专利名称：电动机过载线圈控制器的制作方法
一般地说，本发明涉及用于电磁接触器的过载继电器；更具体地说，涉及用于控制电磁电动机起动器中线圈的控制系统，它在实时基础上使用8插针8位微型控制器和I/O简化电路系统去处理至少13个I/O，和去计算电动机的工作温度。
在典型的电磁接触器中，使用过载继电器保护电动机之类的特定负载不受过电流和过热。已知的过载继电器包含一些双金属开关，它们需要手工弯曲和扭曲，为特定设备而校准。不用说，在进行现场调节，例如满载电流强度(FLA)调节以后，准确性受到怀疑。此外，用于现有过载继电器的这种双金属开关和加热器通常与接触器的触点串联地连接。从而这些双金属设备需要在接触器与过载继电器之间进行单独闯入式连接，这就不仅增加起动器的成本和尺寸，还影响设备的可制造性。
与这种已知电磁过载继电器有关的另一问题是要求使用电流测量设备，例如电流互感器和电流环(torroid)。电流互感器大而重，从而增加设备的总尺寸和成本。电流环不那么大，但也增加组合件的尺寸和成本，且呈现有限的精度和范围。
因此，希望有一种能够使用较小霍尔效应传感器的电动机过载线圈控制器，该传感器具有宽得多的动态范围，适用于传感电流。此外，还希望有一种不需要机械双金属开关的设备。
本发明提供一种解决上述问题的电动机过载线圈控制器，同时保持较低的成本控制。
按照本发明的一个方面，电动机过载线圈控制器包括若干个输入和输出(I/O)，它们是到和来自具有j个输入和k个输出的电动机过载线圈控制器的。I/O包括至少一个复位输入，一个电流传感输入，一个满载电流(FLA)输入，一个线圈控制输入，一个线圈控制输出，和一个状态输出。控制器包括一个具有n个输入线的微处理器，在此n小于j+k。提供一种电动机过载简化电路，以便用一种优先固定X I/O的方式把j个输入和k个输出连接到微控制器，从而减少I/O的数目，但还是大于微控制器I/O线的数目。微控制器是可编程的，以便用它的一些I/O插针充当输入端和输出端。
按照本发明的另一个方面，微控制器是程序化的，以便计算一个一阶微分方程，从而保持电动机温度的实时跟踪，和当该温度超过预定范围时，提供温度的状态指示。能把系统设置成起动一个报警器和靠牺牲过程来断路电动机，或起动一个报警器和一个直观状态指示；并且维持在重要过程中的操作。
控制器包括一个8位8插针微控制器，它能够和一个I/O简化电路一起起13个I/O的作用，其中只有5个I/O插针在微控制器上。三个远程输入从一个远端源接收入简化电路。在一个到微控制器的输入线路上优先整理这些远程信号。控制包括从三个霍尔效应电流传感器测量三相电流，各个传感器位于各相的母线上。该系统包括电流信号的放大、半波整流和积分设备，以相加电流信号，和向微控制器提供一个单输入。该系统包括一个满载电流(FLA)调节器，以用于宽广范围的电动机。提供一个具有LED输出的状态指示器，以显示系统的状态，和在适当时候指示电动机的温度。该系统使用24VDC线圈，并且在初始拉入线圈以后，微控制器生成一个PWM信号，以便在衰减功率电平下保持适当线圈拉入。使用一个内部24VDC传感器去保证DC电压的固有电平，和为DC电压电平的变化而调节PWM。提供一个按扭试验开关，以及按钮本地复位和固态远程复位器。在这种电动机过载线圈控制器中使用8位8插针微控制器使该系统能求解一个一阶微分方程，以保持电动机工作温度的实时跟踪，同时保持控制的总成本较低。微控制器具有一个查找表，用于根据FLA调节和检测电流值查找一个相当的I2t值。I2t值用于电动机工作温度的实时监测。
从下面的详细描述和附图中会明白本发明的各种其他特征、目的和优点。
目前为实施本发明而设想的最佳模式。
在附图中
图1是根据本发明的控制器方块图。
图2A是流程图，用于编入图1控制器中的主线算法。
图2B-2E是在图2A的主线算法中调用的子程序的流程图。
图3是图2E的流程图的时序图。
图4A-4D是电路原理图，用于实现图1的控制。
参照图1，根据本发明示出一个电动机过载线圈控制器10的方块图。在一个优选实施例中，电动机过载线圈控制器10包括一个8位8插针微控制器12，用作电动机过载I/O简化电路14的一个部件。很清楚，微控制器可以相当于一个微处理器，一个PLC，或其他等效设备，而不管是可用软件编程还是可用离散逻辑编程。一般说来，I/O简化电路14具有多个输入16和输出18(I/O)。微控制器12具有n个输入/输出(I/O)线，而电动机过载电路14连接于j个输入和k个输出。
电动机过载线圈控制器10包括一个来自电流传感器22的电流传感输入20。在一个优选实施例中，电流传感器22包括三个霍尔效应电流传感器，用于传感在一个三相系统的各相上的电流。一个三相电流测量电路24通过一个适当的偏置电路而连接于电流传感器22，如下面参照图4A所示。一个电流求和积分电路26接收三相电流测量结果，并且把电流传感输入20中的电流传感信号供给I/O简化电路14和微控制器12。
其他输入包括一个满载电流(FLA)调节设备28，它可校准电动机过载线圈控制器10，以便用于各种尺寸的电动机。FLA调节器28通过一个FLA输入30而连接于I/O简化电路14。两个其他的输入包括一个本地复位器32和一个远程复位器34，各复位器分别通过本地复位输入36和远程复位输入38而连接于I/O简化电路14和微控制器12。可以包括一个起动输入42、一个正向输入44和一个反向输入46的一组远程控制输入40被连接于I/O简化电路14和微控制器12。
提供一个试验开关48，以试验电动机过载线控制器；通过一个试验开关输入50把它连接于I/O简化电路14。提供一个电路电压传感器52，以监测内部电路电压，在一个优选实施例中，该电压是24VDC；通过一个24VDC传感器输入54把它连接于I/O简化电路14。
输出包括一个报警器56，它连接于一个来自I/O简化电路14的报警输出58；和一个状态指示器60，它被连接成从I/O简化电路14的微控制器12通过状态指示器输出62接收信号。一对线圈64，66连接于I/O简化电路14的输出端68，70，以单独地控制各线圈。虽然电动机过载线圈控制器10能够控制两个线圈64和66，但本发明的电动机过载线圈控制器也被设计成可同样为一个线圈应用而工作。在这种一个线圈应用中，反向输入端46不会接收输入信号。在两个线圈的应用中，一个线圈充当正向线圈，以控制电动机(未示出)的正向运动；另一个线圈充当反向线圈，以控制电动机的反向运动。
和微控制器12在一起的I/O简化电路14，用一种允许使用8插针微控制器的方式，至少把13个I/O 16，18连接到微控制器12上；在8插针中只有5插针用于I/O，如进一步参照图4所述。
电动机过载线圈控制器10按24VDC工作，且利用线圈64和66。微控制器是编程的，以便从一个DC源产生一个PWM信号，从而在拉入线圈以后降低保持电压。因为认为电动机的线圈控制是一种重要功能，故微控制器12的一个插针专用于线圈控制输出，从而它只留下4个插针用于多路I/O功能。8插针8位微控制器按照一种使可控功能数目最大以便使外部硬件最少的方式，排序模拟信号抽样，并且激励和去激励诸输出。
图2A示出主循环80，用于在图1的微控制器12中编程的软件。初始化过程82包括清除全部输出或按照需要初始化输出，清除RAM，从EEPROM检索最后热堆计算，装载一个中断计时器，和初始化一个一秒上电延迟器。还起动一个2ms计时器。在初始化以后，调入系统状态机器84的子程序。如下面进一步参照图2C-D所述，状态机器84是一种根据系统以前状态和当前状态来跟踪和限制过载功能性的方法。然后监测2ms计时器86，看它是否已经终止；如果尚未终止88，就对下一步要使用哪一个分支作出决定92，即，是使用热堆计算94还是使用热堆容量指示输出96。下面将参照图2B详细描述热堆计算94，参照图2E详细描述热堆容量指示输出96。
在98，热堆数据被定期地写入EEPROM，此后根据一个每隔2ms设置的标志来执行主线计时器100。在定时程序期间，设置一个状态指示标志，以指示状态指示器服务；该标志还生成一个在热堆子程序中的定序器94。在一个优选实施例中，主线计时器是2ms。
关于应当使用哪一个分支的判定92，是根据在热堆子程序94中确定的定序器值作出的。如果定序器具有零值，则完成了最后热堆计算，且可调用热堆容量指示96。另一方面，如果定序器具有非零值，则调用热堆子程序94。
在主线计时器已执行以后100，主算法返至状态机器子程序84。此后，如果计时器已满2ms的周期，则调入一个模/数(A/D)转换程序。从而A/D转换模块104被每隔2ms定序一次。如下面参照图4所述，微控制器I/O硬件被修改成正确地测量模拟信号，同时不生成错误输出数据。每个序列皆监测电流106，并且对每个所取的电流的样本皆执行相位不平衡和失相。如从图4所看出，用一个第一级数字滤波器过滤电流样本，以滤去噪声和信号偏移。在一个平衡三相系统中，输出会产生一个接近常数的DC值。这种过滤后的电流提供一个基线值，以此较可能发生的相位异常值。如下面参照图2C-D所述，如果一系列的样本在一段给定时间偏离基线例如超过50％，则电动机过载线圈控制器会进入一种被断路状态，使控制断路。失相或相位不平衡会产生这种断路。
在图2A的主算法中的下一个步骤是在108判定应当分析哪一个模拟信号。虽然每个序列都在106监测电流，但其余的4个模拟信号是成对地循环的，以便使主算法执行最大和使最高抽样速度用于电流测量，因为电流测量被认为是最重要的功能。这些交变对包括在一个迭代期间的24VDC检测110和FLA调节112；并且在下一个迭代期间，复位和远程输入114被检测和A/D转换。因此，成对的模拟信号110、112和114被每隔4ms读出。按钮输入114不仅包括远程输入，例如使能、正向和反向输入；而且包括复位，其中有远程复位和本地复位。
使能、正向和反向电压被读出和转换成一个标志，该标志在去抖动(debounce)程序90中去抖动。如正将进一步参照图4所述，从检测两种被同时触发的复位中，能够单独分别地检测本地复位和远程复位这两种复位的输入。能够机械地锁定本地复位按钮，以得出一种自动复位模式。然而，如果不锁定本地复位按钮，则电动机过载线圈控制器处于人工复位模式。如果按下远程复位按钮，就能用远程复位模式进行相同的控制。即，可从参照图4的描述中看出，如果以24VDC激励远程复位器，则控制器能以自动复位模式工作；而如果不激励远程复位按钮，则控制器处于一种人工复位模式。因此，能够假定本地复位和远程复位是互不相容的。然而，当两个复位按钮都被激励或有效时，控制就进入唯一的报警模式。对于过程的连续操作比电动机寿命重要的临界操作，如果电动机(即热堆)的温度超过最大阈值，则系统不会中断电动机的操作。在报警唯一模式中，当跳闸阈值被超过并且维持电动机运行时，控制器只激励一个报警输出和一个直观输出。回到参照图2A，在状态机器84的状态变化之前，在90对复位数据去抖动。
每当测量24VDC模拟信号时，在110分析一个24VDC样本，并且检测试验开关的触发。进行24VDC样本分析，以便根据到控制电路的电流输入电压来设置PWM速度。在对PWM速度作出任何改变之前，对24VDC样本信号平均约1/4秒。如果在24VDC样本分析110期间检测试验开关48(图1)，则在状态机器子程序84中对该信号去抖动90和进行分析(图2A)。在分支109中分析的其他模拟信号是电位计样本分析信号112，这是来自FLA调节器28的输入(图1)。每当FLA电位计模拟信号样本被测量和平均1/4秒时，执行电位计样本分析112(图2A)。平均样本用于找出查找表中的适当值，其结果是根据存储值的分辨率定标的。然后把所得的FLA乘数用于在94计算热堆。如前所述，在90对全部A/D转换输入进行去抖动，以消除噪声，和确认正在分析的信号是有效的。
现在参照图2B，描述热堆子程序94。最初，作一个检验，看是否已抽取足够的电流样本120；如果否122，且如果定序器124或为零或为偶数126，则该系统存在热堆子程序128。然而，如果已抽取足够的电流样本120，130，则在132电流样本寄存器被清零，并且定序器被初始化。此外，如果定序器不为奇数124，126，则在128存在热堆子程序94，并且返回到图2A的主算法。另一方面，如果不论在120是否已读出满电流样本，定序器皆为奇数132，则执行一个数学计算步骤来确定热堆分析。在说明热堆子程序94中各个剩余迭代之前，下面先描述热堆分析。
热堆分析基于电动机发热的电等效模式。要求解的微分方程由下式给出dV(n)=(I2t-VR(n-1))1C·dt]]>式中I2t最好先乘以FLA的平方。I2t值是RMS电流的平方乘以模型分析时间间隔，它在这种情况下是64ms。使用图2A主算法中找出的电流检测信号，从查找表中选择I2t值。C是电动机模型电容，R是表示从电动机输出的热量的电动机模型热阻，和V是热堆或电动机的计算温度。虽然很清楚，能在较短时间内完成热堆计算，但模型数学被定序成使执行时间最长。
为了找出I2t，用上述滤波电流作指针，去从查找表中选择一个适当的值；并且根据代表存储位置中该值所需的位数，定标该值，以获取正确的分辨率。为了使控制器的主线执行最大，用主线的每个迭代去执行一个数学步骤，如图2B中所示。如所述，当定序器是非零奇数时124，132，就在热堆子程序94中在每个迭代一个步骤的基础上进行各种数学步骤。例如，当定序器在134等于1时，就在136从查找表中获取I2t值并且定标该值，此后，系统回到主线128。当定序器在138等于3时，就把从第一方程得到的值136乘以FLA定标系数(在140)，然后热堆子程序94回到主线128。当定序器在142等于5时，就从查找表中获取FLA值，并且乘以在第二计算中找出的值140。当定序器在146达到7时，就在148计算热损失；并且当定序器在150达到9时，就在152计算小于热损失的热输入。当定序器在154达到11以后，就在156计算热堆中的变化；并且象各种其他计算一样，返至主线128。当定序器在158达到13时，就在160计算最新的热堆；并且当定序器在162达到15时，就把新热堆同预定跳闸值比较；如果它等于或大于预定跳闸值，就在164设置跳闸标志，并且热堆子程序回到主线128。
现在参照图2C-D，描述状态机器子程序84。状态机器确定该系统应当处于哪一个状态，和它处于这个状态时要采取什么行动。
图2C是图2A的状态机器子程序84的流程图。在进入状态机器子程序84时，子程序首先通过检验一些判定框170-180，确定该系统目前处于哪一个状态。即，如果目前的状态处于上电模式，就执行路线182。如果目前状态处于空载模式，就执行路线184。如果目前状态处于PWM线圈模式174，就执行路线175。如果目前状态处于跳闸模式(图2D)，就执行路线188。如果目前状态处于停止模式，就执行路线190；并且如果目前状态处于试验模式，就执行路线192。
回到参照图2C，在初始化和上电时，目前状态被置于零，即上电模式，并且遵循路线182，这就首先保证线圈和报警被禁止，并且迅速闪亮状态指示器194以指示上电模式。状态指示器继续快速闪亮，直至1秒钟期满196；并且当已期满时198，状态在200增加到状态1，在此时状态机器在202回到主算法。在1秒钟时计时器期满以前196，197，子程序返回以执行主算法202。
在执行图2A的主线算法和系统重新进入状态机器子程序以后84，目前状态不再处于上电模式170，204，在205监测试验按钮，并且如果它有效207，则状态变成试验状态209，和子程序回到主算法202。另一方面，如果不按下试验按钮205，211，则系统检验，以看是否目前状态处于空载模式172，并且如果它是184，则禁止到线圈的输出206，并且如果需要就激励状态指示器，以显示根据图2E的热堆输出。还在206监测输入和去抖动，以及调用图2E的显示TPR子程序96。然后监测远程起动输入信号208，并且如果未起动系统210，则状态在212变成停止模式(状态4)，和状态机器子程序84回到在202的主算法。然而，如果呈现起动208，213，就作检验，以看是否已在214接收一个正向或反向远程信号。如果未接收216，则系统回到主算法202。如果已接收一个有效正向或反向输入信号214，218，则50ms计时器被启动，且状态在220变成PWM状态(状态2)。正向/反向信息被保存或锁定，并且阻断以100％的占空因数激励线圈，此后把占空因数减到20％。状态机器子程序回到主算法202。
在图2A的主回路的下一个迭代，且目前状态是状态2或PWM线圈工作模式以后，状态机器84继续通过上电模式状态检验点170，204，和通过空载模式状态检验点172，222，并且进入PWM线圈模式174，175。首先，调用图2E的显示TPR子程序186，96，并且当完成时，它返回操作以检验是否存在图2C中呈现的使能(允许)信号224，226，和然后在228把索引状态指针设置成第4状态或停止模式，并且在202状态机器算法存在以回到图2A的主算法。然而，如果在图2C的224呈现一个使能信号，则PWM线圈模式在232着手检验以状态1装载的50ms计时器是否已期满；并且如果尚未期满234，就检验热堆，以看是否已超过一个预定的最大值236。如果热堆尚未等于或大于最大值238，则状态机器回到主算法，以允许50ms计时器期满，或某一其他插入事件。50ms计时器允许在开始调制省电之前，把满功率的满50ms加到线圈上。当50ms计时器期满时232，240，允许阻断程序在242以优选的20kHz去PWM线圈。当阻断放弃控制时244，检验热堆以看是否它已超过预定的最大值236；和如果它或者在阻断放弃控制244以后或者在50ms计时器尚未期满232，234时，超过预定最大值246，则检验一种用户确定报警但并不跳闸的模式，以看是否由用户在248选择它。这种模式只在下述情况才选择电动机在其中运行的系统或过程要比电动机重要，并且必须靠牺牲电动机来保持运行。在这种情况下250，在252激励报警器和状态指示器，但该系统停留在使电动机维持于其当前状态下的PWM线圈模式254。如果不选择并不跳闸模式256，并已经超过热堆246，则状态指针增至跳闸模式258，且系统回到主算法202。
在图2D继续进行状态机器程序，其目的在于如果目前状态处于跳闸模式176，188，则线圈的输出被阻塞298，且在260检验并不跳闸的报警；并且如果已设置该报警262，则状态指针被引向空载模式264，和回到主算法266，使线圈和电动机得以激励。如果尚未选择并不跳闸的报警260，268，并且没有复位270，272，则状态指示器被接通274，状态机器停留于跳闸模式和回到主算法266。如果已检测复位270，276，则再一次检验热堆，以看是否它已超过阈值278；并且如果它尚未超过阈值280，则状态指针被引向空载模式264，且状态机器在266回到主算法。然而，如果热堆阈值已超过预定的最大值278，282，则状态指示器快速地闪光，以指示复位已被检测284，然后系统在266回到主算法。
当状态机器的状态被设置为4，即停止模式时，则算法通过图2D的判定178而沿路线190前进，以阻塞线圈的输出298；并且如果当前还不存在阻塞290，292，则状态维持于停止模式，且在266回到主算法。如果已收到起动信号290，294，则状态指针被引到空载模式296，且状态机器子程序在266回到主算法，以便在图2C的214等待一个有效正向或反向输入请求。
如果已触发试验开关48(图1)，则状态被设置成用于试验模式的5，并且状态机器遵循图2D的路线176，177，178，179，180，192，和在298阻塞线圈的输出。应当注意，需要时可以容易地把该系统扩充到包括一些附加状态，方法是把过程180变成判定和其后添加附加的状态。在处于试验模式状态以后，如果在上电时第一次调用这个程序300，302，则以70％-80％的输出来闪光状态指示器304，如图3的计时图中所示，且系统在266回到主算法。如果它不是第一次进入试验模式300，306，则该系统保证在308显示至少两个循环的70％-80％状态指示；然后沿310前进，以看试验定序器是否指向80％-90％的指示312，并且如果是，则在状态指示器上显示该指示314。同样，如果试验定序器指向90％-95％指示316，则状态指示器显示95％-100％的输出318；并且如果试验定序器指向100％的指示320，则状态指示器输出100％的指示322。如果试验定序器不指向上述任何一种指示，则作检验以看是否实际上已检测一个复位324；并且如果否，则以88％的占空因数激励状态指示器326，以指示错误状态，并且在266回到主算法。88％的占空因数是图3中所示的80％＞TPC≥70％的倒数。如果在324已检测复位，则状态指针被引到最后的状态328，然后回到主算法266。
参照图2E，在图2A的状态显示器96上显示热堆结果的子程序被进一步详细地示出。首先，把热堆结果(TPR)同电动机的预定热堆容量(TPC)阈值比较340，并且如果TPR接近等于100％的TPC，则状态指示器被接通，且保持接通，以呈现为一个稳定状态输出342。如果TPC处于95％与100％之间，则状态指示器每秒钟接近闪光4次344；并且如果TPC处于90％与95％之间，则在346状态指示器每秒钟闪光3次。如果TPC处于80％与90％之间，则在348状态指示器中的LED每秒钟闪光2次；并且如果TPC处于70％与80％之间，则在350LED每秒钟闪光1次。如果TPC落入70％范围，即未达到70％以上或未大于70％，则LED被断开或保持断开352，且状态指示器算法返回354，而不管其他子程序或主算法是否已调用它。
参照图3，一个计时曲线图示出在2E中以流程图形式描述的状态指示器的各种输出。图3表示，对大于或等于100％的TPC，状态指示器的LED输出保持高或通360。对处于95％与100％之间的TPC，LED接近闪光4次/秒362；而对处于85％与90％之间的TPC，LED闪光3次/秒364，有每秒短时期的断开时间366。当TPC处于80％与90％之间时，LED在第一个半秒钟初始地闪光2次368，然后在剩余时期保持断开370。当TPC处于70％与80％之间时，LED在开始时接通1次372，然后在1秒的剩余时期保持断开374。应当了解，这种用于显示电动机温度代码的方案可以用许多各种代码形式来显示，所描述的形式只是一个优选实施例。此外，还可添加一些附加代码，其中接通时间的时期可加宽或变窄，或者1秒钟的总试验时期可加宽或变窄。
现在参照图4A-D，说明用于图1的电动机过载线圈控制器的详细电路图。图4A说明电流传感器22和三相电流测量器24的详细电路图，该图包括一个具有连接于电阻器R10和R15的运算放大器402的霍尔效应电流传感器偏置电路400，用于通过开关晶体管Q1、Q2和Q3而向霍尔效应传感器404、406和408提供一个偏置电压，这些晶体管向AC耦合霍尔效应传感器提供约1.4V的DC偏压。偏置电压起动霍尔效应传感器，以产生较高分辨率的输出。成对的电容器410、412和414位于各个霍尔效应传感器的输出端，用于由霍尔传感器滤出DC。电容器410-415被作成一定的尺寸，以去除霍尔器件输出端上的任何DC信号，但尺寸大到足以起动电路，以便在50Hz和60Hz系统上充分地工作。
所产生的输出是一个AC差分输出信号，该信号被送入一个倒相微分放大器电路416、418和420，这些电路被连接成分别接收来自霍尔效应器件404、406和408的输出。每个微分放大器416-420都包括一个电位计422、424和426，用于补偿霍尔效应器件中的偏差和任何电路偏差。每个微分放大器416-420的输出都被送到一个RC网络428、430、432，以进一步过滤输出信号，这些信号然后通过结点436、438和440输送，结点包括接地的肖特基二极管D2、D3和D4，用于限制负电压到达运算放大器442、444和446。在一个优选实施例中，负电压以-0.3V限幅，以便保护运算放大器442-446。各个运算放大器442-446的输出都分别在一个反馈路径上有一个二极管D9、D11和D12，其倒相输入或者闭塞或者通过一个信号，由此使输出最大。这种装置提供一个线路448上的输出，这是一个半波整流信号。在任何给定时间，在线路448上的输出都是来自各相的最大输出。
然后把输出信号448输入到积分电路27(图4B)，该电路具有一个以不倒相结构连接的运算放大器450，用作积分器，带有一个与积分反馈路径并联的齐纳二极管D10。提供齐纳二极管D10滚降对正确A/D变换是太大的信号。这种装置提供输出中的1∶1上升，直至达到齐纳电压为止，此后它提供一个非线性的滚降。这就建立一个组合式线性和非线性响应，从而额定电动机电流的105％与120％的UL试验点之间可得到的位数成为最大。如果没有齐纳二极管D10，则响应不会是严格地线性的，并且适用的位数不会在UL试验点之间提供充分的量化。
来自积分电路27的输出是供给微控制器12的插针3的电流传感输入20(图4D)。回到参照图4B，电阻器R14A和R14B是电流限制电阻器，用于保护运算放大器和微控制器。一个24VDC电源452向线圈提供DC电压，和为电路中各种低电源电压提供电力。电源452通过二极管D1连接于一个板上插针连接器454。因为在许多工业应用中，电动机继电器和线圈控制器位于比较靠近电动机处，故能提供一个带有控制开关触排456的远程板，以便提供连接于板上插针连接器454的远程输入40，从而提供使能输入42、正向输入44、反向输入46、远程复位输入38A、和报警输出信号56A和56B。应当注意，来自开关触排456的输入控制信号可以来自离散开关、固态开关、PLC、或任何可以产生所需控制输入信号的其他器件。使能输入42在倒置时也可看成是一个停止输入，用来起动或阻塞线圈控制，从而电动机，而与其他输入无关。正向和反向输入44、46是供多线圈和接触器使用的，在此一个控制电动机的正向运动，而另一个控制电动机的反向运动。本发明的控制器能与多线圈或单线圈一起使用。在与单线圈一起的应用中，不连接反向输入。因此，反相输入在三者中具有最低的优先性。即，使能信号具有最高的优先性，其次是正向，最后是反向。然而，在某些只有一个单接触器的应用中，例如在其电动机具有特定起动和停止控制点的泵/浮子应用中，使能和正向可以连接在一起，而反向不连接(即，使它断开)。
作为来自过载控制电路的输入，报警器56接收一个来自在微控制器12的插针5的报警控制信号460和一个时钟信号462，这些信号被输入到一个连接于晶体管Q4的触发器464，以驱动一个光隔离器466。光隔离器466包括一个内部红外发射二极管，它在激活时把光引向一个内部光敏晶体管，以闭合一个输出路径。光隔离器用于隔离报警器和控制电路。一个继电器能够选择地用于取代光隔离器。光隔离器466的输出被连接于一个晶体管Q3，以形成一个达林顿对，从而提高远程报警负载(未示出)的电流流动能力。提供一个齐纳二极管Z2，以钳住电压，从而保护光隔离器不受许多报警引起的感应负载的影响。晶体管Q4还允许在光隔离器上使用24V，以便能够处理光隔离器的输出上的较高的电流。当报警控制460高和触发器464接收时钟脉冲462时，Q输出升高，使光隔离器466中的内部红外二极管发射，随后激发闭合输出路径的光隔离器内部光敏晶体管，并且接通Q3，以便在会激发远程报警的报警-56B电路与报警+56A电路之间闭合其电流路径。
现在参照图4C，上述的远程输入被连接成电动机过载I/O简化电路14的一部分。使能输入42，和正向输入44与反向输入46一起，被整理成一个连接于微控制器12的单独远程输入470(图4D)。聚缩的远程输入470，通过一个对微控制器和简化电路系统提供电流限制的电阻器R14E，连接于微控制器。使能输入42、正向输入44和反向输入46都分别通过分压器472，474和476，连接于晶体管Q10、Q8和Q6的基极。分压器保护晶体管的基极，并且要求其输入大于5V才能使晶体管导通，从而提高其抗扰性。晶体管Q6、Q8和Q10同电阻器R14D、R14F、R14G和R25一起，被安排成建立一个输入信号分配器网络，它可区别和优先分配在单个聚缩远程输入线路470，例如单个多路复用器上的三个输入信号，并且聚缩这三个输入信号。即，如果使能42、正向44或反向46都不接通，即都不高，则晶体管Q10、Q8或Q6都不接通，并且在结点478处和在到微控制器的输入线路470上的电压都处于5V，从而向微控制器指示该系统处于停止模式。如果使能42高，且正向44和反向46是断开或低，则只有晶体管Q10接通，使电阻器R14F和R14G两端的电压接近3.5V。在结点478处电压为3.5V的情况下，微控制器识别该系统处于一种空载模式；或者如果业已闭锁，则业已处于反向或正向模式。如果使能42高和正向44高，则晶体管Q10和Q8都导通，使结点478处的电压下降到接地电平，即0V，从而向微控制器指示现在应当激励正向线圈。如果使能42和反向46都高，且正向46低，则晶体管Q10和Q6会导通，而晶体管Q8会断开。在只有晶体管Q10和Q6接通的情况下，则在电阻器R25两端的电压降会使结点478处的电压约为2.0V，从而向微控制器指示起动该系统，且应当激励反向线圈。如果全部三个输入都接通，即使能42信号呈现，正向44信号呈现，和反向46呈现，则起动42和正向44会优先，使结点478处的电压变为接地电位，和启动微控制器去触发正向线圈，并且反向输入变成一种“并不关心”(don’t care)。
通过分压器480馈入远程复位输入38A，以保护作为固态远程复位器34工作的晶体管Q9的控制极。固态远程复位器34和由按钮开关482组成的本地复位器32是并联连接的，并且连接于独立但等效的电阻器R27和R28。本地和远程复位器32、34被分别连接于线路484和486的微控制器插针5与6之间，下面描述其操作。选择电阻器R27和R28，使它们具有相等的电阻，从而微控制器能够进入复位，而与抑制哪一个无关；然而，如果二者同时复位，则组合电阻器R27和R28两端的电压降会提供一个增大的电压降，从而向控制器指示操作过程比电动机重要；并且会甚至在电动机超过热阈值时也保持电动机运动，但要激发报警器和状态指示器。提供二极管D6，使本地复位同线路486上的插针6的其他功能隔离。
微控制器12的插针6(图4D)还连接于输入线路46上的状态指示器60(图4C)，和连接于24VDC传感器52和试验开关48。试验开关48由按钮开关490组成，且当被激励时，把线路46拉到接地电位，以启动试验模式。当按钮490断开时，24VDC传感器52提供一个线路486上的0-5V模拟信号，以跟踪用于激发线圈的有效电压。24VDC传感器52包括分压器R17和R19，其尺寸定成可向微控制器提供一个0-5V的摆幅。提供电阻器R14H，以限制到微控制器的电流。状态指示器60包括LED D5和电阻器R23。当插针6(线路486)充当来自微控制器12的输出以便指示控制状态和电动机温度时，就向状态指示器60供电。
现在参照图4D，微控制器或微处理器12最好是一个8位8插针微片PIC 12CE674。微控制器12排列模拟信号抽样的序列，且激励或去激励输入和输出。为了使功能最大和外部硬件最少，大多数的微控制器插针都用作输入和输出。因为插针1、8和4分别指定专用于电源、接地和接通复位器，故只有5个插针依然用于13个可能的输入和输出。此外，插针2已专用于把线路502上的PWM信号输出到线圈选择和驱动电路。
电动机过载I/O简化电路14的另一个部分是线圈选择和驱动电路的一部分。I/O简化电路14包括一个触发器504，它被连接成从微控制器12的插针3接收时钟信号；和一个来自微控制器12的插针7的在线路506上的线圈选择器信号。触发器504的输出Q和Q′都分别连接于一对“与”门U10A和U10B，U10C和U10D，以驱动晶体管Q7和Q11的门电路，和驱动HL1和HL2之间的反向线圈，或HL3与HL2之间的正向线圈。
FLA调节器128包括一个电位计R20，它的一侧连接于5V电源，且另一侧具有一个电流限制电阻器R14C，连接于用作到微控制器12的输入的插针7。
现在描述微控制器插针I/O选择器。如前所述，插针1专用于微控制器的电源，和插针8专用于微控制器12的接地。插针4通过电阻器R8D连接于接通复位信号的电源，以便如果功率下降到最小值以下，则微控制器12复位。这种复位包括三态化全部输出，和下拉PWM，以切断线圈。因为线圈的控制和电动机的操作被认为是关键性的，故插针2只专用于PWM输出。因此，插针3、5、6和7是唯一可用于其余12个I/O的插针，现在详细描述其操作。
插针3可作为一个输入和一个输出来操作。作为输入，编制插针3的程序，以便从电流传感输入线路20上的三相电流传感器接收累加电流。插针3还具有输出功能，因为它起系统时钟输出的作用，用于报警控制和线圈选择电路。为了微控制器能按输入操作插针3以检测累加电流，首先必须插入第一插针6，然后报警控制插针5和线圈选择器插针7必须设置为其正确状态，以免线路3上的输入信号看起来像一个时钟脉冲。若果真如此，即，报警控制插针5和线圈选择器插针7被正确设置，则触发器504和464只会重复其正确的输出。然后按照插针3上的模拟输入来读出电流传感信号。微控制器使用一个内部查找表，且给定一个适当的电流值。根据来自FLA调节器28的输入，标定I2t值；并且使用另一个查找表，获取要在电动机热分析中使用的I2t的最终值。为了用插针3作系统时钟的输出，首先，微控制器12插入插针6，以便把结点510引向接地电位，然后把报警控制插针5和线圈选择器插针7设置成其固有的希望状态，并把插针3上的时钟信号输出到用于线圈选择和驱动的触发器504和报警的触发器464。
插针5还起一个多I/O的作用。作为一个输入，插针5从来自远程输入的输入线路470中接收一个信号，指示适当的希望状态。在一个优选实施例中，线路470上的输入会指示4种可能电压和状态之一。即，5V信号指示一个停止或阻塞命令。一个具有约3.5V电压的信号指示一个使能命令，而没有正向或反向命令，从而微控制器被置于一种空载模式或允许继续运行模式工作。约2.0V的输入电压指示一个起动逆向线圈的命令，而按近0V的输入电压指示一个起动正向线圈的要求。为了读出用作输入的插针5，微控制器12先插入插针6，以避免状态指示器60上的虚假指示，且避免来自复位器32和34的虚假读出。
插针5还用作一个用于报警控制器460的输出。为了如此作，就在发送报警控制信号以控制报警器56的触发器464之前，又拉低插针6。触发器464用于锁定来自锁5的输出，从而微处理器能够继续进一步处理。
插针6用于两个输入和一个输出。在插针6上读出的输入之一是24VDC传感器52。为了这样作，插针7被送电，以反向偏置LED D5，使LED断开；并且插针5被设置成高，以反向偏置二极管D6，从而避免来自复位的干扰。然后能够读出24VDC传感器52，以便准确地调节PWM速率，从而适应系统中电压的变化。在一个优选实施例中，系统能够用源自18V至30V范围的电位的PWM信号，准确地控制24VDC线圈。
插针6还检测来自试验开关48的输入，因为如果按钮开关490被闭合，则结点510会下降到约0V，从而向微控制器12指示试验开关已经激励，和系统将进入试验模式。在最初接收一个插针6上的约0V的输入时，微控制器12会立即把PWM速率增加到它的最大值，并且对试验开关去抖动约1秒钟。如果该开关仍然按下，则会设置报警，且系统会进入空载模式或复位模式，如上面参照图2A-2E所述。
插针6还期待来自本地复位器32或远程复位器34的复位。为了这样作，插针5保持低，且插针6供电，以便在插针5与6之间形成一个完整的电路。然后读出插针6用作模拟输入。如果复位都无效，则插针6会处于约5V，且不需要动作。然而，因为R27和R28具有相同的值，故如果启动本地复位器32或远程复位器34，则插针6会经历一个约4.2V的电压降。在采取任何行动之前，通过等待约1秒钟，使输入去抖动。该系统并不关心哪一个是有效的，只要二者之一是有效的，它就会进入跳闸模式。如果二者都是有效的，则插针6会经历一个增加的电压降，并且在其上具有约3.8V；在此情况下系统处于跳闸模式，但设置成报警而并不跳闸的模式，在此是牺牲电动机发热来维持过程的工作。
插针6还充当用于状态指示器60的输出。为了充当线路486上的输出，插针5保持高，以反向偏置二极管D6；并且插针7被设置成低，以插入状态指示器60中的LED D5的阴极。然后插针6的输出能够根据上述的算法来控制LED D5。状态指示器60能够输出报警条件的指示，即，在图3的时序图中陈述的电动机的热条件指示；在复位时快速闪亮LED 1秒钟；并且如果锁下试验钮，则能输出图3时序图的70％-80％TCP的反量。
插针7还起一个多I/O的作用。对于充当一个输入的插针7，首先插针6保持低，并且插针5供电，以反向偏置二极管D6，和使LED D5断开。然后插针7能够作为一个输入，即作为模拟信号的来自FLA调节器28的输出而读出。为了在插针7上输出，和产生到线圈选择和驱动的触发器504的在线路506上的线圈选择器信号，插针6保持低，使LED D5断开，然后能用高和低信号来控制触发器。为了操作状态指示器60，插针7必须保持低；或者为了在检测24VDC期间，或检验试验开关或复位器期间，阻塞状态指示器60的LED D5，则插针7必须保持高。
较早叙述的中断程序是一个50μs的“heartbeart”，它生成一个用于线圈的20kHz PWM，从而实际上变更PWM输出。计时器生成一个用于主线计时的2ms标志。该中断程序可控制PWM的接通电压占空因数。PWM值基于24VDC值，且能变化10％-20％，以保持线圈的位置，同时使由线圈和接触器消耗的电力最小。在一个优选实施例中，50μs心搏器可用于每50μs执行一次的约17个主线指令，使1μs用于一个指令。因为数学程序是时间比较紧的，故A/D采样必须交替于两组输入之间，如图2A中108处的主线分支所示。
虽然根据优选实施例描述了本发明，但应当看出，除了明确地陈述的这些描述之外，等效、替换和修正的描述都是可能的，并且属于所附权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种电动机过载线圈控制器(10)，包括多个接到和来自有j个输入和k个输出的电动机过载线圈控制器(10)的输入(16)和输出(18)(I/O)，其中至少有一个复位输入(36，38)，一个电流传感输入(20)，一个满载电流(FLA)输入(30)，一个线圈控制输入(42，44，46)，一个线圈控制输出(68，70)，和一个状态输出(62)；一个具有n个输入/输出(I/O)线路的微控制器(12)，在此n＜(j+k)；一个按照一种把多个I/O(16，18)优先排序和合并成x个I/O从而n＜x＜(j+k)的方式，把j个输入和k个输出连接到微控制器(12)上的电动机过载电路(14)，借此减少多个I/O(16，18)的数目，但在此连接于微控制器(12)的多个I/O的数目仍超过微控制器(12)的n个I/O线路的数目；和其中微控制器(12)被编程成能使用n个I/O线路中的至少2个线路起输入和输出作用。
2.根据权利要求1的电动机过载线圈控制器(10)，还包括一个24VDC电源(452)，连接于线圈控制器(10)，且具有24VDC和5VDC的输出；和一个第一线圈(64)，被连接成接收线圈控制输出(68，70)。
3.根据权利要求2的电动机过载线圈控制器(10)，其中第一线圈(64)起正向线圈的作用，用于控制电动机的正向运动；还包括一个第二线圈(66)，它起反向线圈的作用，用于控制电动机的反向运动。
4.根据权利要求2的电动机过载线圈控制器(10)，其中微控制器(12)被进一步编程，以向线圈(64)提供满DC功率，从而初始地激励线圈(64)；然后在线圈控制输出(68)上提供一个DC PWM信号，借此提供较低的电力，以把线圈(64)保持于一种拉入状态。
5.根据权利要求4的电动机过载线圈控制器(10)，其中线圈控制输出(68)来自微控制器的一个专用输出线路。
6.根据权利要求1的电动机过载线圈控制器(10)，其中多个I/O(16，18)被进一步限定，使复位输入包括一个本地复位输入(36)和一个远程复位输入(38)；线圈控制输入包括一个使能输入(42)，一个正向输入(44)和一个反向输入(46)；线圈控制输出包括一个正向线圈输出(68)和一个反向线圈输出(70)；状态输出包括一个状态指示器输出(62)和报警输出(58)；电流传感输入包括一个三相电流传感输入(20)；控制器(10)还包含一个试验输入(50)，一个线圈控制电路电压传感输入(54)；并且其中各个I/O(16，18)都通过几个I/O线路由微控制器(12)来处理。
7.根据权利要求6的电动机过载线圈控制器(10)，其中微控制器(12)具有5个有效的I/O线路，其中1个线路专用于线圈控制输出(68，70)，和其中4个线路是多功能I/O；并且其中电动机过载电路(14)和微控制器(12)至少处理13个I/O。
8.根据权利要求1的电动机过载线圈控制器(10)，还包括一个可由线圈控制输出(68)控制的正向线圈(64)，和一个可由线圈控制输出(70)控制的反向线圈(66)；线圈控制输出(68，70)包括一个正向线圈输出(68)，和一个反向线圈输出(70)；并且其中微控制器(12)生成一个时钟输出(462)；和其中电动机过载电路(14)包括一个具有一个定时触发器(504)的线圈选择和驱动电路(图4D)，它被连接成根据正向和反向线圈输出(68，70)和时钟输出(Q，Q′)，接收正向和反向线圈输出(68，70)和激励第一和第二线圈(64，66)之一。
9.根据权利要求1的电动机过载线圈控制器(10)，其中电动机过载电路(14)还包括一个远程输入多路复用器(图4C)，用于接收三个性质不同的外部控制信号一个外部反向控制信号(46)，一个外部正向控制信号(44)和一个外部使能控制信号(42)；其中每个信号皆可处于有效和无效这两种状态之一；远程输入多路复用器可区分这三个性质不同的外部控制信号，并且向微控制器(12)提供一个线圈控制输入信号(470)，以指三个性质不同的外部控制信号中哪一个是有效的。
10.根据权利要求1的电动机过载线圈控制器(10)，其中；电动机过载电路(14)还包括一个机械本地复位器(32)和一个固态远程复位器(34)，每个复位器皆连接于微控制器(12)的同一个I/O线路；并且微控制器(12)还被编程，使微控制器(12)能够区分是否已经启动机械本地复位器(32)和固态远程复位器(34)之一，或是否已经启动二者(32和34)。
11.根据权利要求2的电动机过载线圈控制器(10)，其中电动机过载电路(14)还包括一个试验开关(48)、一个24VDC传感器(52)和一个状态指示器(60)，每个皆连接于微控制器(12)的同一个I/O线路；并且微控制器(12)还被编程，以便对同一I/O线路上的试验开关(48)、24VDC传感器(52)和状态指示器(60)中的每一个，区分其接收和发送。
12.根据权利要求1的电动机过载线圈控制器(10)，其中状态输出(62)包括一个报警输出(460)；并且电动机过载电路(14)还包括一个从微控制器(12)接收报警输出(460)的报警电路(56)，报警电路(56)具有一个定时触发器(464)，用于使报警输出(460)与来自微控制器(12)的时钟信号(462)同步，从而报警输出(460)是来自一个与线圈控制输入(470)相同的I/O(5)的。
13.根据权利要求1的电动机过载线圈控制器(10)，其中状态输出(62)包括一个状态指示器输出(480)；并且电动机过载电路(14)还包括一个状态指示器(60)，其中具有一个LED(D5)，并且它在一个与至少另一个I/O相同的I/O的线路(6)上从微控制器(12)接收状态指示器输出(486)；并且其中微控制器(12)被进一步编程，以便计算一个用于电动机的热堆(94)，在状态指示器的输出(486)上输出一个热堆计算的热堆结果(96)，和在状态指示器(60)的LED(D5)上显示一个热堆结果的表示。
14.根据权利要求13的电动机过载线圈控制器(10)，其中热堆结果(96)是按照热堆容量的百分率来显示的；并且如果热堆结果(96)接近100％的热堆容量，则转接LED(D5)，以呈现为连续接通(342)；和如果热堆结果(96)小于100％的热堆容量，则以表示热堆结果(94)的频率(344，346，348，350，352)接通和断开LED(D5)。
15.一种电动机过载线圈控制器(10)，包括一个三相传感电路(22，24)，可产生一个电流传感信号I(20)；一个满载电流(FLA)电路(28)，带有一个用户可调FLA装置，设置和可产生一个FLA信号(30)；一个8位微控制器(12)，可接收来自三相传感电路(22，24)的电流传感信号(20)和来自FLA电路(28)的FLA信号(30)，其中带有一个包含给定模型参数的查找表；对微控制器(12)编程，以便根据由下式给出的微分方程计算热堆dV(n)(94)的变化，基于电流传感信号(20)、FLA信号(30)和查找表来模拟电动机的加热dV(n)=(I2t(n)-VR(n-1))1Cdt]]>式中I2t(n)是用电流传感信号I(20)、FLA信号(30)和模型分析间隔时间t，选自查找表的；C是电动机模型电容；R是电动机模型热阻，表示离开电动机的热输送；和V(n-1)是最后的热堆结果(94)。
16.根据权利要求15的电动机过载线圈控制器，其中微控制器(12)被进一步编程，以便通过把最后热堆结果加到改变后的热堆dV(n)上(160)，计算一个实时热堆V(n)。
17.一种计算一个工作电动机温度的方法，包括下列步骤确定用于电动机的FLA值(110)；传感到电动机的电流路径中的电流(112)；限定一个分析间隔时间，要在该时间范围内确定电动机的温度(84，86)；继续定期地传感电流至少一段分析间隔时间(120)；和限定一个多步骤计算子程序(94)，以便定期地确定一个电动机的热堆，和执行一个多步骤计算子程序的步骤，这样的时期按分析间隔时间隔开。
18.根据权利要求17的方法，其中确定FLA值的步骤(110)包括读出一个用户可调装置(28)，和根据用户的选择，使所选装置与存储装置中查找表发生连系。
19.根据权利要求17的方法，还包括下述步骤初始化一个定序器(132)，然后用每个周期电流传感来增大定序器；和根据定序器值，执行多步骤计算子程序(94)的一个步骤(134)。
20.根据权利要求17的方法，其中多步骤计算子程序(94)包括下述步骤获取I2t值(136)，其中I是到电动机的电流值，t是分析间隔时间；把I2t值乘以FLA值(140)；计算从电动机消散的热量(144)；计算没有从电动机消散热量的I2t(152)；从前一个计算来计算热堆的变化(156)；和计算一个新的热堆(160)。
21.根据权利要求20的方法，还包括下述步骤如果新热堆等于或大于预定的跳闸值，则显示新热堆(96)的一个表示(164)。
22.根据权利要求17的方法，其中传感电流的步骤(112)还被限定成，在有三个霍尔效应传感器(22)的三相系统的每个相中传感电流，一个霍尔效应传感器是与三相系统的每个相可操作地结合的，从而提供三个电流信号。
23.根据权利要求22的方法，还包括下述步骤相加三个电流信号(26)，并且建立一个组合的线性和非线性响应，其中非线性响应发生于电动机电流容量的上端。
24.根据权利要求23的方法，还包括下述步骤对相加后的电流信号(27，104)进行A/D变换，使数据点之间的量化是在安排于电动机电流容量上端的预定试验点处成为最大的。
25.一种监测电动机温度的控制器(10)，包括一个FLA调节器(28)，用于校准对所期望电动机的控制，和产生FLA信号(30)；至少一个电流传感器(404)，可操作地连系于一个到电动机的电流路径，和产生一个电流传感信号(20)；一个处理器(12)，连接于FLA调节器(28)以接收FLA信号(30)，和连接于至少一个电流传感器(404)以接收电流传感信号(30)，且被编程成限定一个分析间隔时间，要在该间隔时间范围内确定电动机的温度(100)；在分析间隔时间(100)期间从至少一个电流传感器(404)周期地接收(109)电流传感信号(30)；和执行一个多步骤计算子程序(94)，以便在一个分析间隔时间范围内确定电动机的温度。
26.根据权利要求25的控制器(10)，其中处理器(12)被进一步编程，以增大一个间隔顺序符，和对每个顺序符增量都执行多步骤计算子程序(94)的不多于一个的步骤。
27.根据权利要求26的控制器(10)，其中处理器还被编程成获取一个I2t值(136)，其中I是到电动机的电流的值，和t是分析间隔时间；把I2t值乘以FLA值(140)；计算从电动机消散的热量(144)；计算没有从电动机消散热量的I2t值(152)；根据前一计算来计算热堆的变化(156)；和计算一个新的热堆(160)。
28.根据权利要求27的控制器，其中处理器(12)被进一步编程，以便如果新热堆等于或大于一个预定的跳闸值，则显示一个新热堆(96)的表示。
29.根据权利要求25的控制器，其中处理器(12)被进一步编程，以便通过读出一个用户可调装置(28)来确定一个FLA值；并且根据用户作的选择，使所选装置与存储装置中查找表连系起来。
30.根据权利要求25的控制器，其中该至少一个电流传感器包括三个霍尔效应传感器(404，406，408)，每个霍尔效应传感器皆可操作地连系于三相系统中的一个相，借此提供三个电流信号。
31.根据权利要求30的控制器，还包括一个电流加法器(26)，它连接于三个霍尔效应传感器(404，406，408)，用于相加三个电流信号和建立一个组合的线性和非线性响应，其中非线性响应发生于电动机电流容量的上端。
32.根据权利要求31的控制器，其中处理器(12)被进一步编程，以变换相加后的电流信号，从而在数据点之间的量化是在安排于电动机电流容量的上端的预定试验点处成为最高的。
33.一种三相电流传感电路，包括三个霍尔效应电流传感器(404，406，408)，每个霍尔效应电流传感器可连接于三相电源的一个相；三个放大器(416，418，420)，每个放大器可连接于一个霍尔效应电流传感器(404，406，408)；三个半波整流器，每个半波整流器都包含一个单独的非倒相运算放大器(442，444，446)，该放大器具有一个可连接于正电源的正电源终端和一个连接于接地电位的负电源终端，和具有一个连接于一个负反馈路径中的二极管(D9，D11，D12)；并且每个都具有一个输入和一个输出，每个输入连接于一个相应的放大器(416，418，420)和霍尔效应电流传感器(404，406，408)，和每个输出连接于一个公用结点(448)，以产生一个在任何给定时间表示所有三个独立输出当中最高输出的单独输出信号。
34.根据权利要求33的三相电流传感器电路，还包括一个连接于半波整流器公用结点(448)的电流加法电路(26)，和包括一个积分非倒相运算放大器(450)，它具有一个在负反馈路径中并联于一个电路器(R35)和一个电容器(C8)的齐纳二极管(D10)，以便在输出电压高于齐纳二极管(D10)的齐纳电压的情况下建立一个非线性响应。
35.一种用于电动机过载控制的控制方法(84)，包括下述步骤在系统复位(82)时，包含起始上电(170)，进入包括上电状态的状态指示的上电状态(182)，和阻塞线圈输出(194)；在一段预定的时期(196)以后，进入一种空载模式(200)和监测系统的输入(206)，包含第一次检验一个起动输入(208)，和如果不存在一个使能输入命令(213)，则进入一种停止模式(212)，否则，作检验以看是否存在一个有效的电动机控制命令(214)，和如果存在(218)，则进入一个PWM模式(220)；在进入一个PWM模式(220)时，开始触发一个线圈，以便用满线圈功率触发电动机运动(234)，然后通过生成一个PWM信号来降低到线圈的功率(242)，以维持线圈的触发；定期检验使能输入信号，以继续维持使能输入命令的存在(224)，如果不存在(226)，就进入停止模式(228)；和在进入停止模式(178，190)时，阻塞线圈输出(298)。
36.根据权利要求35的控制方法(84)，还包括下述步骤提供一个报警但并不跳闸的模式(248，250)，其中虽然触发报警(252)，但电动机继续起动(254)。
37.根据权利要求35的控制方法(84)，还包括下述步骤监测电动机的温度(236)，并且当所监测电动机温度超过预定的数值(246)时，触发一个输出信号(252，274)。
38.根据权利要求35的控制方法(84)，还包括下述步骤定期检验系统的复位命令(258)；并且如果存在，就进入跳闸模式；和在进入跳闸模式(188)时，阻塞线圈的输出(298)。
39.一种微控制器I/O插针结构和电动机控制器，包括一个微控制器(12)的第一I/O插针(5)，它被连接成接收一个使能信号(42)、一个正向信号(44)和一个反向信号(46)，用作输入，它还被连接成提供一个报警信号(460)用作输出；和一个微控制器(12)的第二I/O插针(6)，它被连接成传感一个复位器件(32，34)用作输入，并且触发一个状态指示器(60)用作输出。
40.根据权利要求39的设备，其中第一I/O插针(5)还连接于复位器件(32，34)，充当用于复位器件(32，34)的转发器；并且其中第二I/O插针(6)被连接于电压传感器(52)和试验开关(48)，以接收用作输入的电压传感信号和用作输入的试验信号。
41.根据权利要求39的设备，还包括一个微控制器(12)的第三插针(7)，它被连接于一个线圈选择和驱动电路(14)，充当来自微控制器(12)的输出；第三插针(7)还连接于一个FLA调节器件(28)，以便把诸信号从FLA调节器件(28)输入到微控制器(12)。
42.根据权利要求42的设备，还包括一个微控制器(12)的第四插针(3)，它被连接成接收来自电流传感器(22)的信号，第四插针(3)还产生一个时钟信号(462)，用作到报警器(56)和线圈选择和驱动电路(14)的输出。
全文摘要
一种用于电动机起动器/继电器接触器的电动机过载线圈控制器。控制器包括一个微控制器,三相电流测量器。系统包括一个电流积分器、一个满载电流(FLA)调节器。微控制器使用FLA调节器和电流信号去为电动机工作温度的实时监测而找出适当的I
文档编号H02H7/085GK1267113SQ00103878
公开日2000年9月20日 申请日期2000年3月10日 优先权日1999年3月12日
发明者帕特瑞克·詹姆斯·格理斯默, 克理斯托福·约翰·威勒彻, 克特·宛·艾克罗斯 申请人:尹顿公司