专利名称：电动机电子控制装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于单相或三相的异步电动机电子控制的装置，其至少包括一张电子卡和控制电动机能源供给的中继器。电子卡和中继器最好放置在小盒中。
背景技术：
上述型号的控制装置既适合用于标准环境内也可用于有爆炸危险的情况中，但更多的适用于各种类型的易爆环境中，如煤气或烟尘环境下，此类抗爆抗燃电动机如LEROY-SOMER，ELNOR或ATAV(商标)。此类电动机尤其被广泛使用于搅拌涂料或搅拌其他含易挥发成分的材料，比如说危险等级IIBT4。
长期以来，这些电动机控制装置基本上被安装在主要机械上，如专利书EP-A-0.091.360所阐明。
同样，文件US-A-6.150.795描绘了一个特别用于三相异步电动机的控制装置。该文件构想了一种电动机能源供给方式，即供给电流的电力参数，频率和电压都和电动机正常运行的频率和电压一致。为了解决该技术难题，必须存在一个电磁中继器，使它和转换器开关相联，但电力转换开关的缺点很明显每次转换时大量消耗电力，并在每次开关时产生火花。所以，在控制运作时，一个转换器关闭，便于向第一个传感器供电(该传感器探测运行条件适宜时的电流和控制电压以及频率)，便于电磁中继器关闭时电动机的能源供给以及电力转换器的转换，随后第二探测系统开启，它比第一个探测系统更为敏感，重新探测供给电流的频率和电压。当供给电流的条件不适宜时，第二探测系统便可以开启中继器和电力转换器的开关。以上介绍的电力机械中继器与电子控制装置相比，表现出诸多不尽如人意的地方。
另外，文件EP-A-1.079.509描绘了一种电力供给的设备，它安装了一组共三个电容器，由电动机能源供给系统供给电力，这三个电容器产生电容阻抗，这种电容阻抗能降低装置其余部分的电压并向指示灯供给电力。设备中间安装有一拍摄探测器向微型处理器发送运行信号，指示灯或发光或熄灭。当指示灯亮起时，微型处理器受拍摄探测器警告，保证晶体管极化，成为导体，向电磁中继器导电，保证电动机的能源供给。当流入电流出现错误时，指示灯熄灭，拍摄探测器向微型处理器报告指示灯的情况，微型控制器打开电磁中继器，阻止电动机能源供给。同样的，此类装置的主要缺点一部分归咎于电磁中继器，因为高易燃易爆环境中的装置中机械接触必然有损耗。至少三个电容器并存，每个元件都耗电，要求大幅电流。
电子控制装置是应产品科技革新的趋势而在市场上出现的。所以多种电子控制技术，不管是应用于标准情况还是易燃易爆环境的电子控制技术，都是竞争激烈。在这种情况下，各种控制技术也是各有不同，划分标准如，根据电子控制的性质(有电缆线的或程序化的)，电磁中继器的转换器方式(机械电磁中继器接触或静态中继器闸流晶体管接触)，启动和停止控制的部件，必要的保护和安全模式，以防止在任何环境下特别是易燃易爆环境中发生险情，保护和安全模式必须严格执行现行的欧洲安全指导和标准。
根据以上标准，我们参看以下实例一定数量的电动机控制装置直接由电动机生产商，尤其是美国电动机生产商推荐，如FRANKLIN或RELIANCE。程序化的电子控制安装在一个塑料的密封轻便的盒子里，通过一电缆线与外部联结，电缆线的另一头和另一个电动机接线柱盒子相连，里面必然安装有电力转换器，原则上由电机中继器或静态中继器实现。电动机的启动和停止由键盘操作来实现。易燃易爆环境中的电力安全装置由电动机防爆罩模式D和电子卡本身的安全模式I以及它的控制件相结合共同实现。
这个控制装置有一定的缺点，即它只适合用于指定的电动机，必须型号吻合，连接准确。但是事实上还有许多并非这种“电动机和电子控制”完美配套的情况，这种电子控制可能在另一种电动机上就无法运作。
另外一部分电动机控制装置由电力机械的零件生产商推荐，比如LEGRAND ATX，TECHNOR或BARTEC。这些控制装置没有电子控制，但它们的零件无一例外都是标准化的电机零件，如电力分离器，电动机保护转换器(能够在电流过强时切断电流，如TELEMECANIQUE的零部件)，他们一起装在D防暴罩下，并且和按钮-推杆联结，以便在类似保护模式或标准EN50019提到的E安全模式时，控制电动机运行/停止。电力控制箱和电动机联结时用配套的电缆线。
这些电力控制装置经常出现在电力材料生产商的产品表上，适合于易燃易爆环境下使用，但它们的缺点为不管它们各自在运行上有何相同或不同，都是成本昂贵；内部部件多而体积大，安全措施D防护罩下的铝制小盒子或塑料的小盒子过于厚重。因此，这些解决方式不够经济，因为基础部分包容了许多零件和附部件，必然会为了制造这些零、附部件大量增加工具上的投资。另外，任何的许可认证只给予一项具体的技术应用，而不能对其他技术一一适用。这类装置可以针对具体电动机产品介绍很快投入市场，但却无法回避一个软肋对于总成本一直在下降的涂料搅拌机，它的应用必将受到限制。
这就是为什么近年来，在涂料搅拌机领域，FAS和FILLON-PICHON两公司在各自开发更为经济的能够更适用于防爆发动机的控制装置。所以两种很有特点的、性能良好的电子控制版本自1995年在市场上面世，专门用于汽车车身修护的涂料搅拌机。
FAS公司的电子控制版本包括一张集成电子卡，上面统一安装了电机中继器类型的动力转换器。该电子卡既可以被放在标准的塑料盒中，也可以放在防爆罩D的铝盒中，专门用于易燃易爆场所，符合标准EN50018。电动机的启动和停止由软键盘的触摸按钮实现。一个安培计类型的部件保证电动机的安全。另外一种可行的方式为，把电子控制装置整体装到接线柱盒里，用按钮-推杆推动控制，在易爆环境下启用D保护模式。FILLON-PICHON公司的版本，就是在一个小盒中至少放入一张程序化电子卡和一个CELDUC的静态中继器的转换器，控制电动机的能源供给。电动机的启动和停止由软键盘的触摸按钮实现。欧洲标准EN50014的大体规则应用在易爆环境防护系统，尤其是聚胺酯或环氧化物等压缩装瓶操作《M》(欧洲标准EN50028)时与系统自身安全模式《I》(欧洲标准EN50020)结合使用。
在这两种版本中，电子卡至少包含一个变压器，焊接在电子电路上，电路由电动机供电系统的相线连接到电源上。这个变压器的功能在于降低电压，从中抽取必要的电压提供给一个调节器，调节器再把电压恢复，以稳定电压的方式(几伏特)专门供控制装置使用。该变压器的电流源头上安装有一个保险丝，保护变压器，防止电流过强，或电流不稳时引起的瞬时强电流。
这些不同的控制装置有各种缺点。
事实上，变压器不可能既有效阻止和减弱最高进入电压，不引起发热的危险又同时适应大范围各种数值的电压。
对第一点，一个变压器，哪怕是空载运作，也要消耗能量而发热。更何况电压过高或超过250伏特时，更会加重变压器发热，从而不可避免导致部件损坏。
对第二点，变压器的制造技术包含了与变压恒定值《Rt》一种依赖关系，与线圈数成对应关系，即第一个线圈数N1和第二个线圈数N2之间的比例关系U2/U1＝I1/I2＝N2/N1＝Rt其中U1和L1分别表示第一个线圈的电压和电流U2和L2分别表示第二个线圈的电压和电流在这些条件下，研究折中的、可行的方法要求扩大变压器的能力，根据EN50028标准相关规定，如装瓶《M》模式，添加一个热保险丝以控制温度。为达到此目的，生产技术特殊化的实现要求提高成本。
另外，现有性能最好的变压器的功能范围仍然十分有限，很难满足目前世界各国电网系统的要求。因此必须具备至少两种变压器，针对国家的电力系统网络适用和安装合适的变压器。除此以外，根据电压的大小，必须把电压降低到一个适宜的值，保证调节器始终能使用并对电子控制装置提供稳定电流。
另外，我们一方面必须在电子板上有一个电阻变压器，电子板本身安置在一块铝夹板上，另一方面在小盒内部独立安装标准静态中继器部件，小盒子安在同一块铝板上用来散热。但这样的整体安装相对体积较大。同时该整体必须完全被防护材料包裹住，例如树脂，以便和易爆环境下通电部分绝缘，严格参照《M》模式构建的需要。包裹物必须在最高的部件上部有3mm的厚度，在其他电气部件周围也需如此。这样的绝缘要求必然导致大量消耗树脂材料，在制造控制装置时引起成本超高。
还有，当许多独立的电气子部件通过接线柱、焊接或镶嵌的接线片、焊接点或增加的分流器安装在一起时，必须有充裕的准备，而且安装程序很复杂，难以掌握。尽管在工业生产各阶段有许多质量控制程序，小心谨慎，但是产品的保质期难以保证。事实上，长途运输过程或在极端环境下的非正常操作都会引起产品损坏。
最后，控制装置中的薄膜软键盘也可能使用一段时间后损坏，比如树脂过度膨胀或过度气温下触摸按钮堵塞都会引起电路联结板断裂。于是系统要求材料质量过硬，而且工业生产控制力度严格，防止不规范的操作或准备不充分，当然高质量控制导致成本也相应上涨。另外，电气部件比如控制键盘在安装于密封区域外(即不安装在有爆炸危险的地方)时，必须在变压器的下游安装ZENER防护屏，用于限制密封区外部的电气部件的能量，避免产生火花，火花通常由保险丝引起的。
同时，电子卡的安全设置通过保险丝之类的构件发生作用，防止电流误接或电动机运行条件尚未充分时电动机的启动。保险丝等构件都安置在树脂内部，他们一旦断开，控制装置无法运行，陷于瘫痪，因为它们无法重新装备。
发明内容
本发明的目的在于推荐一种新型的控制装置，试图限制装置整体的体积，消除在最严酷的条件下部件损坏的隐患(如变压器或软薄膜键盘在当今已构成控制装置的一些缺点)，实行有效的电力安全控制，避免以往一些部件使用中的损坏而不可逆转性，例如绝缘材料的保险丝或压敏电阻。
本发明的另外一个目的在于推荐一种控制装置，它包含一个耐久的智能型监管器，通过一个微型控制器就可以防止在最小或最大非正常电压下电动机启动，避免电动机的损坏。
本发明的另一个目的在于推荐一种可靠的控制装置，合理化安排电力联结，去除接线柱，使用电子卡。
本发明的另一个目的在于推荐一种在正常使用条件下可承受50摄氏度高温，湿度大于95％的控制装置。
本发明的另一个目的在于推荐一种控制装置，其设计允许在燃气《Z》的易爆环境下使用M保护模式保证安全，最简单最经济；尤其当使用标准塑料小盒时，必要时结合使用自身携带的I模式，保护密封区域外的部件；另外如果电子部件全被密封时，在烟尘环境下可使用D模式，更有控制力，其保护指数达到IP65。
本发明的另一个目的在于推荐一种控制装置，它能够适用于各种数额的电压，弹性极大，在世界上各个国家电力电压网络迥异的今天，该装置能克服这些困难。
所以，本发明为单相或三相的异步电动机电子控制装置，其至少包括一张电子卡和一个控制电动机能源供给的中继器，电子卡至少包括一个微型控制器，用于分析电力参数，比如频率和电压，保证它们和电动机的正常运行兼容，并且控制中继器，中继器安装在电动机的供电系统上，电子卡和中继器一般安放在小盒子中间，中继器特点是静态中继器，电子卡的特点另有——电容阻抗由电动机的能源系统供电，用于降低其他装置的供电电压；——至少一个转换器，它通过一个控制件控制启动或停止，控制件本身由一个手动开关控制。
用一个供电电容器和智能化管理的微型控制器替换变压器，使得控制装置体积轻巧，运行通畅，长时间使用也质量良好。
根据本发明有一种实现方式电子卡和静态中继器最好放置在绝缘材料中间，比如树脂。
根据本发明，另一种实现方式电子卡和静态中继器完全放入D型防护罩中，比如电动机的铝质接线盒。
转换开关可以由薄片充当，一般通过磁石控制。
本发明在下文的例子中有详细说明，并可参照附于文后的示图图1表示控制装置平面图，展示部件和构件的位置；图2表示控制装置立体切面图。
具体实施例方式
本发明的装置专门用于易燃易爆环境下作业的单相或三相异步电动机的电子控制。
该装置一般置于盒子1中，一般用绝缘、抗静电塑料为材料，通常包括一张电子卡2和一个静态中继器3，控制电动机的能源供给，保证电流供给符合电动机运行特点。
根据本发明的特点，电子卡2包括一个电容阻抗4，一些薄片转换开关5，开关由磁石6，按钮-推杆12和微型控制器7控制。控制装置由电动机供电网络供电。通过相线和其他部分相联。该网络的电压可介于70-260伏特之间(单相)，并有可能接到400伏特(三相)，频率为50-60赫兹。
为了使电动机供电系统能够向控制装置供电，必须降低电压，取得一个持久的弱电压值向电子卡2供电，与使用变压器降低电压的技术不同的是，保留的做法准备一个电容阻抗4，它由一组两个电容器(一般为塑料)组成。比如说，在单相电动机供电时，这个电容阻抗包括一组两个电容器电容为1uF，型号X2 275 VAC，大小23*20*9mm，保证工作时不发热，即便是在260高压下。事实上，如果使用时控制电流特别弱，小于10mA，可以考虑使用小型的电容器，尽量最小化使用树脂。这些电容器必须在达到部件可承受最高电压的2/3时也能正常工作，符合现行标准规定的易燃易爆环境下电力安全工作的要求，确保满负荷电压下发热的限度。
当电流加强时，电容器的电容值可能会翻倍，同时体积会有所膨胀。电流最弱时体积可能调节到最佳状态。以此推理，当电流加大时，必须增加电容器的数量。
这个电容阻抗用相线连接到单相电动机上，降低供给电压的强度，使低于25伏特。在电容阻抗4和中性线之间插入一个二极管桥，把电压界定在5伏特。其他的电容器可以放在该二极管桥的线路下游，保证电流通畅，使剩余的交流电压短路。所以它的目的在于通过这多重部件，取得一个稳定在几伏特的电压，专门向型号为PIC 16C620的微型控制器7供电。
这个电子卡2带有的微型控制器7，分析电力参数，比如频率和电压，保证他们和电动机正常运作时兼容，以便控制静态中继器3，该中继器置于电动机供电系统网络上，尤其是在电动机的相线上。静态中继器3的作用在于根据电动机供电电流的特点决定通路或断路。微型控制器7在一些情况下，也有控制电动机工作时间的作用。
微型控制器7的作用主要在于监视进入电子卡的电流强度。事实上，它始终对供给电压进行控制，尽量不启动静态中继器或在装置上游的电力安全模式。
微型控制器进行监视的目的在于调整电压进入的门槛参数，保证电动机处于安全限度之内(查找错误，重组信息，继电器延时等)，它的功能还有其他一些智能型的体现。
为此，我们使用的是“类比或可比”的微型控制器型号用于必要参数的监测和分析。
供给电压的降低由一个电容阻抗实现，频率的功能有如下关系Lu＝Ur/Zc而Zc＝1/(C*2πf)所以Ur＝Lu/(C*2πf)因此，电压因频率的不同而不同。通过监视频率可以确定电压网络(间接通过降低后的电压)，控制最小电压和最大可进入电压，出现问题时，微型控制器可下达命令，停止电动机运作。
装置的启动和停止通过薄片转换器5控制，而转换器又是通过按钮-推杆12和磁石6控制的。按钮-推杆12可以由其他相同功能的装置代替，但最好都是手动的。按钮-推杆的形式仍然为目前可行方法中的上选。为了满足易爆环境中的安全需要，电子卡2和静态中继器3都要被密存，即浸没在绝缘材料8中，比如树脂。电容阻抗4，静态中继器3和电子卡体积不大，因此节省了制作时需使用的绝缘材料的数量。
装瓶密封的定义使用环氧树脂或聚胺脂复合材料通过涂裹或装罐的方式封闭起一个或几个电力装置。所谓涂裹就是在一个或几个电力装置上覆盖一层绝缘物。先把装置放在一个模具里，然后往里倒上绝缘复合物，等复合物干了以后再取出。所谓装罐，是另一种方式的涂裹，即装置无需取出，始终密封在模具中。我们这里的装瓶密封一般指后者，即倾倒了绝缘材料后，模具始终和装置在一起，它和涂裹的区别就在于是否等绝缘物晾干后把装置取出。这样，电子卡和静态中继器高度只有8mm，而树脂厚度有26mm。在该结构中，装置至少有两个薄片转换器5分别架在座架11上，特别靠近绝缘物8表面，以便控制，远距离操纵，不通过磁石6引起电接触。除这种形式外，另外一个版本即不用绝缘材料，而把整体装入D防护罩内。
技术良好、保证电子卡的情况下，我们有了多种变化版本，可以用瓶装密封模式M，或结合使用本身模式I或防爆罩模式D。我们可以想象在电子装置密封区域外的传感器本身可以由手动或自动的开关控制。
静态中继器3至少包括一个3A的闸流晶体管，最好还是两个头对脚、脚对头地安装，焊接到导电材料板10上，比如铝板，用于散热，保证在最狭小的空间里的热交换，防止过热。所以板10呈U形，厚度1.5mm，以提供最大的散热面积。
整体放在小盒子中，包括-底面1A，包括绝缘块8，内部浸没电子卡2，静态中继器3和散热板；-盒盖1B用棘轮机构固定在底面1A上，不需用工具。
在导电材料板10上安装一个或几个闸流晶体管能够首先把该板放到盒子底部，然后在板上焊接电子卡及其他上述提到的部件。一旦整体安装完毕，便向盒子中倾倒绝缘材料，用以密封。
根据前文提到的EN 50028标准，电力部件被密封后，这些材料都被涂裹了一层绝缘物。如果防护罩的厚度至少有1mm时，不规定防护罩和部件(或导体)之间的中间层的最小厚度。因此，树脂的最佳体积因盒子的防护层厚度至少又增加了1mm。所以散热板可以放在盒子底部，直接接触。
为了保证该装置的启动和停止，如上述所提到的，应该为薄片转换器5配一些磁石6。这些磁石6每个都安在按钮-推杆12(装有弹簧14)上，磁石6安装在盒盖1B中。其中一个按钮-推杆用于启动装置，另一个则负责停机。这些薄片转换器是特别为微型控制器7的工作准备的。
如上所述，电子卡直接由电动机的能源供给网络供电。因此整体安装在单相电动机相线上。于是电动机供电电压经过电容阻抗的降压后便向控制装置供电。该电容阻抗可以接受各种范围的电压，特别是70-260伏特、频率50-60赫兹的电压。一旦电压降到8-25伏特，微型控制器7分析降后电压的各种电力参数以及频率，并推算原电压值，以防止当该原电压值超过可承受电压范围时启动静态中继器，防止电动机受损。静态中继器也被安装在电动机相线上，严格执行电力安全标准中关于电相曲线的规定。
为了保证整体装置的安装，盒底部1A留有一个小格安装进出的电缆线，小格和绝缘块8被隔板13分开。隔板在邻近上边缘有一组线槽，方便固定电缆。小盒内也装有轴封，电缆可以通过，向电动机供电。如果要更精细一点，可以考虑在瓶封区域外、但仍在防护罩内的一个接线柱上联结电缆，保证电盒有一根单独的电缆线。在易爆环境下，这个接线柱应该根据强化安全模式E保护起来。该模式尤其要求防护罩严格密封，保护指数达到IP54。为了达到该要求，小盒周围一圈应该有槽，结合处能有效保证密封，达到所需标准。
最后，为保证对装置运行的持久监视，电子卡2含一个双色二极晶体管，从绝缘块8上突出。该二极晶体管被套上发光向导16，和盒1的盒盖1B联结，从盒1外部看，二极晶体管的光可见。这样所有运行失败都可以被看得见，并且耐久。同时，当电流不符合电动机运行标准电流时，静态中继器就会阻止电流通过。
为了便于盒1在座架上的安装，底部1A可以接上几个“爪装物”9，便于抓牢座架。
该控制装置运行时非常简单。一旦接上电源并与电动机联结上，只需开启对应装置启动的按钮-推杆，就可以了。这个按钮-推杆上绑有磁石，吸引薄片转换器5，如灯REED就连接上了。电容阻抗下游的架桥保证向微型控制器7提供5伏特的持续弱电压，微型控制器分析电力参数，当所供给的电压与电动机正常运行兼容时，微型控制器7就命令静态中继器3为电流放行，直通电动机。这时电动机就可以持续运行一段时间，该时间段一般已预先设定在微型控制器7内。到设定时间时，电动机自动停止。在紧急情况下，可以操作另一个按钮-推杆停止电动机。
对于三相电动机，每根相线备有一个静态中继器3。
权利要求
1.一种单相或三相的异步电动机电子控制装置，其至少包括一张电子卡2和一个控制电动机能源供给的中继器3，电子卡2至少包括一个微型控制器7，用于分析电力参数，比如频率和电压，保证它们和电动机的正常运行兼容，并且控制中继器3，中继器安装在电动机的供电网络上，电子卡2和中继器3一般安放在小盒子1中间，中继器3特点是静态中继器，电子卡2的特点另有电容阻抗4由电动机的能源系统供电，用于降低其他装置的供电电压至少一个转换器5，它通过一个控制件控制启动或停止，控制件本身由一个手动开关控制。
2.根据要求1的装置，电子卡2和静态中继器3浸没在绝缘块8中，绝缘物比如为树脂。
3.根据要求1的装置，电子卡2和静态中继器3放入D型防护罩内，防护罩材料如铝。
4.根据要求1到3的装置，转换器5由薄片转换器5和磁石6构成，通过磁石控制薄片转换器。
5.根据要求2和4中一要求的装置，至少有两个薄片转换器5分别架在座架11上，特别靠近绝缘物8表面，以便通过磁石6控制。
6.根据要求1的装置，静态中继器3至少包括一个3A的闸流晶体管，焊接到导电材料板10上，比如铝板，用于散热。
7.根据要求1的装置，电容阻抗由一组两个电容器组成，最好为塑料的。
8.根据要求1的装置，小盒1包括底面1A，包括绝缘块8，内部浸没电子卡2，静态中继器3和散热板；盒盖1B用棘轮机构固定在底面1A上，不需用工具。
9.根据要求8的装置，盒1的盒盖1B上有两个按钮-推杆12，每个都通过磁石6控制薄片转换器5，一个控制启动，一个控制停机。
10.根据要求8的装置，盒底1A包括一个小格安装进出的电缆线，小格和绝缘块8被隔板13分开。
11.根据要求8的装置，电子卡2含一个双色二极晶体管15，从绝缘块8上突出；该二极晶体管15被套上发光向导16，和盒1的盒盖1B联结，从盒1外部看，二极晶体管的信号光可见。
12.根据要求1到11的装置，盒子1的材料为抗静电的塑料。
全文摘要
本发明是关于单相或三相的异步电动机电子控制的装置，其至少包括一张电子卡(2)和控制电动机能源的中继器(3)。电子卡(2)至少包含一个微型控制器，用于分析部件的电力参数，比如频率和电压，保证它们和电动机的正常运行兼容，并且控制中继器3，中继器安装在电动机的供电网络上，电子卡2和中继器3一般安放在小盒子1中间。中继器3特点是静态中继器，电子卡2的特点另有电容阻抗4由电动机的能源系统供电，用于降低其他装置的供电电压；至少一个转换器5，它通过一个控制件控制启动或停止，控制件本身由一个手动开关控制。使用单相或三相的电动机控制。
文档编号H05K7/14GK1682426SQ03821949
公开日2005年10月12日 申请日期2003年9月16日 优先权日2002年9月16日
发明者蒂埃里·加西亚, 让-伊夫·吉鲁, 阿兰·克尔扎弗德齐亚克 申请人:菲永投资公司