智能型电机起动器及其控制方法与流程

本申请涉及一种智能型电机起动器及其控制方法，主要用于冰箱、空调等单相制冷压缩机的起动控制，也可用于其它单相异步电机的起动控制。

背景技术：

目前采用的冰箱、空调等定频制冷压缩机普遍采用单相异步电机，在电机的定子嵌有两套绕组，一套为主绕组，另一套为副绕组。当电机通电起动时，主绕组和副绕组同时通电并产生磁场，合成的旋转磁场切割静止转子产生一定的电磁转矩，使转子开始旋转，起动后的转子转矩将逐渐增大，当转速达到75%-80% 的同步转速时，切断副绕组回路，电动机仍能继续旋转升速，直至达到与外阻抗转矩平衡、稳定运转；而副绕组的接通和切断由起动器来完成。

目前控制副绕组通断的起动器分为延时型起动器和电流感应型起动器两大类，延时型起动器包括正温度系数热敏电阻（PTC）起动器和电子式延时起动器，电流感应型起动器包括互感式起动器和重锤式机械起动器。

PTC 起动器是利用PTC热敏电阻R/T特性实现起动， PTC电阻常温较小，电机起动后随着副绕组电流的流过，使PTC发热而阻值迅速上升，达到基本切断副绕组的作用，起动延时时间取决于PTC的R/T特性和所流过电流的大小，起动完成后PTC 元件中仍然有十几毫安的维持电流通过，以维持PTC 元件的发热而保持高阻状态，这个维持电流会产生3W 左右功率消耗，导致了电能的大量浪费。

为了减小功率消耗，采用将小功率PTC电阻串联在双向可控硅的触发回路，电机起动后PTC电阻发热而阻值迅速上升，触发电流下降，控制双向可控硅断开从而延时关断副绕组回路，这种小功率PTC电阻功率消耗在0.3W左右。

电子式延时起动器的工作原理在电机起动后利用电子硬件电路和软件的设计，控制电子开关延时关断副绕组回路。申请人申请的专利号为CN102158150A的中国专利是在电机起动后利用电容的充电时间延时控制电子开关切断副绕组回路，达到起动电机的目的。专利号为CN104124903A的中国专利是电机起动后利用专用模块计时，达到预定时间后控制电子开关切断副绕组回路，达到起动电机的目的。

电流感应型起动器的工作原理是利用电机主绕组的电流变化控制串联在副绕组上开关的通断，起动开始时主绕组起动电流较大，控制副绕组回路开关接通；电机起动完成后，主绕组电流下降，切断副绕组回路开关，完成整个起动过程。互感式起动器开关一般采用双向可控硅，重锤式机械起动器开关采用触点机械开关。

综合以上各种起动技术，延时型起动器在电机接通后延时特定时间后关断电机副绕组回路以实现电机起动，对电机的起动效果没有自检功能，如起动时间内没有正常起动会造成堵转。电流感应型起动器副绕组的通断取决与主绕组电流的变化，起动器与电机参数的匹配有较高的要求，如匹配不好，会造成电机无法起动或起动后副绕组无法关断，特别在电机过载或堵转时会使副绕组长时间接通，增加了电机发热和损坏的几率。

技术实现要素：

本申请所解决的技术问题是克服以上起动方式中存在的弊端，在电机起动开始后先采用延时起动方式，在完成一个起动周期后，通过检测主绕组电流判断电机是否有效起动，如电机没有正常起动，间隔规定的时间后再执行下一个起动周期，通过设定可实现多个周期的循环起动，提高了电机起动的可靠性。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：

一种智能型电机起动器，由微处理芯片和外围电路组成，其特征是所述外围电路包括电源供电电路、电机副绕组电压采样电路、电机主绕组电流采样电路、电机副绕组开关，电源供电电路由高压电容、压敏电阻、降压电阻、二极管一、二极管二、储能电容二和储能电容三组成，提供微处理芯片正常工作所需的电源；所述高压电容一端与电机公共端连接，所述高压电容另一端与降压电阻一端、压敏电阻一端连接，所述降压电阻另一端与所述二极管一的阳极、所述二极管二的阴极连接，所述二极管一的阴极与所述储能电容二的一端、所述微处理芯片的正电源输入端连接，所述二极管二的阳极与所述储能电容三的一端、所述微处理芯片的负电源输入端连接，所述储能电容二的另一端与所述储能电容三的另一端、微处理芯片的零位端连接，所述微处理芯片的零位端、所述压敏电阻另一端共同连接交流电源N端，电机副绕组开关连接在电机副绕组S端、交流电源N端之间，电机副绕组电压采样电路通过分压方式采样电机副绕组S端的电压，电机主绕组电流采样电路采样电机主绕组回路的电流，电机副绕组电压采样电路的采样信号和电机主绕组电流采样电路的采样信号分别接入微处理芯片的输入端。

所述电机副绕组电压采样电路由分压电阻二、分压电阻三串联组成，所述分压电阻二的一端与所述电机副绕组S端连接；所述分压电阻二另一端与分压电阻三的一端、微处理芯片的电压采样端连接，所述分压电阻三的另一端接交流电源N端。

所述电机主绕组电流采样电路设置有电流取样电阻，电流取样电阻的一端与微处理芯片的电流采样端、电机主绕组M端连接；所述电流取样电阻的另一端接交流电源N端。

所述电机副绕组开关采用双向可控硅，双向可控硅的门极接微处理芯片的控制输出端。

所述电机副绕组开关包括双向可控硅T、正温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻、双向可控硅串接在电机副绕组S端、交流电源N端之间，微处理芯片的控制输出端接双向可控硅门极。

所述微处理芯片内设置有过零比较模块、过零脉冲生成模块、中央处理模块、计时模块，所述过零比较模块接收电机副绕组电压采样电路的采样信号和交流电源N端零线信号并进行过零比较，过零比较信号送所述过零脉冲生成模块，由过零脉冲生成模块生成过零脉冲信号；所述中央处理模块与过零脉冲生成模块、计时模块、电机主绕组M端均连接。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：

上述智能型电机起动器的控制方法，其特征是包括以下步骤：

电机加电后，电机副绕组S端的电压采样信号和交流电源N端零线信号输入微处理芯片并进行比较处理，微处理芯片输出端输出与副绕组回路电流波形同步的过零脉冲，控制所述电机副绕组开关接通电机副绕组S端和交流电源N端之间的连接并起动电机，持续预置的起动时间（起动周期持续时间）后，控制电机副绕组开关关闭电机副绕组S端、交流电源N端之间的连接，一个起动周期完成；然后电机主绕组电流采样电路采样流过主绕组回路的电流信号，当所采样的主绕组回路的电流信号大于等于微处理芯片预置的堵转电流且微处理芯片设定的起动周期次数未到时时，经过预置的周期间隔时间（两个起动周期之间的间隔时间）后，执行下一个起动周期且起动周期次数加1；否则起动过程结束（微处理芯片初始化起动周期次数）。

所述中央处理模块接收电机主绕组电流采样电路的采样信号和所述计时模块产生的计时信号，按软件设计要求进行处理，输出控制信号至所述过零脉冲生成模块，控制每个起动周期过零脉冲信号输出的持续时间、两个起动周期之间的间隔时间、起动周期次数，受控的过零脉冲信号由所述微处理芯片的输出端输出控制电机副绕组开关的接通和关闭。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简洁，功能齐全,使用方便，成本较低，抗干扰能力强，效果好。

附图说明

图1为本发明智能型电机起动器实施例1的结构示意图。

图2为本发明智能型电机起动器实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例中微处理芯片工作原理框图。

图4为本发明实施例中所产生的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理进行介绍。

实施例1：

如图1，电源供电电路的工作原理是电机2加电后，交流电源L端通过过载保护器1接至电机公共端C，同时作为起动器电源供电电路输入，经高压电容C1进入，压敏电阻RV1防止过高电压进入整流滤波电路而损坏器件，经降压电阻R1降压后，一路通过二极管一D1整流和储能电容二C2滤波，生成微处理芯片IC1正电源Vdd，另一路通过二极管二D2整流和储能电容三C3滤波，生成负电源Vee，提供微处理芯片IC1工作所需的电源。

微处理芯片IC1内部框图如图3所示，包括过零比较模块、过零脉冲生成模块、中央处理模块、计时模块。所述微处理芯片IC1内部的过零比较模块有两个输入端，电机副绕组S端的电压经分压电阻二R2和分压电阻三R3分压连接到所述微处理芯片IC1的电压采样Lhr端，作为所述过零比较模块的一个输入端，交流电源N端零线信号连接到所述微处理芯片IC1的零位N端，作为另一个输入端。所述过零比较模块对两个输入信号进行比较，当 Lhr端信号大于零线信号时输出高电平信号，当 Lhr端信号小于零线信号时输出低电平信号，输出的过零比较信号送到所述过零脉冲生成模块生成与副绕组回路电流波形同相的过零脉冲（波形如图4），所述中央处理模块接收电机主绕组电流采样电路的采样信号和计时信号，电机主绕组电流采样电路的采样信号由所述微处理芯片IC1的电流采样Vq端输入，计时信号由所述微处理芯片IC1内部的所述计时模块生成。所述中央处理模块的输出控制信号送到所述过零脉冲生成模块，控制每个起动周期过零脉冲输出的持续时间、两个起动周期之间的间隔时间、起动周期次数。受控的过零脉冲信号由所述微处理芯片IC1的输出端Ig连接双向可控硅T的门极G，控制双向可控硅T导通和关闭。电机2加电后，起动器输出端输出电流Ig流过双向可控硅T的门极G，使电机副绕组S端通过双向可控硅T的A1端和A2端接通交流电源N端，电机副绕组回路有电流流过而实现电机2起动。与此同时计时模块开始计时，当计时达到所设定的起动时间（起动周期持续时间）预置值（例如1S）时，控制所述过零脉冲生成模块关断Ig端输出，电机2一个起动周期结束。所述电流取样电阻R4在电机2一个起动周期完成后对电机主绕组回路的电流大小进行采样，采样信号通过微处理芯片IC1的电流采样Vq端送入内部的所述中央处理模块进行比较处理，当主绕组回路的电流信号小于所述微处理芯片IC1预置的电机堵转电流（例如2A）时，判断为起动正常,起动过程结束。当主绕组回路的电流信号大于等于微处理芯片预置的电机堵转电流（例如2A）时，判断为起动异常，经过预置的起动周期之间的间隔时间（例如2S）后，微处理芯片IC1再次输出控制电流Ig，执行下一个起动周期。如果循环执行了设定的起动周期次数（例如3次）后，电机2仍没有正常起动，即判断起动失败，起动过程结束。

实施例2：

实施例2的基本结构与实施例1相同，区别仅在于实施例2中电机副绕组S端通过正温度系数热敏电阻PTC、双向可控硅T的A1端和A2端接通交流电源N端。电机2起动时，副绕组端S通过正温度系数热敏电阻PTC、双向可控硅T的A1端和A2端接通交流电源N端，在双向可控硅T的A1端和A2端短路失效时具有保护电机2的作用。

本申请的起动过程为：电机2加电后，起动器接收到电机起动信号后，产生与电机副绕组S端电压同相的过零脉冲触发双向可控硅导通，接通副绕组回路使电机起动；同时内部计时模块开始计时，当计时达到设定的起动时间预置值时，控制双向可控硅切断副绕组回路，完成一个起动周期。该起动器还具备自检功能，在电机起动完成后实时检测电机主绕组回路的电流，当主绕组回路的电流信号小于微处理芯片预设的电机堵转电流时，判断为起动正常；当主绕组回路的电流信号大于等于微处理芯片预设的电机堵转电流时，判断为起动异常，经过预置的两个起动周期之间的间隔时间后，执行下一个起动周期。如果判断为起动正常，或者判断为起动异常且已经循环执行了设定的起动周期次数，起动过程结束。本申请由专用微处理芯片和若干外围元件组成，电路简单，成本较低。起动完成后的消耗功率较低，可低至毫瓦级，整个起动过程可按要求精确可控，其自检保护功能提高了电机起动的可靠性，降低电机因堵转发热损坏的几率。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明；而且，本发明各部分所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。