一种用于电机的电子启动器及启动方法与流程

【技术领域】

本发明涉及机电一体化和工业控制技术领域，尤其涉及一种用于电机的电子启动器,其中本发明示例性的电子启动器不受电机的功率、极数和工作电压等的限制。进一步地，本发明还提供一种用于电机的启动方法。

背景技术：

单相异步电机是一类常用电机，其中电容启动型(常见系列有yc、mc)和双电容型(常见系列有yl、ml)的原理如本发明说明书附图之图1所示。电机启动需要一定的扭矩，电机启动瞬间，离心开关闭合，启动电容连接在电气回路内，增大启动扭矩，辅助电机启动(电容启动型仅有启动电容，没有运转电容；双电容型两种电容都有)。当电机达到一定转速后，离心开关断开，提高电机在额定转速下的运行性能。

传统机械式离心开关用离心力断开启动电容，这也是离心开关名字的来历。改用电子式后，虽不再需要离心力，习惯上任然沿用以前“离心开关”的名字，俗称“电子离心开关”。本发明用于电机的电子启动器即是“电子离心开关”。

现有的“电子离心开关”，有的在电机启动后延时断开启动电容支路；有的在延时关断的基础上，增加堵转检测；有的对不同交流电频率、不同极数的电机分别控制。这些方法不足之处为：延时类方法控制精度低；对不同的交流供电系统(如交流220v、120v、100v、50hz和60hz等)，不同电机参数(功率、极数、启动时间等)，需要设计不同的产品，或根据具体应用场景设置参数。目前市面上尚未出现能同时适应不同供电系统、不同电机参数的产品。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要优势在于提供一种用于电机的电子启动器，其中本发明的示例性的用于电机的电子启动器不受电机的功率、极数、启动时间和工作电压等的限制，能够对不同功率、极数、启动时间和工作电压的电机实现精确的启动控制。

本发明的另一优势在于提供一种用于电机的电子启动器，其中本发明的示例性的用于电机的电子启动器同时适用于不同的交流供电系统，如交流220v、120v、100v、50hz和60hz等。

本发明的另一优势在于提供一种用于电机的电子启动器，其中本发明的示例性的用于电机的电子启动器根据被测目标的电流变化提取变化特征，并依据该变化特征判断电机的状态和转速，进而控制电机启动。

本发明的另一优势在于提供一种用于电机的启动方法，其中本发明的示例性的用于电机的启动方法不受电机的功率、极数、启动时间和工作电压等的限制，能够对不同功率、极数、启动时间和工作电压的电机实现精确的启动控制。

本发明的另一优势在于提供一种用于电机的启动方法，其中本发明的示例性的用于电机的启动方法同时适用于不同的交流供电系统，如交流220v、120v、100v、50hz和60hz等。

本发明的另一优势在于提供一种用于电机的启动方法，其中本发明的示例性的用于电机的启动方法根据被测目标的电流变化提取变化特征，并依据该变化特征判断电机的状态和转速，进而实现电机启动。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的示例性的用于电机的电子启动器，适于启动一种电机，其中该电机包括运转电容和启动电容，所述电子启动器包括：

一个监测模块；

一个控制模块，其中所述监测模块与所述控制模块可通信地相连；

一个开关模块，其中所述控制模块与所述开关模块可通信地相连；和

一个电源模块，其中所述监测模块、所述控制模块和所述开关模块均分别与所述电源模块电连接，以通过所述电源模块为所述监测模块、所述控制模块和所述开关模块供电，其中所述监测模块被设置用于实时监测该电机的该运转电容的电流，并将监测数据传递至所述控制模块，其中所述控制模块被设置用于接收所述监测模块的所述监测数据，并分析所述监测数据的变化趋势，进而根据所述变化趋势向所述开关模块发送控制指令，其中所述开关模块被设置用于切换该电机的该启动电容所在支路的连通状态和断开状态。

依本发明的另一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的示例性的用于电机的启动方法，包括步骤：

获取该电机的运转电容的电流的实时监测数据；和

分析所述监测数据的变化特征，并根据所述变化特征控制该电机的启动电容所在的支路在连通状态与断开状态之间切换。

在本发明的一个实施例中，当所述用于电机的电子启动器被配置于该电机时，所述监测模块被设置在该电机的该运转电容所在的支路，并且所述开关模块被设置在该电机的该启动电容所在的支路。

在本发明的另一个实施例中，所述开关模块被初始配置为保持该电机的该启动电容所在的支路处于断开状态。

在本发明的另一个实施例中，当所述控制模块分析并判定该运转电容的电流第一次保持稳定后，所述控制模块向所述开关模块发送一个连通指令，所述开关模块根据所述连通指令使该电机的该启动电容所在的支路从断开状态切换至连通状态。

在本发明的另一个实施例中，当所述控制模块分析并判定该运转电容的电流第二次保持稳定后，所述控制模块向所述开关模块发送一个断开指令，所述开关模块根据所述断开指令使该电机的该启动电容所在的支路从连通状态切换至断开状态。

在本发明的另一个实施例中，所述步骤分析所述监测数据的变化特征，并根据所述变化特征控制该电机的启动电容所在的支路在连通状态与断开状态之间切换，具体包括步骤：

当所述控制模块分析并判定该运转电容的电流第一次保持稳定后，所述控制模块向所述开关模块发送一个连通指令；

通过所述电子启动器的开关模块接收所述连通指令，并且所述开关模块根据所述连通指令使该电机的该启动电容所在的支路从断开状态切换至连通状态；

当所述控制模块分析并判定该运转电容的电流第二次保持稳定后，所述控制模块向所述开关模块发送一个断开指令；和

通过所述开关模块接收所述断开指令，并且所述开关模块根据所述断开指令使该电机的该启动电容所在的支路从连通状态切换至断开状态。

在本发明的另一个实施例中，所述步骤分析所述监测数据的变化特征，并根据所述变化特征控制该电机的启动电容所在的支路在连通状态与断开状态之间切换，具体包括步骤：

当所述控制模块分析并判定该运转电容的电流第一次保持稳定后，所述控制模块向所述开关模块发送一个连通指令；

通过所述电子启动器的开关模块接收所述连通指令，并且所述开关模块根据所述连通指令使该电机的该启动电容所在的支路从断开状态切换至连通状态；

在一个延时判断时间t延内，仍然未判定该运转电容的电流第二次保持稳定，所述控制模块向所述开关模块发送一个断开指令；和

通过所述开关模块接收所述断开指令，并且所述开关模块根据所述断开指令使该电机的该启动电容所在的支路从连通状态切换至断开状态。

10、在本发明的另一个实施例中，在一个第一判定时间t1内，若该运转电容在单位时间△t内的电流变化量△i与当前瞬间电流i瞬的比值△i/i瞬，均小于一个第一阈值，则判定该运转电容的电流第一次保持稳定，在一个第二判定时间t2内，若该运转电容在单位时间△t内的电流变化量△i与当前瞬间电流i瞬的比值△i/i瞬，均小于一个第二阈值，则判定该运转电容的电流第二次保持稳定，其中所述单位时间△t为交流供电系统的交流电周期的整数倍。

在本发明的另一个实施例中，在所述步骤获取该电机的运转电容的电流的实时监测数据之前，还包括步骤：

设置所述电子启动器于该电机；

配置所述开关模块的初始状态为保持该电机的启动电容所在的支路处于断开状态；和

连通该电机于交流供电系统，并且连通所述电子启动器的电源模块于交流供电系统。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是一种单相异步电机的原理图。

图2是根据本发明实施例的示例性的用于电机的电子启动器的结构示意图。

图3是根据上述本发明实施例的示例性的用于电机的电子启动器与电机和交流供电系统之间的配置关系的示意图。

图4是根据上述本发明实施例的示例性的用于电机的电子启动器启动该电机的过程中，所述电子启动器的监测模块监测到该电机的运转电容的电流随时间的一种变化图。

图5是根据上述本发明实施例的用于电机的启动方法的示意图。

图6是根据上述本发明实施例的用于电机的启动方法的另一示意图。

图7是根据上述本发明实施例的用于电机的启动方法在一种特殊情况下的示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参考本发明说明书附图之图2和图3所示，根据本发明实施例的示例性的用于电机的电子启动器的结构及其与电机和交流供电系统的配置关系被阐明。所述电子启动器1被用于启动一种电机，其中该电机在本发明实施例中为一种单相异步电机，更具体地为一种双电容型电机，即该电机包括主绕组、副绕组、运转电容和启动电容等。

具体地，如本发明说明书附图之图2所示，所述用于电机的电子启动器1包括一个监测模块11、一个控制模块12、一个开关模块13和一个电源模块14，其中所述监测模块11、所述控制模块12和所述开关模块13均分别与所述电源模块14电连接，进而通过所述电源模块14为所述监测模块11、所述控制模块12和所述开关模块13供电，以使所述监测模块11、所述控制模块12和所述开关模块13能够实现各自的功能。

可以理解的是，所述电源模块14在本发明实施例中实施为一种供电分配模块，即所述电源模块14与外部供电系统电连接，进而将外部供电分配至所述监测模块11、所述控制模块12和所述开关模块13(参考附图3所示，所述电源模块14与交流供电系统电连接)。相应地，所述电源模块14还可以是一个或多个独立的供电电源，即所述电源模块14不需要与外部供电相连，仅通过自身即可为所述监测模块11、所述控制模块12和所述开关模块13供电，以保证其功能的实现。无论所述电源模块14通过何种方式为所述监测模块11、所述控制模块12和所述开关模块13供电，均可视为本发明的可选实施方式，不对本发明构成任何限制。

为了便于理解本发明示例性的用于电机的电子启动器1的工作原理，下面将对所述监测模块11、所述控制模块12和所述开关模块13各自的功能及相互之间的配合关系进行详细描述。所述监测模块11被设置用于实时监测该电机的该运转电容的电流，并将监测数据传递至所述控制模块12。所述控制模块12被设置用于接收所述监测模块11的所述监测数据，并分析所述监测数据的变化趋势，进而根据所述变化趋势向所述开关模块13发送控制指令。所述开关模块13被设置用于切换该电机的该启动电容所在支路的状态(连通状态和断开状态)，换句话说，所述开关模块13在所述控制模块12的控制下，使该电机的该启动电容所在的支路在所述连通状态和所述断开状态之间切换。简单来说，所述监测模块11与所述控制模块12可通信地相连，以使所述监测模块11能够将所述监测数据传输至所述控制模块12。同理，所述控制模块12与所述开关模块13可通信地相连，以使所述控制模块12能够控制所述开关模块13切换该电机的该启动电容所在支路的状态。更具体地，所述监测模块11可通过穿心式电流互感器、霍尔效应传感器或电阻采样等方式监测该电机的该运转电容的电流，获取所述监测数据。相应地，所述开关模块13可通过继电器或可控硅等方式切换该电机的该启动电容所在支路的连通状态和断开状态。当然，任何能够实现所述监测模块11实时监测该电机的该运转电容的电流，和实现所述开关模块13切换该电机的该启动电容所在支路的连通状态和断开状态的方式，均可视为本发明的一种可选实施方式，不对本发明的范围构成任何限制。

根据上述描述，所述用于电机的电子启动器1适于被配置于该电机，并用于启动该电机，如本发明说明书附图之图3所示。在附图3中，仅展示所述电子启动器1与该电机和交流供电系统之间的配置关系，隐藏了所述电子启动器1的各模块之间的连接关系，该连接关系与附图2保持一致。当所述用于电机的电子启动器1被配置于该电机时，所述监测模块11被设置在该电机的该运转电容所在的支路，以使所述监测模块11能够实时监测该电机的该运转电容的电流，并且所述开关模块13被设置在该电机的该启动电容所在的支路，以使所述开关模块13能够切换该电机的该启动电容所在的支路的连通状态和断开状态。

接下来将结合本发明说明书附图之图4对所述用于电机的电子启动器1启动该电机的工作原理进行详细阐述，当该电机与该交流供电系统连通时，所述开关模块13使该电机的该启动电容所在的支路处于断开状态。换句话说，所述开关模块13被初始配置为保持该电机的该启动电容所在的支路处于断开状态。此时，由于该启动电容未接通入电路，该电机的扭矩不足，暂时处于“堵转”状态，所述监测模块11监测到该运转电容的电流从0增加到i1，之后保持稳定。当所述控制模块12分析并判定该运转电容的电流第一次保持稳定后，所述控制模块12向所述开关模块13发送一个连通指令，所述开关模块13根据所述连通指令使该电机的该启动电容所在的支路从断开状态切换至连通状态。此时，该启动电容接通入电路中，电机转矩增大，开始转动，并产生感应电流。产生的感应电流随该电机的转速增加而增加，当该电机的转速达到额定值后，电流保持基本稳定，所述监测模块11监测到该运转电容的电流从i1增加到i2，之后保持稳定。当所述控制模块12分析并判定该运转电容的电流第二次保持稳定后，所述控制模块12向所述开关模块13发送一个断开指令，所述开关模块13根据所述断开指令使该电机的该启动电容所在的支路从连通状态切换至断开状态。此时，电机启动过程全部完成，特别值得一提的是，当发生特殊情况时，在一个延时判断时间t延内，所述监测模块11和所述控制模块12仍然未监测、分析和判定该运转电容的电流存在从i1增加到i2后保持稳定的变化状态，为保证该电机的该启动电容所在的支路能够顺利断开，所述控制模块12会立即向所述开关模块13发送所述断开指令，保证所述开关模块13将该电机的该启动电容所在的支路切换至断开状态。特别地，所述延时判断时间t延在本实施例中可选地为3秒。

根据上述实施例描述的本发明示例性的电子启动器1是在研究了现有的电机电子启动器的基础上做出的较大改进，主要是以现有的电机电子启动器存在无法同时适用于多种不同的交流供电系统(如交流220v、120v、100v、50hz和60hz等)和电机参数(功率、极数、启动时间等)的缺陷为出发点，成功地提出了本发明用于电机的电子启动器和启动方法。在本发明中，对于不同的电机和交流供电系统，i1和i2的大小可能不同，但是本发明提出的技术手段不需要明确i1和i2的具体值，仅需要根据该电机的该运转电容的电流变化提取变化特征(如附图4中显示的两次“阶梯状”变化)，并依据该变化特征判断电机的状态和转速，进而控制电机启动。整个过程不再涉及物理量的绝对值，只涉及相对值(变化特征)。因此，本发明对不同功率，极数，启动时间，工作电压的电机都适用。本发明实现了对不同功率，极数，启动时间，工作电压的电机的统一启动。

根据本发明上述实施例的另一方面，本发明进一步提供一种用于电机的启动方法，如本发明说明书附图之图5所示，包括以下步骤：

步骤101，获取该电机的运转电容的电流的实时监测数据；和

步骤102，分析所述监测数据的变化特征，并根据所述变化特征控制该电机的启动电容所在的支路在连通状态与断开状态之间切换。

参考本发明说明书附图之图6所示，具体地，所述步骤101获取该电机的运转电容的电流的实时监测数据，具体包括步骤：

步骤1011，通过电子启动器的监测模块实时监测该运转电容的电流，并发送该运转电容的电流的监测数据；和

步骤1012，通过所述电子启动器的控制模块接收所述监测数据。

具体地，所述步骤102分析所述监测数据的变化特征，并根据所述变化特征控制该电机的启动电容所在的支路在连通状态与断开状态之间切换，具体包括步骤：

步骤1021，当所述控制模块分析并判定该运转电容的电流第一次保持稳定后，所述控制模块向所述开关模块发送一个连通指令；

步骤1022，通过所述电子启动器的开关模块接收所述连通指令，并且所述开关模块根据所述连通指令使该电机的该启动电容所在的支路从断开状态切换至连通状态；

步骤1023，当所述控制模块分析并判定该运转电容的电流第二次保持稳定后，所述控制模块向所述开关模块发送一个断开指令；和

步骤1024，通过所述开关模块接收所述断开指令，并且所述开关模块根据所述断开指令使该电机的该启动电容所在的支路从连通状态切换至断开状态。

特别地，在所述步骤1021中，在一个第一判定时间t1内，若该运转电容在单位时间△t内的电流变化量△i与当前瞬间电流i瞬的比值△i/i瞬，均小于一个第一阈值，则判定该运转电容的电流第一次保持稳定。相应地，在所述步骤1023中，在一个第二判定时间t2内，若该运转电容在单位时间△t内的电流变化量△i与当前瞬间电流i瞬的比值△i/i瞬，均小于一个第二阈值，则判定该运转电容的电流第二次保持稳定。所述单位时间△t为该交流供电系统的交流电周期的整数倍。所述第一判定时间t1在本实施例中可选地为该交流供电系统的交流电周期的2倍或3倍，并且所述第二判定时间t2在本实施例中可选地为该交流供电系统的交流电周期的2倍或3倍。

进一步地，所述用于电机的启动方法，在所述步骤101获取该电机的运转电容的电流的实时监测数据之前，还包括步骤：

设置所述电子启动器于该电机；

配置所述开关模块的初始状态为保持该电机的启动电容所在的支路处于断开状态；和

连通该电机于交流供电系统，并且连通所述电子启动器的电源模块于交流供电系统。

在本发明上述实施例的一种特殊情况中，如图7所示，所述步骤102分析所述监测数据的变化特征，并根据所述变化特征控制该电机的启动电容所在的支路在连通状态与断开状态之间切换，还可以包括步骤：

步骤1021，当所述控制模块分析并判定该运转电容的电流第一次保持稳定后，所述控制模块向所述开关模块发送一个连通指令；

步骤1022，通过所述电子启动器的开关模块接收所述连通指令，并且所述开关模块根据所述连通指令使该电机的该启动电容所在的支路从断开状态切换至连通状态；

步骤1023a，在一个延时判断时间t延内，仍然未判定该运转电容的电流第二次保持稳定，所述控制模块向所述开关模块发送一个断开指令；和

步骤1024，通过所述开关模块接收所述断开指令，并且所述开关模块根据所述断开指令使该电机的该启动电容所在的支路从连通状态切换至断开状态。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。

本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。