一种单相压缩机辅助起动及保护装置的制作方法

专利名称：一种单相压缩机辅助起动及保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及单相压縮机技术领域，尤其涉及单相压縮机辅助起动及保护装置。
技术背景 传统的单相压縮机都需要设置辅助起动装置和保护装置。由于单相压縮机起动转 矩较低，目前单相压縮机使用的辅助起动方式主要有以下3种 1、通过机械结构降低压縮机在起动过程中所需要的起动转矩。此种方式的不足 是需要增加压縮机部件间的配合精度，对部件加工精度要求高，对质量控制要求高，生产 成本高。 2、使用继电器串联起动电容方式。此方式能极大的提高电机的起动转矩，其不足 是由于起动继电器本身动作特性与控制信号之间是非线性关系，并且结构上也过多的依 赖机械结构的弹性量来保证起动的可靠性，因此，可靠性难以保证。 3、使用热敏电阻原件PTC串联起动电容的方式。此方式的不足是热敏电阻本身 是电阻元件，在起动过程中会产生很大的热能，使温度增加，以保证其电阻迅速增加将起动 电容断开电路，但是由于阻值大，会使起动效果变差。 传统的单相压縮机的保护装置很多，主要有电机内置保护器，排气温度保护器，高 低压(吸排气压力)开关，过欠电压保护等。尤其对于电机内置保护器，其只能对电机本身 进行保护，并不能保护压縮机在无制冷剂或缺少制冷剂时的运转。 一般的单相压縮机都需 要几个保护装置组合使用，其不足是增加了压縮机的使用成本，并且，由于使用的保护装置 多而且分散，使电路连接复杂，压縮机的可靠性也难以得到保证，同时会给使用者带来极大 的不便。
发明内容 本实用新型的目的是提供一种单相压縮机辅助起动及保护装置，该装置具有对单 相压縮机辅助起动及全方位保护功能。 为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是一种单相压縮机辅助起动及 保护装置，包括电流检测单元、温度检测单元、A/D转换器、处理单元、继电器和报警器，继电 器包括电容继电器和压縮机继电器，继电器的开断控制压縮机起动电容的开断以及压縮机 的起停，电流检测单元和温度检测单元通过信号线与A/D转换器相连，A/D转换器通过信 号线与处理单元相连，处理单元通过信号线与继电器和报警器连接，温度检测单元是检测 压縮机排气侧温度的温度检测器，温度检测器实时采集压縮机排气的温度信号，处理单元 是单片机或可编程序工业控制器，处理单元运行辅助起动及保护程序，辅助起动及保护程 序包括温度控制程序和电流控制程序，温度控制程序包括设定的保护温度值和比较运算程 序，电流控制程序包括设定的辅助起动及保护电流值和比较运算程序，其特征是所述电流 控制程序中的设定的辅助起动及保护电流值是单相压縮机公共端的电流值，其中，辅助起动电流值包括程序触发电流值、起动电容断开电流值和异常大电流报警值，保护电流值包 括正常运转电流突变即时保护电流值、最大可持续运转电流值、电流下限保护值和限时分 段保护电流值；所述电流检测单元是设在单相压縮机公共端的电流检测器，电流检测器实 时采集单相压縮机公共端的电流信号，并将电流信号通过A/D转换器传输给处理单元，处 理单元经过比较计算后发出指令控制继电器的开合和报警器报警。 本实用新型所述的一种单相压縮机辅助起动及保护装置，其特征是所述电流检 测器是电流互感器或电流检测元件。 本实用新型所述的一种单相压縮机辅助起动及保护装置，其特征是所述温度检 测器是数字式温度传感器、热电偶和电阻式中的任意一种。 本实用新型所述的一种单相压縮机辅助起动及保护装置，其特征是所述电流保 护程序中的设定的单相压縮机公共端的辅助起动及保护的各项电流值是根据单相压縮机 公共端电流变化曲线确定的电流值。 本实用新型所述的一种单相压縮机辅助起动及保护装置，其特征是所述电流保 护程序中的设定的单相压縮机公共端的辅助起动及保护的各项电流值中，程序触发电流值 是全电压下起动单相压縮机公共端的峰值电流的80% _90%的电流值，程序触发电流值是 使程序继续运行的电流值；起动电容断开电流值是单相压縮机70% _80%同步转速时的电 流值，起动电容断开电流值是压縮机起动时控制起动电容断开和接入的电流值；正常运转 电流突变即时保护电流值是用最大可持续运转电流测试方法测试过程中根据报警的时间 选择的可安全运行时间的上限电流值，正常运转电流突变即时保护电流值是当压縮机运行 中出现电流超过最大可持续运转电流值时，在可安全运行的时间内的最大电流值；限时分 段保护电流值是用最大可持续运转电流测试方法，根据不同电流下所达到的报警时间来进 行设定，此设定划分应根据实际情况进行自行划分，主要目的是防止压縮机在高负荷下频 繁开停机，限时分段保护电流值大于最大可持续性运转电流小于正常运转电流突变即时保 护电流值；最大可持续运转电流值是压縮机在过负荷条件下用降电压测试方法测试时报警 前电压下的电流值，最大可持续运转电流值是压縮机最大负荷条件下保证压縮机能够持续 运转的电流值；电流下限保护值是压縮机在最低负荷下的电流值，电流下限保护值是压縮 机安全运行的最小电流值；异常大电流报警值是120%电压下的起动电流值，是压縮机起 动时异常情况报警和控制压縮机开停的最小电流值。 本实用新型的原理是 单相压縮机的起动电容两端电压，主绕组两端电压，辅助绕组两端电压，以及主绕 组(R)，辅助绕组(S)，公共端(C)的电流在单相压縮机起动以及运转过程中都有变化 1、运转电容两端电压 电容两端电压随着压縮机转速的上升，呈先下降后上升的变化态势，这种参数不
适宜作为单相压縮机运转状态判定参数。 2、主绕组两端电压 主绕组两端电压在单相压縮机运转过程中没有明显变化，只在起动过程中会因电
网容量小而造成电压降，这种参数也不适宜作为单相压縮机运转状态判定参数。 3、辅助绕组两端电压 辅助绕组两端电压，随着压縮机转速的上升，呈不断增加态势，从起动到运转的过程中，辅助绕组两端电压变化均匀，并且变化幅度大，适宜作判定参数。但是，辅助绕组两端 电压是电压信号，单相压縮机系统中，对电压信号的干扰很大，若以此为判定参数，很容易 因干扰造成误动作。同时其本身又是强电信号，在对体积要求紧凑的电路里，可靠性较难保 证。因此也不适宜作为单相压縮机运转状态判定参数。 4、主绕组R相电流 主绕组R相电流随着电机转速的上升，变化规律是先减小后增加，虽然只是在较 轻载状态到空载状态才出现了非线性变化，但对于整个控制的判定还是会带来不利的因 素，因此不适宜作为单相压縮机运转状态判定参数。 5、辅助绕组S相电流 辅助绕组S相电流随着电机转速上升的变化规律是先减小后增加，并且其电流较
小，对于信号分辨有较大的影响，因此不适宜作为单相压縮机运转状态判定参数。 6、公共端(C相)电流 公共端(C相)电流随着电机转速上升，除起动的瞬间外，公共端的电流随着压縮 机转速的上升在不断减小，且电流值变化幅度较大，容易分辨，因此适宜作为单相压縮机运 转状态判定参数。 本实用新型就是用单相压縮机公共端的电流作为参数来控制单相压縮机的起动
以及实现对压縮机的保护。检测单元进行电流和温度信号的采样，将采集的信号传输到A/
D转换单元，A/D转换单元将信号转换成数字信号后传输给处理控制单元，处理控制单元根
据运算程序对信号进行分析对比后，向执行机构的继电器和报警器发送指令，继电器根据
处理控制单元发送的指令进行开、断转换，控制压縮机起动电容的开、断和压縮机的开停。 本实用新型的各项电流参数是在电机的堵转电流，性能以及电机的T-N曲线测试
结果的基础上选定的。 1最大可持续运转电流值 测试方法一般是压縮机在过负荷条件下，进行降电压测试，并且此时设定一个排 气温度保护值和一个电机温度保护值，在压縮机全电压稳定运行后，每4分钟降低3V电压， 直到出现报警，则在报警前一个电压下的公共断电流为最大可持续运转电流。(实际应用中 一般会将此值减小，以增加压縮机的可靠性)。 2程序触发电流值 在起动电流以下，一般选用全电压下起动电流的80% _90%。 3起动电容断开电流值 此值小于程序触发电流，一般选取70% _80%同步转速下的电流。 [OOSS] 4限时分段保护电流值(时间确定) 这些电流值运行时间可使用最大可持续运转电流的测试方法进行测试，在测试过 程中整理总结在高于最大可持续运转电流的不同情况下，压縮机报警的时间，以选择安全 的运行时间。 5即时保护电流值 —般选取限时保护电流区域上限值。 6电流下限保护值 —般通过测试压縮机在最低负荷下的电流来确定。[0041] 7异常大电流报警值 —般选取120%电压下的起动电流值。 压縮机起动过程中，当电机转速达到75%的同步转速时，一般判定压縮机起动成 功。而在电机转速达到80%同步转速后，电容两端电压会加速上升。根据压縮机起动过程 中电机转速和起动电容之间的这一规律，选取电机转速在70% _80%同步转速时的公共端 电流值作为起动电容断开信号的参数。 在起动过程中需要设定一个时间作为起动失败的判定，因为在起动不成功时，电
流会一直保持很大，长时间通电会造成电机烧毁；电机在遇到绝缘不良或过高输入电压起
动时，会产生很大的电流，造成电机烧毁。因此在起动时，一旦检测到异常大电流，则需要立
即切断压縮机供电，并且在人为确认故障后，进行手动复位才允许再次起动。 如果起动成功则进入运转状态，对于压縮机，在不同的电流下，其运转时间是有限
制的。在最大可持续运转电流(MCC)以下，最小运行电流以上，压縮机可以长期稳定运转。
如果超出最大可持续运转电流(MCC)或低于最小运行电流以下，压縮机在不同的电流范围
内限制运转时间(时限)，可以保证压縮机的安全，超过时限，则作停机处理，并在停机一段
时间后进行再次起动。 在压縮机运转过程中还有出现缺少制冷剂或无制冷剂状态，在无制冷剂状态时， 压縮机公共端电流很小，接近空载电流，此时通过电流下限保护值保护。当压縮机内缺少制 冷剂时，会出现两种情况，一种是系统制冷剂充注量少，此种情况可以通过排气温度保护。 第二种情况就是系统内混入空气，造成压縮机压縮空气，由于空气导热效果较差，冷凝器冷 凝效果也会变差，冷凝压力无法降低，此种情况时，压縮机公共端电流很大，此时通过正常 运转电流突变即时保护电流值报警或限时分段保护电流值报警以及排气温度报警进行停 机保护。 在压縮机运转过程中还会出现吸、排气侧由于各种原因造成的塞堵状态，排气侧 塞堵时，公共端电流很大，使用正常运转电流突变即时保护电流值报警保护；吸气侧塞堵 时，通过电流下限保护值和排气温度报警共同保护。
当压縮机出现不良状态后，大部分需要人为进行故障排除。当压縮机连续出现几
次不良故障后，本装置具有报警功能。 本单相压縮机辅助起动及保护装置的优点是 具有结构简单，使用方便，成本低，可靠性高，高兼容性的优点。在功能上能够起到 完全保护压縮机的作用。同时，参数设定也非常方便，可以在较短时间内匹配完毕。由于单 相压縮机的电流很大，完全可以把容量不同的几个压縮机统一进行保护，可大大减少了匹 配时间与管理费用。 当运用在空调系统中时，可以直接使用空调系统中的直流电，如果无适合直流电 源，也可以使用小型直流电源系统，直流电源选用范围广，使用方便。 该装置主要应用在单相压縮机，也可以使用在其它以单相电机为动力的设备 上。在CSR(电容起动电容运转)型单相压縮机系统可以作为辅助起动以及保护装置；在 PSC(电容运转)型单相压縮机系统可以作为保护装置。 在空调系统中使用，可以以独立模块形式工作，也可以将该装置附加在压縮机控 制模块内，与空调控制模块结合使用，既简单易行且成本低。


本实用新型共有附图4幅，其中 图1为单相电机公共端电流变化曲线图， 图2为本单相压縮机辅助起动及保护装置模块框图， 图3为本单相压縮机辅助起动及保护装置接线图， 图4为本单相压縮机辅助起动及保护装置控制流程图。 附图中，1、电流检测单元，2、温度检测单元，3、 A/D转换器，4、处理单元，5、电容继 电器，6 、压縮机继电器，7 、报警器。
具体实施方式

以下结合附图及实施例对为本单相压縮机起动以及保护装置作进一步说明 图1的曲线是实施例的单相压縮机起动过程中转速(rpm)与公共端电流(1。)的 变化曲线。根据该曲线得到本单相压縮机起动以及保护装置在控制过程中所需要的所有电 流参数。包括程序触发电流值、起动电容断开电流值、异常大电流报警值、正常运转电流突 变即时保护电流值、最大可持续运转电流值和电流下限保护值； 实施例是应用在空调器中的单相压縮机起动及保护装置，如图2和图3所示，由电 流检测单元、温度检测单元、A/D转换器、处理单元、继电器和报警器构成，继电器包括电容 继电器和压縮机继电器。电流检测单元是电流互感器，温度检测单元是电阻式温度传感器， 处理单元是单片机，A/D转换器是8位的A/D转换器。 实施例的辅助起动及保护流程如图4所示 空调器通电以后，系统先对设备进行全面的自检，当检查判断无异常时，给本单相 压縮机辅助起动以及保护装置电源通电，通电后保持一段时间，通过处理单元4控制电容 继电器5吸合，将起动电容连入电路，在处理单元4确认已经将起动电容接入电路后，处理 单元4控制压縮机继电器6吸合。 在通电的同时电流检测单元1与温度检测单元2采集电流温度信号，通过A/D转 化单元3转化为数字信号，传送给处理单元4。 在压縮机继电器6吸合后，压縮机供电接触器吸合，给压縮机供电，此时压縮机进 入起动状态，当电流检测单元1检测到电流达到程序触发电流Ib时，处理单元4内程序进 入下一个程序，当电流减小到起动电容断开电容电流Id时，电容继电器5断开，使起动电容 脱离电路。在起动过程中，如果电流检测单元1检测的电流在达到起动限制时间Tl后，电流 小于起动成功判定电流Ie (选取最大可持续性运转电流值)，则判定单相压縮机起动成功， 压縮机进入正常运转状态。如果电流检测单元1检测的电流在达到起动限制时间Tl后，电 流仍大于起动成功判定电流Ie，则判定起动失败，此时断开压縮机继电器6。在压縮机停机 后，保持停机时间Tx后，再次起动。如果电流检测单元1检测的电流在T1时间后大于起动 电容断开电容电流Id，则判定起动失败，此时断开电容继电器5与压縮机继电器6，在压縮 机停机后，保持停机时间Tx后，再次起动。如果电流检测单元1检测的电流大于异常大电 流报警值Im，则断开电容继电器5与压縮机继电器6，并不再起动，等待手动复位后再次进 入起动状态。[0067] 在单相压縮机进入正常运转状态后，电流检测单元1以及温度检测单元2继续采
集数据，并通过A/D转换单元3将转化后的数字信号传输给处理单元4。 如果出现温度检测单元2测到的温度达到设定的保护值T。，则认为压縮机或空调
出现异常，此时处理单元4关断压縮机继电器6，此时压縮机停机，停机时间持续Tx，并且在
停机时间达到Tx后，温度检测单元2所测得的温度必须小于压縮机起动排气温度限定值K
才可以再次接通压縮机继电器6 ，控制接触器对压縮机进行供电，压縮机进入起动状态。 如果出现电流检测单元1测到的电流小于电流下限报警值Ig，如果在电流下限报
警值Ig以下持续时间T3以上，则由处理单元4关断压縮机继电器6，压縮机停止运行，经过
时间Tx再次进行启动；如果时间T3以内恢复为正常电流则压縮机正常运转。 如果出现电流传感器1测到的电流达到设定的即时保护电流值If，处理单元4控
制压縮机继电器6断开，压縮机停机Tx时间后再次进入起动状态。 如果出现电流检测单元1测到的电流在限时运转区域超过设定时间时，则关断压
縮机继电器6，停止对压縮机供电，保持停机时间Tx，再次进入起动状态。 Tx停机时间对于不同故障报警，停机时间可以不同，也可以整合为一个或几个时
间其他动作参数，虽然由不同符号代替，但可以根据实际情况进行整合统一。
权利要求一种单相压缩机辅助起动及保护装置，包括电流检测单元、温度检测单元、A/D转换器、处理单元、继电器和报警器，继电器包括电容继电器和压缩机继电器，继电器的开断控制压缩机起动电容的开断以及压缩机的起停，电流检测单元和温度检测单元通过信号线与A/D转换器相连，A/D转换器通过信号线与处理单元相连，处理单元通过信号线与继电器和报警器连接，温度检测单元是检测压缩机排气侧温度的温度检测器，温度检测器实时采集压缩机排气的温度信号，处理单元是单片机或可编程序工业控制器，处理单元运行辅助起动及保护程序，辅助起动及保护程序包括温度控制程序和电流控制程序，温度控制程序包括设定的保护温度值和比较运算程序，电流控制程序包括设定的辅助起动及保护电流值和比较运算程序，其特征是所述电流控制程序中的设定的辅助起动及保护电流值是单相压缩机公共端的电流值，其中，辅助起动电流值包括程序触发电流值、起动电容断开电流值和异常大电流报警值，保护电流值包括正常运转电流突变即时保护电流值、最大可持续运转电流值、电流下限保护值和限时分段保护电流值；所述电流检测单元是设在单相压缩机公共端的电流检测器，电流检测器实时采集单相压缩机公共端的电流信号，并将电流信号通过A/D转换器传输给处理单元，处理单元经过比较计算后发出指令控制继电器的开合和报警器报警。
2. 根据权利要求1所述的一种单相压縮机辅助起动及保护装置，其特征是所述电流 检测器是电流互感器或其他电流检测元件。
3. 根据权利要求1所述的一种单相压縮机辅助起动及保护装置，其特征是所述温度 检测器是数字式温度传感器、热电偶和热电阻中的任意一种。
4. 根据权利要求1所述的一种单相压縮机辅助起动以及保护装置，其特征是所述电 流保护程序中的设定的单相压縮机公共端的辅助起动及保护的各项电流值是根据单相压 縮机公共端电流变化曲线确定的电流值。
5. 根据权利要求1所述的一种单相压縮机辅助起动以及保护装置，其特征是所述电 流程序中的设定的单相压縮机公共端的辅助起动及保护的各项电流值中，程序触发电流值是全电压下起动单相压縮机公共端的峰值电流的80% _90%的电流值，程序触发电流值是 使程序继续运行的电流值；起动电容断开电流值是单相压縮机70% _80%同步转速时的电 流值，起动电容断开电流值是压縮机起动时控制起动电容断开和接入的电流值；正常运转 电流突变即时保护电流值是用最大可持续运转电流测试方法根据报警的时间选择的可安 全运行时间的上限电流值，正常运转电流突变即时保护电流值是当压縮机运行中出现电流 超过最大可持续运转电流值时，在可安全运行的时间内的最大电流值；限时分段保护电流 值是用最大可持续运转电流测试方法，根据不同电流下所达到的报警时间设定的，限时分 段保护电流值大于最大可持续性运转电流小于正常运转电流突变即时保护电流值；最大可 持续运转电流值是压縮机在过负荷条件下用降电压测试方法测试时报警前电压下的电流 值，最大可持续运转电流值是压縮机最大负荷条件下保证压縮机能够持续运转的电流值； 电流下限保护值是压縮机在最低负荷下的电流值，电流下限保护值是压縮机安全运行的最 小电流值；异常大电流报警值是120%电压下的起动电流值，是压縮机起动时异常情况报 警和控制压縮机开停的最小电流值。
专利摘要一种单相压缩机辅助起动及保护装置，包括电流检测单元、温度检测单元、A/D转换器、处理单元、继电器和报警器，继电器包括电容继电器和压缩机继电器，温度检测单元是检测压缩机排气侧温度的温度检测器，电流检测单元是检测压缩机单相电机公共端电流的电流检测器，采集的温度信号和压缩机公共端的电流信号通过A/D转换器传输给处理单元，处理单元经过比较计算后发出指令控制继电器的开合。本实用新型的优点是，保护完全，参数设定方便，可把容量不同的几个压缩机一起进行保护，减少了成本和管理费用。可以独立模块使用，也可附加在压缩机控制模块内使用，本实用新型还可使用在其它以单相电机为动力的设备上。
文档编号F04B49/10GK201486834SQ200920203068
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月4日 优先权日2009年9月4日
发明者孙东, 曲准德, 陈亮 申请人:大连三洋压缩机有限公司