专利名称：具有电动机故障检测的基于mems的电动机起动器的制作方法
技术领域：
本发明的实施例总体涉及用于接通/断开电流路径中的电流的开关装置，更具体
涉及基于微机电系统的开关装置。
背景技术：
接触器是一种设计为按需要接通和断开电负载的电器件。传统上，电机械接触器在控制装置中使用，其中电机械接触器能够处理高达它们的断续能力的开关电流。电机械接触器也可以在电力系统中找到切换电流的应用，以及在工业自动化系统中作为电动机起动器。然而，接触器控制的电动机可能在各种情况下故障，而电力系统中的故障电流通常大于电机械接触器的断续容量。因此，为了在电力系统应用中采用电机械接触器，可能期望用一个串联器件来支持它来保护该接触器不受损坏，该串联器件足够快速动作以在接触器以在接触器的断续容量之上的全值的电流断开之前中断故障电流。此外，可能期望在成本昂贵的故障发生之前检测电动机的问题。 关于早期警报电动机保护，之前设想的解决方案包括高成本的由有经验的技术员对电动机进行检验，和/或在已经庞大的电动机起动器旁边提供复杂的电动机监视设备。例如，传统的电动机起动器包括一组接触来控制电流。 一些电动机起动器可以还包括热过载保护和/或局部断开。然而，传统电动机起动器缺少集成在其上的控制电路或者逻辑控制。因此，有经验的技术员的检测可能包括昂贵的电动机起动器设备的停机时间，以及不期望的安全问题。例如，为了检验传统电动机起动器，有经验的技术员可能必须物理上查看该设备。因此，为了检验由传统电动机起动器控制的电动机，有经验的技术员可能必须物理上检验电动机起动器上的电动机连接和/或电动机自身。 如果使用额外的监测电路，这样的额外电路将是在独立的电动机起动器之外的。应当理解，给定通常有限的传统控制面板或电动机控制箱的空间，额外的监测设备将妨碍视觉检查，并减少用于未来的集成需求的空间。因此，用于早期警报电动机保护的传统方案具有很多缺点。 关于断续容量问题，之前设想的解决方案是促进接触器在电力系统中的使用，包括例如真空接触器，真空断续器和空气断路式接触器。不幸的是，诸如真空接触器的接触器并不有助于容易的视觉检查，因为接触器末端装入在密封的，抽空的外壳中。此外，尽管真空接触器很适合于处理大的电动机，变压器和电容器的开关，已知它们会引起不期望的瞬态过电压，特别是当负载被断开时。 此外，电机械接触器一般使用机械开关。然而，由于这些机械开关趋向于以相对慢的速度开关，采用预测技术以便估计过零的发生，通常在开关事件要发生前几十毫秒，以便促进在过零处的断开/闭合以减少电弧发生。这种过零预测容易出现错误，因为在该预测时间间隔内可能发生很多瞬变。 作为对慢的机械和电机械开关的一种替代，快速固态开关已经在高速开关应用中被采用。如将理解的，这些固态开关通过受控施加电压或偏置而在导通和非导通状态之间切换。例如，通过反转偏置固态开关，开关可以转变到非导通状态。然而，因为固态开关在它们被切换到非导通状态中时不产生接触之间的物理间隙，它们经受漏电流。此外，由于内部电阻，当固态开关在导通状态工作，它们受到电压降。电压降和漏电流都贡献于在常规工作环境下产生过热，这会影响开关性能和寿命。此外，至少部分由于与固态开关相关联的固
有漏电流，它们在电路断续器应用中的使用是不实际的。 因此，领域中存在对克服这些缺点的电流开关电路保护结构和可靠的早期警报电动机保护的需求。
发明内容
本发明的一实施例包括一种电动机起动器。该电动机起动器包括与至少一个电流路径整体地布置的控制电路，以及该控制电路中包括的处理器。该电动机起动器还包括驻留在所述处理器上的至少一个处理器算法，该至少一个处理器算法包含指令来监测所述至少一个电流路径上的电流的特性，以及提供关于该至少一个电流路径的情况的数据。该电动机起动器还包括设置在该至少一个电流路径上的微机电系统(MEMS)开关，该MEMS开关响应于控制电路来帮助控制流过该至少一个电流路径的电流。 本发明的另一实施例包括一种早期警报电动机保护的方法。该方法包括在处理器接收关于电流路径上的电流的信息，该电流路径与控制电路整体地布置，该控制电路包括该处理器，并且配置为用响应于该控制电路的微机电系统(MEMS)开关控制电流。该方法还包括在处理器基于接收的信息计算电流路径的情况。
本发明的这些和其他特征，方面和优点在参考附图阅读下列详细描述时将被更好
地理解，贯穿所有附图，附图中相似的符号代表相似的部件，其中 图1是根据本发明一实施例的示例性基于MEMS的开关系统的框图； 图2是示出图1所绘示例性基于MEMS的开关系统的示意图； 图3是根据本发明一实施例并且作为图1所绘系统的替换的示例性基于MEMS的
开关系统的框图； 图4是示出图3所绘示例性基于MEMS的开关系统的示意图； 图5是根据本发明一实施例的电动机起动器的框图； 图6是根据本发明实施例的图5的示例性电动机起动器的框图； 图7是根据本发明一实施例的示例性电动机起动器的控制电路的框图； 图8是根据本发明实施例的早期警报电动机保护的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的一实施例提供一种具有早期警报电动机保护的电动机起动器。提出的电动机起动器包括控制电路中的处理器，其具有处理器算法来确定电动机有问题的可能性。在电动机起动器中使用微机电系统(MEMS)开关提供了快速的响应时间，从而帮助减少中断故障的允许通行能量。与MEMS开关并联的混合式无电弧限制技术(HALT)电路为MEMS开关提供了这样的能力在任何给定的时间与电流或电压无关地没有电弧发生地打开或闭合。因此，本发明的实施例提供了一种具有相对于传统系统的优点的电动机起动器。
图1示出了根据本发明的方面的、示例的无电弧的基于微机电系统(MEMS)开关的开关系统10的框图。目前，MEMS —般指例如可通过微制造技术在共同衬底上集成多种多样的功能性不同的元件的微米级结构，所述元件例如机械元件，电机械元件，传感器，致动器以及电子器件。然而，预期目前在MEMS器件中可用的很多技术和结构将在仅几年内通过基于纳米技术的器件而可用，例如尺寸可能小于100纳米的结构。因此，尽管贯穿本文描述的示例实施例可能参考基于MEMS的开关器件，也主张本发明的发明性方面应当被宽泛地解释并且不应当限制于微米尺寸的器件。 如图1所示，无电弧的基于MEMS的开关系统10示出为包括基于MEMS的开关电路12和电弧抑制电路14，其中电弧抑制电路14，或者称为混合式无电弧限制技术(HALT)装置，操作地耦合于基于MEMS的开关电路12。在某些实施例中，基于MEMS的开关电路12可以以其整体与电弧抑制电路14集成在例如单个封装16中。在其他实施例中，仅基于MEMS的开关电路12的某些部分或者组件可以与电弧抑制电路14集成。 在如将参考图2更详细地描述的目前预期的配置中，基于MEMS的开关电路12可以包括一个或多个MEMS开关。此夕卜，电弧抑制电路14可以包括平衡二极管电桥和脉冲电路。此夕卜，电弧抑制电路14可以配置为，通过响应于MEMS开关从闭合到打开改变状态，接收来自MEMS开关的电能转移，帮助抑制该一个或多个MEMS开关的接触之间的电弧形成。应当注意，电弧抑制电路14可以被配置为响应于交流(AC)或直流(DC)来帮助抑制电弧形成。 现在转到图2，示出了根据一实施例的图1所示示例性无电弧的基于MEMS的开关系统的示意图18。如参考图l所述，基于MEMS的开关电路12可以包括一个或多个MEMS开关。在所示的实施例中，第一 MEMS开关20被示出为具有第一接触22，第二接触24和第三接触26。在一个实施例中，第一接触22可以被配置为漏极，第二接触24可以被配置为源极，第三接触26可以被配置为栅极。此外，如图2中所示，电压缓冲器电路33可以与MEMS开关20并联，并且配置为在快速接触分离期间限制电压过冲，如下面将详细描述的。在某些实施例中，缓冲器电路33可以包括与缓冲电阻器(见78，图4)串联的缓冲电容器(见76，图4)。缓冲电容器可以帮助改进在MEMS开关20的断开的定序期间的瞬态电压共享。此外，缓冲电阻器可以抑制在MEMS开关20的闭合操作期间缓冲电容器产生的任何电流脉冲。在某些其他实施例中，电压缓冲器电路33可以包括金属氧化物压敏电阻器(MOV)(未示出)。 根据本技术的其他方面，负载电路40可以与第一MEMS开关20串联。负载电路40可以包括电压源VBUS44。此外，负载电路40还可以包括负载电感L自46，其中负载电感L^46代表了负载电路40看到的组合的负载电感和总线电感。负载电路40还可以包括负载电阻R^48，其代表了负载电路40看到的组合的负载电阻。附图标记50代表了可流过负载电路40和第一 MEMS开关20的负载电路电流IWAD。 此外，如前面关于图1提到的，电弧抑制电路14可以包括平衡二极管电桥。在示出的实施例中，平衡二极管电桥28示出为具有第一分支29和第二分支31。如此处所使用的，术语"平衡二极管电桥"用于代表这样的二极管电桥，其配置为使得跨第一和第二分支29和31的电压降基本相等。平衡二极管电桥28的第一分支29可以包括第一二极管D1 30
6和第二二极管D2 32，它们耦接在一起形成第一串联电路。以相似的方式，平衡二极管电桥 28的第二分支31可以包括第三二极管D3 34和第四二极管D4 36，它们操作地耦接在一起 形成第二串联电路。 在一个实施例中，第一 MEMS开关20可以跨平衡二极管电桥28的中点并联耦接。 平衡二极管电桥的中点可以包括位于第一和第二二极管30，32之间的第一中点，和位于第 三和第四二极管34， 36之间的第二中点。此外，第一 MEMS开关20和平衡二极管电桥28可 以紧密地封装以帮助最小化平衡二极管电桥28，特别是到MEMS开关20的连接引起的寄生 电感。注意到，根据本技术的示例性方面，第一MEMS开关20和平衡二极管电桥28相对定 位为使得，第一MEMS开关20和平衡二极管电桥28之间的固有电感，当在MEMS开关20断 开期间携带负载电流到二极管电桥28的转移时，产生小于跨MEMS开关20的漏极22和源 极24的电压的几个百分点的di/dt电压，如下面将进一步详细描述的。在一个实施例中， 第一 MEMS开关20可以与平衡二极管电桥28集成在单个封装38中，或者可选地，在同一芯 片上，目的是最小化互连MEMS开关20与二极管电桥28的电感。 此外，电弧抑制电路14可以包括与平衡二极管电桥28操作关联地耦接的脉冲电 路52。脉冲电路52可配置为检测开关条件并响应于开关条件启动MEMS开关20的打开。 如这里所使用的，术语"开关条件"指的是触发改变MEMS开关20的当前工作状态的条件。 例如，开关条件可以引起将MEMS开关20的第一闭合状态改变到第二打开状态，或者MEMS 开关20的第一打开状态改变到第二闭合状态。开关条件可以响应于多个动作发生，包括但 不限于电路故障或者接通/断开请求。 脉冲电路52可以包括脉冲开关54和与脉冲开关54串联耦接的脉冲电容器 CmsE56。此外，脉冲电路可以还包括与脉冲开关54串联耦接的脉冲电感LmsE58和第一二极 管DP60 。脉冲电感LmsE58， 二极管DP60，脉冲开关54和脉冲电容器CmsE56可以串联耦接以 形成脉冲电路52的第一分支，其中第一分支的组件可以配置为帮助脉冲电流整形和定时。 另夕卜，附图标记62代表可以流过脉冲电路52的脉冲电路电流ImsE。 根据本发明的方面，MEMS开关20可以在携带电流的同时快速地(例如，以皮秒或 纳秒的量级)从第一闭合状态切换到第二打开状态，尽管在接近零的电压下。这可以通过 负载电路40，以及包括并联跨MEMS开关20的接触耦接的平衡二极管电桥28的脉冲电路 52的组合操作来实现。 现在参考图3，其示出了根据本发明的方面的示例软开关系统11的框图。如图3 中所示，软开关系统11包括操作地耦接在一起的开关电路12，检测电路70，以及控制电路 72。检测电路70可以耦接到开关电路12，并且配置为检测负载电路中交流源电压(下文 称为"源电压")，或者负载电路中的交流电流(下文称为"负载电路电流")的过零的发生。 控制电路72可以与开关电路12和检测电路70耦接，并且可以配置为，响应于检测到的交 流源电压或者交流负载电路电流的过零，帮助开关电路12中的一个或多个开关的无电弧 开关。在一个实施例中，控制电路72可以配置为帮助构成开关电路12的至少部分的一个 或多个MEMS开关的无电弧开关。 根据本发明的一个方面，软开关系统11可以配置为执行软或者波形上的点(PoW) 开关，由此开关电路12中的一个或多个MEMS开关可以在跨开关电路12的电压处于或非常 接近于零的时候闭合，并且在通过开关电路12的电流处于或者接近于零的时候打开。通过在跨开关电路12的电压处于或者非常接近于零的时候闭合开关，可以通过保持在所述一 个或多个MEMS开关的接触之间的电场在接触闭合的时候很低，避免击前(pre-strike)电 弧发生，即使多个开关并不都在同一时刻闭合。类似地，通过在通过开关电路12的电流处 于或者接近于零的时候一次打开这些开关，软开关系统11可以被设计为使得开关电路12 中最后要打开的开关中的电流落在该开关的设计能力之内。如上面暗示的并且根据一个实 施例，控制电路72可以配置为将开关电路12的一个或多个MEMS开关的打开与闭合与交流 源电压或者交流负载电路电流的过零的发生同步。 转到图4，示出了图3的软开关系统11的一个实施例的示意图19.根据该示例的 实施例，示意图19包括开关电路12，检测电路70和控制电路72的一个实例。
尽管为了描述的目的，图4示出了开关电路12中的仅单个MEMS开关20，开关电路 12可以包括多个MEMS开关，这取决于例如软开关系统11的电流和电压处理要求。在一个 实施例中，开关电路12可以包括一个开关模块，该开关模块包括以并联配置耦接在一起的 多个MEMS开关，以在这些MEMS开关之间分电流。在另一个实施例中，开关电路12可以包 括以串联配置耦接的MEMS开关的阵列，以在这些MEMS开关之间分电压。在还有另一实施 例中，开关电路12可以包括以串联配置耦接在一起的MEMS开关模块的阵列，以同时在MEMS 开关模块之间分电压，以及在每个模块中的MEMS开关之间分电流。在一个实施例中，开关 电路12的一个或多个MEMS开关可以集成到单个封装74中。 示例MEMS开关20可以包括三个接触。在一个实施例中，第一接触可以被配置为 漏极22，第二接触可以被配置为源极24，第三接触可以被配置为栅极26。在一个实施例中， 控制电路72可以耦接到栅极接触26以帮助切换MEMS开关20的电流状态。另外，在某些 实施例中，阻尼电路(缓冲器电路)33可以与MEMS开关20并联耦接，以延迟跨MEMS开关 20的电压的出现。如所示的，阻尼电路33例如可以包括与缓冲电阻器78串联耦接的缓冲 电容器76。 此外，MEMS开关20可以与负载电路40串联耦接，如图4中进一步示出的。在目 前预期的配置中，负载电路40可以包括电压源VS。UKCE44，并且可以有代表负载电感LMAD46， 和负载电阻R^48。在一个实施例中，电压源Vs。u腦44(也称为AC电压源)可以配置为产生 交流源电压和交流负载电流I自50。例如，负载可以包括AC电动机或者类似的装置。
如前面所述，检测电路70可以配置为检测负载电路40中的交流源电压或者交流 负载电流I^50的过零的发生。交流源电压可以通过电压感测电路80来感测，而交流负载 电流1^50可以通过电流感测电路82来感测。交流源电压和交流负载电流可以例如持续 地或者以离散的周期感测。 源电压的过零可以例如通过使用诸如示出的零电压比较器84的比较器来检测。 电压感测电路80感测的电压和零电压参考86可以用作对零电压比较器84的输入。接着， 可以生成代表负载电路40的源电压的过零的输出信号88。类似地，负载电流I自50的过 零也可以通过使用诸如示出的零电流比较器92的比较器来检测。电流感测电路82感测的 电流和零电流参考90可以用作对零电流比较器92的输入。接着，可以生成代表负载电流 1自50的过零的输出信号94。 接着，控制电路72可以利用输出信号88和94来确定何时改变(例如打开或闭 合)MEMS开关20(或者MEMS开关的阵列)的电流工作状态。更具体地，控制电路72可以
8被配置为响应于检测到的交流负载电流I皿。50的过零，帮助以无电弧的方式打开MEMS开关 20，以中断或者断开负载电路40。此外，控制电路72可以配置为响应于检测到的交流源电 压的过零，帮助以无电弧的方式闭合MEMS开关20，以使负载电路40完整。
在一个实施例中，控制电路72可以至少部分基于使能信号96的状态，确定是否将 MEMS开关20的当前工作状态切换到第二工作状态。使能信号96例如可以作为接触器应 用中的断电命令，或者电动机起动器应用中的断电/开机命令的结果而产生。在一个实施 例中，使能信号96和输出信号88和94可以用作对如图所示的双D触发器98的输入信号。 这些信号可以用于在使能信号96被变得活动(例如上升沿触发的)之后的第一个源电压 零点闭合MEMS开关20，以及在使能信号96被变得不活动(例如，下降沿触发的)之后的第 一个负载电流零点打开MEMS开关20。关于图4的示出的示意图19，每当使能信号96活动 (或者高，或者低，取决于特定的应用)，并且输出信号88或者94的任一个指示感测的电压 或者电流零点，触发信号102可以生成。在一个实施例中，例如可以通过NOR门100生成触 发信号102。触发信号102接着可以传过MEMS栅极驱动器104来生成栅极激活信号106， 该信号106可以用于施加控制电压到MEMS开关20的栅极26 (或者在MEMS阵列的情况下， 到多个栅极)。 如前面提到的，为了实现对于特定应用的期望的电流额定，多个MEMS开关可以操 作地并联耦接(例如，形成开关模块)，来代替单个MEMS开关。这些MEMS开关的组合的能 力可以被设计为适当地承载负载电路可能受到的连续的和瞬态的过载电流等级。例如，在 有6X瞬态过载的10安培RMS电动机接触器(或电动机起动器)的情况下，应该有足够的 开关并联耦接来承载60安培RMS IO秒种。使用波形上的点开关来在达到电流零点的5微 秒之内开关这些MEMS开关，将会有160微安瞬时，在接触断开时流动。因此，对于该应用， 每个MEMS开关应当能够"暖开关"160微安，并且应当有足够的MEMS开关被并联以承载60 安培。另一方面，单个MEMS开关应当能够中断将在开关的时刻流动的电流量或等级。根据 示例实施例，包括上面描述的特征的电动机起动器示出于图5中。 转到图5，电动机起动器120操作地连接到电动机127。如进一步示出的，三相电 力馈送到电动机起动器120中到功率电动机127。相位线Ll 121，相位线L2 122以及相位 线L3 123例如可以连接到电动机起动器120的MEMS开关电路的接触。类似地，电动机引 线124，125，和126可以在与三相线相比的相反端上连接到MEMS电路的接触。因此，可以通 过打开和闭合MEMS开关电路的接触帮助电动机控制。然而注意到，尽管电动机起动器120 被示出为三相电动机起动器，在不偏离示例实施例的范围下可以取其他形式。例如，电动机 起动器120也可以实施为单相电动机起动器，直流电动机起动器，和/或可以包括在多个电 动机起动器或者其他装置中，这取决于特定的应用。 进一步关于电动机127，将理解电动机127的操作中可能出现各种问题。例如，电 动机的问题可以包括短路，相位不平衡问题，电动机操作中的相位丢失，电流尖峰，指数级 电流幅度增加，电流幅度降低，和/或其他类似问题。也理解大部分或者所有的与电动机 127相关的问题可以通过监测提供给电动机127的电流来检测到或者至少预见到。例如，上 面提到的问题是电流路径中的电流/电压的特性。如果电动机连接到电流路径，并且监测 这些特性中的任一特性，由此断定发生了电动机的问题。可以从上面的特性中解释的情况 的示例可以包括电动机停转，电动机卡位，电动机处的短路，电动机线圈故障，电动机轴承用坏，和/或电动机处的电流泄露。例如，电动机停转可以通过当电动机被启动时电流的快 速或者相对快速增加而被检测到。此外，电动机轴承用坏可以通过平均电流在一段时间上 大致指数增加而被检测到。电动机卡住可以通过电动机操作期间高的或者相对高的电流等 级而被检测到。其他电动机问题可以通过对电流/电压特性的相似的或者不同的解释而检 测到，这取决于特定的应用。然而，为了简明，这里将略去对于特定的电动机问题的具体的 计算方法。因此，如上文所述，与到电动机127的电流路径整体地布置的控制电路可以解释 电流路径上的电流的特性，并且因此可以确定电动机127的问题。图6示出图5的示例电 动机起动器的电路的结构的更详细视图，包括示例电动机起动器的控制电路。
如图6所示，电动机起动器120包括控制电路140和开关电路12。例如，图6示例 的开关电路12基本类似于图1所示的开关电路12。此外，开关电路12包括至少一个MEMS 开关来帮助控制一个电流路径上的电流。开关电路12可以还包括多个MEMS开关，如前所 述，以便允许在各种条件下控制电流。控制电路140可以在一定程度上类似于控制电路72， 但是包括额外的逻辑电路来提供早期警报电动机保护。该额外的逻辑电路参照图7来描 述。 如图6中还示出的，电动机起动器120的示例实施例包括检测电路70。检测电路 70可以基本类似于图3的检测电路70。因此，电动机起动器120可以通过检测电路70检 测电流和电流幅度。此外，注意到电动机起动器120可以包括额外的检测电路，以允许多相 电流检测/监测或其他类似的布置。例如，额外的电流传感器，电压传感器等，可以被包括 来检测多相布置的不同相位上的电流/电压幅度。图6中还示出的是指示器150，操作地连 接到控制电路140。 指示器150可以包括用于指示关于在电动机起动器120控制的电流路径上的电流 的状态的数据的装置。例如，指示器150可以是用于将数据发送到外部设备的通信信道。数 据可以在该通信信道上发送，并且之后被解释以得到电流路径的状态。例如，如果电动机连 接到电流路径，电流路径上的电流的特性提供关于电动机的状态的指示。因此，使用指示器 150，电动机起动器120可以提供电动机的问题的早期警报检测。 作为替换，指示器150可以包括指示器灯，或发光器，来通知电流路径的状态。例 如，如果电流路径上的电流的特性提供了电动机的问题的证据，该指示器灯可以改变颜色。 取决于颜色的值，可以表示不同的问题。例如，绿色可以代表可操作的电动机，黄色可以代 表还能操作的电动机的小问题，红色可以代表电动机的严重问题。然而，上面给出的示例应 当被认为仅仅是示例性的，因此不应对本发明的实施例有所限制。 此外，指示器150可以包括通信装置和诸如上面给出的灯示例的视觉指示两者。 例如，指示器150可以在通信信道上发送电动机状态，并且也提供电动机状态的视觉反馈。 指示器150的特征的其它组合也是可以实施的。因此这里给出的特定示例意图是仅为示例 性的，而不对示例实施例有所限制。 如上所述，控制电路140可以包括额外的逻辑电路来监测电动机起动器120控制 的电流路径上的电流。下文中，参照图7给出更详细的描述。 图7是根据本发明一实施例的电动机起动器的控制电路140的框图。如图7所 示，额外的逻辑电路133与开关控制电路132组合地被包括。开关控制电路132可以类似 于参照图4描述的电路72。例如，开关控制电路72提供MEMS开关电路的控制。因此，控制电路140可以打开和闭合MEMS开关(例如，图4的MEMS开关74)，从而控制电流路径的电 流。此夕卜，多个MEMS开关可以由控制电路140控制。因此，多个电流路径可以由控制电路 140控制。 如图7中进一步示出的，额外的逻辑电路133包括处理器131。处理器131可以是 能够处理算法和计算机可执行代码的计算机处理器。处理器131可以操作地连接到存储器 130，并且因此能够访问其上包含的信息。例如，存储器130可以存储多个算法。该多个算 法可以由处理器131访问和处理。此外，算法的结果可以通过信道135输出。信道135可 以取各种形式，并且不应限制于任何特定类型的信道。例如，信道135可以操作地连接到图 6的指示器150。因此，处理器131处理的算法的操作结果可以通过信道135输出到指示器 150。此外，存储器130可以存储与电流特性和/或电动机性能相关的历史性能数据。例如， 历史性能数据可以是随着电动机的寿命记录的数据，或者从测试获得的关于类似的电动机 的统计数据集。类似地，存储器130可以存储指示了电动机的故障情况的，与电流情况相关 的经验数据。因此，处理器131可以访问经验数据和/或历史性能数据，并在所述多个算法 的计算中使用所述数据，以确定电流路径的各种其他问题。 电连接134也示出于图7中。电连接134可以是到用于检测电流路径上的电流和 电压的特性的检测电路的连接。例如，电连接134可以连接到图6示出的检测电路70。因 此，处理器131可以在其上处理的算法中使用关于电流路径上的线和负载电流/电压的特 性的信息。这样，处理器131能够提供关于连接到电流路径的电动机的数据。由此处理器 131能够提供如上所述的早期警报电动机保护。 例如，提供给这里描述的示例电动机起动器控制的电动机的电流可以通过检测电 路检测(例如，图6的检测电路70)。检测的电流的特性可以发送到处理器131。接着，或 者替代地在基本相同的时间，处理器131可以在其上处理的算法中包括所述特性。该算法 可以包含指令来用电流/电压的特性，或者关于电流/电压的特性的数据，来计算可能的问 题。这些指令的结果可以发送到指示器(例如，图6的指示器150)。通过解释该指示(例 如，发送到外部设备或者指示器灯的数据)，可以识别电动机问题或者故障。因此，根据本发 明的示例实施例，可以由此处描述的示例电动机起动器提供早期警报电动机保护。
此后，描述早期警报电动机保护的方法。根据本发明的实施例，提供包括处理器的 电动机起动器。该处理器能够处理算法来从电流/电压特性计算可能的电动机问题。转到 图8，详细示出了早期警报电动机保护的方法。 根据图8，示例电动机起动器的处理器可以在步骤170接收关于示例电动机起动 器控制的电流路径上的电流的信息，和/或该电流的特性。例如，电动机起动器上的检测电 路可以提供关于电流路径上的线和负载电流/电压的信息给处理器。该提供的信息可以包 括电流幅度，电压幅度，和/或其他类似信息，包括上面参照图5描述的电流特性。如前文 所述，电动机状态和/或性能可以基于提供给电动机的电流而被监测。因此，电动机性能和 /或电动机问题可以基于检测电路提供的信息而被检测到。 在接收信息之后，处理器可以在步骤171基于接收的信息计算电动机可能的问 题。例如，处理器处理的算法可以包括变量或者其他逻辑指令自变量形式的信息。该算法 可以包含指令来操纵该数据以检测电动机性能问题和/或电动机发生的问题。因此，通过 计算接收的信息，可以检测到电动机的可能问题。
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在步骤172，可以存储历史性能数据。例如，关于电动机的性能数据可以基于接收 的信息。该信息接着可以被存储供以后的使用或解释，如下参考步骤173所描述的。
在步骤173，可以基于存储的历史性能数据计算电动机可能的性能问题或者问题。 例如，可以跟踪电动机使用的电流的幅度，以检测任何尖峰或者急剧增加。替代地，可以跟 踪电动机使用的电流的幅度来检测电流幅度中的任何变化。这种跟踪技术可以与其他技术 结合使用来检测可能的电动机问题。 应注意，尽管上面参照图8描述的方法包括所有步骤170，171，172和173，也可以 使用提到的步骤的任何组合。类似地，尽管以特定的次序示出这些步骤，可以使用任何不同 的次序。例如，性能历史的存储可以发生在步骤171之前。替代地，步骤171可以被略去， 并且仅包括步骤172。意图是所有其他这种略去和组合被包括在本发明示例实施例的范围 内。 尽管已经参照示例实施例描述了本发明，本领域技术人员可以理解，在不偏离本 发明的范围下可以做出各种变化，并且等价物可以替换其特征。此外，可以进行很多修改来 适应特定的情况或材料到本发明的教导，而不偏离其基本范围。因此，意图是本发明不限于 揭示为用于实现本发明的最佳或者仅有的模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附 权利要求范围内的所有实施例。另外，在附图和说明书中，揭示了本发明的示例实施例，并 且，尽管使用了特定的术语，除非另有说明，它们仅以普通的和描述性的意义使用，而不是 为了限制，因此不应这样限制本发明的范围。此外，术语"第一"，"第二"等的使用不表示任 何次序或重要性，而是术语"第一"，"第二"等的使用是为了区分一个特征与另一个特征。此 外，术语"一"，"一个"等的使用不表示量的限制，而是表示存在至少一个所引的项。
权利要求
一种电动机起动器，包括与至少一个电流路径整体地布置的控制电路；该控制电路中包括的处理器；以及设置在该至少一个电流路径中的微机电系统(MEMS)开关，该MEMS开关响应于控制电路来帮助控制流过该至少一个电流路径的电流。
2. 如权利要求l所述的电动机起动器，还包括驻留在所述处理器上的至少一个处理器算法，该至少一个处理器算法包含处理器可读 和可执行的指令来监测所述至少一个电流路径中的电流的特性，以及提供关于与该至少一 个电流路径关联的操作情况的数据。
3. 如权利要求2所述的电动机起动器，其中控制电路还包括存储器装置，配置为存储 关于该至少一个电流路径的情况的数据。
4. 如权利要求3所述的电动机起动器，其中存储器装置包括关于指示了所述至少一个 电流路径上的电动机的故障情况的经验电流情况的多条信息。
5. 如权利要求3所述的电动机起动器，其中存储器装置包括含有处理器可读和可执行 的指令的多个处理器算法，用于确定述至少一个电流路径上的电动机的多个不同的故障情 况。
6. 如权利要求5所述的电动机起动器，其中所述处理器处理所述多个处理器算法来提 供关于所述多个不同的故障情况的数据。
7. 如权利要求2所述的电动机起动器，其中所述电流的特性包括相位丢失，相位不平 衡，电流幅度增加，指数级电流幅度增加，以及电流幅度降低中的至少一个。
8. 如权利要求2所述的电动机起动器，其中 所述至少一个电流路径是多个电流路径中的一个； 所述多个电流路径中的每个电流路径与控制电路整体地布置；以及 所述至少一个处理器算法包含指令来监测所述多个电流路径中的每个电流路径中的每个电流的特性。
9. 如权利要求8所述的电流控制装置，其中所述MEMS开关是对应于所述多个电流路径中相应的一个的多个MEMS开关中的一个；以及所述多个MEMS开关中的每个MEMS开关响应于控制电路，以帮助控制流过所述多个电 流路径中相应的一个的电流。
10. 如权利要求2所述的电动机起动器，其中所述至少一个电流路径的情况包括至少 一个电流路径上的电动机的电动机停转，电动机卡住，短路，线圈故障，轴承用坏，以及电流 泄露中的至少一个。
11. 如权利要求2所述的电动机起动器，还包括与控制电路信号通信的指示器，配置为 指示所述至少一个电流路径的情况。
12. 如权利要求11所述的电动机起动器，其中所述指示器是配置为发送所述至少一个 电流路径的情况的通信信道。
13. 如权利要求11所述的电动机起动器，其中所述指示器是设置用于所述至少一个电 流路径的情况的视觉指示的指示器灯。
14. 如权利要求1所述的电动机起动器，还包括设置为与所述MEMS开关电通信的混合 式无电弧限制技术(HALT)电弧抑制电路，其响应于MEMS开关从闭合到断开改变状态，从 MEMS开关接收电能的转移。
15. 如权利要求1所述的电动机起动器，还包括电压缓冲器电路，与MEMS开关并联连接。
16. 如权利要求l所述的电动机起动器，还包括软开关电路，用于将MEMS开关的状态的 改变与流过所述至少一个电流路径的交流电流、以及所述至少一个电流路径的交流电压中 的至少之一相对于绝对零点参考的过零的发生同步。
17. —种早期警报电动机保护方法，包括在处理器接收关于电流路径中的电流的信息，该电流路径与控制电路整体地布置，该 控制电路包括该处理器，并且配置为用响应于该控制电路的微机电系统(MEMS)开关控制 电流；以及在处理器基于接收的信息计算电流路径的操作情况； 指示电流路径的操作情况来提供早期警报电动机保护。
18. 如权利要求17所述的方法，还包括基于接收的信息在操作地连接于处理器的存储器中存储历史性能数据。
19. 如权利要求18所述的方法，还包括 在处理器基于存储的历史性能数据计算电流路径的情况。
20. 如权利要求17所述的方法，其中该电流路径将电流提供给操作地连接到MEMS开关的电动机。
21. 如权利要求17所述的方法，还包括在指示器指示所述电流路径的操作情况，以促进早期警报电动机保护。
22. 如权利要求21所述的方法，其中指示包括视觉地指示操作情况和电子地指示操作 情况之一。
全文摘要
公开了一种电动机起动器。该电动机起动器包括与至少一个电流路径整体地布置的控制电路，以及该控制电路中包括的处理器。该电动机起动器还包括驻留在所述处理器上的至少一个处理器算法，该至少一个处理器算法包含指令来监测所述至少一个电流路径上的电流的特性，以及提供关于该至少一个电流路径的情况的数据。该电动机起动器还包括设置在该至少一个电流路径上的微机电系统(MEMS)开关，该MEMS开关响应于控制电路来帮助控制流过该至少一个电流路径的电流。
文档编号H02P1/00GK101711446SQ200780053374
公开日2010年5月19日 申请日期2007年6月20日 优先权日2007年6月15日
发明者B·C·孔菲尔, D·J·勒斯利, K·苏布拉马尼安, R·J·卡加诺, W·J·普雷默拉尼 申请人:通用电气公司