專利名稱：交流電動機起動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電動機起動器，通常用于單相異步電動機，也可 用于具有相同或類似起動原理的其他交流電動機。
背景技術(shù)：
通常單相異步電動機包含有一個主繞組和一個起動繞組，通電開始時 主繞組和起動繞組都有較大電流通過，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速增加到接近同步轉(zhuǎn)速 以后，起動繞組電流被關(guān)斷或者被限制在一個較小的值。因此，在這類電 動機的起動繞組上需要串聯(lián)一個開關(guān)電路，電動機開始通電時開關(guān)電路導(dǎo) 通，電動機轉(zhuǎn)速增加到接近同步轉(zhuǎn)速以后開關(guān)電路關(guān)斷。這樣的開關(guān)電路 通常稱為起動電路，實現(xiàn)哮種功能的器件通常稱為起動器。
目前常見的用于實現(xiàn)上述功能的器件是電流型起動器和PTC起動器。 電流型起動器是利用異步電動機轉(zhuǎn)速低時繞組電流較大，轉(zhuǎn)速接近同 步轉(zhuǎn)速時繞組電流較小的特性，使其觸點在電動機通電初期吸合，轉(zhuǎn)速接 近同步轉(zhuǎn)速時斷開。專利號為200410065370.X的中國專利同樣利用異步 電動機的上述特性，但將機械觸點換成了雙向可控硅作為主開關(guān)元件，同 時用電流互感器取代了電磁線圈。這一類的起動器本質(zhì)上屬于電流繼電 器，它們的共同缺陷就是對起動電流或工作電流不同的電動機要匹配不同 參數(shù)的起動器，通用性較差。另外，在交流單相異步電動機帶有運行電容 器的場合，運行電容器要與起動電路的主開關(guān)元件并聯(lián)連接，如果用機械 觸點或雙向可控硅作為主開關(guān)元件，在主開關(guān)元件開始導(dǎo)通的瞬間電容器 預(yù)先儲存的電能會快速釋放，這樣就會造成主開關(guān)元件損壞或縮短壽命。 為了解決這個何題，需要在主開關(guān)元件上串聯(lián)一個用于抑制沖擊電流的阻 抗。為了達到必要的抑流效果，這種抑流阻抗必須是阻值及功率較大的電
阻，或者是電感量及允許電流值較大的電感線圈，因此使整個起動器的體 積較大且制造成本較高，這通常不利于實際應(yīng)用。
PTC起動器是以正溫度系數(shù)熱敏電阻(即PTCR)為核心元件制作而 成的器件。其工作原理是有較大的電流通過PTCR時，PTCR發(fā)熱并且 阻值增大至很大的值。通常將PTCR的電阻值設(shè)計為若干檔以供不同規(guī)格 的電動機選用。此種起動器的主要缺點是在電動機的整個運行過程中， 為了維持PTCR的熱平衡要消耗較多的電能，這個浪費的電能功率一般在 幾瓦特至十幾瓦特；另夕卜，為了使PTCR在電動機起動后能夠到達高阻值 的熱平衡狀態(tài)，PTCR的常溫阻值不能太小，這個額外接入的阻值經(jīng)常會 使電動機的起動性能變差；同時，將PTCR阻值分為若干檔也在一定程度 上影響其通用性。為了克服PTC起動器的上述缺點，專利號為^)108573.1 的中國專利提供了一種解決方案，該發(fā)明也是采用雙向可控硅作為主開關(guān) 元件，實踐證明該發(fā)明仍然不能直接用于電動機同時帶有運行電容器和起 動電容器的場合，原因是起動電容器要與主開關(guān)元件(雙向可控硅)串 聯(lián)，雙向可控硅在電流過零關(guān)斷時起動電容器上會積存有大量電能，這些 積存的電能會在電動機下次通電起動時通過雙向可控硅快速釋放，形成沖 擊電流而損壞雙向可控硅。因此，依據(jù)該技術(shù)所生產(chǎn)的實際產(chǎn)品都如前文 所述，必須在主開關(guān)元件上串聯(lián)抑流阻抗，如專利號為ZL200420072501.2 的中國專利；同時，此種產(chǎn)品中的電子元器件數(shù)量較多，影響了其使用可 靠性，而且成本較高，體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的有如下幾個方面-
提供一種節(jié)能的單相異步電動機用或者類似用途的起動器； 提供一種可靠性高、對使用條件適應(yīng)性好的單相異步電動機用或者類 似用途的起動器，它可以用于帶有運行電容器和/或起動電容器的單相異步電動機；
提供一種通用性好的單相異步電動機用或者類似用途的起動器，同一 起動器產(chǎn)品能夠適用于規(guī)格范圍更廣的電動機；
提供一種體積較小、成本較低的單相異步電動機用或者類似用途的起 動器。
本發(fā)明實現(xiàn)其目的的技術(shù)方案如下
一種交流電動機起動器，所述交流電動機包含至少一個主繞組和一個 起動繞組，所述起動器與起動繞組串聯(lián)連接。
所述起動器包含雙向開關(guān)電路KD和計時電路KT，計時電路KT輸 出電平信號用于控制雙向開關(guān)電路KD的通斷，使雙向開關(guān)電路KD在通 電初期導(dǎo)通，經(jīng)過一定的延時時間后關(guān)斷。
雙向開關(guān)KD包含橋式整流電路QL和電壓控制型開關(guān)器件T1，橋 式整流電路QL的交流輸入端與起動器CS的外部接線端相連，通過外部 接線端連接交流電源E和交流電動機MD的起動繞組LA,將交流電流轉(zhuǎn) 變?yōu)橹绷麟娏饕员阌蒚l進行通斷控制，電壓控制型開關(guān)器件T1的主通 路端與橋式整流電路QL的直流輸出端連接；計時電路KT包含信號限流 電阻R1，以及相串聯(lián)的充電限流元件R2和充電電容器C1;計時電路KT 的信號輸出端連接至電壓控制型開關(guān)器件T1的控制端G。
信號限流電阻R1用于限制輸出信號的電流值。因為場效應(yīng)晶體管的 柵極幾乎不需要驅(qū)動電流，所以R1可以取很大的阻值，同時充電限流元 件R2也可以采用大阻值電阻，這樣就可以將計時電路KT的工作能耗限 制在很小的值。放電電阻R3可以讓KT在斷電后較快復(fù)位。
在起動器工作時，因為"C1電壓增大一Tl通過電流減小一Tl管壓 降增大一Cl電壓加速增大"的過程是一種正反饋過程，所以從電壓控制
型開關(guān)器件T1電流開始減小直到關(guān)斷的過渡時間很短，雖然過渡階段T1 會出現(xiàn)較大的瞬時功率，但并不會積累很大的熱量而使得溫升過高;另外， 適當(dāng)選擇R2、C1等元件的參數(shù)可以將T1的導(dǎo)通時間限制在一定范圍內(nèi)， 進而將導(dǎo)通期間的發(fā)熱量限制在允許范圍內(nèi)；
因為T1是電壓控制型開關(guān)器件，控制端幾乎不需要驅(qū)動電流，所以 限流元件R1、 R2可以取很大的阻值，以便在電動機起動后將整個起動器
的功耗限制在很小的值，此值可以很容易地限制在0.5瓦特以下；
因為電壓控制型開關(guān)器件Tl在關(guān)斷前的過渡階段其通過的電流是逐 漸減小的，所以在其關(guān)斷后與其串聯(lián)使用的電容器(即圖7中C3)上不 會積存大量電能，也就不會在其重新導(dǎo)通時形成沖擊電流；另外，因為起 動器兩端的電壓與通過的電流在相位上同步，也不會因并聯(lián)電容器(即圖 7中C2)的使用而造成沖擊電流；
只要在起動器電路的元器件參數(shù)的選擇上保證一定的余量，起動器的 工作特性幾乎與電動機的電流、功率無關(guān)，因此，同一起動器產(chǎn)品可以適 用于更大規(guī)格范圍的電動機；
本發(fā)明的起動器，其元器件數(shù)量較少，而且都是較常用的元器件，各 個元器件的體積也較小，因此，起動電路產(chǎn)品成本較低、體積較小。
綜上所述，本發(fā)明的有益效果是使得交流電動機起動器工作可靠、 能耗降低、對使用條件的適應(yīng)性更好、對電動機規(guī)格的通用性更好、制造 成本降低、產(chǎn)品體積縮小。


圖l是本發(fā)明的第一種實施例的電路原理圖，圖中CS為本發(fā)明交流 電動機起動器，E為交流電動機電源，MD為交流電動機，LM為交流電 動機的主繞組，LA為交流電動機的起動繞組。電壓控制型開關(guān)器件Tl 采用增強型場效應(yīng)晶體管。
圖2是本發(fā)明的第二種實施例的電路原理圖，圖中電壓控制型開關(guān)器 件Tl是絕緣柵雙極型晶體管，即IGBT。
圖3是本發(fā)明的第三種實施例的電路原理圖，圖中DZ1為穩(wěn)壓二極管。
圖4是本發(fā)明的第四種實施例的電路原理圖，圖中晶體管T2采用場 效應(yīng)晶體管。
圖5是本發(fā)明的第五種實施例的電路原理圖，圖中充電限流元件R2 采用電容。
圖6是本發(fā)明的第六種實施例的電路原理圖，圖中電壓控制型開關(guān)器 件Tl采用耗盡型場效應(yīng)晶體管。
圖7是交流電動機帶有運行電容器和起動電容器時，應(yīng)用本發(fā)明起動 器的一種接線方式，圖中C2為運行電容器，C3為起動電容器。
具體實施例方式
在圖1所示的第一種實施例中，因為電壓控制型開關(guān)器件Tl采用增
強型場效應(yīng)晶體管，因此n的主通路端就是場效應(yīng)晶體管的漏極D、源
極S;橋式整流電路QL的交流輸入端分別與交流電源E、起動繞組LA 連接，直流輸出端分別與T1的漏極D、源極S連接，構(gòu)成了雙向交流開 關(guān)；晶體管T2采用雙極型晶體管；Rl、 R2采用電阻；通電初期C1上的 電壓較低，T2不導(dǎo)通，計時電路KT信號輸出端的電壓跟隨電源端，這 個電壓驅(qū)動Tl導(dǎo)通，Tl在電源電壓變化周期的大部分時間都工作在飽和 狀態(tài)；QL整流后的電壓通過R2給Cl充電，當(dāng)Cl電壓上升到使得T2 導(dǎo)通時，KT的信號輸出端的電壓被拉低，Tl轉(zhuǎn)為關(guān)斷；另外，在充電 電容器Cl上還并聯(lián)了放電電阻R3，以保證在電動機斷電后起動電路能較 快復(fù)位。
在圖2所示的第二種實施例中，電壓控制型開關(guān)器件Tl是絕緣柵雙 極型晶體管，即IGBT。
在圖3所示的第三種實施例中，計時電路KT的電源端串聯(lián)連接了穩(wěn) 壓二極管DZ1;在某些使用場合，電動機停止工作時仍然有較低的殘留電 壓加在電動機上，此實施方案提供了一種能在此時正常復(fù)位的起動器。
在圖4所示的第四種實施例中，晶體管T2采用場效應(yīng)晶體管，此時， 限流元件R1、 R2可以取更大的阻值；穩(wěn)壓二極管DZ2是為了保護場效 應(yīng)晶體管T2。
在圖5所示的第五種實施例中，充電限流元件R2采用電容，利用橋 式整流電路QL輸出的脈動電壓中的高次諧波給C2充電；此時，R2、 C2充電電路的功耗幾乎為零。
在圖6所示的第六種實施例中，電壓控制型開關(guān)器件T1采用耗盡型 場效應(yīng)晶體管，此時，充電限流元件R2和信號限流電阻Rl合二為一， 整個電路所含的元器件數(shù)量更少；但是，因為耐高壓、大功率的耗盡型場 效應(yīng)晶體管是不常用的器件，所以根據(jù)此種實施例的起動器與第一種實施 例相比較目前還沒有成本優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種適用于起動交流電動機的起動器，所述交流電動機包含有主繞組和起動繞組，所述起動器與所述起動繞組串聯(lián)，所述起動器包含雙向開關(guān)電路和計時電路，其特征在于雙向開關(guān)電路(KD)包含橋式整流電路(QL)和電壓控制型開關(guān)器件(T1)，橋式整流電路(QL)的交流輸入端(1)、(2)與起動器(CS)的外部接線端相連，電壓控制型開關(guān)器件(T1)的主通路端(9)、(10)與橋式整流電路(QL)的直流輸出端(3)、(4)連接；計時電路(KT)包含信號限流電阻(R1)，以及相串聯(lián)的充電限流元件(R2)和充電電容器(C1)；計時電路(KT)的信號輸出端(6)連接至電壓控制型開關(guān)器件(T1)的控制端(G)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的起動器，其特征在于電壓控制型開關(guān)器件(Tl) 是場效應(yīng)晶體管或絕緣柵雙極型晶體管(即IGBT)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的起動器，其特征在于計時電路(KT)的電源 端(5)、 (7)連接到橋式整流電路(QL)的直流輸出端(3)、 (4)， 信號限流電阻(Rl)連接在電源端(5)、 (7)之一和信號輸出端(6) 之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的起動器，其特征在于計時電路(KT)包含晶 體管(T2);晶體管(T2)用于輸出電平信號，通過電平信號輸出端(6)連接至電壓控制型開關(guān)器件(Tl)的控制端(G);晶體管(T2) 的控制輸入端(8)連接至充電電容器(CI)的一個極，它的另外一 個端與充電電容器(CI)的另一個極以及電壓控制型開關(guān)器件(TO 的主通路端(9)、 (10)的其中一端連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的起動器，其特征在于計時電路(KT)的電源 端(5)或(7)串聯(lián)連接了穩(wěn)壓二極管(DZl)。
全文摘要
一種與交流電動機起動繞組串聯(lián)使用的起動器，包含雙向開關(guān)電路KD和計時電路KT；雙向開關(guān)電路KD包含橋式整流電路QL和電壓控制型開關(guān)器件T1；計時電路KT包含信號限流電阻R1，以及相串聯(lián)的充電限流元件R2和充電電容器C1；計時電路KT的信號輸出端連接電壓控制型開關(guān)器件T1的控制端G。因為電壓控制型開關(guān)器件控制端所需驅(qū)動功率極小，所以本發(fā)明的起動器在電動機運行時能耗極低；而且本發(fā)明對電動機規(guī)格的通用性較好；能在帶有運行電容器和/或起動電容器的場合使用；元器件數(shù)量少，工作可靠，體積小，成本低。
文檔編號H02P1/16GK101179245SQ20071003084
公開日2008年5月14日 申請日期2007年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月15日
發(fā)明者張煥金 申請人:劉惠玲