CN2048646U - 单相电动机起动保安装置 - Google Patents

Abstract

一种新颖的带起动绕组的单相电动机起动和保安装置，它既作为单相电动机的起动器，又兼作单相电动机过载或漏电的保安器。

三相异步电动机保安器已屡见不鲜，但是单相电动机的过载保护和漏电保护装置尚属空白，本实用新型装置集单相电动机起动、过载检测及保护、漏电检测及保护多种功能于一体，以保障单相电动机可靠运行，保障用户的人身安全。电动机装置抛弃了传统的机械式离心开关，采用电子电路的形式，并力求结构简单，造价低廉，并较好地解决了这些问题。本装置特别适用于带起动绕组的单相潜水电泵。

Description

本实用新型为一种带起动绕组的单相电动机的起动和保安装置（以下简称装置），它既作为单相电动机的起动器，又兼作单相电动机过载或漏电的保安器。

众所周知，有一种单相电动机有一个作起动用的副绕组。起动时，电动机的主绕组和副绕组均通电。起动后，当电动机转速过到额定转速的80％时，副绕组断开电源，电动机依靠主绕组通电运行。目前副绕组断电是依靠机械式离心开关的甩开来实现的。但机械式离心开关断电不甚可靠，且电动机由于堵转或欠电压运行导致转速下降，被甩开的离心开关有可能重新闭合，造成副绕组长时间通电、主绕组严重过载而烧坏。据统计，单相潜水电泵损坏多系此种原因造成。另外，单相电动机的过载检测及保护，单相电动机漏电检测及保护，似乎还是个空白，目前至少在国内尚未见到有这样的产品应市。

本实用新型装置旨在集单相电动机的起动，过载检测及保护，漏电检测及保护诸种功能于一体，以保障设备可靠运行，保障用户人身安全。装置抛弃了传统的机械式离心开关和热继电保护器，采用电子电路的形式，并力求结构简单，造价低廉。

附图1～附图4是本实用新型装置的四个实施例，图1和图2是采用分立器件的，图3和图4是采用集成电路的，图1和图3的执行元件采用双向晶闸管，图2和图4的执行元件采用继电器。以下结合实施例来叙述它的工作原理。

装置的电子电路由三部分组成：第一部分为低压直流电源部分，第二部分为副绕组控制电路部分，第三部分为主绕组控制电路部分。

在图1中，第一部分低压直流电源部分，（B）是隔离变压器，提供低压交流电源，（B）的初级绕组接220V交流电源，（B）的次级绕组接一个由二极管（1D1）～（1D4）组成的整流桥，再经过电容器（1C1）滤波和电阻（1R1）、稳压管（1D5）简单稳压后得到12V的直流电源作为第二、三两部分的工作电源，设其正极为（5），负极为（6）。当然采用集成三端稳压器7812来代替（1R1）和（1D5）稳压得到12V的直流电源也是可行的。

在第二部分副绕组控制电路中，双向晶闸管（2KBG）的阴极和220V交流电源的一端（1）相连接，（1）端不论是零线或相线均可。（2KBG）的阳极与副绕组（3）相连接，它是控制副绕组通电或是断电的执行元件。当然若用继电器来代替（2KBG）作为执行元件也是可行的。

在第三部分主绕组控制电路中，双向晶闸管（3KBG）的阴极同样连接220V交流电源（1）端，其中并穿过电流互感器（LG1），（LG1）是拾取过载信号的传感器。（3KBG）的阳极连接主绕组（4），它是控制主绕组通电或是断电的执行元件。同样（3KBG）也可由继电器来代替220V交流电源的另一端（2）还穿过零序电流互感器（LG2）和电动机连接，（IG2）是拾取漏电信号的传感器。

在第二部分副绕组控制电路中，电流互感器（LG1）的线圈两端（6）（7）跨接着负载电阻（2R1），其中（6）端接低压直流电源的负极，（7）端连接着二极管（2D1）的阳极，（2D1）的阴极（8）连接着电阻（2R2）和电容器（2C1）的一端，（2C1）的另一端接低压直流电源的负极（6），（2R2）的另一端（9）连接着电阻（2R3）和电阻（2R4）的一端，（2R3）的另一端接（6），（2R4）的另一端接稳压管（2D2）的阴极，（2D2）的阳极连接着三极管（2BG1）的基极，（2BG1）的发射极接（6），（2BG1）的集电极连接着电阻（2R5）和（2R6）的一端，（2R5）的另一端接低压直流电源正极（5），（2R6）的另一端接二极管（2D3）的阳极，（2D3）的阴极连接着三极管（2BG2）的基极（10），（2BG2）的发射极接（6），（2BG2）的集电极连接着电阻（2R7）和（2R8）的一端，（2R7）的另一端接（5），（2R8）的另一端连接着三极管（2BG3）的基极，（2BG3）的发射极通过电阻（2R9）与（6）端相连接，（2BG3）的集电极连接双向晶闸管（2KBG）的门极，（2KBG）的阴极还与直流电源的正极（5）相连接。

在第三部分主绕组控制电路中，零序电流互感器（LG2）的线圈一端连接低压直流电源的负极（6），（LG2）的线圈另一端（11）连接着二极管（3D1）的阳极，（3D1）的阴极（12）与（6）端之间跨接着负载电阻（3R1）和电容器（3C1），二极管（3D3）的阴极和电阻（3R2）的一端以及三极管（3BG1）的基极均连接着（12）端，（3R2）的另一端连接着稳压管（3D2）的阳极，（3D2）的阴极连接第二部分的（9）端。（3BG1）的发射极通过电阻（3R4）连接（6），（3BG1）的集电极连接着电阻（3R3）和（3R5）的一端，（3R3）的另一端连接直流电源的正极（5），（3R5）的另一端连接三极管（3BG2）的基极，（3BG2）的发射极连接着（6），（3BG2）的集电极与电阻（3R6）和电阻（3R7）的一端相接；（3R6）的另一端连接直流电源正极（5），（3R6）的另一端（13）连接着二极管（3D4）的阳极和二极管（3D3）的阳极以及电阻（3R8）的一端，（3D4）的阴极和第二部分的三极管（2BG2）的基极（10）相连接。（3R8）的另一端和三极管（3BG3）的基极相连接，（3BG3）的发射极接（6），（3BG3）的集电极连接着电阻（3R11）和（3R12）的一端，（3R11）的另一端接直流电源正极（5），（3R12）的另一端连接三极管（3BG4）的基极，（3BG4）的集电极与双向晶闸管（3KBG）的门极相连接，（3KBG）的阴极还与直流电流的正极（5）相连接。（3BG4）的发射极连接着电阻（3R13）和（3R14）的一端，（3R14）的另一端接（6），（3R13）的另一端和二极管（3D6）的阳极相连接，（3D6）的阴极连接着电容器（3C2）的一端和二极管（3D5）的阳极，（3C2）的另一端接（6），（3D5）的阴极（13）连接着电阻（3R9）和（3R10）的一端，（3R10）的一端接（6），（3R9）的另一端连接着第二部分三极管（2BG2）的基极（10）。若电阻（3R13）的一端不与（3BG4）的发射极相连，而直接接到直流电源正极（5）上也是可以的。

单相电动机起动电流大约为正常运行电流的数倍，故在起动时电流互感器（LG1）上瞬时感生出大的交流电压信号，该信号由二极管（2D1）作半波整流，电容器（2C1）滤波，电阻（2R2）和（2R4）降压后并使稳压管（2D2）击穿，接着使三极管（2BG1）饱和导通，（2BG1）的集电极为低电平，该低电平经过电阻（2R6）和二极管（2D3）耦合到三极管（2BG2）的基极，使得（2BG2）截止，（2BG2）的集电极为高电平，该高电平经过电阻（2R8）耦合到三极管（2BG3）的基极，（2BG3）饱和导通，双向晶闸管（2KBG）流过触发电流，（2KBG）被触发导通，电动机的副绕组得电。

起动时，（LG1）感生出来的大电压信号同样从副绕组控制电路的（9）端击穿稳压管（3D2）加到三极管（3BG1）的基极，但由于没有电阻（3R2）和电容器（3C1）组成的延时电路的作用，使得在起动大电流时刻三极管（3BG1）的基极仍为低电平，于是（3BG1）处于截止状态，三极极（3BG2）处于饱和导通状态，三极管（3BG4）亦饱和导通，双向晶闸管（3KBG）的门极流过触发电流，（3KBG）被触发导通，电泵的主绕组得电，这样电泵就能正常起动。

由于（3R2）与（3C1）时间常数选择适当，在起动大电流持续时间内，始终保证（3BG1）的基极电位几乎为零电平。起动瞬时大电流过去之后电流互感器（LG1）上感生出来的小电压信号，该信号不足以击穿稳压管（3D2），故三极管（3BG1）～（3BG4）仍然维持起动时的状态，（3KBG）依然导通，主绕组维持得电继续运行。而此时，（LG1）上感生出来的小电压信号也不足以击穿稳压管（2D2）使得（2BG1）由导通变为截止，（2BG2）由截止变为导通，（2BG3）由导通变为截止，双向晶闸管（2KBG）门极失去触发电流在交流电过零后关断，切断了副绕组的电源，电动机靠主绕组正常运行。

若电动机处过载状态，电流互感器（LG1）上长时间感生出较大的电流信号，流经2R2和2R3后，（9）点将产生较大的电压信号，（3R1）和（3C1）延时电路也不能限制（3BG1）的基极电位始终为低电平，这时较大的电压信号击穿稳压管（3D2）加在（3BG1）的基极上，使（3BG1）变为导通，（3BG2）变为截止，（3BG3）亦变为导通，双向晶闸管（3KBG）失去触发电流在交流电过零后关断，这样就切断了主绕组的电源。由于（3BG2）截止，（3BG2）的集电极为高电平，故（13）点亦为高电平，该高电平经过二极管（3D3）反馈到（3BG1）的基极上，以维持电动机在过载状态下（3BG1）可靠地导通以至（3KBG）可靠地关断。同时（13）点的高电平也通过二极管（3D4）加在副绕组控制电路的三极管（2BG2）的基极（10），使（2BG2）维持导通，（2BG3）维持截止，（2KBG）维持关断状态，以保证副绕组不会因电动机处于过载状态副绕组重新得电。

若电动机正常运行过程中有瞬时过载的现象，由于（3R2）、（3C1）延时作用，使得主绕组控制电路的状态并不改变，主绕组依然通电。在正常运行时流过（3BG4）的电流通过（3R13）和（3D6）已向（3C2）充满了电，虽然副绕组控制电路由于瞬时大电流感生出大的信号电压使三极管（2BG1）导通，使（10）点的电平下降，但（3C2）通过（3D5），（3R9）向（2BG2）的发射结放电，维持（10）点高电平状态，这样（2KBG）仍然维持关断状态，副绕组仍然不会重新得电。瞬时过载属于正常现象，电动机仍然正常运行。

二极管（2D3）起隔离作用，避免将（13）点的高电平加到三极管（2BG1）的集电极而影响（2BG1）的正常工作状态，二极管（3D4）也起隔离作用，避免将（2BG1）的集电极高电平引到（3BG3）的基极而破坏主绕组控制电路正常工作时的逻辑关系。

零序电流互感器（LG2）在电动机正常运行时的合成感生电压为零，若电动机对地漏电，（LG2）上合成感生电流不再为零，该电流经过二极管（3D1）作半波整流，（3C1）滤波后流经（3R1）将产生电压信号加在三极管（3BG1）的基极上，使（3BG1）导通，（3BG2）截止，（3BG3）亦导通，（3BG4）亦截止，双向晶闸管（3KBG）失去触发电流而关断，切断了主绕组的电源，此时副绕组如过载情况分析一样，副绕组依然维持失电状态，这时整个电动机的交流电源被切断，起到了保护电动机的作用。

若用继电器来代替双向可控硅（2KBG）和（3KBG）作为控制副绕组和主绕组通电或断电的执行元件的实施例如图2所示，在图2中，（2J）是控制副绕组通电或断电的执行元件，其常开触点（2J1）串联在副绕组的回路（3）和（15）之间，（2J）的线包并联一个二极管（2D4）接在直流电源正极（5）和三极管（2BG3）的集电极之间，注意（2D4）的阴极应和（5）端相连接。（3J）是控制主绕组通电或断电的执行元件，其常开触点（3J1）串联在主绕组的回路（4）和（15）之间，（3J）的线包并联一个二极管（3D7）接在直流电源正极（5）和三极管（3BG4）的集电极之间，也要注意（3D7）的阴极应和（5）端相连接。该实施例的优点是将强电部分和弱电部分完全隔离开来，更为安全。

附图4是采用集成电路和继电器作为执行元件的实施例，它的低压直流电源仍然是由变压器（B）取得低压交流源后由（1D1）～（1D4）整流桥整流，由集成三端稳压器7812稳压后取得的。设其正极为（5），负极为（6）。在副绕组控制电路中，仍由电流互感器（LG1）拾取过载信号。（LG1）的线圈两端（6）、（7）跨接着负载电阻（2R1），其中（6）接低压直流电源的负极，（7）端连接着二极管（2D1）的阳极，（2D1）的阴极（8）连接着二极管（2D5）的阳极和电阻（2R2）的一端，（2R2）的另一端（9）连接着电阻（2R3）的一端和稳压管（2D6）的阴极以及非门（FM1）的输入端，（2R3）的另一端和（2D6）的阳极均接（6）。（FM1）的输出端连接着或非门（HM1）的一个输入端，（HM1）的输出端连接电阻（2R8）的一端，（2R8）的另一端连接着三极管（2BG3）的集极，（2BG3）的发射极接（6），（2BG3）的集电极接继电器（2J）的线包一端和二极管（2D4）的阳极，（2J）的线包另一端和（2D4）的阴极均接低压直流电源的正极（5）。

在主绕组控制电路中，零序电流互感器（LG2）的线圈一端连接低压直流电源的负极（6），（LG2）的另一端（11）连接着二极管（3D1）的阳极，（3D1）的阴极（12）与（6）之间跨接着电阻（3R1）、电容器（3C1）和稳压管（3D8），其中（3D8）的阳极接（6），（12）还连接着或非门（HM2）的一个输入端和电阻（3R2）的一端，（3R2）的另一端连接着二极管（2D5）的阴极。（HM2）的输出端连接非门（FM2）的输入端，（FM2）的输出端（16）连接着（HM2）的另一个输入端和非门（FM3）的输入端，（FM3）的输出端连接着电阻（3R12）的一端，（3R12）的另一端连接着三极管（3BG4）的基极，（3BG4）的发射极接（6），（3BG4）的集电极连接着继电器（3J）的线包一端和二极管（3D7）的阳极，（3J）的线包另一端和（3D7）的阴极连接低压直流电源的正极（5）。电阻（3R13）的一端连（5），（3R13）的另一端（17）和（6）之间跨接着电容器（3C2）和继电器（3J）的常闭触点（3J2），（17）还连接着或非门（HM1）的另一个输入端。

交流220V电源的一线与电动机的副绕组和主绕组的公共点相连，继电器（2J）的常开触点（2J1）串联在副绕组（3）和220V电源的另一线（15）之间，继电器（3J）的常开触点（3J1）串联在主绕组（4）和（15）之间。

起动时，（LG1）感应出大的电压信号由（2D1）整流（2C1）滤波在（9）的分压并由稳压管（2D6）限幅使非门（FM1）的输入端为高电平，（FM1）的输出为低电平，（HM1）的输入为低电平，由于（3R13）和（3C2）组成的延时电路的时间常数选择适当，也同样保证在起动的短时间内保持（17）点为低电平，这样（HM1）的输出为高电平，使得三极管（2BG3）导通，继电器（2J）吸合，常开触点（2J1）闭合电动机副绕组得电。

起动时，（LG1）感生的大电压信号同样通过二极管（2D5），电阻（3R2）加到或非门（HM2）的一个输入端，但由于（3R2）和（3C1）组成延时电路在起动的短时间内始终保持（12）点为低电平，故（HM2）的输出为高电平。非门（FM2）的输入为高电平，输出端（16）为低电平，这样（HM2）的两个输入端均为低电平。非门（FM3）输入为低电平，输出为高电平，使得三极管（3BG4）导通，继电器（3J）吸合，常开触点（3J1）闭合，电动机主绕组得电运行。

电动机正常运行时，（LG1）感生出小的电压信号，使（9）点的电位为低电平，这样（FM1）的输出为高电平，（HM1）的输出为低电平，（2BG3）截止，（2J）失电，（2J1）断开，副绕组失电，还由于电容器（3C2）充满了电，（17）点维持高电平，（HM1）的输出端保持为低电平，以保证电动机在正常运行或瞬时过载时（2J）维持失电状态，这样使副绕组处于失电状态。

若电动机长时间过载，（3R1）和（3C1）的延时作用已不能保证（12）点始终为低电平，（12）点一旦变为高电平，（HM2）的输出为低电平，（FM2）的输出（16）为高电平，使（HM2）的另一输入端始终维持高电平，（FM3）的输出为低电平，使得（3BG4）截止，（3J）失电，（3J1）断开，切断主绕组电源，保护了电动机。

若处漏电状态，零序电流互感器合成感生电压不再为零，这时（12）点为高电平，与过载分析相同主绕组的电源将被切断，同时（12）点的高电平由于二极管（2D5）的隔离作用不会影响副绕组控制电路，副绕组也不会重新得电，这样就切断了电动机的电源。

（3J2）常闭触点的作用是使（3C2）迅速放电，以避免频繁起动时存在起不动的问题。（3J2）也可由一个电阻（3R15）代替。

当用双向晶闸管作为执行元件时双向晶闸管（2KBG）和（3KBG）的门极触发限流电阻（2R9）和（3R14）既可接在三极管（2BG3）和（3BG4）的发射极，也可以接在三极管（2BG3）和（3BG4）的集电极。如图1和图3所示的那样。

本实用新型的印刷电路板可以设计得很小，元件焊接完毕后可以固定在一个注塑小盒内，作为单相电动机的一个附件供用户使用。

Claims (7)

1、一种具有起动、过载保护和漏电保护多种功能的单相电动机起动保安装置，其特征在于：它是由低压直流电源部分、副绕组控制电路部分和主绕组控制电路部分三部分组成；其中低压直流电源部分是以隔离变压器(B)输出低压交流电经整流、滤波及稳压后提供低压直流电源给副绕组控制电路和主绕组控制电路作为工作电源；以电流互感器(LG1)作为拾取过载信号的传感器，以零序电流互感器(LG2)作为拾取漏电信号的传感器；以双向晶闸管或继电器来作为控制主绕组和副绕组通电或断电的执行元件。

2、如权利要求1所述的单相电动机起动保安装置，其特征在于：电流互感器（LG1）和零序电流互感器（LG2）穿过的单相交流电源线既可以是相线也可是零线。

3、如权利要求1所述的单相电动机起动保安装置，其特征在于：副绕组控制电路中，电流互感器（LG1）的线圈（6）、（7）两端跨接着负载电阻（2R1），其中（6）接低压直流电源的负极，（7）接二极管（2D1）的阳极，（2D1）的阴极（8）接电阻（2R2）和电容（2C1）的一端，（2C1）的另一端接（6），（2R2）的另一端（9）接电阻（2R4）和（2R3）的一端，（2R3）的另一端接（6），（2R4）的另一端接稳压管（2D2）的阴极，（2D2）的阳极接三极管（2BG1）的基极，（2BG1）的发射极接（6），（2BG1）的集电极接电阻（2R5）和电阻（2R6）的一端，（2R5）的另一端接低压直流电源的正极（5），（2R6）的另一端接二极管（2D3）的阳极，（2D3）的阴极（10）接三极管（2BG2）的基极，（2BG2）的发射极接（6），（2BG2）的集电极接电阻（2R7）和电阻（2R8）的一端，（2R7）的另一端接（5），（2R8）的另一端接三极管（2BG3）的基极，以（2BG3）的集电极电流来驱动执行元件双向晶闸管（2KBG）或继电器（2J）

4、如权利要求1所述的单相电动机起动保安装置，其特征在于：主绕组控制电路中，零序电流互感器（LG2）的线圈一端连接低压直流电源的负极（6），（LG2）的线圈另一端（11）连二极管（3D1）的阳极，（3D1）的阴极（12）与（6）端之间跨接着负载电阻（3R1）和电容器（3C1），二极管（3D3）的阴极和电阻（3R2）的一端以及三极管（3BG1）的基极均连接着（12）端，（3R2）的另一端连稳压管（3D2）的阳极，（3D2）的阴极连着副绕组控制电路的（9）端，（3BG1）的发射极通过电阻（3R4）连接（6），（3BG1）的集电极连接电阻（3R3）和电阻（3R5）的一端，（3R3）的另一端连（5），（3R5）的另一端连接三极管（3BG2）的基极，（3BG2）的发射极接（6），（3BG2）的集电极接电阻（3R6）和电阻（3R7）的一端，（3R6）的另一端接（5），（3R7）的另一端（13）连二极管（3D3）的阳极和二极管（3D4）的阳极以及电阻（3R8）的一端，（3D4）的阴极连接副绕组控制电路中三极管（2BG2）的基极（10），（3R8）的另一端连三极管（3BG3）的基极，（3BG3）的发射极接（6），（3BG3）的集电极接电阻（3R11）和电阻（3R12）的一端，（3R11）的另一端接（5），（3R12）的另一端接三极管（3BG4）的基极，（3BG4）的发射极连接电阻（3R13）和电阻（3R14）的一端，（3R14）的另一端接（6），（3R13）的另一端接二极管（3D6）的阳极，（3D6）的阴极接电容器（3C2）的一端和二极管（3D5）的阳极，（3C2）的另一端接（6），（3D5）的阴极（14）接电阻（3R10）和电阻（3R9）的一端，（3R10）的另一端接（6），（3R9）的另一端接副绕组控制电路中的三极管（2BG2）的基极（10）；三极管（3BG4）的集电极电流驱动执行元件双向晶闸管（3KBG）或继电器（3J）。

5、如权利要求1所述的单相电动机起动保安装置，其特征在于：副绕组控制电路亦可用若干门电路代替分立器件，具体为二极管（2D5）的阳极接（8）点，非门（FM1）的输入端和稳压管（2D6）的阴极接（9），（FM1）的输出端接或非门（HM1）的一个输入端，（HM1）的输出端通过电阻（2R8）驱动三极管（2BG3）。

6、如权利要求1所述的单相电动机起动保安装置，其特征在于：主绕组控制电路亦可用若干门电路代替分立器件，具体为二极管（2D5）的阴极连接电阻（3R2）的一端，（3R2）的另一端（12）连接稳压管（3D8）的阴极和或非门（HM2）的一个输入端，（3D8）的阳极接（6），（HM2）的输出端接非门（FM2）的输入端，（FM2）的输出端（16）连接（HM2）的另一个输入端和非门（FM3）的输入端，（FM3）的输出端通过电阻（3R12）驱动三极管（3BG4）；电阻（3R13）的一端连接（5），（3R13）的另一端（17）连接或非门（HM1）的另一个输入端，在（17）和（6）之间还跨接着电容（3C2）和继电器（3J）的常闭触点（3J2），其中（3J2）也可由一个电阻（3R15）代替。

7、如权利要求1所述的单相电动机起动保安装置，其特征在于：采用分立器件时电阻（3R13）接于三极管（3BG4）发射极的那一端可以改接到低压直流电源的正极（5）。

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