专利名称：用于单相感应电动机的起动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电动机尤其是用于单相感应电动机的的电子起动系统。
背景技术：
由于单相感应电动机的简单性、强度以及高性能，所以其应用广泛。它们通常应用于家用电器，比如电冰箱、冷冻机、空调、封闭式压缩机、洗衣机、泵、风扇，还应用于一些工业设备。
公知的感应电动机通常具有笼型转子以及绕线定子，其中该绕线定子具有两个绕组，一个用于运转线圈，另一个用于起动线圈。在压缩机的正常运行期间，运转线圈由交流电压供电，而起动线圈在起动运行开始时被暂时供电，在定子的气隙中产生转动磁场，该条件是加速转子和起动电动机所需的。
转动磁场能够通过对起动线圈供给电流来获得，其中该电流关于运转线圈中的电流循环而发生时移，优选的处于接近90度的角度。通过线圈的构造特性或者通过串联线圈之一安装外部阻抗但通常串联起动线圈，从而获得两个线圈中的电流循环之间的时移，而提供主线圈和起动线圈的电流之间的这种时移的最常用的元件是电容器。
在电动机的起动期间循环流过起动线圈的电流值通常比较高，这需要使用这样一些类型的开关，以便在推动电动机加速所需时间逝去之后能够中断该电流。
在促使电动机旋转之后，由运转线圈产生的磁场和电动机中的感应磁场相互作用，并且保持电动机运行所需的转动磁场。
在电动机被设计成不使用串联到起动线圈的装置时，也就是在该电流之间的时移由起动线圈的结构特性来保证时，通常在该线圈中提供更薄的导体以及更少的绕组，以保证更高的电阻/电抗比率进而保证运转线圈的电压和电流之间的更低的偏差。
这种技术的缺点在于，仅通过改变起动线圈的结构方面，通常不能在起动和运转线圈的电流之间获取很大的时移，这就削弱了电动机在起动期间的转矩。
该技术通常应用于这样的电动机，即，该电动机将用于不需要非常高的起动转矩的负载，因此，即使转子阻塞而没有高转矩的情况下，该电动机仍然能够加速负载。一个优点是，因为它们不要使用连接到起动线圈的任何附加元件，所以当使用这些电动机时能够降低最终成本。
保证电动机通过惯性来加速的另一种技术方案是，使用一种串联到副线圈并具有高电容值的电容器，根据电动机尺寸的不同，该电容值通常为40μF到300μF不等。采用高电容值的电容器保证了起动线圈的电流将相对于主线圈的电流超前大约90度，以及起动转矩可以达到的值将高于没有采用串联到线圈的元件时达到的值。使用起动电容器的问题在于，该元件的成本高，该电容器的有效时间比较短，以及终端产品的器件项目较多。
发明目的因此，本发明的目的之一是，提供一种用于单相感应电动机的起动系统，其增加这种电动机的起动转矩，而不使用电容器。
本发明的另一个目的是，提供一种上述系统，其增加加速期间由电动机提供的最大转矩。
本发明的另一个目的是，提供一种上述系统，其减小在起动和加速期间电动机的功率消耗。
发明内容
这些和其它目的通过一种用于单相感应电动机的起动系统来实现，包括具有运转线圈和起动线圈的定子；向所述运转线圈和所述起动线圈供给电流的电源；运转开关和起动开关，当它们处于闭合状态时，它们分别连接运转线圈和起动线圈到电源，一完成电动机起动所述起动开关被操作为断开状态；以及控制单元，其由电源供电并且可操作性连接到运转和起动开关，从而指示其断开和闭合状态，所述控制单元被编程以操作运转开关，使得在电动机起动期间，供给到运转线圈的电流供给相对于供给到起动线圈的电流供给延迟一个确定的时间间隔，该确定的时间间隔被预先限定并从供给到定子的电流的零交叉时刻考虑。
下面将参照所公开的附图来描述本发明，其中图1示意性示出根据本发明技术方案构建的起动系统的实施例；图2示意性示出根据本发明的用于起动线圈和运转线圈的调制电压和调制电流，它们在电动机起动期间相互时移；图3示意性示出传统起动和利用所提出的起动系统的起动的电动机加速曲线；以及图4示意性示出传统起动和利用所提出的起动系统时在电动机起动期间获得的功率曲线。
具体实施例方式
下面将关于电动机10来描述本发明的用于单相感应电动机的起动系统，电动机10包括具有运转线圈11和起动线圈12的定子，它们由交流电源F来供电；运转开关S1和起动开关S2，当它们处于闭合状态时，它们分别连接运转线圈11和起动线圈12到电源F，一完成电动机起动，所述起动开关S2被操作为断开状态，从而中断供给到起动线圈12的电流供给。所述起动系统还包括电流传感器20，其串联连接到电源F和定子之间，从而测量循环通过电动机10的定子的运转线圈11和起动线圈12的电流，并且其可操作性连接到控制单元30，控制单元30由电源F供电并且可操作性地连接到运转开关S1和起动开关S2，从而根据由电流传感器20检测的确定的运行状态，指示其断开和闭合状态。
运转开关S1和起动开关S2能够是机电触点或者交流静态半导体开关，例如三端双向可控硅开关元件，并且根据本发明至少运转开关S1是三端双向可控硅开关元件类型的半导体。
在本技术方案中，电流传感器20告知控制单元20关于电流零交叉的每个时刻的信息，从而使得可以控制对电动机10的运转线圈11的运转开关S1的调制。
通常用于在单相感应电动机中产生起动转矩的方法在于用于使起动线圈12中循环的电流相对于运转线圈11中循环的电流超前的产生装置。因此，电动机被制造成能够保证该时移，或者在起动阶段期间设置电容器串联到起动线圈12，如上所述。
本发明包括，通过控制用作运转开关S1的三端双向可控硅开关元件的触发角度，使得在起动时间期间电动机10的运转线圈11中循环的电流延时。
根据本发明，控制单元30被编程以操作运转开关S1，从而在电动机起动期间，使得供给到运转线圈11的电流供给相对于供给到起动线圈12的电流供给延迟一确定时间间隔，该预定时间间隔被预先限定并从供给到定子的电流的零交叉时刻考虑。
在本技术方案中，每当运转线圈11和起动线圈12中至少一个的供给电流达到零时，控制单元30都指示运转开关S1断开，在预定时间间隔期间保持该状态，在此之后控制单元30指示运转开关S1闭合。
图2示出在电动机的起动时间期间供给到运转线圈11的电压的波形图。用作运转开关S1的三端双向可控硅开关元件在预定时刻被触发，并且，作为这些元件的特性，当循环电流消失时，在没有信号提供到门极的情况下，用作运转开关S1的三端双向可控硅开关元件返回到断开状态，这公知为自动切换。然后控制单元30等待时间间隔Δt，其相对于循环通过运转线圈11和起动线圈12中任意一个的电流的零交叉来测量，而该电流通过电流传感器20来检测，以便施加新的信号到门接线端，并且再次触发用作运转开关S1的三端双向可控硅开关元件。
由于触发用作运转开关S1的三端双向可控硅开关元件中的延迟，循环通过运转线圈11的电流将具有图2所示的波形，图2示出，通过相移获得的电流相对于没有控制用作运转开关S1的三端双向可控硅开关元件而获得的电流滞后。一旦运转线圈11中的电流比没有调制的原始状态还要更加滞后，则随着触发对应于运转开关S1的该三端双向可控硅开关元件中的延迟增加，电动机10的起动和加速也将增加。也就是，通过延迟运转线圈11的电流，获得了类似于起动线圈12中电流超前的效果。
另一方面，随着触发角度增加，供给到运转线圈11的有效电流减小，因此，相移对应于运转开关S1的该三端双向可控硅开关元件从而保证转矩增加的延迟具有最大点。触发该三端双向可控硅开关元件的理想延迟依赖于运转线圈11的特征电感以及其在电动机10起动期间的性能，并且它根据电动机10的结构特征来进行调整，以在起动期间达到最大可能转矩增量，在供给电流到运转线圈11中的所述延迟例如是最大90度。
图3示出用于本发明的起动系统以及没有辅助起动元件的传统系统的加速期间的转矩曲线。
由于供给到运转线圈11的电流相对于没有触发控制的情况大大减小，所以在根据本发明的技术方案的起动和加速期间由电动机10消耗的功率相对于通过功率系统直接进行起动情况降低。
图4示出在加速期间由电动机消耗的功率的比较曲线。根据加速时间期间转矩曲线的增加，该负载将被更快的加速，从而减少起动时间和相关的能量消耗。
用于起动电动机10的预定时间一结束，与起动线圈12的供电相关的起动开关S2所对应的三端双向可控硅开关元件被指示保持在断开状态，并且与运转开关S1相关的从而对运转线圈11供电的该三端双向可控硅开关元件被指示为保持电源F和运转线圈11之间的连接，而在导通中没有延迟，也就是，一旦起动完成，功率系统电压直接供给到电动机10的运转线圈11，因此保证了在正常运行时间期间电动机10中的最大电压和转矩。
权利要求
1.一种用于单相感应电动机的起动系统，包括具有运转线圈(11)和起动线圈(12)的定子；向所述运转线圈(11)和所述起动线圈(12)供给电流的电源(F)；运转开关(S1)和起动开关(S2)，当它们处于闭合状态时分别连接运转线圈(11)和起动线圈(12)到电源(F)，电动机一完成起动，所述起动开关(S2)被操作为断开状态；以及控制单元(30)，其由电源(F)供电并且可操作性地连接到运转开关(S1)和起动开关(S2)，以便指示其断开和闭合状态，其特征在于，所述控制单元(30)被编程以操作运转开关(S1)，使得在电动机起动期间，供给到运转线圈(11)的电流供给相对于供给到起动线圈(12)的电流供给延迟一个确定的时间间隔，该确定的时间间隔被预先限定并从供给到定子的电流的零交叉时刻考虑。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每当起动线圈(12)的供给电流达到零时，控制单元(30)指示运转开关(S1)断开，在预定时间间隔期间保持该状态，在此之后控制单元(30)指示运转开关(S1)闭合。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，供给电流到运转线圈(11)的该延迟最大是90度。
4.根据权利要求1所述的系统，其包括电流传感器(20)，其连接在电源(F)和定子之间以及可操作性地连接到控制单元(30)，其特征在于，电流传感器(20)通知控制单元(30)供给到定子的电流达到零的时刻。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，至少运转开关(11)是半导体。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，运转开关(11)是三端双向可控硅开关元件。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，预定时间间隔(Δt)根据电动机(10)的结构特征被被预先限定。
全文摘要
一种用于单相感应电动机的起动系统，包括具有运转线圈(11)和起动线圈(12)的定子；供给电流给所述运转线圈(11)和所述起动线圈(12)的电源(F)；运转开关(S1)和起动开关(S2)，当它们处于闭合状态时，它们分别连接运转线圈(11)和起动线圈(12)到电源(F)；以及控制单元(30)，被编程以操作运转开关(S1)，使得在电动机起动期间，供给到运转线圈(11)的电流供给相对于供给到起动线圈(12)的电流供给延迟一个确定的时间间隔，该确定的时间间隔被预先限定并从供给到定子的电流的零交叉时刻考虑。
文档编号H02P27/02GK1890869SQ200480036745
公开日2007年1月3日 申请日期2004年12月9日 优先权日2003年12月11日
发明者马考斯·G·施沃茨 申请人:惠而浦股份有限公司