利用POW切换的PCB电机控制器的制作方法

本申请要求于2017年8月4日提交的题为“pcbmotorcontrollerwithpowswitching”的第62/541,458号美国临时申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文中。

本公开内容总体上涉及电机控制器，更具体地涉及利用波上点(pointonwave)切换并且可以被配置在电路板上实现的电机控制器。

背景技术：

已经开发了用于起动和停止电机的许多不同配置的装置，特别是用在工业应用中的电机。大多数这样的应用需要用于ac感应电机的三相电源。所提供的控制类型可能不同，但是通常包括所谓的“跨线”起动器、软起动器以及在人类操作员或自动化控制器的命令下起动和停止电机的其他装置。

这样的装置的成本和复杂性往往取决于所提供的特征、所利用的部件等。近年来，已经开发出所谓的“混合”装置，其减少了封装尺寸但是基于固态开关的使用，这些固态开关很昂贵并且在成本或封装方面几乎没有提供进一步的提升。

因此，需要一种与传统方法不同的用于电机控制器的新型范例，其允许市场改变的产品供应、同时提供适用于多种电机应用的高度可靠的装置。

技术实现要素：

本公开内容描述了被设计成解决这样的需求的系统和方法。根据本公开内容的某些方面，一种系统包括印刷电路板，该印刷电路板具有用于输送来自电源的三相输入电力并且向三相ac电机输出三相电力的三个相导体。电力供给装置被安装在印刷电路板上并且电耦接至印刷电路板，以及控制电路被安装在印刷电路板上且电耦接至印刷电路板、并且从电力供给装置接收电力。三个单极继电器被安装在相应的相导体上且电耦接至相应的相导体，以接收输入电力并且在被闭合时提供输出电力。继电器中的每一个均具有直流操作器，该直流操作器接收来自控制电路的控制信号以根据波上点切换方案切换成在输入电力的ac波形的期望时间闭合，从而完成从电源经过电力导体至电机的载流路径。

根据另一方面，一种系统包括：印刷电路板，其具有用于输送来自电源的三相输入电力并且向三相ac电机输出三相电力的三个相导体；电力供给装置，其被安装在印刷电路板上并且电耦接至印刷电路板；以及控制电路，其被安装在印刷电路板上且电耦接至印刷电路板，并且从电力供给装置接收电力。至少一个传感器被设置用于感测输入电力的电流或电压波形，并且将表示输入电力的电流或电压波形的信号提供给控制电路。三个单极继电器被安装在相应的相导体上且电耦接至相应的相导体，以接收输入电力并且在被闭合时提供输出电力。继电器中的每一个均具有直流操作器，该直流操作器接收来自控制电路的控制信号以根据波上点切换方案切换成在输入电力的ac波形的期望时间闭合，从而完成从电源经过电力导体至电机的载流路径，并且在期望时间断开，从而中断至电机的电力。该系统仅包括机电开关装置。

本公开内容还阐述了一种电机起动器，其包括：印刷电路板，其具有用于输送来自电源的三相输入电力并且向三相ac电机输出三相电力的三个相导体；控制电路，其被安装在印刷电路板上且电耦接至印刷电路板，并且从电力供给装置接收电力；以及三个单极继电器，其被安装在相应的相导体上且电耦接至相应的相导体，以接收输入电力并且在基于来自控制电路的信号闭合时提供输出电力从而起动电机。第一驱动器电路被安装在印刷电路板上、并且耦接至控制电路和继电器中的两个继电器以同时切换这两个继电器，以及第二驱动器电路被安装在印刷电路板上、并且耦接至控制电路和另一继电器以切换该另一继电器。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中，在全部附图中相同的附图标记表示相同的部分，在附图中：

图1是根据本公开内容的示例pcb电机控制器的透视图；

图2a和图2b是根据本公开内容的这样的装置中的示例性pcb电机控制器和连接件的图解概览；

图3是用于先前附图的pcb电机控制器的示例性控制电路的示意图；

图4a至图4c是在开关装置闭合期间pcb电机控制器的示例性相电压和电流的图示；

图5是断开至电机的三相电力的图示；

图6是示例性5继电器pcb电机控制器的透视图；

图7是图6的pcb电机控制器的示意图；

图8是用于紧凑且高效的电机控制的具有电路部件的pcb的当前预期布置的另一示意图；

图9是在某些pcb电机控制器的继电器闭合期间的示例性电流以及如何可以另外基于操作线圈的温度进行控制的图示；

图10是在断开装置的继电器期间的示例性电流的类似图示；

图11是用于继电器的pow闭合的示例性电角度的图示；

图12是用于断开继电器的示例性电角度的图示；

图13是切换定时的某些示例性效果的图示；

图14是切换定时的某些示例性效果的另一图示；

图15是示出用于切换继电器的示例性逻辑的流程图；以及

图16a至图16d是用于pcb电机控制器的某些目前预期的封装和形状因子的示图。

具体实施方式

图1示出了包括基于pcb的接触器或继电器结构并且利用pow切换的示例性电机控制器10。控制器10包括pcb12，该pcb12支承如下所述的控制器部件，并且其在操作期间提供用于电力、数据和控制信号的布线选择(routing)(消除或减少对其他布线或连接件的需要)。控制器可以以符合用于该类型的自动化装置、特别地用于三相、208、230或460vac电机控制器和起动器应用的工业标准的方式封装。在示出的实施方式中，pcb及其安装的部件被支承在基座14上，并且将被与基座配合的壳体或外壳16覆盖。本领域技术人员可以预想到许多变型和具体布置，诸如din导轨安装的外壳、适于安装在被驱动的电机上或附近的外壳、适于与其他系统部件一起被安装(例如，在电机控制中心中)的外壳等。然而，可以想到的是，至少部分地由于与pow切换结合使用pcb安装的继电器，可以使得所示的实施方式比现有电机控制器和起动器更小且更轻，这允许使用继电器，否则不适合所述的电机控制任务。

在图1所示的实施方式中，三个继电器18、20和22被安装至pcb并且通过pcb电耦接至其他电路部件。特别地，如下所述，继电器具有控制连接件，其允许继电器根据通过控制连接件施加的控制信号自动断开和闭合(即，继电器的导电状态改变)。因此，每个继电器通过pcb连接至线路侧端子24，这些线路侧端子24允许控制器耦接至三相电源(例如，来自电网、发电机或任何其他电源，并且通过任何期望的上游部件或开关设备，例如熔断器，隔离开关(disconnect)等。

总体上由附图标记28表示的电力供给装置还耦接至pcb12，并且通过pcb提供电力以操作控制电路30。如下所述，可以从通过端子24提供的电力的一个或多个相接收输入电力的电力供给装置可以将输入电力转换成控制电路为了监测、计算和控制功能而使用的调节电力(例如，dc电力)，包括施加至继电器18、20和22以改变其状态的信号。三相电力然后经由负载侧端子32、也通过pcb由继电器输出。与继电器本身的连接件可以通过设置在继电器的封装中且从继电器的封装延伸的引脚或调整片(tab)34，这些引脚或调整片34进入pcb中的通孔或孔36中并且电耦接至pcb中的通孔或孔36(例如，通过焊接)。通过电力供给装置、控制电路以及最终地继电器的操作，控制器接收三相电力，通过pow切换来控制将其向电机38的施加。

继电器可以具有任何适当的类型和结构，但是目前预期可以使用通常不适用于电机控制或者通常在三相电机控制应用中经历的浪涌电流的现成的可商购的继电器。如本领域技术人员将理解的，在这样的应用中，当开始向电机施加电力时并且随着电机达到其额定速度，可能遭遇为额定电流的多倍的浪涌电流。当前的基于pcb的控制器上采用的继电器通常可适用于其他应用，但是已经发现，这些继电器可以根据如下所述的pow方案、通过适当的切换来操作、接收并提供用于电机起动和控制的电力。虽然当然可以使用其他额定值，但是示例继电器可以适应于在250vac处不超过16a(或20a)的切换电流。继电器可以是预封装子组件，每个预封装子组件均具有如下壳体，该壳体具有安装在印刷电路板上以接收控制信号、接收输入电力以及输出输出电力的底部延伸触点。在一些实施方式中，每个继电器均可以具有不超过约15克的重量、以及不大于约45mm长×15mm宽×30mm高的封装或外壳。这样的继电器可以从许多来源商购获得，例如意大利finderofalmese的商品名为“45系列”的继电器以及日本京都的omron的商品名为g2rl的继电器。

图2a以示意性表示示出了基于pcb的电机控制器10。同样，所示出的实施方式包括三个继电器18、20和22，这些继电器耦接至控制电路30并且由此连接至电力供给装置28。为了向继电器提供三相输入电力，导电迹线40被设置在pcb中或pcb上且在输入端子24与继电器之间。类似地，导电迹线42在pcb中或pcb上被设置在输出端子32与继电器之间。迹线可以通过常规的pcb制造技术(例如，电镀、蚀刻、分层、钻孔等)来制成。

每个继电器均可以是在电磁线圈结构的控制下完成单个载流路径(并且中断路径)的机电装置。在图2a的图示中，继电器的主要部件被示为包括接触部44和dc操作器46。接触部通常可以包括至少一个可移动触点和至少一个固定触点(尽管图2a的图示示出了双断开实现方式，但是实际上继电器可以具有单个可移动触点)。可移动触点在通过经由控制电路提供的控制信号对操作器的线圈的激励而产生的磁场的影响下移位。每个继电器均还可以包括允许检测输入(和/或输出)电力的电流的电流传感器48。在一些实施方式中，电流传感器可以是分离的部件，其与从线路侧端子向继电器提供电力(或者从继电器向负载侧端子提供电力)的迹线相关联。如下所述，电流信号用于控制继电器的pow切换。同样如图2a所示，导电迹线50被设置在pcb中或pcb上以将继电器的操作器电耦接至控制电路。由于控制信号的电压和电流水平较低，因此这些迹线通常将具有与电力迹线40和42不同的尺寸和间隔。最后，迹线52将被设置在pcb中或pcb上以允许在电力供给装置28与控制电路之间提供电力。应当注意的是，在一些实施方式中，附加的监测、编程、数据通信、反馈等可以由基于pcb的电机控制器的部件执行，并且在这样的情况下，可以通过形成在pcb中或pcb上的附加导电迹线来提供并交换所有信号。

图2b是基于pcb的电机控制器的继电器的另一示意图。在该图中，继电器18、20和22被示为它们可以被放置且被耦接至pcb。示出了控制引脚54，其电耦接(例如，焊接)至pcb的控制迹线(或者例如与迹线电连通的电镀通孔)。在继电器内，这些引脚被耦接至相应操作器的控制线圈56的任一侧。这些线圈与如上所述的触点电磁连接，进而耦接至电源引脚58。这里同样，电源引脚电耦接(例如，焊接)至pcb的电力迹线(或者例如与迹线电连通的电镀通孔)。可以注意到，为了继电器的简单性和成本效益，在某些目前设想的实施方式中的继电器是单刀单掷装置。

如上所述，在控制电路的控制下，通过pow切换来提供现成的继电器的使用，否则这些继电器会被低估并且不适用于电机控制应用。图3示出了控制电路的某些部件。如图所示，控制电路包括一个或多个处理器60，该一个或多个处理器60在操作中执行用于监测输入电力(并且在需要的情况下监测输出电力)的编程指令，并且基于从这样的监测产生的定时，发出信号以控制继电器线圈的激励。由处理器执行的编程代码通常存储在存储器电路62中。存储器电路可以是任何适当的类型，并且当需要时可以使用多个存储器。在存储在存储器电路中的编程代码和数据中包括有配置程序和参数64，诸如用于切换的电角度、定时参数、设定点等。用于继电器的pow控制的控制程序66也存储在存储器中并由处理器执行。可以提供一个或多个接口68，例如用于与传感器(包括在对信号进行数字化所需的情况下)、与外部部件和电路(例如用于编程、监测、报告等)、与继电器线圈(用于提供电力信号)等交换信号。控制电路将被设置有用于经由pcb的导电迹线与这样的其他装置通信的导体或“引出线”。在图3的示图中，这些包括用于接收传感器(例如，电流传感器)数据的导体70、用于与编程或通信接口交换数据的导体72(例如，在控制器被配备用于这样的通信的情况下)、以及用于向继电器提供控制信号的导体74。

对于pow控制，控制电路编程允许监测输入电力的一个或多个相的一个或多个特性，然后基于从这样的监测产生的定时来引起继电器的切换。例如，有利的是，按输入电力的期望相间电压关系(例如，峰值)或接近该期望相间电压关系闭合(或“接通(make)”)两个继电器。可以在之后的期望时间闭合(“接通”)其他继电器。这样的切换将减少可能发生并且可能使继电器过载的瞬态特性。为了允许对继电器的受控切换，控制信号可以是dc信号(即，不依赖于用于向操作器施加电力的正弦波形)。为了断开(“关断”)继电器，可以使用类似的pow方案，在pow方案中，继电器中的一个首先基于从监测该相的电流产生的定时(例如，基于过零点)而断开，并且此后断开其他相。

为了有助于说明，图4a至图4c示出了闭合开关装置以向电机提供三相电力。图4a示出了由电源提供的三相电力的电压(例如，第一相电压曲线76、第二相电压曲线78和第三相电压曲线80)。图4b示出了向电机的每个端子供给的线至中性点电压(例如，第一端子电压曲线82、第二端子电压曲线84和第三端子电压曲线86)。图4c示出了向电机的每个绕组供给的线电流(例如，第一绕组电流曲线88、第二绕组电流曲线90和第三绕组电流曲线92)。如上所述，图4a至图4c所示的波形可以由控制电路基于传感器收集的测量结果来确定。

如所示，在t0与t1之间，电力没有连接至电机。换句话说，所有继电器是断开的。在t1，闭合一个或多个继电器以使电流开始从电源以两相流向电机。为了使浪涌电流和/或电流振荡最小化，基于如从监测的波形确定的预测或感测定时来连接第一相和第二相。因此，如图4a所示，当第一相(例如，第一相电压曲线76)和第二相(例如，第二相电压曲线78)的线间电压处于最大值时，连接第一相和第二相。一旦被连接，电力的第一相流入电机的第一绕组，电力的第二相流入电机的第二绕组，并且电机的第三绕组处于内部中性点(例如，不同于线路中性点)，如图4b所示。此外，由于在预测或感测点处连接两个相，因此向第一绕组(例如，第一绕组电流曲线88)和第二绕组(例如，第二绕组电流曲线90)供给的电流从零开始并且逐渐增加，如图4c所示，从而降低了供给至第一绕组和第二绕组的浪涌电流和/或电流振荡的幅度。

在连接前两个相之后，在t2，闭合剩余的继电器以将电力的第三相连接至电机。类似于第一相和第二相，为了使浪涌电流和/或电流振荡最小化，也基于预测的电流过零点来连接第三相。因此，如图4a所示，当第一相(例如，第一相电压曲线76)和第三相(例如，第三相电压曲线80)之间的线间电压与第二相(例如，第二相电压曲线78)和第三相(例如，第三相电压曲线80)之间的线间电压之和处于最大值(例如，预测的电流过零点)时，连接第三相，这在第一相与第二相之间的线间电压处于最小值并且第三相处于最大值时发生。

应当注意的是，虽然第三相被描述为在第一次这样的随后发生时被连接，但是第三相可以附加地或替选地在任何随后发生时被连接，例如在t3处。一旦被连接，电力的第三相流入电机的第三绕组，如图4b所示。此外，由于基于预测的电流过零点连接第三相，所以第三绕组电流92从零逐渐地改变，如图4c所示,从而减小向第三绕组供给的浪涌电流和/或电流振荡的幅度。

此外，如上所述，控制一个或多个开关装置的关断(例如，断开)可以有助于减少电弧的可能性和/或幅度，电弧可能使继电器和/或其他连接的部件中的触点和导电结构变形和/或磨损。这样，可以控制一个或多个继电器，以使得它们至少部分地基于电流过零点(例如，略微在该继电器上的电流过零点之前至该电流过零点处的范围内)而关断。

为了帮助说明，图5中描述了断开开关装置以从电机断开三相电力。更具体地，图5描绘了向电机的绕组供给的电流(例如，第一绕组电流曲线88、第二绕组电流曲线90和第三绕组电流曲线92)。如上所述，图5所示的波形可以由控制电路基于传感器收集的测量结果来确定。

如图所示，在t4之前，电力连接至电机。换句话说，所有继电器都闭合。在t5，断开一个或多个继电器以将电力的第三相从电机断开连接。如上所述，为了使电弧最小化，至少部分地基于第三相中的电流过零点来将第三相断开连接。因此，如所示，当向第三绕组供给的电流(例如，第三绕组电流曲线92)近似为零时，将第三相断开连接。一旦断开连接，调整向第二绕组供给的电流和向第一绕组供给的电流以移除第三相。

在将第三相断开连接之后，断开剩余的继电器以在t6将至电机的电力的其他两个相(例如，第一相和第二相)断开连接。类似于将第三相断开连接，为了使电弧最小化，至少部分地基于第一相中的电流过零点来将第一相断开连接，并且至少部分基于该相中的电流过零点来将第二相断开连接。因此，如图所示，当向第二绕组(例如，第二绕组电流曲线90)和第一绕组(例如，第一绕组电流曲线88)供给的电流近似为零时，将第一相和第二相断开连接。一旦断开连接，向电机供给的电力开始减少。应当注意的是，尽管第一相和第二相被示为在第一个随后的电流过零点处断开连接，但是第一相和第二相可以附加地或替选地在任何随后的电流过零点处被断开连接。

除了上面讨论的三继电器电机控制器之外，根据本公开内容，利用pow切换方案的基于pcb的电机控制器可以被设计用于电机起动和控制的多种替选方法。例如，5个、6个、8个、9个以及其他数量的继电器可以安装在pcb上并且经由pcb中的迹线进行控制，以用于特定类型的切换。图6和图7示出了利用pow切换的基于5继电器pcb的电机控制器94的示例，例如可用于星形-三角形起动和控制。在图6的实施方式中，pcb12支承上述的原始的三个继电器并与其互连，这三个继电器从pcb中或pcb上的线路侧端子和相关联的电力迹线接收电力。然而，这里提供了两个附加的继电器96和98，继电器96和98还连接至pcb中或pcb上的电力迹线。图7示出了如何对继电器进行这样的互连的示例。如图所示，继电器18、20和22分别连接至电力迹线40’、40”和40”’，以接收来自线路侧端子的三相电力。然而，这里，在至继电器18的输入连接至输入电力迹线40’时，其电力输出通过跨接迹线(jumpertrace)100连接至继电器96的输出，该跨接迹线100还连接至电力输出迹线32’(其进而耦接至一个负载侧端子)。继电器20的输入连接至输入电力轨迹40”，而其输出通过跨接迹线102连接至继电器96的输入和继电器98的输出。跨接迹线102还连接至电力输出迹线32”。最后，继电器22的输入连接至输入电力轨迹40’，而其输出连接至第三跨接迹线104和第三电力输出迹线32”’。该布置允许通过适当控制五个继电器的断开和闭合来进行星形-三角形pow切换。例如，在公布的美国专利申请第2016/0133413号中提供了这样的切换的示例，其全部内容通过引用并入本公开内容中。

根据本技术，存在可以考虑用于pcb电机控制器的部件的封装和互连的许多增强和独特的电路布局。图8示出了利用pow切换的pcb电机控制器的示例布局。如在早前的图示中那样，电路板由附图标记12表示，并且针对电力的每一相，继电器分别由18、20和22表示。经由形成在pcb中或pcb上的线路迹线40将电力引导至继电器，并且经由负载迹线42在下游为电机提供电力。尽管可以使用多个平行触点，但是这里，触点以44表示并且所示的继电器均包括与单个固定触点配合的单个可移动触点。用于每个继电器的操作器在这里再次由附图标记46表示。而且，如在早前的图示中那样，用于控制继电器的处理电路由附图标记60表示，并且其关联的存储器由附图标记62表示。用于与其他部件以及本地装置和远程装置通信的接口电路由附图标记68表示。

在该实施方式中，针对输入电力的两个相而感测电压，这两个相在此可以被称为φa和φb。电压感测/过零点检测电路106耦接至与这些相的输入电力迹线相连的迹线。实际上，虽然在示出的实施方式中并且如下面更全面描述的那样切换可以基于由电路106确定的相间电压差，但是可以测量所有三个电压。类似地，电流感测电路108测量电力的至少一个相的电流。在所示的实施方式中，仅测量单相电流φc。在其他实施方式中，可以测量更多或全部电流，并且在一些情况下，可以一起监测所有相(例如，用于检测故障、短路等)。测量出的值被应用于处理电路60(例如，以用于在处理器或相关联的电路中进行数字化或者由模数转换器数字化的原始形式，未单独示出)。如下所述，开关装置的闭合可以例如基于由电路106确定的相间电压，而断开时间可以基于由电路108测量的相电流。

在图8所示的实施方式中，通过减少用于向继电器的操作器供电的驱动器电路的数量来进一步增强简易性。在该情况下，第一驱动器110针对φa和φb而为继电器20和22供电。这是可能的，因为pow切换方案要求同时切换这些继电器，在第三相之前闭合，并且在第三相之后断开。针对φc提供单独的驱动器110’。

在图8中还示出了可以可选地放置在继电器上、继电器中或继电器附近的一个或多个温度传感器112。这些传感器可以测量一个或多个开关装置的温度，并且特别是提供对操作器线圈的加热的某种指示。如下所述，来自一个或多个温度传感器的信号可以由处理电路接收并处理以调节向继电器施加的电力，以便提供切换的统一定时而不管温度如何变化。图8还示出了电力供给装置，这些电力供给装置包括可以提供用于切换的标准电压水平(例如，12伏特)的线圈电力供给装置114、以及诸如用于为处理器以及需要电力的任何逻辑电路供电的低压电力供给装置116。

图9和图10分别示出了在闭合和断开期间继电器线圈经历的电流。在图9中，沿着轴122关于时间示出闭合电流120。电流轨迹124可以包括左侧所示的初始增加，接着是减小至局部倾斜(localdip)126。如针对实线轨迹130由时间128所示，在继电器线圈的正常温度或参考温度处，该倾斜中的最低点可以与继电器的极面的触点对应(确认略微在该时间之前闭合触点)。此后，电流将上升，直到其达到稳态水平为止，如附图标记130所示。在当前考虑的实施方式中，可以首先施加相对升高的电压(例如，15伏特)以使得继电器快速(并且一致地)闭合，此后施加较小的电压(例如，8伏特)以保持继电器闭合。可以在需要时对这些信号进行脉宽调制，但是在本实施方式中，向继电器的操作器提供dc电力以可预测地控制其操作的定时。

图9中的虚线迹线132指示由于操作器线圈的加热而引起的继电器的不同行为。通常，线圈的电特性可能受到温度的影响(例如，电阻)。这可能使得与继电器闭合对应的电流下降、偏移，如时间134所示，并且还可能改变初始状态和稳态电流水平，如图9中的箭头所示。为了对抗这样的影响并且无论温度如何变化都提供更一致的操作，可以改变输入信号以升高(或降低)施加的电流和/或电压，从而将闭合的定时保持在稳定的时间位置。这可以例如基于感测的一个或多个继电器线圈的温度或者以与线圈温度相关的某种方式或指示线圈温度的温度来执行，然后应用计算出的或存储的与期望的电流和/或电压输入的关系(例如，存储在查找表中的线圈电压和温度或电阻关系)。

图10示出了在断开期间的类似效果。这里，同样相对于轴140上的时间示出线圈电流138。以实线示出的电流轨迹136可以表示在标称温度或参考温度处的线圈电流。断开可以被认为在时间142发生。如由虚线轨迹144所示，当线圈被加热或冷却时，电特性以及因此电流(针对给定的输入信号)在此可以再次改变。在没有补偿的情况下，这可以改变断开的时间，如在146处所示。为了对抗这样的影响，可以基于感测的温度改变输入信号以提供更统一的断开定时。

在某些当前考虑的实施方式中，pow切换允许使用比在不使用pow切换的情况下可用的继电器更小的继电器(和其他部件)。这样的切换的益处包括大大地减少了对受控电机的恶劣瞬态影响、以及大大减少了电弧以及由此引起的继电器的触点的劣化。测试表明，即使对于不适用于这样的应用的继电器，也可以实现令人惊讶的延长的寿命和周期数，这主要是由于维持pow切换。

图11至图14示出了有助于这里考虑的pcb实现的pow切换的一些方面。在这些实施方式中，可以考虑两个电角度(electricalangle)，第一α表示相间电压曲线上的点(在该情况下是φa与φb之间的相对线电压)，而角度β表示其后的时间。当闭合时，对于期望的pow切换，通过选择用于闭合针对电力的这两个相的两个继电器的期望角度α和用于闭合针对φc的继电器的角度β来控制针对φa和φb的继电器的激励。这在图11中示出。相对于在轴152上的时间示出了相间电压150。在此，在与电压关系中的90电角度(即，α等于90度)对应的时间处出现的最大相间电压下选择电角度α，如附图标记154所示。然后，选择角度β以闭合电力的第三相φc，如由附图标记156所示。可以认为，用于控制感应电机的最佳电角度α为90度，而用于感应电机的最佳角度β为90度。

图12示出了用于第三相(这里是φc)的电流波形，其用作控制继电器断开的基准。在此，相对于时间162示出电流160。在电流过零点之前的点164处，命令针对φc的继电器断开。然后在其后的角度β处，命令其他相φa和φb断开，如在时间166所示。换句话说，在闭合时，β表示在闭合前两个相φa和φb之后、闭合第三相φc的期望时间之后的角度，而在断开时，β表示断开其他相φa和φb的、断开第三相φc之后的角度。在当前考虑的实施方式中，对于感应电机，认为针对pow断开，用于断开第三相φc的最佳角度α将与该相的电流的过零点对应(当其他相φa和φb之间的相间电压角度将近似为75度时)，其中在针对β的最佳定时的情况下，然后，随后为90度(尽管实际上可以对该定时进行编程而不主动监测相间电压)。

然而，有几点值得关注。首先，如上所述，这些角度受相当大的容限(tolerance)的影响，同时与常规的“非pow”切换相比，仍然提供大大增强的性能。事实上，正如所指出的那样，使用即使稍低于最佳pow切换的切换仍能够使用所述类型的pcb布置。

其次，针对不同类型的负载，期望的角度α和β可以不同，并且可以预期，针对这样的不同类型的负载，可以使用不同的切换定时。例如，感应电机可以具有与电容性负载(例如，电容器组)不同的特性(并且在一些情况下，惯性负载可以不同于非惯性负载)。可以预期，可以通过适当地调整角度α和β来考虑这样的差异。在这样的情况下，可以在安装或调试pcb电机控制器时自动或手动地表征负载，并且通过存储在存储器中且由处理电路实现的编程时的适当代码应用期望角度α和β。举例来说，可以认为用于闭合继电器以切换电感性负载的标称切换角度α和β可以分别是90度和90度，而对于电阻性负载和电容性负载，这些角度可以分别是0度和90度。

此外，为了提供关于电压波形和电流波形中的点的期望切换定时，可以调整用于施加控制信号的定时以预测这些点。一些经验测试可能是为了让不同的继电器(和电路布局)获得期望定时的提前。一旦确定，控制可以基于期望角度和所确定的定时的提前来推进。当然，也可以实现诸如对于如上所述的温度的其他调整，以进一步使断开和闭合继电器的定时细化和一致。然而，例如，可以认为，尽管可以对用于切换的角度和隐含的定时进行预先选择和编程，但是实际的定时可以取决于在特定应用中利用的部件和电路的容限、定时、性能等。

如上所述，可以通过在断开和闭合的实际时刻的“紧密度”(精确度和准确度)方面以某个相当大的容限实现角度α和β(已被调整并且在某些表征的部件和电路的期望的情况下)来获得性能的大幅增强。例如，图13示出了分别用于闭合用于诸如感应电机的电感性负载的继电器的、沿着轴168和170的角度α与β之间的关系。可以注意，区域172和174表示增强性能的区域，在该情况下，其是基于闭合时感应电机针对电力的一相的转矩波动来确定的。在该示例中，区域172通常包围90电角度至90电角度的角度α至β的“最佳”组合，而区域174实际上分别是在90度和270度处的关系的周期重复。然而，这些区域似乎允许在定时上有相当大的容限。实际上，在围绕这些的附加区域处可以看到性能的进一步劣化。

对于其他负载，关系可能有相当大的不同。例如，图14示出了在电容性负载的情况下用于切换一个相的有利定时，其中，这里，α沿着轴180，而β沿着轴182。这里，更有利的定时由区域184和186表示。然而，这里，再次看到相当大的容限。此外，用于切换的“最佳”区域的周期出现可以允许在下一个周期内切换，或者等待在后续周期中的这样的有利区域(即，角度可以以180度的间隔延迟)。还可以注意到，根据所选择的角度，可以基于部件和电路的特性对部件和电路差异进行调整。

然而，应当注意的是，对于继电器的断开和闭合这两者，可以允许“最佳”电角度的容限。还应当注意的是，再次针对断开和闭合这两者，表征正在切换的负载、然后相应地明智地选择角度α和β会是非常有用的。此外，如上所述，通过使用这样的pow切换，可以使用具有较低移动质量并且因此具有较低惯性的相对较小的装置，从而提供更快且更可预测的操作、减少电弧和劣化并且提高性能。

作为进一步的增强并且类似于负载的表征，通常表征电源也会是有用的。例如，为了提供更通用的产品，线路波形的频率可以在(例如手动地)安装或调试时被选择，或者可以通过监测电压和/或电流波形来感测。例如，可以预期至少两个不同的频率，50hz和60hz。因此，切换的定时可以通过由处理电路实现的算法来确定。其他频率可以出现在其他情况下，例如在车辆或发电机产生的电力中。然而，可以注意到，通过基于角度α和β选择定时，尽管使用不同的输入电力频率，但是仍然基于这些角度来确定适当的定时。

更进一步地，可以认为，通过监测电力的一个或多个相的极性并且基于监测的极性控制切换，可以获得部件的寿命、以及特别是继电器触点(或者在被使用的情况下是其他类型的开关装置)的极大改善。具体地，可以认为，针对每个相的电力的极性可能影响在切换期间可能产生的电弧的类型、方向和效果，从而影响在继电器中、尤其是在固定触点和可移动触点中可能发生的劣化。为了改进随时间进行的操作，于是可以监测电力的一个或多个相的极性(即，接近切换时的波形的极性)，并且有时，这可以通过对切换定时的适当控制来逆转。然后，在操作期间的一些点处，可以当接近于与第一极性的期望电压和/或电流关系(例如，相间电压峰值、电流过零点等)时或者从第一极性、从相应波形的正极性或侧切换电力的一个或多个相，然后，可以从相应波形的相反的负极性或侧切换相同的一个或多个相。这种切换极性的交替可以基于例如切换事件的计数以及注意到已从哪个极性闭合或断开开关来完成。

图15示出了用于pcbpow电机控制器的某些操作的示例性控制逻辑188。可以在某些相或操作组中考虑逻辑，包括安装或编程或调试阶段190、闭合或电力施加至负载阶段192、以及断开或电力中断阶段194。在调试阶段190中，可以表征负载(以及部件和电路)，如在操作196处所示。如上所述，这可以涉及从几种可能的预设选项之一中进行选择，诸如用于感应电机、电容性负载等。虽然未单独示出，但是该表征还可能涉及电源参数(例如，频率)的表征。然后，基于表征，可以计算切换所需的角度和时间，如操作198所示的那样(例如，从远程或板载存储器)访问该角度和时间，并且将其加载用于确定用于pow操作的最佳切换时间。在期望的情况下，可以如操作200所示的那样感测包括继电器或线圈温度的指示的某些参数。

然后，基于阶段192中的期望的pow切换时间，可以闭合装置的继电器。为此，如上所述，在操作202中可以监测至少两个相的电压，具体地，监测首先闭合的两个相之间的相间电压。可选地，在操作204中，可以监测另一相(或不止一个相)的电流(尽管这由于在进行任何连接之前不会有电流流动而可以初始地仅用于故障检测)。可以注意到，在实践中，所有这些都可以被周期性地感测和监测，使得在操作器或控制电路发出命令以用于操作继电器之后的非常短暂的延迟内，可以进行断开和闭合。此外，在操作206中，可以例如基于继电器或线圈温度来调整要施加到一个或多个继电器线圈的定时或确定信号。然后，在操作208中，全部基于确定的pow定时来闭合电力的前两个相的继电器，接着是第三相。在需要时，可以减少继电器线圈电压，如在操作210中所示，以减少继电器的加热(并且改善继电器的断开)。

应当注意的是，尽管图15示出了如上所述的仅3个继电器的操作，但是可以将多个其他继电器安装在pcb上并且在pcb上对这些继电器进行电控制，例如对于电机的星形-三角形起动。当包括这样的继电器时，可以在操作208中实现继电器的更复杂的闭合和断开，以转变为将电力施加至负载。

然后，如在操作212中注意到的，可以再次感测温度以继续更新或校正继电器切换时间，并且使得控制器能够连续地确定该定时是否是在接收到新的切换命令的情况下。

然后，受控负载应当处于稳定状态操作。在某一点处，从操作器或控制电路接收到命令以用于在阶段194中中断至负载的电力。如上所述，断开继电器可以基于针对在另两相之前要断开的相而感测的电流，使得在操作214处感测和监测该电流。尽管在操作中这在该点处仅仅可以是可选的，但是当然可以在操作216中监测其他相的电压，如上所述。然后，在操作218中，可以诸如针对当前继电器或线圈温度而再次调整定时。然后，在操作220中，通过断开相应的继电器来中断电力的第三相，随后断开其他两相。当然，如果实现特定的切换方案，例如星形-三角形或其他序列，则可以在操作220中相应地控制pcb上存在的继电器的断开(和闭合)。

可以注意到，例如取决于诸如下游市场、pcb控制器可替代的产品、其可能包含在其中的产品等因素，可以设想到多个物理封装选项和格式。图16a至图16d仅示出这样的封装的几个示例。在图16a的图示中，pcb电机控制器被封装在可以与标准断路器的形状因子对应(例如，具有标准22mm的宽度224)的外壳222中。这样的外壳可以被设计用于安装在标准din导轨226上。在图16b的另一示例中，外壳228可以模拟具有类似布线布局的标准接触器封装，并且也可以安装在din导轨上。如图16c所示，其他实施方式可以被设计用于oem市场。在这样的应用中，一个或多个pcb电机控制器232和234可以安装在单个pcb230上，并且这可以被设计成连同其他自动化或开关设备部件一起集成到oem机柜或产品中。由于pcb设计的性质，可以以这种方式在具有其他电路的公共电路板上创建电机控制器，例如用于控制特定的oem机器。此外，如图16d所示，封装可以符合用于其他自动化装置的格式，例如在该情况下为安全plc封装236。

虽然本文中仅示出和描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员将会想到很多修改和变化。因此，要理解的是，所附权利要求书旨在覆盖落入本发明真实精神内的所有这样的修改和变化。