CN212163190U - 单相双值电容异步电机的启动保护电路及风扇 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单相双值电容异步电机的启动保护电路及风扇，包括控制器、第一双向可控硅和开关器件，通过利用控制器在所述单相双值电容异步电机通电后，延迟驱动所述开关器件的第一端和第二端断开，使所述第一双向可控硅截止，断开所述启动回路，实现电机启动回路的计时断开。相对于现有技术，本实用新型避免了启动回路无法正常断开，造成副绕组烧坏，影响电机寿命。

Description

单相双值电容异步电机的启动保护电路及风扇

技术领域

本实用新型涉及电机保护领域，尤其是涉及一种单相双值电容异步电机的启动保护电路及风扇。

背景技术

单相双值电容异步电机是指具有启动电容和运转电容的电机，如图1所示，主绕组L1 两端连接220V交流电压的L端和N端，副绕组L2的第一端连接220V交流电压输入端的L端，所述副绕组L2的第二端分别与启动电容C1和运行电容C2的第一端连接，所述运行电容C2的第二端连接220V交流电压的N端，所述离心开关两个触点分别连接所述启动电容 C1的第二端和220V交流电压的N端，其中，启动电容C1主要用于电机启动时提高电机的启动力矩，当电机达到额定转速的75％左右时，由离心开关控制从电机的副绕组断开，当启动电容C1断开后，电机运行一直由运转电容C2陪同运转。

由于现有的离心开关多为机械式离心开关，机械开关的断开与所述单相双值电容异步电机的转速相关，当电机达到一定转速时，离心开关受外力断开。但是，如果电机异常或负载过重等情况导致电机无法在短时间内达到一定转速，离心开关无法断开，电机副绕组将会被很快烧坏，造成电机损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种避免电机启动无法正常断开导致电机损坏的单相双值电容异步电机的启动保护电路及风扇。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种单相双值电容异步电机的启动保护电路，包括：

控制器、第一双向可控硅和开关器件；

所述第一双向可控硅串接在所述单相双值电容异步电机的副绕组和启动电容构成的启动回路中；

所述控制器与所述开关器件的控制端连接，所述开关器件的第一端与所述第一双向可控硅的控制极连接，所述开关器件的第二端接地；

所述控制器用于在所述单相双值电容异步电机通电后，延迟驱动所述开关器件的第一端和第二端断开，使所述第一双向可控硅截止，断开所述启动回路。

可选的，所述开关器件为第一三极管，所述第一三极管的基极与所述控制器连接，所述第一三极管的集电极与所述双向可控硅的控制极连接，所述第一三极管的发射极接地。

可选的，还包括转速传感器和开关电路，所述转速传感器和所述开关电路分别与所述控制器连接；

所述转速传感器用于检测所述单相双值电容异步电机的转速，并发送检测信号至控制器，所述控制器在所述转速异常时，控制所述开关电路断开所述单相双值电容异步电机的供电电路。

可选的，所述开关电路包括第二三极管和第二双向可控硅；

所述第二三极管的基极与所述控制器连接，所述第二三极管的集电极与所述第二可双向控硅的控制极连接，所述第二三极管的发射极接地；

所述第二双向可控硅串接在所述单相双值电容异步电机的供电电源与主绕组构成的供电回路中。

可选的，所述转速传感器包括：测量盘、光线发射器和光敏元件，所述测量盘安装在所述单相双值电容异步电机的转轴上，所述光线发射器和光敏元件设置在所述测量盘两侧或同一侧。

可选的，所述光线发射器和光敏元件设置在所述测量盘两侧，所述测量盘上设有缝隙，所述光敏元件从所述测量盘的缝隙中接收所述光线发射器发出的光线并生成检测信号。

可选的，所述光线发射器和光敏元件设置在所述测量盘同一侧，所述测量盘上设有光线发射区，所述光敏元件接收所述测量盘反射的光线并生成检测信号。

可选的，所述光线发射器为红外线发射器，所述光敏元件为红外线光敏三极管。

本实用新型还提供了一种风扇控制电路，包括单相双值电容异步电机和如上述任一项所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，所述第一双向可控硅串接在所述单相双值电容异步电机的副绕组和启动电容构成的启动回路中。

本实用新型还提供了一种风扇，包括设有容置腔的壳体、扇叶和上述风扇控制电路，所述单相双值电容异步电机安装在所述壳体的容置腔内，所述扇叶安装在所述单相双值电容异步电机的转轴上。

在本实用新型中，通过利用控制器在所述单相双值电容异步电机通电后，延迟驱动所述开关器件的第一端和第二端断开，使所述第一双向可控硅截止，断开所述启动回路，实现电机启动回路的计时断开，避免启动回路无法正常断开，造成副绕组烧坏，影响电机寿命。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1是传统的单相双值电容异步电机启动电路的电路图；

图2是本实用新型一个实施例中的单相双值电容异步电机启动保护电路的电路图；

图3是本实用新型另一个实施例中的单相双值电容异步电机启动保护电路的电路图；

图4是本实用新型另一个实施例中的单相双值电容异步电机启动保护电路的电路图；

图5是本实用新型一个实施例中的RC降压电路的电路图；

图6是本实用新型一个实施例中的一种风扇控制电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和 /或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在 A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

请参阅图2，本实用新型提供了一种单相双值电容异步电机的启动保护电路，包括：

控制器U1、第一双向可控硅BT1和开关器件Q1。

所述第一双向可控硅BT1串接在所述单相双值电容异步电机的副绕组L2和启动电容C1 构成的启动回路中；具体地，所述启动电容C1的一端与所述单相双值电容异步电机的副绕组L2连接，所述启动电容C1的另一端与所述第一双向可控硅BT1的第一极连接，所述第一双向可控硅BT1的第二极与220V交流电源的N端连接，在其它例子中，所述启动电容C1 和所述第一双向可控硅BT1的位置还可以是相反。

所述第一双向可控硅用于在所述单相双值电容异步电机的启动阶段导通所述启动回路，当所述第一双向可控硅的控制极存在触发电压和电流时，所述第一双向可控硅BT1串接在所述单相双值电容异步电机的副绕组L2和启动电容C1构成的启动回路中的第一极和第二极导通，所述启动回路导通。

所述开关器件Q1包括控制端、第一端和第二端，所述控制器U1与所述开关器件的控制端连接，所述开关器件Q1的第一端与所述第一双向可控硅BT1的控制极连接，所述开关器件Q1的第二端接地；所述开关器件用于根据控制端的信号，切换第一端和第二端的导通状态，从而向所述第一双向可控硅的控制极提供导通电流作为触发信号，令所述第一双向可控硅导通。具体的，所述开关器件可以是三极管、继电器或功率管等开关器件。

其中，双向可控硅具有通断速度快、耐压高、寿命长的优点。

所述控制器U1用于在所述单相双值电容异步电机通电后，延迟发出驱动信号至所述开关器件Q1的控制端，以驱动所述开关器件Q1的第一端和第二端断开，令所述第一双向可控硅BT1的控制极的电流为0，所述第一双向可控硅BT1截止，断开所述启动回路。

所述开关器件Q1可以是三极管，也可以是继电器或任一满足上述要求的开关器件。

所述控制器可采用8引脚单片机，所述8引脚单片机在满足本实用新型要求功能外具有成本低、封装小、开发技术难度低的特点。

所述控制器延迟驱动所述开关器件Q1的第一端和第二端断开的延迟时间可根据电机的实际性能或额定转速进行具体设置，所述单相双值电容异步电机上电即开始计时，在设定延迟时间后，驱动所述开关器件Q1的第一端和第二端断开，使所述第一双向可控硅BT1截止，断开所述启动回路。

本实施例的工作原理如下：

当所述单相双值电容异步电机的启动电路通电时，所述开关器件Q1的第一端和第二端导通，所述第一双向可控硅BT1的控制极接收到触发信号时导通，所述启动回路导通，电机启动转速加快，所述控制器U1在设定的延迟时间到达后，驱动所述开关器件Q1的第一端和第二端断开，所述第一双向可控硅BT1的控制极的维持电流为零，所述第一双向可控硅BT1 关断，所述启动回路断开。

在本申请实施例中，控制器在所述单相双值电容异步电机通电后，所述第一双向可控硅导通，所述启动回路导通，电机启动转速加快，所述控制器在延迟时间后延迟驱动所述开关器件的第一端和第二端断开，使所述第一双向可控硅截止，断开所述启动回路，实现电机启动回路的及时断开，避免启动电路无法正常断开，造成副绕组烧坏，影响电机寿命。

请参阅图3，在一个示例性的实施例中，所述单相双值电容异步电机的启动保护电路还包括转速传感器T1和开关电路Q2，所述转速传感器T1和所述开关电路Q2分别与所述控制器U1连接；所述开关电路Q2包括第一端、第二端和第三端，所述第一端与所述控制器连接，所述第二端和第三端分别串接在所述单相双值电容异步电机的供电电路中。

所述转速传感器T1用于检测所述单相双值电容异步电机正常运行后的转速，并发送检测信号至控制器，所述控制器U1在所述转速异常时，发出控制信号至所述开关电路Q2控制所述开关电路的第二端和第三端断开，从而断开所述单相双值电容异步电机的供电电路。

所述转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器，所述转速传感器可以是磁敏式转速传感器、光电式转速传感器、磁电式转速传感器、电容式转速传感器或者变磁阻式转速传感器。在本申请实施例中，所述转速传感器为光电式转速传感器。

所述光电式转速传感器包括：测量盘、光线发射器和光敏元件，所述测量盘安装在所述单相双值电容异步电机的转轴上，所述光线发射器和光敏元件设置在所述测量盘两侧或同一侧。

所述开关电路Q2的第一端接收到控制器U1发出的控制信号时，控制所述第二端和第三端断开连接，从而断开所述单相双值电容异步电机的供电电路。

在一个例子中，如图3所示，所述开关电路Q2包括第二三极管Q20和第二双向可控硅 BT2，所述第二三极管Q20的基极与所述控制器连接，所述第二三极管Q20的集电极与所述第二可双向控硅的控制极连接，所述第二三极管Q20的发射极接地。

在一个示例性的实施例中，所述光线发射器和光敏元件设置在所述测量盘同一侧，所述测量盘上设有光线反射区，所述光敏元件接收所述测量盘反射的光线并生成检测信号。

所述测量盘可以是单相双值电容异步电机转轴上的散热风叶或负载转轮。

所述光线发射器发出的光线受到所述单相双值电容异步电机转轴上的散热风叶或负载转轮的遮挡，所述光敏元件接收所述遮挡后的光线并生成检测信号，其中，所述检测信号可以是电平信号，所述电平信号的高低变化即表示光线受到散热风叶或转轮的遮挡情况，例如，电机转1圈，如果风扇叶有4个扇叶，则该引脚处有4次电平翻转变化。

所述光线发射器可以为红外线发射器，所述光敏元件可以为红外线光敏三极管。所述红外线发射器和红外线光敏三极管可以以平行并排的方式进行安装，其检测距离可根据安装位置进行调整。优选地，所述检测距离在50mm到120mm范围内。

所述控制器可以设置固定时间间隔读取所述转速传感器的检测信号，并与预设的电机转速比较，若读取到的转速值与参数设置值一致，则继续正常运行，如果读到的参数值变小说明电机转速变慢，此时，控制所述开关电路Q2断开所述单相双值电容异步电机的供电电路，以此在电机异常或负载过重导致转速异常时保护电机不会被损坏。

所述固定时间间隔可根据实际需求进行设定，例如，可以为1分钟。

在另一个示例性的实施例中，所述光线发射器和光敏元件也可以设置在所述测量盘两侧，所述测量盘上设有缝隙，所述光敏元件从所述测量盘的缝隙中接收所述光线发射器发出的光线并生成检测信号。

请参阅图4，在一个示例性的实施例中，所述单相双值电容异步电机的启动保护电路包括：红外线发射二极管IPTX、红外线光敏三极管IPRX、控制器U1、第一三极管Q1、第一双向可控硅BT2、第二三极管Q20、第二双向可控硅BT2、电阻R1-R6、电容C3、温度保险丝F1和保险丝F2。

所述红外线发射二极管IPTX和所述红外线光敏三极管IPRX安装在所述单相双值电容异步电机转轴带动的散热风叶或转轮的同一侧，所述红外线发射二极管IPTX发出的红外线受到散热风叶或转轮遮挡反射，所述红外线光敏三极管IPRX用于接收所述反射红外线并生成检测信号。

所述红外线发射二极管IPTX的正极通过电阻R6连接5V电源，所述红外线发射二极管 IPTX的负极接地；所述红外线光敏三极管IPRX的第一端接地，第二端分别连接电阻R5的第一端和控制器U1的PA7端，所述电阻R5的第二端连接5V电源。

所述控制器U1的VSS端接地，所述控制器U1的VDD端分别连接5V电源和电容C3 的第一端，所述电容C3的第二端接地；所述控制器U1的PA1端连接电阻R1的第一端，所述控制器U1的PA2端连接电阻R3的第一端。

所述电阻R1的第二端分别与所述第一三极管Q1的基极和电阻R2的第一端连接，所述第一三极管Q1的集电极分别与5V电源和所述第一双向可控硅BT1的控制极连接，所述第一三极管Q1的发射极接地；所述电阻R2的第二端接地。

所述电阻R3的第二端分别与所述第二三极管Q20的基极和电阻R4的第一端连接，所述电阻R4的第二端接地；所述第二三极管Q20的集电极分别与5V电源和所述第二双向可控硅 BT2的控制极连接，所述第一三极管Q2的发射极接地。

所述第一双向可控硅BT1的第一极与所述启动电容C1的第一端连接，所述第一双向可控硅BT1的第二极分别与运行电容C2的第一端、主绕组L1的第一端和所述第二双向可控硅 BT2的第一极连接，所述副绕组L2的第一端分别与所述启动电容C1的第二端和所述运行电容C2的第二端连接，所述副绕组L2的第二端通过温度保险丝F1连接220V交流电源的火线；所述第二双向可控硅BT2的第二极通过保险丝F2连接220V交流电源的零线。

其中，所述电阻R1-R6的阻值分别为22KΩ、10KΩ、22KΩ、10KΩ、10KΩ、33Ω，所述电容C3的容值为0.1uf。

本实用新型实施例中所述单相双值电容异步电机的启动保护电路的工作过程如下：

当所述单相双值电容异步电机的启动电路通电时，所述三极管Q1和Q20的第一端和第二端导通，所述第一双向可控硅BT1和第二双向可控硅BT2的控制极接收到触发信号导通，所述启动回路导通，电机在启动电容的作用下加速启动，电机转轴带动的散热风叶或负载转轮由静止状态加速转动，此时，所述红外线发射二极管IPTX发出的红外线受到散热风叶或转轮遮挡反射，所述红外线光敏三极管IPRX接收所述反射红外线并生成电平信号发送至控制器，所述控制器U1根据所述高低电平信号变化判断电机转速是否变慢，并控制所述第二三极管截止，从而控制所述双向可控硅BT2截止，电机断电停止工作。所述控制器U1在延迟时间后，驱动所述三极管Q1的第一端和第二端断开，所述第一双向可控硅BT1的控制极的维持电流为零，所述第一双向可控硅BT1关断，所述启动回路断开。

请参阅图5，在一个示例性的实施例中，所述单相双值电容异步电机的启动保护电路还 RC降压电路，所述RC降压电路包括：保险丝F3、电阻R7-R9、二极管D1-D2、降压电容C4、电容C5-C6、电解电容C7-C8、稳压管ZD。

所述保险丝F3的第一端连接220V交流电源的火线，第二端分别与电阻R7的第一端和降压电容C4的第一端连接；所述电阻R7的第二端与所述电阻R8的第一端连接；

所述二极管D1的正极分别与降压电容C4的第二端、电阻R8的第二端和二极管D2的负极连接，所述二极管D1的负极与220V交流电源的零线连接。

所述二极管D2的正极分别与电解电容C7的负极、电容C5的第一端和电阻R9的第一端连接，所述电阻R9的第二端接地。

所述电解电容C7的正极、电容C5的第二端、稳压管ZD的负极、电解电容C8的正极、和电容C6的第一端连接220V交流电源的零线，所述稳压管ZD的正极、电解电容C8的负极和电容C6的第二端接地。

所述RC降压电路将220V交流电源先整流稳压为直流8.5V，再利用稳压管降压为5V直流单元供其它电路使用，所述RC降压电路具体成本低、体积小的特点，利用稳压管降压使得所述RC降压电路输出电压更加稳定、降低干扰纹波，提高电路的可靠性。

请参阅图6，本实用新型还提供了一种风扇控制电路600，包括单相双值电容异步电机 610和如上述任一项所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路620，所述第一双向可控硅串接在所述单相双值电容异步电机610的副绕组和启动电容构成的启动回路中。

本实用新型还提供了一种风扇，包括设有容置腔的壳体、扇叶和上述风扇控制电路，所述单相双值电容异步电机安装在所述壳体的容置腔内，所述扇叶安装在所述单相双值电容异步电机的转轴上。

本实用新型利用红外线发射二极管和红外线光敏三极管检测电机转速并发出检测信号，控制器根据该检测信号判断电机转速是否异常，并控制第二三极管和所述第二双向可控硅截止，断开所述单相双值电容异步电机的供电电路，使得电机自动断电，实现电机的转速异常保护。另外，本实用新型还通过利用控制器在所述单相双值电容异步电机通电后，延迟时间后驱动所述开关器件的第一端和第二端断开，使所述第一双向可控硅截止，断开所述启动回路，实现电机启动的计时断开，避免了在电机启动异常转速变慢的情况下，机械式离心开关不能及时断开启动回路，导致电机副绕组线圈烧毁的情况，提高电机的使用寿命和安全性能。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种单相双值电容异步电机的启动保护电路，其特征在于，包括：

控制器、第一双向可控硅和开关器件；

所述第一双向可控硅串接在所述单相双值电容异步电机的副绕组和启动电容构成的启动回路中；

所述控制器与所述开关器件的控制端连接，所述开关器件的第一端与所述第一双向可控硅的控制极连接，所述开关器件的第二端接地；

所述控制器用于在所述单相双值电容异步电机通电后，延迟驱动所述开关器件的第一端和第二端断开，使所述第一双向可控硅截止，断开所述启动回路。

2.根据权利要求1所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，其特征在于：所述开关器件为第一三极管，所述第一三极管的基极与所述控制器连接，所述第一三极管的集电极与所述双向可控硅的控制极连接，所述第一三极管的发射极接地。

3.根据权利要求1所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，其特征在于：还包括转速传感器和开关电路，所述转速传感器和所述开关电路分别与所述控制器连接；

所述转速传感器用于检测所述单相双值电容异步电机的转速，并发送检测信号至控制器，所述控制器在所述转速异常时，控制所述开关电路断开所述单相双值电容异步电机的供电电路。

4.根据权利要求3所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，其特征在于：所述开关电路包括第二三极管和第二双向可控硅；

所述第二三极管的基极与所述控制器连接，所述第二三极管的集电极与所述第二可双向控硅的控制极连接，所述第二三极管的发射极接地；

所述第二双向可控硅串接在所述单相双值电容异步电机的供电电源与主绕组构成的供电回路中。

5.根据权利要求3所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，其特征在于：

所述转速传感器包括：测量盘、光线发射器和光敏元件，所述测量盘安装在所述单相双值电容异步电机的转轴上，所述光线发射器和光敏元件设置在所述测量盘两侧或同一侧。

6.根据权利要求5所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，其特征在于：所述光线发射器和光敏元件设置在所述测量盘两侧，所述测量盘上设有缝隙，所述光敏元件从所述测量盘的缝隙中接收所述光线发射器发出的光线并生成检测信号。

7.根据权利要求5所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，其特征在于：所述光线发射器和光敏元件设置在所述测量盘同一侧，所述测量盘上设有光线发射区，所述光敏元件接收所述测量盘反射的光线并生成检测信号。

8.根据权利要求6或7所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，其特征在于：所述光线发射器为红外线发射器，所述光敏元件为红外线光敏三极管。

9.一种风扇控制电路，其特征在于：包括单相双值电容异步电机和如权利要求1-8任一项所述的单相双值电容异步电机的启动保护电路，所述第一双向可控硅串接在所述单相双值电容异步电机的副绕组和启动电容构成的启动回路中。

10.一种风扇，其特征在于：包括设有容置腔的壳体、扇叶和如权利要求9所述的风扇控制电路，所述单相双值电容异步电机安装在所述壳体的容置腔内，所述扇叶安装在所述单相双值电容异步电机的转轴上。

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