专利名称：交流电动机起动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流电动机起动器，通常用于单相异步电动机， 也可用于具有相同或类似起动原理的其他交流电动机。
背景技术：
通常单相异步电动机包含有一个主绕组和一个起动绕组，通电开始时 主绕组和起动绕组都有较大电流通过，当电动机转速增加到接近同步转速 以后，起动绕组电流被关断或者被限制在一个较小的值。因此，在这类电 动机的起动绕组上需要串联一个开关电路，电动机开始通电时开关电路导 通，电动机转速增加到接近同步转速以后开关电路关断。这样的开关电路 通常称为起动电路，实现这种功能的器件通常称为起动器。
目前常见的用于实现上述功能的器件是电流型起动器和PTC起动器。 电流型起动器是利用异步电动机转速低时绕组电流较大，转速接近同 步转速时绕组电流较小的特性，使其触点在电动机通电初期吸合，转速接 近同步转速时断开。专利号为200410065370.X的中国专利同样利用异步 电动机的上述特性，但将机械触点换成了双向可控硅作为主开关元件，同 时用电流互感器取代了电磁线圈。这一类的起动器本质上属于电流继电 器，它们的共同缺陷就是对起动电流或工作电流不同的电动机要匹配不同 参数的起动器，通用性较差。另外，在交流单相异步电动机带有运行电容 器的场合，运行电容器要与起动电路的主开关元件并联连接，如果用机械 触点或双向可控硅作为主开关元件，在主开关元件开始导通的瞬间电容器 预先储存的电能会快速释放，这样就会造成主开关元件损坏或縮短寿命。 为了解决这个问题，需要在主开关元件上串联一个用于神制冲击电流的阻 抗。为了达到必要的抑流效果，这种抑流阻抗必须是阻值及功率较大的电
3阻，或者是电感量及允许电流值较大的电感线圈，因此使整个起动器的体 积较大且制造成本较高，这通常不利于实际应用。
PTC起动器是以正温度系数热敏电阻(即PTCR)为核心元件制作而 成的器件。其工作原理是有较大的电流通过PTCR时，PTCR发热并且 阻值增大至很大的值。通常将PTCR的电阻值设计为若千档以供不同规格 的电动机选用。此种起动器的主要缺点是在电动机的整个运行过程中， 为了维持PTCR的热平衡要消耗较多的电能，这个浪费的电能功率一般在 几瓦特至十几瓦特；另外，为了使PTCR在电动机起动后能够到达高阻值 的热平衡状态，PTCR的常温阻值不能太小，这个额外接入的阻值经常会 使电动机的起动性能变差；同时，将PTCR阻值分为若千档也在一定程度 上影响其通用性。为了克服PTC起动器的上述缺点，专利号为90108573.1 的中国专利提供了一种解决方案，该发明也是采用双向可控硅作为主开关 元件，实践证明该发明仍然不能直接用于电动机同时带有运行电容器和起 动电容器的场合，原因是起动电容器要与主开关元件(双向可控硅)串 联，双向可控硅在电流过零关断时起动电容器上会积存有大量电能，这些 积存的电能会在电动机下次通电起动时通过双向可控硅快速释放，形成冲 击电流而损坏双向可控硅。因此，依据该技术所生产的实际产品都如前文 所述，必须在主开关元件上串联抑流阻抗，如专利号为ZL200420072501.2 的中国专利；同时，此种产品中的电子元器件数量较多，影响了其使用可 靠性，而且成本较高，体积较大。
发明内容
本实用新型的目的有如下几个方面
提供一种节能的单相异步电动机用或者类似用途的起动器；
提供一种可靠性髙、对使用条件适应性好的单相异步电动机用或者类 似用途的起动器，它可以用于带有运行电容器和/或起动电容器的单相异步电动机；
提供一种通用性好的单相异步电动机用或者类似用途的起动器，同一 起动器产品能够适用于规格范围更广的电动机；
提供一种体积较小、成本较低的单相异步电动机用或者类似用途的起动器。
本实用新型实现其目的的技术方案如下
一种交流电动机起动器，所述交流电动机包含至少一个主绕组和一个 起动绕组，所述起动器与起动绕组串联连接。
所述起动器包含双向开关电路KD和计时电路KT，计时电路KT输 出电平信号用于控制双向开关电路KD的通断，使双向开关电路KD在通 电初期导通，经过一定的延时时间后关断。
双向开关KD包含桥式整流电路QL和电压控制型开关器件T1，桥 式整流电路QL的交流输入端与起动器CS的外部接线端相连，通过外部 接线端连接交流电源E和交流电动机MD的起动绕组LA，将交流电流转 变为直流电流以便由Tl进行通断控制，电压控制型开关器件Tl的主通 路端与桥式整流电路QL的直流输出端连接；计时电路KT包含信号限流 电阻R1，以及相串联的充电限流元件R2和充电电容器C1;计时电路KT 的信号输出端连接至电压控制型开关器件T1的控制端G。
信号限流电阻R1用于限制输出信号的电流值。因为场效应晶体管的 栅极几乎不需要驱动电流，所以R1可以取很大的阻值，同时充电限流元 件R2也可以采用大阻值电阻，这样就可以将计时电路KT的工作能耗限 制在很小的值。放电电阻R3可以让KT在断电后较快复位。
在起动器工作时，因为"C1电压增大一Tl通过电流减小一Tl管压 降增大一Cl电压加速增大"的过程是一种正反馈过程，所以从电压控制型开关器件T1电流开始减小直到关断的过渡时间很短，虽然过渡阶段T1 会出现较大的瞬时功率，但并不会积累很大的热量而使得温升过高;另外， 适当选择R2、C1等元件的参数可以将T1的导通时间限制在一定范围内， 进而将导通期间的发热量限制在允许范围内；
因为Tl是电压控制型开关器件，控制端几乎不需要驱动电流，所以 限流元件R1、 R2可以取很大的阻值，以便在电动机起动后将整个起动器 的功耗限制在很小的值，此值可以很容易地限制在0.5瓦特以下；
因为电压控制型开关器件Tl在关断前的过渡阶段其通过的电流是逐 渐减小的，所以在其关断后与其串联使用的电容器(即图7中C3)上不 会积存大量电能，也就不会在其重新导通时形成冲击电流；另外，因为起 动器两端的电压与通过的电流在相位上同步，也不会因并联电容器(即图 7中C2)的使用而造成冲击电流；
只要在起动器电路的元器件参数的选择上保证一定的余量,起动器的 工作特性几乎与电动机的电流、功率无关，因此，同一起动器产品可以适 用于更大规格范围的电动机；
本实用新型的起动器，其元器件数量较少，而且都是较常用的元器件， 各个元器件的体积也较小，因此，起动电路产品成本较低、体积较小。
综上所述，本实用新型的有益效果是使得交流电动机起动器工作可 靠、能耗降低、对使用条件的适应性更好、对电动机规格的通用性更好、 制造成本降低、产品体积縮小。
图1是本实用新型的第一种实施例的电路原理图，图中cs为本发明
交流电动机起动器，E为交流电动机电源，MD为交流电动机，LM为交 流电动机的主绕组，LA为交流电动机的起动绕组。电压控制型开关器件 Tl采用增强型场效应晶体管。图2是本实用新型的第二种实施例的电路原理图，图中电压控制型开 关器件Tl是绝缘栅双极型晶体管，即IGBT。
图3是本实用新型的第三种实施例的电路原理图，图中DZ1为稳压 二极管。
图4是本实用新型的第四种实施例的电路原理图，图中晶体管T2釆 用场效应晶体管。
图5是本实用新型的第五种实施例的电路原理图，图中充电限流元件 R2采用电容。
图6是本实用新型的第六种实施例的电路原理图，图中电压控制型开 关器件Tl采用耗尽型场效应晶体管。
图7是交流电动机带有运行电容器和起动电容器时，应用本实用新型 起动器的一种接线方式，图中C2为运行电容器，C3为起动电容器。
具体实施方式
在图1所示的第一种实施例中，因为电压控制型开关器件Tl采用增 强型场效应晶体管，因此Tl的主通路端就是场效应晶体管的漏极D、源 极S;桥式整流电路QL的交流输入端分别与交流电源E、起动绕组LA 连接，直流输出端分别与T1的漏极D、源极S连接，构成了双向交流开 关；晶体管T2釆用双极型晶体管；Rl、 R2采用电阻；通电初期Cl上的 电压较低，T2不导通，计时电路KT信号输出端的电压跟随电源端，这 个电压驱动Tl导通，Tl在电源电压变化周期的大部分时间都工作在饱和 状态；QL整流后的电压通过R2给Cl充电，当Cl电压上升到使得T2 导通时，KT的信号输出端的电压被拉低，Tl转为关断；另外，在充电 电容器C1上还并联了放电电阻R3，以保证在电动机断电后起动电路能较 快复位。在图2所示的第二种实施例中，电压控制型开关器件Tl是绝缘栅双 极型晶体管，艮PIGBT。
在图3所示的第三种实施例中，计时电路KT的电源端串联连接了稳 压二极管DZ1;在某些使用场合，电动机停止工作时仍然有较低的残留电 压加在电动机上，此实施方案提供了一种能在此时正常复位的起动器。
在图4所示的第四种实施例中，晶体管T2采用场效应晶体管，此时， 限流元件Rl、 R2可以取更大的阻值；稳压二极管DZ2是为了保护场效 应晶体管T2。
在图5所示的第五种实施例中，充电限流元件R2釆用电容，利用桥 式整流电路QL输出的脉动电压中的高次谐波给C2充电；此时，R2、 C2充电电路的功耗几乎为零。
在图6所示的第六种实施例中，电压控制型开关器件T1采用耗尽型 场效应晶体管，此时，充电限流元件R2和信号限流电阻R1合二为一， 整个电路所含的元器件数量更少。
权利要求1.一种适用于起动交流电动机的交流电动机起动器，所述交流电动机包含有主绕组和起动绕组，所述交流电动机起动器与所述起动绕组串联，所述交流电动机起动器包含双向开关电路和计时电路，其特征在于双向开关电路(KD)包含桥式整流电路(QL)和电压控制型开关器件(T1)，桥式整流电路(QL)的交流输入端(1)、(2)与起动器(CS)的外部接线端相连，电压控制型开关器件(T1)的主通路端(9)、(10)与桥式整流电路(QL)的直流输出端(3)、(4)连接；计时电路(KT)包含信号限流电阻(R1)，以及相串联的充电限流元件(R2)和充电电容器(C1)；计时电路(KT)的信号输出端(6)连接至电压控制型开关器件(T1)的控制端(G)。
2. 根据权利要求1的一种适用于起动交流电动机的交流电动机起动 器，其特征在于电压控制型开关器件(Tl)是场效应晶体管或绝缘 栅双极型晶体管。
3. 根据权利要求1的一种适用于起动交流电动机的交流电动机起动 器，其特征在于计时电路(KT)的电源端(5)、 (7)连接到桥式 整流电路(QL)的直流输出端(3)、 (4)，信号限流电阻(Rl)连接 在电源端(5)、 (7)之一和信号输出端(6)之间。
4. 根据权利要求1的一种适用于起动交流电动机的交流电动机起动 器，其特征在于计时电路(KT)包含晶体管(T2);晶体管(T2) 用于输出电平信号，通过电平信号输出端(6)连接至电压控制型开 关器件(Tl)的控制端(G);晶体管(T2)的控制输入端(8)连接 至充电电容器(Cl)的一个极，它的另外一个端与充电电容器(Cl) 的另一个极以及电压控制型开关器件(Tl)的主通路端(9)、 (10) 的其中一端连接。
5. 根据权利要求4的一种适用于起动交流电动机的交流电动机起动 器，其特征在于计时电路(KT)的电源端(5)或(7)串联连接 了稳压二极管(DZ1)。
专利摘要一种与交流电动机起动绕组串联使用的起动器，包含双向开关电路KD和计时电路KT；双向开关电路KD包含桥式整流电路QL和电压控制型开关器件T1；计时电路KT包含信号限流电阻R1，以及相串联的充电限流元件R2和充电电容器C1；计时电路KT的信号输出端连接电压控制型开关器件T1的控制端G。因为电压控制型开关器件控制端所需驱动功率极小，所以本实用新型的起动器在电动机运行时能耗极低；而且本实用新型对电动机规格的通用性较好；能在带有运行电容器和/或起动电容器的场合使用；元器件数量少，工作可靠，体积小，成本低。
文档编号H02P1/42GK201138789SQ200820042540
公开日2008年10月22日 申请日期2008年1月7日 优先权日2008年1月7日
发明者张焕金 申请人:刘惠玲