CN1205575A - 电动机起动和保护装置 - Google Patents

Abstract

一种电动机起动装置(1)具有一第一开关电路(11)的热静力学元件(14)、一串连于第一开关电路的第一电阻加热器(13)、一第二开关电路(21)的热静力学元件(22)和一串连于第二开关电路的第二电阻加热器(23)。第二开关电路的热静力学元件(22)同时由第一和第二电阻加热器加热,并在激活后更靠近于第一电阻加热器(13),因而使第二开关电路(23)呈无源状态。它可以在起动阶段为起动绕组提供较大的电流,并在起动阶段后使流到起动绕组的电流变为零。

Description

电动机起动和保护装置

本发明总的涉及一种用于起动电动机的开关装置，尤其是涉及一种采用热静力学元件的电动机起动继电器和保护器。

过去采用如图6(a)和6(b)中标号101所示的开关装置来起动电动机和保护电动机免受过电流状况损坏。开关装置101包括一保护装置108和一起动用的电阻元件109，保护装置108的一端连接于电源线L1，另一端连接于电动机110的公用接头C。电阻元件109的一端连接于电动机110的一起动绕组接头S，另一端连接于地线L2。电动机110内设置有一主绕组和一起动绕组(图中未示出)，主绕组的端部分别连接于公用接头C和主绕组接头M，起动绕组的端部分别连接于公用接头C和起动绕组接头S。

保护装置108内设置有一开关电路111和一电阻加热器113，在起动电动机110之前，开关电路111处于导电状态。因此，在这种状态下，公用接头C通过开关电路111连接于电源线L1。主绕组接头M直接连接于地线L2，当需要起动电动机110时，在电源线L1和地线L2之间施加电压，其结果也就是在公用接头C、主绕组接头M和起动绕组接头S之间施加电压。电阻元件109是一种正温度电阻系数(PTC)元件，它在正常温度或室温下具有较低的电阻，而在异常温度以上时电阻随温度的升高而增大。由于它在起动时的电阻较小，因此，当在公用接头C、主绕组接头M和起动绕组接头S之间施加电压时，会有较大的电流流到起动绕组，因而可促进起动阶段。当有一较大的电流流到起动绕组时，电动机110开始旋转，随着其转速的提高，流到起动绕组的电流就不需要了。在起动阶段中，电阻109由流到起动绕组的电流加热，其电阻值增大。结果，流到起动绕组的电流逐渐降低到一个较低的水平，但并不变为零。开关101具有一开关臂112、一触头115和一电阻加热器113，它们设置在用于流过主绕组和起动绕组的电流的第一开关电路111中。保护装置108内在靠近电阻加热器113附近设置有一双金属元件114，因而流过电阻加热器113的电流产生热量，该热量加热双金属元件114而使其温度升高。然而，由于电阻加热器113的电阻值较低，因而在电动机110起动或开动时流过的电流所产生的热量较少，双金属元件114的温度升幅也较小。

在因某些故障而致使有过大的电流流到电动机110的情况下，电阻加热器113会产生大量的热，结果会将双金属元件114加热到一个较高的温度。关于双金属元件114的形状，其面对臂112的一侧在常温下呈凹状，但若通过电阻加热器113所提供的热量而将其加热到一个激活温度，例如145℃时，它便跳到相反的形状，即面对臂112呈凸状，如图6(b)中所示，因而推起臂112，使触头115呈打开状态。当触头115呈打开状态时，流向电动机110的电流便被终止。

按照已有技术的开关装置，如以上所描述的，电动机110的起动由正温度电阻系数元件109执行，防过电流的保护由保护装置108执行。电动机110可相对一选定量的电流而受保护，该选定的电流量可通过改变正温度电阻系数元件的基本电阻值、改变起动特性、改变电阻加热器113的电阻值、或是改变双金属元件114的形状或激活温度来改变。然而，由于流到起动绕组的电流是由上述开关101中电阻元件109的电阻变化所控制，因此，必须增大电阻元件的容量才能使其电阻值在起动时足够小，结果会造成电动机110的起动特性因起动电流受电阻元件109限制而变差的情况。而且，在电动机110的操作过程中，电阻元件109会变得极具电阻性。但是，由于即使在电动机110的操作过程中也会有一些电流通过电阻元件109继续流到起动绕组，因而会造成电动机110工作效率降低的问题。

本发明的一个目的在于提供一种可消除已有技术的上述局限的装置。本发明的另一目的在于提供一种零件数量较少、安装成本较低的开关装置。本发明的还有一个目的在于提供一种工作效率较高、同时能向起动绕组输送较大电流的开关装置。

简要地说，按照本发明，一种开关装置包括第一和第二开关电路，它们各具有一触头和一热静力学元件，该热静力学元件在被加热至一激活温度时可发生变形或被激活，从而将触头从闭合状态转换到打开状态，还包括第一和第二电阻加热器，它们在电流流过时可产生热量，其中，第一开关电路的热静力学元件、第一电阻加热器、第二开关电路的热静力学元件和第二电阻加热器按以下顺序设置：第一开关电路的热静力学元件由第一电阻加热器加热，第二开关电路的热静力学元件同时由第一和第二电阻加热器加热。按照本发明的一个特点，第一开关电路与第一电阻加热器串联，第二开关电路与第二电阻加热器串联，从而形成四接头的结构。按照另一特点，当第二开关电路的热静力学元件被激活，并且触头从闭合状态被转换到打开状态时，该热静力学元件便移动到与第一电阻加热器更近的位置。如以上所描述的，第一和第二开关电路具有一触头和一热静力学元件，并设置有第一和第二电阻加热器，第一和第二开关电路的热静力学元件在被加热至激活温度时激活，将每个开关电路的触头从闭合状态转换到打开状态，第一和第二电阻加热器设置成在有电流通过时可产生热量。因此，第一开关电路的热静力学元件由第一电阻加热器加热，而第二开关电路的热静力学元件同时由第一和第二电阻加热器加热，这样，即使第一和第二电阻加热器所产生的热量减少，也可使第二开关电路中的热静力学元件的温度升高到激活温度。在这种情况下，如果热静力学元件设置成，当第二开关电路中的热静力学元件被激活、触头从闭合状态被转换到打开状态时，它可移动到与第一电阻加热器更近的导热位置，则在激活后第一电阻加热器所提供的热量会增多。因此，即使第二电阻加热器停止产生热量，第二开关电路中的热静力学元件也可保持在其激活状态。关于以上已说明过的开关装置，如果设置成第一开关电路的热静力学元件被加热至激活温度而被激活，并且即使在第一电阻加热器停止产生热量时它也可保持在其激活状态，则第一开关电路可用作防过电流状况的保护电路。另一方面，如果它是设置成在第二开关电路的热静力学元件被加热至激活温度而被激活的情况下，它于第一和第二电阻加热器停止产生热量后又恢复其原来的形状，则第二开关电路在电动机起动之前呈导电状态，而在电动机工作过程中呈断路状态。因此，第二开关电路可用作电动机的起动电路。

通过下面结合附图的详细描述，可以更充分地认识和理解本发明，附图中：

图1(a)是本发明的开关装置的内部俯视图，图1(b)是其内部的剖视示意图；

图2是该开关装置在电动机起动时的电路图；

图3是该开关装置在电动机正常工作时的电路图；

图4是该开关装置在电动机遇到过大电流时的电流图；

图5是用于帮助说明第二开关电路的诸元件的温度变化的曲线图；

图6(a)和(b)是一种已有技术的开关分别处于闭合和打开状态的电路图。

下面将参照图1-5来描述本发明的较佳实施例。开关装置1用来起动电动机和提供防过电流状况的保护。开关装置1包括一由诸如树脂之类的电绝缘材料制成的壳体5，位于开关室8a中的一保护装置8和位于开关室9a中的一起动装置9容纳于其中。电动机10具有一公用接头C、一起动绕组接头S和一主绕组接头M，公用接头C通过保护电路11连接于电源线L1。起动绕组接头S通过起动装置9连接于地线L2，主绕组接头M直接连接于地线L2。保护装置8具有连接成串联关系的一第一开关电路11和一第一电阻加热器13。第一开关电路11的另一端通过固定安装在壳体5上的接头31连接于电源线L1(图1(a)和1(b))，第一电阻加热器13的另一端通过一在图1(a)和1(b)中未示出的接头连接于公用接头C。起动装置9具有连接成串联关系的一第二开关电路21和一第二电阻加热器23。第二开关电路21的另一端通过安装在壳体5中的接头32连接于地线L2，第二电阻加热器23的另一端通过一在图1(a)和1(b)中未示出的接头连接于起动绕组接头S。第一开关电路11具有一臂12和一诸如跳闸作用的双金属元件14之类的热静力学元件，臂12和双金属元件14靠近地设置成彼此基本平行。臂12的一端具有一电触头15，双金属元件14呈碟形，在常温或室温下其面对臂12的一面呈凹状，在这种形状的情况下触头15处于闭合状态。当双金属元件14被加热到其温度达到一选定的激活温度，例如145℃时，它便跳成相反的、面对臂12的一侧呈凸状的碟形。关于这种变形或跳闸，呈凸状的双金属元件通过一动作传递元件12a将臂12向上偏压，如图4所示，结果使触头15转换到打开状态。第二开关电路21具有一悬臂22，该悬臂包括一诸如跳闸双金属元件之类的热静力学元件和一已设置在悬臂22的自由端处的触头25。悬臂22的形状为，在常温下使触头25处于闭合状态，而在被加热到一个高于选定激活温度的温度例如90℃时发生变形，从而使触头25呈打开状态。例如，当触头25处于闭合状态时，热静力学悬臂元件22面对第一加热器13的一侧可呈凸状(未示出)，当触头15处于打开状态时，其面对第一加热器13的一侧可呈凹状，此时元件22的自由端移动到与加热器13更近的热耦合位置。

电动机10包括一起动转子的起动绕组和一产生动力的主绕组(该起动绕组和主绕组在图中未示出)。起动绕组的端部分别连接于公用接头C和起动绕组接头S，主绕组的端部分别连接于公用接头C和主绕组接头M。由于在电动机10开始工作之前，双金属元件14和臂22是在常温下，因此第一和第二开关电路11和21处于导电状态，如图2所示。当在电源线L1和地线L2之间施加电压以起动电动机10的工作时，电压同时加在起动和主绕组上。然而，在静止状态下，主绕组和起动绕组的阻力较小，因而有大约5安培的电流流到主绕组，并且同样有大约5安培的电流流到起动绕组。由于电流流过保护装置8和起动装置9中的第一和第二电阻加热器13和23，该第一和第二电阻加热器13和23在电动机起动时均被加热。第二开关电路21中的臂22非常靠近地设置在第一和第二电阻加热器13和23之间，在第一和第二电阻加热器13和23加热后，臂22同时被电阻加热器13和23加热。图5所示的曲线图中的曲线22’表示臂22的温度变化。当臂22没有发生变形，触头25处于闭合状态时，臂22离第二电阻加热器23的距离比离第一电阻加热器13的距离更近。图5中的曲线13’表示臂22从第一电阻加热器13吸收到的热量，曲线23’表示它从第二电阻加热器23吸收到的热量。从曲线13’和23’可以看出，臂22在同时由电阻加热器13和23加热时，其温度升高。臂22在t时刻温度达到90℃的点发生变形，因而触头25呈打开状态，切断了流向起动绕组以及第二电阻加热器23的电流。因此，第二电阻加热器23所供给的热量随该加热器的冷却而降低。当触头25呈打开状态时，电动机10的转子处于起动阶段的末尾，因而流到主绕组的电流也已稳定，第一电阻加热器13稳定地产生热量，其所供给的热量也稳定，即使在t时刻后也一样。然而，在发生变形后，臂22移动离开第二电阻加热器23，如图3所示，并移动到与第一电阻加热器13更近的导热位置，因而它从第一电阻加热器13吸收到的热量增大。即使在第二电阻加热器23不再有热量供给后，在t时刻后，臂22的温度的降低也是微小的。当臂22被加热到90℃以上温度并发生变形时，温度降低至一个选定的复位温度时，例如一个70℃以下的温度，它又恢复其原来形状。然而，按照本发明的开关装置1，当臂22发生变形时，它会朝接近第一电阻加热器13的方向移动，因而使得它从第一电阻加热器13吸收的热量增大。因此，即使第二电阻加热器23所供给的热量23’变为零，温度也不会降低至70℃以下。因此，臂22在变形后以及在电动机10起动后的工作过程中保持激活状态，其结果是没有电流流过起动绕组。另一方面，如果臂22设置成不朝第一电阻加热器13移近，则从第一电阻加热器13供给的热量基本不会有增加。因此，温度将降低，如图5中的虚线所示，到第二电阻加热器23所供给的热量变为零时，臂22的温度已降至70℃以下，因而恢复其原来形状。因此，触头25再次呈闭合状态，电流又流到起动绕组。

以上描述了起动装置9的操作。下面将描述保护装置8的操作：

在保护装置8中，第一开关电路11的双金属元件14设置成紧靠于第一电阻加热器13，从而由第一电阻加热器13产生的热来加热。相应于电动机10的起动和工作，双金属元件14的温度升高。然而，在正常的起动和操作过程中，双金属元件14的温度不会升高到145℃的激活温度。因此，在这种情况下，双金属元件14不会发生变形，触头15保持闭合状态。在因电动机故障等而有过量电流流到电动机10的情况下，第一电阻加热器13产生大量的热，因而将双金属元件14加热至激活温度145℃。如图4所示，传动元件12a受激活后的双金属元件14的偏压，从而将臂12向上推，结果使得触头15呈打开状态，第一开关11切断电动机的电源。当流到电动机10的电流被切断时，流到第一电阻加热器13的电流变为零，因而第一电阻加热器13停止产生热量(甚至没有电流流到第二电阻加热器23)。由于不再有热量产生，双金属元件14和第二开关电路21的臂22的温度将降低。关于臂22，它构造成，在温度达到低于70℃时，它恢复其原来形状，并使触头2呈闭合状态。双金属元件既可以由人工复位，也可以在冷却到一选定复位温度时自动复位。因此，诸触头在电动机10的工作停止后处于闭合状态，电动机准备着再次起动。

按照以上所描述的本发明的开关装置，可以用一个简单的装置来进行电动机10的起动和过电流保护。因此，其实用性较高。在这方面要指出，双金属元件14和臂22的激活温度和复位温度仅仅是例子，可以将它们设定在各种不同的温度上。

因此，可以看出，第一开关电路和第二开关电路可紧密地设置在一个外壳中，因而可减少所需的零件数，从而降低开关装置的生产成本。如果需要，可以将图6中所示的电阻元件109用作第二加热器。由于第二开关电路在电动机起动后是处于无源状态，因此流到起动绕组的电流将变为零，从而可有效地操作电动机。加热第二开关电路的臂的电阻加热器的电阻值可以减小，起动电流可以增大，因而可改善电动机的起动特性。

本技术领域的技术人员可以理解，本发明并不局限于这里所示和所讨论的具体实施例。而且，本发明的范围应仅由所附的权利要求书来确定。

Claims (7)

1．一种电动机起动继电器，包括第一和第二开关电路，它们各具有一触头和一热静力学元件，该热静力学元件在被加热至一选定的激活温度时可发生变形，从而将触头从闭合状态转换到打开状态，还包括第一和第二电阻加热器，它们在电流流过时可产生热量，其特征在于，第一开关电路的热静力学元件、第一电阻加热器、第二开关电路的热静力学元件和第二电阻加热器设置成：第一开关电路的热静力学元件由第一电阻加热器加热，第二开关电路的热静力学元件同时由第一和第二电阻加热器加热。

2．如权利要求1所述的电动机起动继电器，其特征在于，第二开关电路与第二电阻加热器串联于一四接头结构中。

3．如权利要求1所述的电动机起动继电器，其特征在于，第二开关电路的热静力学元件在被激活而将触头从闭合状态转换到打开状态时移动接近第一电阻加热器。

4．一种电动机起动继电器和电动机保护器的组合装置，它包括：一壳体，它形成一具有第一和第二开关室的腔室；一设置在第一开关室中的电动机保护器开关，它具有一可以移动成与一第一静止触头相结合和分离的可动接触臂以及一可以根据温度而在凸形轮廓和凹形轮廓之间移动的第一跳闸作用的热静力学元件，该第一跳闸作用的热静力学元件设置成，在因温度升高到一激活温度而变形后，第一跳闸作用的热静力学元件偏压可动接触臂而使其与第一静止触头相分离；一设置在第一开关室中的第一电阻加热器，它与第一热静力学元件呈导热关系；一设置在第二开关室上的电动机起动开关，它具有一第二导电的跳闸作用的热静力学元件，该元件可以根据温度而在凸形轮廓和凹形轮廓之间移动，并具有一自由端，该自由端可以响应于第二热静力学元件的变形而移动成与一第二静止触头相结合和分离，该第二热静力学元件设置成与第一电阻加热器呈导热关系；一设置在第二开关室中的第二电阻加热器，它与第二热静力学元件呈导热关系，第二热静力学元件在移动到自由端与第二静止触头相分离的形状后更靠近第一电阻加热器，从而它们之呈更好的导热关系。

5．如权利要求4所述的电动机起动继电器和电动机保护器的组合装置，其特征在于，它还包括一传动销，该传动销在壳体中设置于电动机保护开关的可动接触臂和第一跳闸作用的热静力学元件之间，用于将动作从第一跳闸作用的热静力学元件传递到可动接触臂。

6．如权利要求4所述的电动机起动继电器和电动机保护器的组合装置，其特征在于，电动机保护开关的可动接触臂与第一电阻加热器串联，第二跳闸作用的热静力学元件与第二电阻加热器串联。

7．如权利要求4所述的电动机起动继电器和电动机保护器的组合装置，其特征在于，第二电阻加热器是一种正温度电阻系数(PTC)元件。

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