專利名稱：用于啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單相感應(yīng)電機(jī)，具體地說，是涉及一種單相感應(yīng)電機(jī)的電子啟動裝置。
單相電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)異而且穩(wěn)定而被廣泛使用在工作在較低電壓下的許多家用電器如電冰箱的真空壓縮機(jī)、洗衣機(jī)馬達(dá)、電扇以及一些工業(yè)電器中。
單相電機(jī)主要由一個鼠籠形定子和一個繞有線圈的轉(zhuǎn)子構(gòu)成;一般有二個繞組，一個為主繞組，另一個為啟動繞組。
當(dāng)一個交流電壓只加到單相感應(yīng)電機(jī)的主繞組上時，只在固定的空間內(nèi)產(chǎn)生一個幅度交變的磁場，而這個磁場卻不會產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的任何轉(zhuǎn)矩。
因此，必須產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場使轉(zhuǎn)子以上述的靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)啟動。這樣的旋轉(zhuǎn)磁場可以通過往啟動繞組中輸入一個與主繞組中的電流時間上盡可能相差90°相位的電流的方法來產(chǎn)生。啟動繞組相對于主繞組的電流相位角可以通過給啟動繞組指定一個高于主繞組的功率因數(shù)或者通過它裝一個與啟動繞組串聯(lián)連接的外阻抗(該阻抗通常為一個電阻器或一個電容器)的方法來實現(xiàn)。
因此，有必要安裝一個與啟動繞組電路串聯(lián)的、使之與電源瞬時接通直至轉(zhuǎn)子達(dá)到一個與電源接近同步的速度為止的裝置來實現(xiàn)啟動。
在效益要求很高的那些電機(jī)中，啟動繞組在啟動之后并不與電壓源完全斷開，而是由一個電容器保持與電源串聯(lián);這個運行電容器或者叫永久電容器此時只允許一個與啟動期間的電流小得多的電流流動，使電機(jī)處于一種雙相位饋入狀態(tài)，這樣能增大電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，從而提高它的效益。
在具有上述結(jié)構(gòu)的電機(jī)中使用一個永久電容器，這在專利文獻(xiàn)PI201、210中已得到描述，該文獻(xiàn)中還包括一個具有正溫度系數(shù)PTC的電阻器。這個裝置與啟動繞組串聯(lián)連接，在室溫下具有很小的電阻，因此在啟動期間能允許較大的電流流過;過了一段預(yù)定時間后，由于其自身的熱效應(yīng)，該裝置的電阻將變得很大，實際上相當(dāng)于開路。電機(jī)運行正常時，在PTC上的電壓很高，該電阻保持在熱狀態(tài)，因此將消耗1.5至5瓦或者更高一些的功率，具體數(shù)值取決于結(jié)構(gòu)形式及室溫高低。這樣，在整個電機(jī)運行期間由PTC擴(kuò)充的功率將使效率下降，這是人們所不希望的。
另一種已知的啟動裝置是電流繼電式裝置，該裝置在主繞組中的電流很高時才使啟動繞組電路接通。雖然這是一個非常簡單的裝置，在電機(jī)正常工作期間也不消耗任何電力，但是，它還是不理想，理由是在具有一個永久電容器的結(jié)構(gòu)中它不能使用。造成這一事實的原因是中繼所固看的延遲會使觸點在電機(jī)加電之后馬上閉合，而此刻這個永久電容器已經(jīng)積累了相當(dāng)多的電力，而且這些電力在繼電器閉合時會損耗掉同時很快地使繼電器損壞。
美國專利4，605，888中描述了另一種啟動裝置，其中包括一個使用TRIAC的電子電路。雖然在電機(jī)正常運行時它只消耗少量的電力，但是也不能與永久電容器一起使用。
本發(fā)明的總目標(biāo)是提供一種啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能與永久電容器一起使用的用于啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種在額定運行狀態(tài)下不消耗大量電能的啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可以與永久電容器、啟動電容器或者任何的其他與啟動繞組串聯(lián)的阻抗一起使用的啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路。
本發(fā)明還有一個目的是提供一個通過使用一個簡單且成本很低的電路來克服先有技術(shù)中的上述缺點的啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路。
本發(fā)明的上述目的由一種用于啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路來實現(xiàn)，上述的電機(jī)包括一個鼠籠形轉(zhuǎn)子和一個具有至少一個主繞組和一個啟動繞組的定子，一個與上述的啟動繞組串聯(lián)連接的永久電容器，具有第一、第二二個端子的交流電源，上述的主繞組與上述的交流電源的端子串聯(lián)相連，永久電容器和啟動繞組并聯(lián)連至上述端子。根據(jù)本發(fā)明的電子電路包括一個TRIAC(三端雙向可控硅開關(guān))，其第一端與交流電源的第一端相連，第二端與啟動繞組和永久電容器相連，還有一個GATE端(G);一個與第二端以及TRIAC的GATE端相連的TRIAC觸發(fā)器電路(C1，R1);一個雙向開關(guān)，它具有控制端并與上述的GATE端及TRIAC的第一端相連;一個計時電路，該電路與上述雙向開關(guān)的控制端、上述交流電源的第一和第二端相連;上述的計時電路通過使雙向開關(guān)導(dǎo)通來確定從電機(jī)加電至TRIAC導(dǎo)通中斷的時間，當(dāng)雙向開關(guān)被上述計時器電路(TP)保持在截止?fàn)顟B(tài)時TRIAC觸發(fā)電路在每個電流半周期開始時都將重復(fù)地觸發(fā)TRIAC，使之處于導(dǎo)通狀態(tài)。
與現(xiàn)有的啟動裝置不同的是，這樣描述的電路能使啟動繞組與交流電流源進(jìn)行瞬時連接，直至電機(jī)開始加速為止，在持續(xù)的額定運行狀態(tài)下又不消耗任何功率。這個電路的另一優(yōu)點是和永久電容器一起工作，或者和一個啟動電容及永久電容器一起工作。
本電路相當(dāng)簡單，其元件數(shù)量又很少。
下面結(jié)合附圖來描述本發(fā)明。附圖中，

圖1.示出了本發(fā)明的電子電路，圖2.以簡化的形式示出了在啟動電路中使用一個外接阻抗和永久電容器的結(jié)構(gòu)中啟動電路的連接情況。
參照圖1，交流電壓源F向單相感應(yīng)電機(jī)M中送入交流電壓，該電機(jī)M具有一個主繞組B1和一個啟動繞組B2。電源F加在端子1和2上的電壓直接加在主繞組B1上，同時也加到包括一個啟動繞組B2的啟動電路DP上。啟動繞組B2通過一個與啟動電路DP并聯(lián)的永久電容器也與電壓源F相連。電源F給電機(jī)M加電之后，TRIAC(三端雙向可控硅開關(guān))S的端子A1和A2之間的電壓馬上開始上升。這種電壓的變化將引起電流IG流過由第一電容器C1和第一電阻器R1構(gòu)成的TRIAC觸發(fā)電路，該電流IG在由一對第一和第二晶體管構(gòu)成的雙向開關(guān)處于截止時會流至TRIACS的GATE端G。在半周內(nèi)的大部分時間內(nèi)都將保持這種連接狀態(tài)，直至TRIAC中的電流變?yōu)榱?，相反的半周開始時為止。
TRIAC S的端子A1和A2兩端在相反方向上的電壓變化將使電流IG以相反的方向流過由第一電容器C1和第一電阻器R1構(gòu)成的電路。假定第一、第二晶體管T1和T2還處于截止?fàn)顟B(tài)，電流IG將流至TRIAC S的GATE端，從而使這個TRIAC再次導(dǎo)通。
這種反向的TRIAC S的導(dǎo)通狀態(tài)將保持半個周期的大部分。因此，每次開始半周期時，TRIAC S都會被新觸發(fā)一次，只要第一和第二晶體管T1和T2保持截止?fàn)顟B(tài)，這種現(xiàn)象就象重復(fù)發(fā)生。
由第一電容器C1和第一電阻器R1構(gòu)成的TRIAC S觸發(fā)電路的特點是允許電流IG流至TRIAC的GATE端，該電流IG在每個半周期開始時達(dá)到其最大值，從而在端子A1和A2間的電壓為最小值時觸發(fā)TRIAC S。這樣，當(dāng)TRIAC S導(dǎo)通時永久電容器Dp中存貯的電能非常少，從而保證了永久電容器Cp通過TRIAC S的放電電流脈沖的強(qiáng)度也非常低，避免了對TRIAC的任何損害。
第一電容C1的值應(yīng)當(dāng)這樣確定，即端子A1和A2二端間的電壓的時間變化率能產(chǎn)生一個足以觸發(fā)TRIAC S的電流IG。計算第一電阻R1時應(yīng)把第一電容器C1通過TRIAC S的柵端G的放電電流的脈沖強(qiáng)度限制在破壞其持續(xù)性的電平上。啟動期間TRIAC S的總導(dǎo)通周期由一個計時器設(shè)定，該計時器在一段預(yù)定時間之后會把加到第三和第四電阻器R3和R4上的電壓突然從零變到一個足以使第一和第二晶體管T1和T2飽和的值，這將使電流IP發(fā)生變化從而防止TRIAC S跳閘。
計時器由一個饋入電源和一個觸發(fā)器構(gòu)成，其工作過程如下電路加電之后，第二電容器C2馬上開始充電。在正的半周期間，第二二極管D2被直接極化，從而產(chǎn)生一個電流It從電源F流至第二電容C2，使其兩端的電壓增加。在負(fù)半周期間，電流It被第三二極管D3改變方向，流至電源F，從而使電容器C3充電。
在后讀的正半周期間，又會有一個電流It流過第三電容器C3和第二二極管D2，使第二電容器C2上的電壓再次上升。第二電容器C2上的電壓因在正半周期間電荷從第三電容C3轉(zhuǎn)換到C2上造成的連續(xù)充電而逐漸上升。
在這個電路中，第二電容器C2上的電壓(該電壓也加到第八和第七電阻R8和R7構(gòu)成的分壓器上)將不斷增加，直至第三晶體管T3的基極-發(fā)射極結(jié)被正向偏置從而產(chǎn)生一個流過第三晶體管T3的集電極的電流為止。該電流的一部分流過第二電阻R2，另一部分流向第四晶體管T4的基極;這樣也使這個第四晶體管T4的基極-發(fā)射極結(jié)處于正向偏置，從而該晶體管的集電極也吸取一個電流。這個電流將加到已在電阻R7中流動的電流之上，從而更加強(qiáng)了第三晶體管T3的偏置。這種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)將使第三和第四晶體管T3和T4突然飽和，從而使第三晶體管T3的集電極和第四晶體管T4的發(fā)射極上的電壓增加到非常接近于端點5上的電壓，這將使第一和第二晶體管T1和T2也飽和。發(fā)生跳閘時，端點5上的電壓由第八和第七電阻器R8和R7間的關(guān)系以及第三晶體管T3的基極-發(fā)射極結(jié)的導(dǎo)通電壓(典型情況下為0.6V)決定。第二電阻器R2與第四晶體管T4的基極相連可以避免流至第三晶體管T3集電極的漏電電流造成計時器誤觸發(fā)。由第七和第八電阻器R7和R8組成的分壓器還在電機(jī)停轉(zhuǎn)時使第二電容C2放電，使電路重新回到原始狀態(tài)，準(zhǔn)備另一次啟動。
從馬達(dá)加電至TRIAC S導(dǎo)通中斷為至的時間基本上由第二電容器C2和第三電容器C3的值所決定。負(fù)責(zé)限制上述電流It的第三電容器C3的值應(yīng)這樣計算，即必須提供一個在第二、第三電阻R2、R3和第七、第八電阻R7、R8永久連接之下被吸取的一個電路消耗電流。
使用電容器C3代替電阻器作為電流限制器能把電路損耗降至一個可以忽略不計的最低水平。
計算電容器C2時，應(yīng)通過啟動裝置的工作時間使啟動期間端點5上的電壓上升滯后。
與電容器C2相連的電阻器R6起到一個保護(hù)裝置的作用，它能在電壓源所加的電壓發(fā)生隨機(jī)波動時限制送入電路中的電流It。
圖2以簡化圖的方式示出了上面描述的在利用外部阻抗Ze和永久電容器Cp的電機(jī)結(jié)構(gòu)中的用于啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路的連接情況。在這種結(jié)構(gòu)中，外部阻抗Ze(可以是一個啟動電阻或者啟動電容)插在啟動電路的端點3和啟動繞阻與永久電容器Cp的連接點之間。電機(jī)啟動之后，與TRIAC S相串聯(lián)的外部阻抗Ze將與電路斷開，只有永久電容器Cp仍與啟動繞組B2相連。
如上所述，圖1中的電路在啟動單相感應(yīng)電機(jī)時只消耗很少量的功率，并能與永久電容器或永久電阻器和一個啟動電容器一起使用，或者被分別與啟動繞組瞬時連接。
權(quán)利要求
1.一種用于啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路，上述的電機(jī)包括一個鼠籠形轉(zhuǎn)子和一個具有至少一個主繞組和一個啟動繞組的定子，一個與上述的啟動繞組串聯(lián)連接的永久電容器，具有第一、第二二個端子的交流電源，上述的主繞組與上述的交流電源的端子串聯(lián)相連，永久電容器和啟動繞組串聯(lián)連至上述端子，其特征在于上述電路包括一個TRIAC(S)，其第一端(A1)與交流電源(F)的第一端(1)相連，第二端(A2)與啟動繞組(B2)和永久電容器(Cp)相連，還有一個GATE端(G)；一個與第二端(A2)以及TRIAC(S)的GATE端相連的TRIAC觸發(fā)器電路(C1，R1)；一個雙向開關(guān)(T1，T2)，它具有控制端并與上述的GATE端及TRIAC(S)的第一端(A1)相連；一個計時電路(TP)，該電路與上述雙向開關(guān)的控制端、上述交流電源(F)的第一和第二端(A1)、(A2)相連；上述的計時電路通過使雙向開關(guān)(T1，T2)導(dǎo)通來確定從電機(jī)加電至TRIAC導(dǎo)通中斷的時間，當(dāng)雙向開關(guān)(T1，T2)被上述計時器電路(TP)保持在截止?fàn)顟B(tài)時TRIAC觸發(fā)電路(C1，R1)在每個電流半周期開始時都將重復(fù)地觸發(fā)TRIAC，使之處于導(dǎo)通狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路，其中的TRIAC觸發(fā)電路包括一個第一電容器(C1)，該電容器的一端與TRIAC的第二端(A2)相連，另一端通過一個第一電阻器與TRIAC(S)的柵極端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路，其中的第一電容器的值(C1)能使得TRIAC(S)的第一和第二端(A1，A2)間的電壓的時間變化率產(chǎn)生一個足以觸發(fā)TRIAC的電流(IG)流向TRIAC的柵極端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電子電路，其中的第一電阻器(R1)第一電容器(C1)流經(jīng)TRIAC(S)的柵極端(G)的放電電流的脈沖強(qiáng)度限制到一個與TRIAC有關(guān)的安全水平上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路，其中的雙向開關(guān)包括第一、第二二個雙極型NPN晶體管(T1，T2)，第一晶體管(T1)的發(fā)射極與TRIAC的第一端(A1)相連，其集電極與TRIAC的柵極端(G)相連;第二晶體管(T2)的結(jié)電極與TRIAC(S)的第一端(A1)相連，其發(fā)射極與TRIAC(S)的柵極端(G)相連;第一和第二晶體管(T1，T2)的基極通過第二和第三電阻(R2)和(R3)與計時電路(TP)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路，其中的計時電路(TP)包括一個連接在交流源(F)的第二端(A2)和整流電路(D2，D3)的輸入端之間的電流限制器R6，C3);定時電容(C2)接在上述交流源(F)的輸出端之間;電壓觸發(fā)電路(T3，T4，R7，R8)具有一個與連接整流器輸出端和定時器(C2)的第一端的點(5)相連的輸入端，一個與交流電源(F)的第一端(1)相連的參考端和與上述的第二、第三電阻器(R2，R3)相連的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電子電路，其中的電流限制電路一個第三電容器(C3)，該電容器(C3)的一端與交流電源(F)的第二端(2)相連，另一端通過第六電阻(R6)與整流電路輸入端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的電子電路，其中的整流電路包括一個第一整流二極管(D1)和一個第二二極管(D2)，第一二極管(D1)的正極與電流限制電路(C3，R6)相連，負(fù)極與定時電容(C2)的第一端(5)相連;第二二極管(D2)的負(fù)極與第一二極管(D1)的正極相連，正極與交流電源(F)的第一端(1)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的電子電路，其中的電壓觸發(fā)電路包括一個PNP型的第三雙極晶體管(T3)，其發(fā)射極與定時電容(2)的第一端(5)相連，集電極與上述的第二電阻(R2)相連;電阻(R7)使上述的第三晶體管(T3)的基極和發(fā)射極實現(xiàn)互連;一個第四雙極型NPN晶體管的基極與上述的第三晶體管(T3)的集電極相連，集電極與上述的第三晶體管(T3)的基極相連，發(fā)射極與上述的第三電阻器(R3)相連;電阻(R8)使上述的第四晶體管(T4)的集電極和交流電源(F)的端一端(1)實現(xiàn)互連。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的電子電路，其中的電流(It)限制作用基本上是由上述的第三電容器(C3)提供的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的電子電路，其中的第六電阻(R6)在交流電源(F)提供的電壓發(fā)生隨機(jī)變化時限制電流(It)的大小。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電子電路，其中在TRIAC(S)的第二端(A2)和與永久電容器(Cp)相連的啟動繞組端子(B2)之間裝有一個外部阻抗(Ze)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電子電路，其中的外部阻抗可以是一個電阻器或者是一個啟動電容器。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于啟動單相感應(yīng)電機(jī)的電子電路，包括一個三端雙向可控硅開關(guān)，其第一端與交流電源的第一端相連，第二端與啟動繞組和永久電容器相連，還有一個控制極端；一個與第二端以及三端雙向可控硅開關(guān)的控制極端相連的三端雙向可控硅開關(guān)觸發(fā)器電路；一個雙向開關(guān)，它具有控制端并與上述的控制極端及三端雙向可控硅開關(guān)的第一端相連；一個計時電路，該電路與上述雙向開關(guān)的控制端、上述交流電源的第一和第二端相連。
文檔編號H02P1/44GK1052228SQ9010857
公開日1991年6月12日 申請日期1990年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月28日
發(fā)明者馬科斯·古伊爾赫梅·什瓦茲 申請人:巴西壓縮機(jī)企業(yè)有限公司