阻二十二、电阻二十三、电阻二十四、电压比较器二组成，电机副绕组S端接电压比较器二的4脚、电阻二十四的一端，电阻二十二的一端接电机副绕组电压采样电路，电阻二十二的另一端与电压比较器二的5脚相连，电阻二十三的一端、电压比较器二的8脚均与DC-DC降压电路输出连接，电阻二十三的另一端、电阻二十四的另一端均与电压比较器二的6脚相连，电压比较器二的7脚接可控硅控制电路。

4.根据权利要求3所述电压起动控制器，其特征是：所述控制信号抗干扰电路由二极管九、稳压管二、稳压管一、电阻六组成，二极管九的正极与稳压管二正极相连，二极管九的负极接电压比较器二的5脚，稳压管二负极与电压比较器二的7脚相连，电阻六的一端与电机副绕组S端连接，电阻六的另一端与稳压管一正极相连，稳压管一负极与可控硅控制电路相连。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述电压起动控制器，其特征是：

所述整流滤波电路由压敏电阻三十、电阻三十五、二极管十三、电解电容三、电容十三组成，所述压敏电阻三十的一端与电机公共端C端、电阻三十五的一端相连，压敏电阻三十另一端与电机副绕组S端、电解电容三负极、电容十三的一端相连，电阻三十五的另一端与二极管十三正极相连，二极管十三负极与电解电容三正极、电容十三的另一端、DC-DC降压电路相连，电机副绕组电压采样电路接在电解电容三的正极与负极之间。

6.根据权利要求1至4任一权利要求所述电压起动控制器，其特征是：所述DC-DC降压电路由电源芯片四、电容十、电阻三十四、电阻三十三、电解电容一、电感二、二极管十二、二极管十四、电解电容四、电容十一、电阻一组成，所述电源芯片四的4脚与整流滤波电路、电机副绕组电压采样电路相连，电源芯片四的2脚与电阻三十三的一端、电阻三十四的一端相连，电源芯片四的1脚与电容十的一端相连，电源芯片四的5、6、7、8脚相互连接并与电容十另一端、电阻三十四的另一端、电解电容一的负极、电感二的一端、二极管十四的负极相连，电阻三十三的另一端与电解电容一正极、二极管十二负极相连，二极管十二的正极与电感二的另一端、电解电容四正极、电容十一的一端、电阻一的一端相连，二极管十四正极、电解电容四负极、电容十一的另一端、电阻一的另一端、电阻六的一端、电阻二十四的一端相互连接并与电机副绕组S端相连。

7.根据权利要求5所述电压起动控制器，其特征是：所述电机副绕组电压采样电路由电阻三十七、电阻三十九组成，所述电阻三十七、电阻三十九串联后接在电解电容三正极、负极之间，电阻三十七与电阻三十九相连的一端与电压比较电路连接。

8.一种电机起动控制方法，其特征是包括以下步骤：

S1：电机上电起动，电源电路启动工作；

S2：电机副绕组通过启动电容和运行电容通电并正式启动，电源电路输出稳定的直流电压至电压比较电路；

S3：电机副绕组电压继续上升至电机副绕组关断电压，电机副绕组电压采样电路输出至电压比较电路的输入电压达到设定值，电压比较电路接通光耦隔离可控硅控制电路并通过控制信号抗干扰电路维持该接通状态，光耦隔离可控硅控制电路关断启动电容。

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