CN112003543A - 一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法及电子模块 - Google Patents

一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法及电子模块 Download PDF

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Abstract

一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，属于先进制造电机技术领域，包括步骤：①接通主绕组电源和在第一时长范围内接通副绕组的启动电路，②在第二时长范围内，断开副绕组启动电路，当交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开副绕组的运行电路，检测副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将感生电压值Usub1与预先设定的启动成功基准值U0进行比较：当感生电压值Usub1≥启动成功基准值U0时，判定为启动成功，进入步骤③；当感生电压值Usub1＜启动成功基准值U0时，判定为启动失败，返回步骤①；③维持主绕组电源接通、以及维持断开副绕组的启动电路，当副绕组还具有运行电路时恢复副绕组的运行电路连接。

Description

一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法及电子 模块
技术领域
本发明属于电机先进制造技术领域，尤其一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法及电子模块。
背景技术
电机包括电动机和发电机以及其他电能向机械能转化的各种装置，通常情况下，电机一词是指电动机与发电机，机电技术领域习惯上称呼的电机常常是指电动机。电动机一般包括直流电动机和交流电动机，交流电动机包括三相交流电动机和单相交流电动机，其中单向交流电动机简称单相交流电机。
常见的单相或三相交流电机多为二极、四极、六极等极数的电动机，其中三相交流电机不同相位绕组结构为对称式主绕组结构形式，而单相交流电机结构绕组结构可分为对称式主副绕组结构形式和非对称式主副绕组结构两种结构形。
单相交流电机的对称式绕组结构是指其主绕组和副绕组的极数、节距、线圈把数、每把线圈跨距、匝数均对应一致主副绕组可以交换使用，如普通洗衣机的正反转电机即为主副绕组对称结构。更多地单相交流电机为非对称式主副绕组结构，其主绕组与副绕组相差90°角度，主绕组总匝数与副绕组总匝数可以相同也可以不同，如常见的洗衣机脱水电机、电风扇的单相交流电机的副绕组总匝数多于主绕组总匝数，而且副绕组和主绕组总是同时工作、副绕组参与电机启动过程和运转过程，主副绕组之间接有移相电容。
再如常见木工机床所用2KW单相交流电机，副绕组总匝数少于主绕组总匝数，主副绕组之间接有离心开关和分相元件，常见的分相元件为电感、大功率电阻或启动移相电容(简称启动电容，一班容量在数百微法)，启动期间离心开关接通串有启动元件的副绕组回路，副绕组在电机启动期间产生移相磁场与主绕组磁场一起作用于感应转子产生较强的等效旋转磁场，启动成功后离心开关断开副绕组回路，副绕组不再参与电机运转过程的大电流工作，由主绕组独立供电使转子按照启动运转方向继续运行；有些单相电机为了改善运行磁场，在离心开关断开后使副绕组通过小容量电容接入较小电流的移相磁场电流，改善电机功率和转矩特性，此时的小容量电容为运转电容，一班容量在数十微法。这类电机用于十分广泛，一般500W以上～4KW之间的单相交流电机均采用设有离心开关和启动电容的驱动电路结构，其中绝大多数还设有运转电容。由于离心开关在每一次启动时需要与轴向移动离心机械装置摩擦接触，尤其离心开关触点频繁开闭容易被电弧烧蚀使其寿命缩短，并且产生电火花不利于防爆，当离心开关不能接通时，主绕组在停转状态下电感量降低、电流很大，数分钟内就会将主绕组烧毁；当离心开关不能断开时，副绕组在运转状态下持续通电、电流很大，数分钟内也将会使副绕组烧毁；这样的技术事故较多地频发，是大量应用的单相交流电机故障率较多，影响设备安全和生产运行。有发明专利申请号为201110234141.6的公开文献，发明申请的名称为“电子离心开关及其测试方法”，其技术方案记载：
“所述内置微型计算机从启动绕组S的电流中检测到电动机的转速信号，经过内置微型计算机判断和设定，将所述电子离心开关的断开转速设定为同步转速的80％，重新接通转速设定为同步转速的50％。即通过内置计算机的检测和判断，达到断开转速后瞬间切断启动绕组S回路，从而起到控制电机工作的目的。
根据上述结构特点：所述电子离心开关的本体设有内置微型计算机，本体的一侧面设有三个接线端；所述接线端的第一接线端与启动电容CS连接，第二接线端与启动绕组S连接，第三接线端与电机的主绕组M和启动绕组S连接；其测试方法的特征在于所述电子离心开关与电源接通，先读入电源电压和频率，判断电机的频率为50HZ或60HZ，接着测试电机的极数，最后根据对应的电机频率和极数对电机进行控制。即工作时所述电子离心开关采用从启动绕组S两端引出转子转速信号，当达到设定的断开转速时，切断启动绕组S关闭可控硅，完成启动，进入运行。具体是：接通电源后，电机的主绕组M和启动绕组S同时通电并产生启动力矩，电机开始转动；同时，所述电子离心开关开始工作，内置微型计算机不断地检测启动绕组S两端的电压和转速信号；当转子转速达到电机同步转速的80％时，关闭可控硅，切断启动电容CS回路(即第一接线端和第二接线端之间)，进入运行。
所述50HZ电机的极数的测试方法是：读入启动绕组端电压和转速，从该电压为50％额定电压起，通过判断电动机的转速来确定电动机的极数，即转速区间小于800转/分为6P、801～1200转/分为4P，大于1200转/分为2P，并存储第一次判断；然后将电压增加10％时再读入启动绕组端电压，再做判断和存储，存储数据为三次，从三次数据是否一致来判断电机的极数；当启动绕组端电压未达到120％额定电压时继续判断，方法是先将三个数据中第一个溢出，然后新加入一个数据，看三个数据是否一致；当启动绕组端电压到达120％额定电压时，就在同步转速的80％时断开可控硅并存储断开转速。
所述60HZ电机的极数的测试方法是：读入启动绕组端电压和转速，从该电压为50％额定电压起，通过判断电动机的转速来确定电动机的极数：转速区间小于960转/分为6P、961～1440转/分为4P，大于1440转/分为2P，并存储第一次判断；然后将电压增加10％时再读入启动绕组端电压，再做判断和存储，存储数据为三次，从三次数据是否一致来判断电机的极数；当启动绕组端电压未达到120％额定电压时继续判断，方法是先将三个数据中第一个溢出，然后新加入一个数据，看三个数据是否一致；当启动绕组端电压到达120％额定电压时，就在同步转速的80％时断开可控硅并存储断开转速。
当确定电机的频率为50HZ、极数为2P、4P或6P时，断开转速分别在2400转/分、1200转/分、800转/分时断开启动绕组S；当分断时的电源电压低于85％时，则分别在2340转/分、1170转/分、780转/分时断开启动绕组S；当电机转速达到此值时，立即断开可控硅完成断开。当确定电机的频率为60HZ、极数为2P、4P或6P时，断开转速分别在2880转/分、1440转/分、960转/分时断开启动绕组S；当分断时的电源电压低于85％时，则分别在2808转/分、1404转/分、930转/分时断开启动绕组S；当电机转速达到此值时，立即断开可控硅完成断开。
所述电子离心开关在判断时，由于未知原因导致电机极数判断失败，作为保护措施：当所述启动绕组S的端电压达到130％额定电压时仍未判断出来，则即刻断开可控硅并存储断开转速。
上述该电子离心开关的测试方法过程中，断开可控硅即为断开启动绕组S。
所述电子离心开关在电机的频率和极数判断完成，并已断开可控硅，所述电机进入运行，当电机转速下降到50％同步转速时，需重新连接可控硅接通启动绕组S；当电机的转速达到上次存储的断开转速时，按存储的转速再次断开启动绕组S，电机再次进入运行状态；当未发生电机转速下降，电机则继续运行，直至电机工作结束，切断电源，电机停止工作”。
由此可见，其技术方案由于采用的是对启动绕组进行在路电压和电机转速检测，因电机启动绕组在启动期间一直处于工作通电状态，因转速及负荷以及启动电容容量等原因导致以启动绕组的电压参数推算电机转速准确度和可靠性较差，因而容易出现错误判断，其并未发现和采用在启动或者电机运行期间短暂开路方式对副绕组(即启动副绕组和/或运行副绕组)进行开路断相检测的技术便利性和测试准确性。
综上所述，对于应用极其广泛的单相交流电机来说，需要创新研发出能够全部或部分克服上述技术缺陷的先进单相交流电机启动方法来，以期实现优质高可靠性单相交流电机稳定运行、确保安全可靠性。
发明内容
为了满足先进电机制造业的技术需要，使单相交流电机能够克服触点式启动带来的技术问题、能够较高可靠性地长期稳定运行，本发明的技术方案是提供了一种单相交流电机断相检测与启动方法及电子启动模块。
其中，依据本发明的第一方面，提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，应用于定子绕组包括主绕组和副绕组的单相交流电机，其特殊之处在于，包括步骤：
①接通所述主绕组的电源和在第一时长范围内接通所述副绕组的启动电路连接，
②在第二时长范围内，断开所述副绕组的启动电路连接，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开所述副绕组的运行电路连接，检测所述副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将所述感生电压值Usub1与预先设定的启动成功基准值U0进行比较：
当所述感生电压值Usub1≥所述启动成功基准值U0时，则判定为启动成功，进入步骤③；
当所述感生电压值Usub1＜所述启动成功基准值U0时，则判定为启动失败，返回步骤①；
③维持所述主绕组电源接通、以及维持所述副绕组的启动电路在断开状态，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要恢复所述副绕组的运行电路连接，使所述副绕组在运行电流下与主绕组一起为所述单相交流电机提供转子所需交变磁场。
进一步的，还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特殊之处在于，在第三时长范围内，判断为启动失败、在重复步骤①与步骤②之间尝试重新启动的循环次数≥最大频繁启动次数n时，断开所述主绕组的电源和断开所述副绕组的启动电路连接并锁止在断开状态，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开所述副绕组的运行电路连接，以切断所述单相交流电机的供电。
进一步的，还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特殊之处在于，所述最大频繁启动次数n＝5。
进一步的，还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特殊之处在于，所述第一时长范围≤8秒。
进一步的，还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特殊之处在于，所述第一时长范围≥2秒。
进一步的，还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特殊之处在于，所述第二时长范围≤0.5秒。
依据本发明的第二方面，提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，应用于定子绕组包括主绕组和副绕组的单相交流电机，其特殊之处在于，包括步骤：
①在所述单相交流电机启动成功后处于运行状态时，设置一检测时间区段Tt，在所述检测时间区段Tt范围内，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开所述副绕组的运行电路连接，检测所述副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将所述感生电压值Usub1与预先设定的正常运转对比基准值Uref进行比较：
当所述感生电压值Usub1≥所述正常运转对比基准值Uref的下限值时，则判定为所述交流异步电机处于正常运行的负荷范围，维持所述主绕组电源接通，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要恢复所述副绕组的运行电路连接；
当所述感生电压值Usub1＜正常运转对比基准值Uref的下限值时，则判定为所述电机过载；
②通过报警装置发出过载警告或断开所述单相交流电机的供电电源。
第三方面，提供了一种电子控制模块，其采用本发明第一或第二方面所述的单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特殊之处在于，包括：控制单元(103)、副绕组启动控制开关(101)和控制晶体管(Q2)，所述控制单元(103)连接所述单相交流电机的副绕组两端，用于接收所述副绕组两端的电压值，所述控制单元(103)还连接所述控制晶体管(Q2)的基极，所述控制晶体管(Q2)的发射极接地、所述控制晶体管(Q2)的集电极连接所述副绕组启动控制开关(101)的信号输入端；
所述控制单元(103)具有逻辑控制电路，并在接通所述主绕组的电源的前提下，在所述第一时长范围内输出控制信号通过所述控制晶体管(Q2)的集电极控制所述副绕组启动控制开关(101)接通所述副绕组的启动电路连接，
而后，在所述第二时长范围内，所述控制单元(103)输出控制信号通过所述控制晶体管(Q2)的集电极控制所述副绕组启动控制开关(101)断开所述副绕组的启动电路连接，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开所述副绕组的运行电路连接，所述控制单元(103)还检测所述副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将所述感生电压值Usub1与预先设定的启动成功基准值U0进行比较：
当所述感生电压值Usub1≥所述启动成功基准值U0时，则判定为启动成功，在维持所述主绕组电源接通情况下，所述控制单元(103)输出控制信号通过所述控制晶体管(Q2)的集电极控制所述副绕组启动控制开关(101)恢复所述副绕组的运行电路连接，使所述副绕组在运行电流下与主绕组一起为所述单相交流电机提供转子所需交变磁场；
当所述感生电压值Usub1＜所述启动成功基准值U0时，则判定为启动失败，所述控制单元(103)重新接通所述副绕组启动电路尝试再次启动。
本发明的有益效果是，采用本发明技术方案的通过对启动绕组的断相检测，使单相交流电机实现自动启动、启动失败自检、多次启动失败断流保护以及启动后的运行绕组切入运行等控制方法，实现电机的较为可靠的启动与运行控制功能，还提供了无触点启动与副绕组运行切入控制方法，启动成功与否的检测准确可靠性大幅度提高，避免了缺少启动成功检测而使电机处于转速不足或堵转状态下主绕组即副绕组通电时间过长导致的电机烧毁问题。提高电机运行稳定性与劳动生产效率。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法流程的步骤示意图，
图2是本发明实施方式提供的一种采用单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法电路系统结构示意图，
图3是图2所示控制系统中的一种控制单元电路结构示意图，
图4是图2所示控制系统中的另一种控制单元电路结构示意图，
图5是本发明实施方式提供的一种具有运行电容的单相交流电机断相检测、启动与运行控制电子模块电路结构示意图，
图6是本发明实施方式提供的一种采用可控硅实现无触点控制的单相交流电机断相检测、启动与运行控制电子模块电路结构示意图。
具体实施方式
为了满足先进电机制造业的技术需要，使单相交流电机能够克服触点式启动带来的技术问题、能够较高可靠性地长期稳定运行，本发明的技术方案是提供了一种单相交流电机断相检测与启动方法及电子启动模块。发明人通过实践检测和技术研究应用，发现并采用在单相交流电机启动期间或者电机运行期间，以短暂开路控制方式对副绕组(即启动副绕组和/或运行副绕组)进行开路断相检测的技术便利性和测试准确性，从而确定电动机转速，避免了供电电压、电机带载负荷、启动电容或运转电容等因素对短暂开路状态副绕组感生交流电动势的影响，可以较为准确地测算电动机转速，运行期间可以推算负荷，进行自动启动控制以及运行过载保护。
实施例1
第一方面，提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，应用于定子绕组包括主绕组和副绕组的单相交流电机，如图1所示，包括步骤：
①接通主绕组的电源和在第一时长范围内接通副绕组的启动电路连接，此时该单相交流电机主副绕组均处于启动通电状态，若电机正常、负载正常则电机可以正常启动，电机转子旋转。
②接下来，在第二时长范围内，断开副绕组的启动电路连接，因电机已经正常启动，其副绕组由于转子运转将变化磁场耦合至该副绕组，如果该电机的副绕组还具有如运转电容器等运行电路时还需要断开副绕组的运行电路连接，目的是使副绕组的至少一端与其他电路均不连接，此时检测副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将感生电压值Usub1与预先设定的启动成功基准值U0进行比较，这一比较方法是基于这样的原理进行的：如果电动机停转，因众所周知副绕组和主绕组在空间位置上为电角度垂向关系，以2极电动机为例：主绕组的两部分对称分布于定子圆周上，设其正对磁场方向为水平方向，因此主绕组两部分呈对面布置，而副绕组的两部分对称分布于定子圆周上，其为垂直方向对面布置，可以看出副绕组和主绕组的正对磁场方向相互垂直，所以，当主绕组通以交流电时，处于主绕组磁场垂向上的副绕组感生电动势为0。当电机转子旋转时，即：电机停转时，副绕组不会因主绕组通以交流电而发出感生电压，此后，随着转子转速的逐步提高，副绕组的感生电动势随之逐渐升高，可以利用这一原理对副绕组进行检测，间接测算电机转子转速，用以确定电机转子是否达到启动成功，即：预设一个副绕组启动成功时的感生电动势基准值U0，如某一220V～1.5KW/2极单相交流电机在正常启动时，转子转速由0上升到2600RPM时，与其他电路均断开的副绕组两端感生交流电动势实测为110V，因此对该电机可以采取2600RPM为启动成功的转速标志点、与其相对应的副绕组感生交流电动势U0＝100V～，为～并依此为基准进行判断：
当感生电压值Usub1≥启动成功基准值U0时，则判定为启动成功，进入步骤③；
当感生电压值Usub1＜启动成功基准值U0时，则判定为启动失败，返回步骤①，尝试再次重新启动；
③维持主绕组电源接通、以及维持副绕组的启动电路在断开状态，当交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要恢复副绕组的运行电路连接，使副绕组在运行电流下与主绕组一起为单相交流电机提供转子所需交变磁场。同样道理，四极电机以及六极等多极单相交流电机的主副绕组位置均呈垂直关系，可以采用同样的方法进行检测盒控制。
实施例2
本发明还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，在第三时长(可以根据电机绕组即定子热阻等因素确定，如为20秒等)范围内，如因为堵转、过载、欠压等原因导致转速过低或不转，则判断为启动失败、在重复步骤①与步骤②之间尝试重新启动的循环次数≥最大频繁启动次数n时，因为多次启动，主绕组和副绕组均在较低或极低转速或堵转情况下大电流通电，积累发热不易断时间散出，为防止电机绕组高温受损，本发明的该技术方案采取断开主绕组的电源和断开副绕组的启动电路连接并锁止在断开状态，当交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开副绕组的运行电路连接，以切断单相交流电机的供电，使电机得以断电保护，防止温升烧毁电机，带技术人员检查排除。如果是因为电机绕组已经产生匝间短路、相间短路或部分烧毁等原因导致的副绕组感生电动势过低或无感生电动势，同样也可以采取断开主绕组的电源和断开副绕组的启动电路连接并锁止在断开状态，当交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开副绕组的运行电路连接，以切断单相交流电机的供电，使电机得以断电保护，防止进一步温升烧毁电机甚至发生火灾，对设备起到安全防护作用。
作为优选技术方案示例，本发明还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法中，最大频繁启动次数n＝5。
作为优选技术方案示例，本发明还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，第一时长范围≤8秒，以防止主绕组低速或堵转大电流过久通电导致温升过高。易于理解的是，第一时长范围也不宜过短，如采取不小于2秒。
此外，本发明还提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，因为对副绕组的检测所需时间极短，可以将第二时长范围优选为≤0.5秒，这样有利于电机快速启动及快速转入运行状态。
实施例3
第二方面，提供了一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，应用于定子绕组包括主绕组和副绕组的单相交流电机。
通过对上述实施例的阅读，可知不仅仅在单相交流电机启动时期内通过对副绕组的感生电动势检测确定是否启动成功，依据同样的原理还可以在电机运行时通过对副绕组的感生电动势检测确定是否过载或低速，如某一220V～1.5KW/2极单相交流电机在正常运行时，与其他电路均断开的副绕组两端感生交流电动势实测为160V，当该电机达到满负荷的150％时转子转速由2850RPM下降到到2500RPM，此时与其他电路均断开的副绕组两端感生交流电动势实测为90V，因此对该电机可以采取2500RPM为已经过载的转速标志点、与其相对应的副绕组感生交流电动势Uref＝90V～，为～并依此为基准进行判断：
该检测、启动与运行控制方法包括步骤：
①在单相交流电机启动成功后处于运行状态时，设置一检测时间区段Tt，在检测时间区段Tt范围内，当交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开副绕组的运行电路连接，检测副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将感生电压值Usub1与预先设定的正常运转对比基准值Uref进行比较：
当感生电压值Usub1≥正常运转对比基准值Uref的下限值时，则判定为交流异步电机处于正常运行的负荷范围，维持主绕组电源接通，当交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要恢复副绕组的运行电路连接；
当感生电压值Usub1＜正常运转对比基准值Uref的下限值时，则判定为电机过载；
②通过报警装置发出过载警告或断开单相交流电机的供电电源，以便进行保护和人工检查排除。
因本实施例步骤较少，且较为容易理解，因此附图里边对本本实施例未设相关步骤框图。
实施例4
第三方面，提供了一种采用本发明第一或第二方面的单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法的电子控制模块，如图2所示，参考图3及图4，电子控制模块包括：控制单元(103)、副绕组启动控制开关(101)和控制晶体管(Q2)，控制单元(103)连接单相交流电机的副绕组L2两端，用于接收副绕组L2两端的电压值，控制单元(103)还连接控制晶体管(Q2)的基极，控制晶体管(Q2)的发射极接地、控制晶体管(Q2)的集电极连接副绕组启动控制开关(101)的信号输入端。
控制单元(103)具有逻辑控制电路，并在接通主绕组的电源的前提下，在第一时长范围内输出控制信号通过控制晶体管(Q2)的集电极控制副绕组启动控制开关(101)接通副绕组的启动电路连接，而后，在第二时长范围内，控制单元(103)输出控制信号通过控制晶体管(Q2)的集电极控制副绕组启动控制开关(101)断开副绕组的启动电路连接，当交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开副绕组的运行电路连接，控制单元(103)还检测副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将感生电压值Usub1与预先设定的启动成功基准值U0进行比较：
当感生电压值Usub1≥启动成功基准值U0时，则判定为启动成功，在维持主绕组电源接通情况下，控制单元(103)输出控制信号通过控制晶体管(Q2)的集电极控制副绕组启动控制开关(101)恢复副绕组的运行电路连接，使副绕组在运行电流下与主绕组一起为单相交流电机提供转子所需交变磁场；
当感生电压值Usub1＜启动成功基准值U0时，则判定为启动失败，控制单元(103)重新接通副绕组启动电路尝试再次启动。
图3示出了一种含有用于检测副绕组L2两端感生电动势的小变压器104，其初级绕组L3连接单相交流电机副绕组L2两端，其副绕组L4连接控制单元内部的比较器A1输入端，比较器A1的另一输入端连接处理芯片IC1的基准值输出，当用于启动检测时，IC1在通过Q2断开交流电机副绕组情况下检测其感生电动势，再与启动成功基准值U0进行比较。当用于过载检测时，IC1在通过Q2断开交流电机副绕组情况下检测其感生电动势，再与过载基准值Uref进行比较。比较以后，通过Q2控制副绕组是否进入启动状态还是运行状态进行“断相”检测，还通过Q1控制继电器102对电机供电电源进行断流保护控制。
图4示出了一种直接用比较器A2检测副绕组L2两端感生电动势的控制单元103结构形式，其两个输入端通过电阻R2和R3连接单相交流电机副绕组L2两端，，比较器A1的另一输入端连接处理芯片IC1的基准值输出，当用于启动检测时，IC1在通过Q2断开交流电机副绕组情况下检测其感生电动势，再与启动成功基准值U0进行比较。当用于过载检测时，IC1在通过Q2断开交流电机副绕组情况下检测其感生电动势，再与过载基准值Uref进行比较。比较以后，通过Q2控制副绕组是否进入启动状态还是运行状态进行“断相”检测，还通过Q1控制继电器102对电机供电电源进行断流保护控制。
图5中示出了具有运行电容C2的电机类型。当正常启动时，继电器101的线圈在Q2控制下通电，继电器触点接通启动电容C1回路，在启动相(即副绕组L2)断相检测感生电动势时，Q2截止断开继电器线圈电流，继电器触点断开启动电容C1回路，同时Q3断开继电器108线圈电路，使继电器108触点断开，这样副绕组L2上的感生电动势可以准确测量出来，经过控制单元103检测与运算控制，认为启动成功即令Q2截止、Q3接通。
图6中示出了采用无触点开关(光耦可控硅101和102)控制电机主副绕组(L1和L2)的类型模块电路结构。其运行原理与图2基本一致，不再赘述。
综上所述可以得知，本发明的技术方案是在单相交流电机启动期间或者电机运行期间，以短暂开路控制方式通过控制单元对副绕组(即启动副绕组和/或运行副绕组)进行开路断相检测，以较好的检测便利性和测试准确性确定电动机转速，从而避免了供电电压、电机带载负荷、启动电容或运转电容等因素对短暂开路状态副绕组感生交流电动势的影响，可以较为准确地测算电动机转速，在运行期间可以推算负荷进行运行过载保护，在启动期间可以进行自动启动控制和保护。
本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，不是对本发明的限制，通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他实施例或其他组合所得到的实施例均落入本发明保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，应用于定子绕组包括主绕组和副绕组的单相交流电机，其特征在于，包括步骤：
①接通所述主绕组的电源和在第一时长范围内接通所述副绕组的启动电路连接，
②在第二时长范围内，断开所述副绕组的启动电路连接，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开所述副绕组的运行电路连接，检测所述副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将所述感生电压值Usub1与预先设定的启动成功基准值U0进行比较：
当所述感生电压值Usub1≥所述启动成功基准值U0时，则判定为启动成功，进入步骤③；
当所述感生电压值Usub1＜所述启动成功基准值U0时，则判定为启动失败，返回步骤①；
③维持所述主绕组电源接通、以及维持所述副绕组的启动电路在断开状态，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要恢复所述副绕组的运行电路连接，使所述副绕组在运行电流下与主绕组一起为所述单相交流电机提供转子所需交变磁场。
2.根据权利要求1所述的单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特征在于，在第三时长范围内，判断为启动失败、在重复步骤①与步骤②之间尝试重新启动的循环次数≥最大频繁启动次数n时，断开所述主绕组的电源和断开所述副绕组的启动电路连接并锁止在断开状态，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开所述副绕组的运行电路连接，以切断所述单相交流电机的供电。
3.根据权利要求2所述的单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特征在于，所述最大频繁启动次数n＝5。
4.根据权利要求1所述的单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特征在于，所述第一时长范围≤8秒。
5.根据权利要求1所述的单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特征在于，所述第一时长范围≥2秒。
6.根据权利要求1所述的单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，其特征在于，所述第二时长范围≤0.5秒。
7.一种单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法，应用于定子绕组包括主绕组和副绕组的单相交流电机，其特征在于，包括步骤：
①在所述单相交流电机启动成功后处于运行状态时，设置一检测时间区段Tt，在所述检测时间区段Tt范围内，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开所述副绕组的运行电路连接，检测所述副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将所述感生电压值Usub1与预先设定的正常运转对比基准值Uref进行比较：
当所述感生电压值Usub1≥所述正常运转对比基准值Uref的下限值时，则判定为所述交流异步电机处于正常运行的负荷范围，维持所述主绕组电源接通，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要恢复所述副绕组的运行电路连接；
当所述感生电压值Usub1＜正常运转对比基准值Uref的下限值时，则判定为所述电机过载；
②通过报警装置发出过载警告或断开所述单相交流电机的供电电源。
8.一种电子控制模块，其特征在于，采用权利要求1或2所述的单相交流电机断相检测、启动与运行控制方法。
9.如权利要求8所述的电子控制模块，其特征在于，包括：控制单元(103)、副绕组启动控制开关(101)和控制晶体管(Q2)，所述控制单元(103)连接所述单相交流电机的副绕组两端，用于接收所述副绕组两端的电压值，所述控制单元(103)还连接所述控制晶体管(Q2)的基极，所述控制晶体管(Q2)的发射极接地、所述控制晶体管(Q2)的集电极连接所述副绕组启动控制开关(101)的信号输入端；
所述控制单元(103)具有逻辑控制电路，并在接通所述主绕组的电源的前提下，在所述第一时长范围内输出控制信号通过所述控制晶体管(Q2)的集电极控制所述副绕组启动控制开关(101)接通所述副绕组的启动电路连接，
而后，在所述第二时长范围内，所述控制单元(103)输出控制信号通过所述控制晶体管(Q2)的集电极控制所述副绕组启动控制开关(101)断开所述副绕组的启动电路连接，当所述交流异步电机的副绕组还具有运行电路时还需要断开所述副绕组的运行电路连接，所述控制单元(103)还检测所述副绕组两端感生交流电压值Usub1，并将所述感生电压值Usub1与预先设定的启动成功基准值U0进行比较：
当所述感生电压值Usub1≥所述启动成功基准值U0时，则判定为启动成功，在维持所述主绕组电源接通情况下，所述控制单元(103)输出控制信号通过所述控制晶体管(Q2)的集电极控制所述副绕组启动控制开关(101)恢复所述副绕组的运行电路连接，使所述副绕组在运行电流下与主绕组一起为所述单相交流电机提供转子所需交变磁场；
当所述感生电压值Usub1＜所述启动成功基准值U0时，则判定为启动失败，所述控制单元(103)重新接通所述副绕组启动电路尝试再次启动。
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