专利名称：用于启动单相感应电动机的电子电路的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及一种电子电路，用于启动单相感应电动机，更具体来说，是用于启动具有带启动电子开关的电子电路的感应电动机。
本发明的背景单相感应电动机由于其简单、强度好、和高性能而被广泛使用。它们用于家庭器具，诸如冰箱、冷冻机、空调器、封闭式压缩机、洗衣机、泵、电扇，并用于某些工业应用。
这些单相感应电动机通常装有笼式转子及具有两个绕组的绕线定子，一个用作运行线圈而另一用作启动线圈。
在正常操作期间，对运行线圈提供交变电压，并对启动线圈在操作开始暂时提供交变电压，在定子的空气间隙中生成旋转磁场，这是加速转子与促使启动的必要条件。
这一旋转磁场可通过对启动线圈提供相对于在运行线圈中流动的电流最好接近90度角的时间位移的电流而获得。
两个线圈中流过的电流之间这一时间位移是通过线圈的结构特征，或者通过与线圈之一串联、但一般是与启动线圈串联安装的外部阻抗而实现的。一般，在电动机启动操作期间启动线圈中流过的电流值高，因而在经过了促使电动机加速所需的时间之后，必须使用开关断开这一电流。
在其中需要高效率的电动机中，在启动周期完成时，所述启动线圈不完全断开。一个电容器，即运行电容器，保持与所述启动线圈串联，提供足够的电流以增加电动机的最大转矩及其效率。
对于具有在电动机正常操作期间，采用与启动线圈串联的永久性阻抗的这种结构的电动机，如在US专利No.5,051,681中所述，已知PTC或电子类某些启动装置。
已知的使用PTC作为启动装置的先有技术启动电路有某些不方便，诸如在巴西文件PI201210中所述的高能耗。
如在US 5,051,681中所述，具有通常采用三端双向可控硅开关的电子启动装置的启动电路，虽然没有象使用PTC电路的能耗问题，但有易于受电压变化影响的不便，并出现其中向电动机的供电被切断的电压瞬态或一定的状态，不论所述电动机是否是处于静止的供电状态，这使得在启动电路中出现电流过载，结果造成由于过载其一定的组件烧毁。
本发明的公开本发明的总目的是要提供一种用于启动单相感应电动机的电子电路，其结构简单成本低，在不改变电动机能耗条件的情况下，避免由电动机电源所引起的供电瞬态、波动和中断造成的不适当的电压过载所至的电动机组件的损坏。
本发明的另一目的是要提供一种诸如上述的启动电路，该电路可结合运行(或永久)电容器，或与电动机启动线圈串联安装的另一阻抗使用。
本发明进一步的目的是要提供一种诸如上述的电路，其结构允许使用两个连接端子。
这些目的是通过一种用于启动单相感应电动机的电子电路实现的，电动机类型为包含转子和定子，带有用于结合交流电流源操作的至少一个运转线圈和一个启动线圈，包括触发器电子开关；所述触发器电子开关的触发电路；以及用于控制触发器电子开关的触发器脉冲阻塞电路，在有因转子的旋转感应到电动机线圈的电压时，所述阻塞电路保持其阻塞状态，在所述感应电压已经显著下降之后维持所述阻塞状态达一定时间。
附图的简要说明以下将参照附图描述本发明，其中
图1图示出本发明第一实施例完整的电子电路；图2图示出本发明第二实施例的电子电路；
图3图示出在本发明的电子电路不同点时间上所观察到的电响应。
实施本发明的最佳方式本发明用于启动单相感应电动机或电动机M的一种电子电路，电动机的类型为包括未示出的转子和定子，带有至少一个运行线圈B1和一个启动线圈B2，如图如1和2所示结合交变电流源F操作。
根据图示，本发明用于启动电路DP，该启动电路包括触发器电子开关；将在以下说明的所述触发器电子开关的触发器电流TR，及用于控制触发器电子开关的触发脉冲的阻塞电路BL。
根据本发明，阻塞电路BL呈现以下将讨论的触发器电子开关的触发器脉冲的功率阻塞状态，在电动机M的绕组中通过转子的旋转而存在感应电压时维持该阻塞状态，所述阻塞状态在所述感应电压已显著降低后仍保持一定时间。
根据本发明，阻塞电路BL包括电子开关元件，这些元件借助于以下将说明的所述阻塞电路BL的定时器保持在阻塞触发器电子开关的触发器脉冲的状态。在本解决方案中，电子开关元件通过其电压饱和保持在阻塞状态。
在所示的结构中，例如触发器电子开关是三端双向可控硅开关元件S，定时器是由启动电路DP(图1)供电的充电元件，并如图2所示还可连接到连接电动机M的线圈的公共点CO。
在图1和2所示的结构中，电源F具有端子1和2，它们分别连接到电动机M的运行线圈B1和运行线圈B1及启动线圈B2两者的公共点。
启动线圈B2还连接到启动电路DP的端子A，且所述启动电路DP的端子B连接到电源F的端子2，运行电容器Cp连接在启动线圈B2与电源F的端子2之间。
在启动电路DP的端子A和B之间连接有三端双向可控硅开关元件S，使得第一阳极A1本身通过启动电路DP端B连接到电源F的端子2，第二阳极A2通过所述启动电路DP的端子A连接到电动机M的启动线圈B2及运行电容器Cp，且触发器端子G连接到触发器电路TR。
在电动机M由电源F加电之后，三端双向可控硅开关元件S的端子A2和A1之间的电压立即开始增加。
这一电压在三端双向可控硅开关元件S的端子A2和A1之间增加，使得电流流过触发电流TR。
根据图1和2所示，触发器电流TR包括第一电容器C1，其一端连接到三端双向可控硅开关元件S的第二阳极，另一端连接到第一电阻器R1的端子，同时所述第一电阻器R1的另一端连接到第一齐纳二极管z1的阳极，第一齐纳二极管z1的阴极连接到第二齐纳二极管z2的阴极，所述第二齐纳二极管z2阳极连接到三端双向可控硅开关元件S的触发器端G，该端连接到触发器电路TR第二电容器C2的第一端，其第二端连接到三端双向可控硅开关元件S的第一阳极A1。
流过第一电阻器R1和第一电容器C1的电流主要由后者的值限制。
第二电容器C2装设在三端双向可控硅开关元件S的触发器端G与端子A1之间，并对高频电流成分构成低阻抗，以避免三端双向可控硅开关元件S意外触发。
三端双向可控硅开关元件S的触发器电流将流过电阻器R1和第一电容器C1，并通过第一和第二齐纳二极管Z1和Z2及三端双向可控硅开关元件S的触发器端G这样的通路流过，引起其激发及随后端子A1和A2之间的电流导通。
根据本发明，第一和第二齐纳二极管Z1和Z2具有足够高的齐纳电压，以避免当阻塞电路BL处于其阻塞状态时电流通过所述齐纳二极管导通。在这一解决方案中，第一和第二齐纳二极管的齐纳电压可高于5伏特(V)。
三端双向可控硅开关元件S的导通允许电流从电源F的端子2向启动电路DP端子A流动，对电动机M的启动线圈B2加电。
在由电源F提供的交变电压的每一半周期的开始，开始出现三端双向可控硅开关元件S的端子A1和A2之间的电压的变化，通过触发器电路TR引起其激发，使得三端双向可控硅开关元件S传导交变电流，刻划出启动电路DP的端子A和B之间的导通状态。
根据图1和2中的图示，阻塞电路BL由全桥整流器B1构成，具有连接到公共点的第一输入端，该公共点连接第一齐纳二极管Z1的阳极与第一电容器C1；连接到三端双向可控硅开关元件S的第一阳极A1的第二输入端；一个正输出端，该端连接到第二电阻器R2的一端，连接到第三电容器C3的一端，连接到例如PNP型第一晶体管Q1的发射极，连接到第五电容器C5的一端，以及第三整流器二极管D3的阳极；一个负输出端，连接到第二电阻器R2的另一端，连接到第一整流器二极管D1的阳极，连接到第四电容器C4的端子，连接到第三电阻器R3的端子，及连接到例如NPN型第二晶体管Q2的发射极。
第一整流器二极管D1的阴极连接到第三电容器C3的另一端及第二整流器二极管D2的阳极，所述第二整流器二极管D2的阴极连接到第四电容器C4的另一端，连接到第三电阻器R3的另一端，连接到第四电阻器R4的一端，并连接到第一晶体管Q1的集电极，第四电阻器R4的另一端连接到第二晶体管Q2的基极，第一晶体管Q1的基极连接到第五电容器C5的另一端，并连接到第五电阻器R5的一端，所述第五电阻器R5的另一端连接到第二晶体管Q2的集电极，并连接到第四整流器二极管D4阴极，所述第四整流器二极管D4的阳极连接到第三整流器二极管D3的阴极。
在本解决方案中，晶体管定义了阻塞电路BL的电子开关元件。当第一和第二晶体管Q1和Q2不导通时，在点V1的最大电压基本上等于第一和第二齐纳二极管Z1和Z2的电压加上三端双向可控硅开关元件S的触发器端G一般大约为1.5V的导通电压。第一和第二齐纳二极管Z1和Z2的电压通常选择大约为5V，使得在第一电阻器R1和与第二齐纳二极管Z2交叉处的整流器桥B1之间定义的点V1处观察到的最大电压大约为6.5V。
在如图1所示的本发明的优选结构中，波整流器桥B1其正输出端连接到阻塞电路BL的点T1，而其负输出端连接到所述阻塞电路BL的点T2，在所述点T1和T2之间连接有电阻器R2，当没有电流从整流器桥B1流出时，在成环状的所述点之间产生电压。在由电源F激发之后电动机M初始运行周期TX期间，点V1和A1之间的电压是如图2所示的脉冲波形式，脉冲的振幅基本上通过对第一和第二齐纳二极管Z1，Z2的齐纳二极管电压值求和加上三端双向可控硅开关元件S的触发器端G的导通电压定义。
在电动机M的这同一初始运行周期TX期间，阻塞电路BL的点T1和T2之间的电压是如图3中所示的正极性的脉冲。
在图2所示的实施例中，阻塞电路BL的第三电容器C3具有一端子通过电阻器R6连接到启动线圈B2，形成通过第二整流器二极管D2到第四电容器C4的电流通路，第四电容器C4是阻塞电路BL的定时器。
在初始周期TX期间，电流流过电阻器R6和第三电容器C3，如图3中所示这引起第四电容器C4上电压的逐渐增加。
第二整流器二极管D2只允许增加第四电容器C4上的电压电流流过，在电源F的端子1的电压增加的时间区间期间，第一整流器二极管D1允许电流流过第三电容器C3，当第一F的点1的电压降低时，在所述第三电容器C3上重新建立初始电压状态。
第四电容器C4上的电压以小步增加，所述步的幅度基本上按电容C3与C4之间的比例并按电源F的端子1的电压导数增加。
在图1的实施例中，在初始段TX期间，点T1和T2之间的电压脉冲引起电流流过第三电容器C3，如图3所示引起第四电容器C4上的电压逐渐增加。在脉冲电压增加的时间段期间，第二二极管D2只允许使第四电容器C4上的电压增加的电流流过，当脉冲电压降低时，第一整流器二极管D1允许电流流过第三电容器C3，重新建立所述第三电容器C3上的电压的初始状态。第四电容器C4上的电压以小步增加，所述步的幅度基本上按第三和第四电容器C3与C4电容量之间的比例并按点T1的电压特性定义。
根据图1和2中的图示，第四电容器C4与第三电阻器R3并联，当系统断开且电动机处于休止状态时，电阻器R3用于对第四电容器C4放电。第四电容器C4的这一放电时间常数应当高于来自电源F的交变电压的全周期。
如图3中所示，第四电容器C4上的电压增加，直到达到足以使第二晶体管Q2的基极发射极结极化的值为止，所述值大约为0.6V，形成基本上来自第一晶体管Q1的基极和第四二极管D4的电流流过所述第二晶体管Q2的集电极。这一电流在其返回时流过第一晶体管Q1的基极，引起电流流过所述第一晶体管Q1的集电极-发射极结，以便进一步增加第四电容器C4上的电压。这一过程是以雪崩的形式发生的，这定义了图3中所示的周期TX结束点。这使得第一和第二晶体管Q1和Q2达到饱和，建立了最终的平衡状态，其中第二晶体管Q2集电极电压值相对于点T2接近0.2V，使得点T1的电压基本上限制在第三和第四整流器二极管D3和D4上的压降值，添加到出现在第二晶体管Q2的集电极中的0.2V值，其结果是一般为大约1.4V。
在经过时间周期TX后的这一最终平衡状态，第四电容器C4上的电压基本上等于点T1上的最大电压减去第一晶体管Q1的发射极-集电极结的压降，结果一般在1.2V，这值大大高于极化第二晶体管Q2的基极-发射极所需的最小值，保证了其饱和。
第二晶体管Q2的基极的电流值由第四电容器C4限制，且第一晶体管Q1基极的电流由第五晶体管R5限制。该电路在点T1和第一晶体管Q1的基极之间装有第五电容器C5，避免发生所述晶体管基极处电压突变，防止了来自外部电噪声的高频噪声引起所述晶体管过渡瞬态的极化。
在经过了这一时间周期TX之后，上述的最终平衡状态把点T1处的电压限制在一般接近1.2V的值，限制点V1和A1之间的电压一般为接近2.4V的峰值，以避免电路流过第一和第二二极管Z1和Z2，它们一般呈现大约5V的齐纳电压，这样防止了触发器电流流过三端双向可控硅开关元件S的电子G，避免了电流流过所述三端双向可控硅开关元件S的端子A1和A2，规定了电动机启动开关的阻塞状态，即规定了电动机M的电流状况操作周期。
在经过了周期TX的这一状态中，由于在点T1和T2之间观察的电压幅度足够高，而保持第四电容器C4的充电电平大大高于启动第一和第二晶体管Q1和Q2的雪崩饱和过程所需的最小值，通过运行状态本身保证了第一和第二晶体管Q1和Q2的饱和。这样，虽然在启动装置TR的端子A和B之间有电压，但阻塞电路BL仍将通过第一和第二晶体管Q1和Q2的饱和保持其阻塞状态。即使电源F关断，由于转子的旋转，电动机M的线圈B1，B2中感应的电压所至，点A和B之间的电压仍将存在，即使在端子T1和T2之间的没有电压存在，由于第四电容器C4中存在的电压超过第二电容器C2结点的饱和电平，晶体管Q1和Q2的所述饱和状态将继续一定时间。端子T1和T2之间没有定义而晶体管Q1和Q2的这一附加的导通时间由时间常数和R4定义。即使在电源F不供电并在电动机的运动已基本上或完全降低，当点A与B之间的电压已经是很低电平时，而阻塞电路BL电保持其导通状态的这一特性，使得启动装置DP可免除电源的电压切断的损害，在运行电容器Cp有高电压时不会有激发三端双向可控硅开关元件S的危险。
权利要求
1.一种用于启动单相感应电动机的电子电路，电动机类型为包含转子和定子，带有用于结合交流电流源(F)操作的至少一个运转线圈(B1)和一个启动线圈(B2)，包括触发器电子开关；所述触发器电子开关的触发电路(TR)；以及用于控制触发器电子开关的触发器脉冲的阻塞电路(BL)，其特征在于在有因转子的旋转感应到电动机(M)线圈的电压时，所述阻塞电路(BL)保持其阻塞状态，在所述感应电压已经显著下降之后维持所述阻塞状态达一定时间。
2.根据权利要求1的电子电路，其特征在于阻塞电路(BL)包括电子开关元件，这些元件借助于所述阻塞电路(BL)的定时器保持在阻塞触发器电子开关的触发器脉冲的状态。
3.根据权利要求2的电子电路，其特征在于电子开关元件通过电压饱和保持在阻塞状态。
4.根据权利要求3的电子电路，其特征在于电子开关元件是晶体管(Q1，Q2)。
5.根据权利要求4的电子电路，其特征在于定时器是充电元件。
6.根据权利要求5的电子电路，其特征在于定时器是由触发器电路(TR)提供的。
7.根据权利要求6的电子电路，其特征在于启动电子开关元件是一三端双向可控硅开关元件S，具有连接到交变电流源一端的第一阳极(A1)，连接到电动机(M)的启动线圈(B2)及与启动线圈(B2)串联的运行电容器(Cp)一端的第二阳极A2，以及连接到触发器电路(TR)的触发器端子(G)。
8.根据权利要求7的电子电路，其特征在于触发器电路(TR)包括第一电容器(C1)，其一端连接到三端双向可控硅开关元件(S)的第二阳极(A2)，另一端连接到第一电阻器(R1)的一端，所述第一电阻器(R1)的另一端连接到第一齐纳二极管(z1)的阳极，其阴极连接到第二齐纳二极管(z2)的阴极，所述第二齐纳二极管(z2)的阳极连接到三端双向可控硅开关元件(S)的触发器端(G)。
9.根据权利要求8的电子电路，其特征在于三端双向可控硅开关元件(S)的触发器端(G)连接到启动电路(TR)的第二电容器(C2)的第一端，其第二端连接到三端双向可控硅开关元件(S)的第一阳极(A1)。
10.根据权利要求9的电子电路，其特征在于第一和第二齐纳二极管(Z1，Z2)具有足够高的齐纳电压，以避免当阻塞电路(BL)处于其阻塞状态时电流通过所述齐纳二极管(Z1，Z2)导通。
11.根据权利要求10的电子电路，其特征在于第一和第二齐纳二极管(Z1，Z2)的齐纳电压高于5伏特。
12.根据权利要求11的电子电路，其特征在于阻塞电路(BL)由全桥整流器构成，具有连接到公共点的第一输入端，该公共点连接第一齐纳二极管(Z1)的阳极与第一电容器(C1)；连接到三端双向可控硅开关元件(S)的第一阳极(A1)的第二输入端；一个正输出端，该端连接到第二电阻器(R2)的一端，连接到第三电容器(C3)的一端，连接到第一晶体管(Q1)的发射极，连接到第五电容器(C5)的一端，以及第三整流器二极管(D3)的阳极；一个负输出端，连接到第二电阻器(R2)的另一端，连接到第一整流器二极管(D1)的阳极，连接到第四电容器(C4)的端子，连接到第三电阻器(R3)的端子，及连接到第二晶体管(Q2)的发射极，第一整流器二极管(D1)的阴极连接到第三电容器(C3)的另一端及第二整流器二极管(D2)的阳极，所述第二整流器二极管(D2)的阴极连接到第四电容器(C4)的另一端，连接到第三电阻器(R3)的另一端，连接到第四电阻器(R4)的一端，并连接到第一晶体管(Q1)的集电极，第四电阻器(R4)的另一端连接到第二晶体管(Q2)的基极，第一晶体管(Q1)的基极连接到第五电容器(C5)的另一端，并连接到第五电阻器(R5)的一端，所述第五电阻器(R5)的另一端连接到第二晶体管(Q2)的集电极，并连接到第四整流器二极管(D4)的阴极，所述第四整流器二极管(D4)的阳极连接到第三整流器二极管(D3)的阴极。
13.根据权利要求12的电子电路，其特征在于第一晶体管(Q1)是PNP型的，而第二晶体管(Q2)是NPN型的。
14.根据权利要求12的电子电路，其特征在于定时器是由第四电容器(C4)定义的。
全文摘要
一种用于启动单相感应电动机的电子电路，电动机类型为包含转子和定子，带有用于结合交流电流源(F)操作的至少一个运转线圈(B1)和一个启动线圈(B2)，包括触发器电子开关；所述触发器电子开关的触发电路(TR)；以及用于控制触发器电子开关的触发器脉冲的阻塞电路(BL)，在有因转子的旋转感应到电动机(M)的线圈的电压时，所述阻塞电路(BL)保持其阻塞状态，在所述感应电压已经显著下降之后维持所述阻塞状态达一定时间。
文档编号H02P1/16GK1444792SQ0181330
公开日2003年9月24日 申请日期2001年7月5日 优先权日2000年7月25日
发明者马可斯·G·施华兹 申请人:巴西船用压缩机有限公司