CN1179478C - 用于感应电动机的电压控制的起动继电器 - Google Patents

Abstract

一种用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器，包括：电源单元(310)，用于在感应电动机的交流电源接通时向起动继电器的电路元件提供电源；双向可控硅(306)，用于向感应电动机的起动线圈(W3)提供交流电源或者切断交流电源；信号输入单元(322)，用于检测起动线圈的感应电压；滞后单元(324)，用于在初始起动阶段输出导通控制信号，当检测的感应电压达到预定的关断参考电压时，产生使开关关断的关断控制信号，当正常运行期间感应电压低于预定的导通参考电压时，产生使开关再次导通的导通控制信号；及触发单元，用于按滞后单元的导通控制信号使开关导通，并按关断控制信号使开关关断。使用火花消除器，消除在双向可控硅两端产生的脉冲噪声。

Description

用于感应电动机的电压控制的起动继电器

技术领域

本发明一般涉及单相感应电动机，具体地说，本发明涉及一种用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器。

背景技术

一般地说。利用单相交流电源运行的单相感应电动机包括运行线圈和起动线圈。起动线圈只有在电动机起动时才是导通的，以便向电动机提供起动旋转功率，在电动机起动之后，当电动机处于正常运行状态时，起动线圈保持在关断状态。一种用于使单相感应电动机的起动线圈导通和关断的装置被称为离心开关或起动继电器。一种电压控制的电子继电器使用在起动线圈两端感应的电压随电动机转速的上升而增加的特性。这就是说，电压控制的继电器在感应电动机由电源供电的起动阶段向起动线圈提供功率，然后，检测起动线圈两端的感应电压，以便当在感应电压大于一个预定值时(当电动机达到其正常运行状态时)，切断供给起动线圈的功率。在电动机正常运行期间对电动机施加大负载，因而电动机成为约束状态的情况下，在起动线圈两端感应的电压降低。继电器检测所述感应电压，并当电压低于一个预定值时向起动线圈提供功率，以便再次起动电动机。其中使继电器关断的感应电压相对高，而使继电器再次导通的感应电压相对低，两个电压之间的差被称为“滞后宽度”。

用于起动单相感应电动机的常规的电压控制的电子继电器包括由本申请人申请的韩国专利No.91-2458中披露的电压控制的电子继电器。这种电压控制的继电器包括单相感应电动机110，和用于使所述电动机的起动线圈导通和关断的电子继电器电路120，如图1所示。

参见图1，单相感应电动机110具有运行线圈W1和W2以及起动线圈W3。运行线圈W1和W2这样连接，使得它们通过电源输入端L1和L2直接接收市电交流电源(交流110V)，而起动线圈W3通过起动电容器SC和电子继电器120接收功率。

电子继电器120是一个开关，用于通过起动电容器SC向起动线圈W3提供功率，所述继电器由双向可控硅(triac)121和用于触发所述双向可控硅121的控制极的控制电路构成。所述控制电路包括用于向继电器的电路元件提供功率的电源单元122，用于检测起动线圈W3两端的电压从而产生导通和关断控制信号的控制信号发生器123，以及按照控制信号发生器123的输出触发双向可控硅的控制极的触发单元124。

电源单元122由二极管D2、滤波电容器C4、分压电阻R7和R8、齐纳二极管ZD和滤波电容器C2构成，用于把电源Vcc提供给NAND门M1，M2，M3H和M4，其中二极管D2用于将通过连接端口T1、T2提供的交流电源整流，滤波电容器C4用于将二极管D2的输出滤波。

控制信号发生器123由用于检测起动线圈W3两端的电压的二极管D1和分压电阻R1和R2，用于控制滞后宽度的电阻R3和两个NAND门M1、M2构成，用于检测起动线圈W3两端感应的电压，从而产生用于控制双向可控硅121的导通和关断的控制信号。触发单元124包括用于按照控制信号产生振荡的NAND门M3和M4；以及用于遮断拾取线圈PC的晶体管TR，所述拾取线圈PC用于触发双向可控硅121的控制极。其中NAND门M2的输出通过电阻R4被正反馈到NAND门M1，以便加宽滞后宽度，并且电容器C3和电阻R5负反馈NAND门M4的输出，以便产生振荡。在图1中，标号R4和R9表示电流限制电阻，C1表示滤波电容器。

当交流电源提供给具有上述结构的感应电动机110时，电源Vcc通过电源单元122提供给电路元件，以便操作电子继电器120。在起动线圈W3两端感应的电压通过和连接端口T3相连的二极管D1、分压电阻R1和R2以及滞后宽度控制电阻R3提供给NAND门1。此时，在起动阶段，因为在起动线圈W3两端感应的电压低，一个低电平信号输入给NAND门1，NAND门1把所述低输入信号反相而成为高信号，并将其传递到NAND门3。这样，由NAND门3和NAND门4构成的振荡电路开始振荡。NAND门4的振荡信号使晶体管TR导通和关断，从而遮断拾取线圈OC的一次线圈，使得拾取线圈PC的二次线圈感应出能够触发双向可控硅121的控制极的信号电压，借以使双向可控硅121导通。当双向可控硅121导通时，起动线圈W3通过双向可控硅121和起动电容器SC得到电源，从而起动单相感应电动机110。

当电动机110的转速按照其起动操作增加时，在起动线圈W3两端感应的电压也逐渐增加。如果所述感应电压达到由滞后宽度控制电阻R3设置的预定电压，则提供给NAND门1的信号的电平变高，因此NAND门1输出低电平信号。这就中断NAND门3和NAND门4的振荡操作和通过拾取线圈对双向可控硅121的控制极的触发，因此双向可控硅121关断。

当双向可控硅121关断时，通过起动电容器SC提供给起动线圈W3的交流电源被切断，因而感应电动机110只由运行线圈W1和W2运行。

图2是用于起动单相感应电动机的另一种电压控制的电子继电器的电路图。图2的电路的操作和图1的电路的操作类似，其不同之处是，电阻R10和电容器C6被并联连接在要和拾取线圈PC的二次线圈相连的双向可控硅的控制极和阴极之间，并且NAND门4的输出信号通过电容器C5被传递给一次线圈，用于控制双向可控硅。

上述的常规的电压控制的电子继电器可以控制NAND门的正反馈特性和输入信号的强度，从而加宽滞后宽度高达75V，即电源电压的一半以上。因而，即使在电压改变严重的电力设备的区域内，所述起动装置也能稳定地操作。此外，不会产生电弧，因而，这种装置可以安装在任何位置。不过，所述常规的继电器也存在一些问题，即，提供给NAND门1到NAND门4的电压不稳定，因而双向可控硅可能由于脉冲噪声而受损害。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于单相感应电动机的电压控制的电子起动继电器，其具有用于消除脉冲噪声的和双向可控硅并联连接的火花消除器，用于保护双向可控硅免受脉冲噪声的危害，并向继电器的电路元件提供稳定的电压。

为完成本发明的目的，提供一种用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器，包括：电源单元，其由桥式二极管电路构成，用于在所述感应电动机的交流电源接通时向所述起动继电器的电路元件提供电源；一开关，用于向所述感应电动机的起动线圈提供所述交流电源或者用于切断所述交流电源；检测元件，用于检测起动线圈的感应电压；滞后单元，用于在初始起动阶段输出导通控制信号，当由检测元件检测的感应电压达到预定的关断参考电压时，产生使所述开关关断的关断控制信号，并且当在正常运行期间所述感应电压低于预定的导通参考电压时，产生使所述开关再次导通的导通控制信号；以及触发单元，用于按照所述滞后单元的导通控制信号使所述开关导通，并且按照所述关断控制信号使所述开关关断。

为完成本发明的目的，提供一种用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器，包括：电源单元，其由桥式二极管构成，该桥式二极管的输入部分通过限流电阻(R1)和电容器(C1)连接到交流电源，其输出部分连接到滤波电容器(C2)和齐纳二极管(ZD)，用于在所述感应电动机的交流电源接通时向所述起动继电器的电路元件提供电源；一开关，用于向所述感应电动机的起动线圈提供所述交流电源或者用于切断所述交流电源；保护元件，与该开关并联，以防止该开关由于脉冲噪声而被损害；检测元件，由以下部分构成：用于将感应电压分压到该起动线圈的分压电阻，用于将分压的感应电压整流的二极管(D2)，用于将二极管(D2)的输出滤波的滤波电容器(C3)，以及连接在二极管(D2)的输入端口和地之间的二极管(D1)，用于检测所述起动线圈的感应电压；滞后单元，用于在初始起动阶段输出导通控制信号，当由检测元件检测的感应电压达到关断参考电压时，产生使所述开关关断的关断控制信号，并且当在正常运行期间所述感应电压低于导通参考电压时，产生使所述开关再次导通的导通控制信号；以及触发单元，用于按照所述滞后单元的导通控制信号使所述开关导通，并且按照所述关断控制信号使所述开关关断。

通过实现本发明，可保护双向可控硅免受脉冲噪声的危害，并向继电器的电路元件提供稳定的电压。

附图说明

本发明的目的和优点从下面结合附图进行的详细说明可以清楚地看出，其中：

图1是用于起动单相感应电动机的常规的电压控制的电子继电器的电路图；

图2是另一种用于起动单相感应电动机的常规的电压控制的电子继电器的电路图；

图3是按照本发明的用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器的电路图；以及

图4是用于说明图3所示的电子继电器的操作的时序图。

具体实施方式

现在参照附图结合优选实施例说明本发明。

图3是按照本发明的用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器的电路图，表示所述单相感应电动机302和用于使电动机302的起动线圈W3导通和关断的电子继电器300。

参见图3，感应电动机302包括运行线圈W1和W2以及起动线圈W3。运行线圈W1和W2通过电源输入端L1和L2直接接收市电交流电源，而通过起动电容器SC和电子继电器300向起动线圈W3供给交流功率。

电子继电器300包括：双向可控硅306，其是一种开关元件，用于通过起动电容器SC向起动线圈W3提供交流电源；保护元件308，其和双向可控硅306并联连接，用于保护所述双向可控硅；以及双向可控硅控制系统，用于触发双向可控硅306的控制极。所述双向可控硅控制系统由以下单元构成：用于向电子继电器的电路元件提供电源的电源单元310，用于检测起动线圈W3的两端的电压，从而产生用于使所述双向可控硅导通和关断的控制信号的控制信号发生器320；以及用于按照控制信号发生器320的输出触发双向可控硅306的控制极的双向可控硅触发单元330。

电源单元310由以下单元构成：桥式二极管电路BD，用于将通过连接端口T1、T2提供的交流电源整流；滤波电容器C2，用于将桥式二极管电路BD的输出滤波；齐纳二极管ZD和电阻R2，用于向电路元件提供电源电压Vcc。其中交流电源301通过限流电阻R1和电容器C1提供给桥式二极管电路BD，并且滤波电容器C2、齐纳二极管ZD和电阻R2和桥式二极管电路BD的输出端口并联连接。

控制信号发生器320包括：信号输入单元322，用于检测起动线圈W3两端的感应电压V_ST；以及滞后单元324，用于按照感应电压产生具有滞后特性的导通和关断控制信号。信号输入单元322由以下单元构成：直接和连接端口T3相连的滞后宽度控制电阻AR、电阻R3、整流二极管D2、保护二极管D1、电阻R4、电容器C3和限流电阻R5。滞后单元324由两个相互串联连接的NAND门NG1和NG2，以及用于提供正反馈的电阻R6构成。

双向可控硅触发单元330包括：按照滞后单元324的导通和关断控制信号振荡的振荡器332；以及控制极触发单元334，用于增强振荡器332的振荡输出，从而触发双向可控硅的控制极。振荡器322由以下单元构成：两个NAND门NG3和NG4；电阻R8，用于反馈NAND门NG3的输出；电容器C4，用于负反馈NAND门NG4的输出；以及电阻R7。控制极触发单元334由以下单元构成：拾取线圈PC，用于增强通过电容器C5接收的振荡信号，以便触发双向可控硅306的控制极；电阻R9和电容器C6，它们和拾取线圈PC的二次线圈并联连接。

下面详细说明按照本发明的电子继电器的操作。

首先，粗略地说明单相感应电动机的工作原理。单相感应电动机包括运行线圈W1和W2以及起动线圈W3。起动线圈W3只在电动机起动时的时刻流过起动电流，从而对电动机提供起动旋转的功率，并且在起动之后当电动机处于正常运行状态时，起动线圈处于关断状态。因而，只有当电动机起动时，电压控制的电子继电器才接通提供给起动线圈W3的交流电源，从而使起动线圈导通，并在电动机处于正常工作状态时，使起动线圈保持在关断状态。

在加上交流电源以便起动感应电动机时，交流电源直接加于运行线圈W1和W2上，但是交流电源却通过电子继电器300的双向可控硅306和起动电容器SC提供给起动线圈W3。因而，电流按照双向可控硅306的导通和关断状态流过起动线圈W3。

当交流电源加于连接端口T1和T4上时，其通过限流电阻R1和电容器C1传递给桥式二极管电路BD，然后被桥式二极管电路BD进行全波整流而成为直流电源Vcc。全波整流的直流电源电压Vcc被电容器C2滤波，并由齐纳二极管ZD稳定而成为具有固定值的电压，然后提供给电子继电器的电路元件(例如NAND门)。

按照电动机的旋转在起动线圈W3上感应的电压V_ST通过端口T3和控制电阻AR，并被二极管D2整流，然后通过限流电阻R5提供给NAND门NG1。其中，连接在二极管D2的输入端和地之间的二极管D1保护电路元件免受反向电压，电容器C3将整流的检测信号滤波。

提供给NAND门NG1的输入电压V_I由下面的公式获得，并可以通过改变控制电阻AR进行调节：

$\mathrm{Vi}=(\frac{R4}{\mathrm{AR}+R3+R4}\×V_{\mathrm{ST}}\×\frac{1}{2})+V_{\mathrm{NG}2}$

其中，V_NG2表示通过电阻R6从NAND门NG2到NAND门NG1的电压反馈，V_ST表示起动线圈的感应电压的幅值。

因为在起动线圈W3两端感应的电压V_ST在起动阶段接近于0V，输入到NAND门NG1的电压Vi也接近0V，因此其是低电平信号。因而，NAND门NG1输出高电平信号。

从NAND门NG1输出的高电平信号提供给振荡器332的NAND门NG3，从而使振荡器332振荡，并且同时提供给NAND门NG2，以便被转换成低电平信号，通过电阻R6正反馈给NAND门NG1。因而，因为在上述的公式中的反馈给NAND门NG1的电压V_NG2具有低电平，NAND门NG1只根据感应电压V_ST确定其输出信号的电平。其中，重要的是应当使NAND门NG1到NAND门NG4的电源电压Vcc保持稳定，因为NAND门NG1到NAND门NG4的高电平和低电平信号受提供给它们的电压Vcc的影响。

按照NAND门NG1的高电平输出信号由振荡器322产生的振荡信号通过电容器C5输入到拾取线圈PC的一次线圈，然后被增强并感应到拾取线圈PC的二次线圈，用于触发双向可控硅306的控制极，借以使双向可控硅306导通。

在双向可控硅306导通时，交流电源通过双向可控硅306和起动电容器SC加到起动线圈W3上，从而起动感应电动机302。

当感应电动机302的转速按照其起动操作增加时，起动线圈W3的感应电压V_ST也逐渐升高。如果感应电压V_ST达到由滞后宽度控制电阻R3确定的关断参考电压V_OFF，则输入到NAND门NG1的信号Vi成为高电平，因此NAND门NG1输出低电平信号。

NAND门NG1输出的低电平信号中断振荡器332的NAND门NG3和NAND门NG4的振荡操作。因而，停止由拾取线圈PC对双向可控硅306的控制极的触发，借以使双向可控硅306关断。当双向可控硅306关断时，通过起动电容器SC加于起动线圈W3的交流电源被切断，因而感应电动机302只由运行线圈W1和W2运行。

在正常运行期间，如上所述，NAND门NG1的低电平输出信号由NAND门NG2反相从而作为高电平反馈电压V_NG2通过电阻R6提供给NAND门NG1。因而，在上述公式中的反馈给NAND门NG1的电压V_NG2是高电平，因此NAND门NG1按照检测的感应电压V_ST和反馈信号V_NG2的和确定其输出电平。这就是说，即使当感应电动机的交流输入电压改变而使得起动线圈W3的感应电压V_ST略有减少时，也可以按照反馈电压V_NG2维持高电平，从而不会发生使起动线圈W3接通的起动操作。如果大的负载加于感应电动机而使感应电压V_ST减少到导通参考电压V_ON，则再次进行起动操作。

感应电压和电子继电器的操作之间的关系如图4和下面的表1所示。

                                表1

类别	NG1的输出	NG2的输出	振荡器	双向可控硅	起动线圈	感应电压VST
							起动期间	高	低	振荡	导通	接通	增加
正常运行期间	低	高	关断	关断	关断	大于VOFF
							再起动期间	高	低	振荡	导通	接通	从VON增加

在图4和表1中，水平轴是时间轴，其被分成初始起动期间，正常运行期间和再起动期间，垂直轴表示起动线圈W3的感应电压V_ST的电平。此外，V_OFF表示用于中断起动操作的关断参考电压，V_ON表示在正常运行之后用于起动再起动操作的导通参考电压。

由图4和表1可以看出，当交流电源接通时初始起动期间开始，并且感应电压V_ST按照电动机的转速增加。在初始起动期间，NAND门NG1输出高电平信号，NAND门NG2输出低电平信号，以便把所述低电平信号正反馈到NAND门G1。振荡器332振荡，从而按照NAND门NG1的高电平输出而输出振荡信号，因而控制极触发单元334触发双向可控硅306的控制极使双向可控硅306导通。因而，交流电源加到起动线圈W3上。

当感应电压V_ST增加到关断参考电压V_OFF时，NAND门NG1输出低电平信号，NAND门NG2输出高电平信号，因而振荡器332停止振荡，借以使双向可控硅306关断。当双向可控硅306关断时，施加于起动线圈W3上的交流电源被切断。起动线圈W3被切断而使电动机只由运行线圈W1、W2运行的这个期间相应于正常运行期间。

在正常运行期间，电动机只由运行线圈W1、W2保持连续地运行，即使感应电压改变，并且，当产生阻碍例如加上大负载而使感应电压减少到小于导通参考电压时，进行再起动。再起动期间的操作和起动期间的操作相同。

在本发明的优选实施例中，在电源电压是110V的情况下，关断参考电压被设置为大约125V，这是电动机的转速加速到大约额定转速的70％时的起动线圈的感应电压，导通参考电压被设置为大约50V，电动机转速的下降范围是额定转速的25％-30％。在这种情况下，滞后宽度大约是75V。

同时，如果由于在双向可控硅导通和关断时产生的浪涌输入而对双向可控硅306施加脉冲噪声，则和双向可控硅306并联的火花消除器308吸收所述脉冲噪声，从而保护双向可控硅306不受脉冲噪声的影响，并且电源单元310继续通过桥式二极管电路BD向NAND门NG1到NAND门NG4提供稳定的电压Vcc。此外，由于二极管D1，使得即使输入电压改变时，信号输入单元322也能稳定地操作，因而加于NAND门NG1到NAND门NG4上的稳定的电压使得电子继电器能够精确地工作。

如上所述，按照本发明，通过使用全波整流桥式二极管电路和滤波电容器，电源电压稳定地提供给电子继电器的电路元件，从而能够精确地控制继电器的操作。此外，火花消除器和双向可控硅并联，从而保护双向可控硅免受脉冲噪声的影响。

虽然已经说明了包括优选实施例的几个特定的实施例，显然，不脱离本发明的范围和构思的情况下，本领域的技术人员可以作出各种改变和改型。

Claims (4)

1.一种用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器，包括：

电源单元，其由桥式二极管构成，该桥式二极管的输入部分通过限流电阻(R1)和电容器(C1)连接到交流电源，其输出部分连接到滤波电容器(C2)和齐纳二极管(ZD)，用于在所述感应电动机的交流电源接通时向所述起动继电器的电路元件提供电源；

一开关，用于向所述感应电动机的起动线圈提供所述交流电源或者用于切断所述交流电源；

保护元件，与该开关并联，以防止该开关由于脉冲噪声而被损害；

检测元件，由以下部分构成：用于将感应电压分压到该起动线圈的分压电阻，用于将分压的感应电压整流的二极管(D2)，用于将二极管(D2)的输出滤波的滤波电容器(C3)，以及连接在二极管(D2)的输入端口和地之间的二极管(D1)，用于检测所述起动线圈的感应电压；

滞后单元，用于在初始起动阶段输出导通控制信号，当由检测元件检测的感应电压达到关断参考电压时，产生使所述开关关断的关断控制信号，并且当在正常运行期间所述感应电压低于导通参考电压时，产生使所述开关再次导通的导通控制信号；以及

触发单元，用于按照所述滞后单元的导通控制信号使所述开关导通，并且按照所述关断控制信号使所述开关关断。

2.如权利要求1所述的用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器，其中所述保护元件是火花消除器。

3.如权利要求1所述的用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器，其中所述滞后单元由以下部分构成：第一NAND门(NG1)，其连接用于使其输入反相，以及第二NAND门(NG2)，用于使第一NAND门(NG1)的输出反相，从而将其通过电阻(R6)正反馈到第一NAND门(NG1)。

4.如权利要求1所述的用于起动单相感应电动机的电压控制的电子继电器，其中关断参考电压被设置为电动机的转速达到额定转速的70％时的起动线圈的感应电压，导通参考电压被设置为当电动机的转速是额定转速的25％-30％时起动线圈的感应电压。

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