CN1132961A - 单相感应电机和使用单相感应电机的致冷器 - Google Patents

Abstract

一种单相感应电机，该电机包括：一个主绕组、一个与主绕组构成不同电角度的辅助绕组、一个经起动继电器与辅助绕组连接的起动电容，多个与起动电容并联的工作电容、一个连接和断开工作电容的继电器和一个当电机电源被切断时使继电器闭合的控制器。本发明的单相感应电机克服了现有技术的问题，特别是每次连接或断开工作电容时有大电流通过继电器触点。而且，它能清除电弧。根据本发明的单相感应电机能以很大的起动转矩获得高效率的电机工作。

Description

单相感应电机和使用单相感应 电机的致冷器

本发明涉及单相感应电机、一种用于压缩机的控制单相感应电机的方法和使用这种电机的致冷器或空调机或/和其它电器设备。

在附图里，图13是一个用于如未经审查的日本专利公开昭64-29682所公开的空调机这种装置的普通压缩机驱动设备的电路图。该电路由一个压缩机(电机)1、一个用于低负荷的电容2、一个用于高负荷的电容3、一个转换开关4和一个起动继电器5构成。转换开关从一个电容转换到另一个电容。起动继电器仅仅在起动压缩机1至连接触点5a时工作。

这种传统压缩机驱动设备的工作可能参考图14予以描述。

在起动压缩机1时，电容的端电压低，引起起动继电器5的触点5a闭合，这时电容2和电容3与压缩机1的辅助绕组并联，从而得到一个很大的起动转矩(使用起动电容的转矩曲线在图14中示出)。因此，尽管初始负荷很高，但压缩机起动了。

当压缩机的转速增加时，电容的端电压也升高。在图14中示出的继电器5的工作点处，触点5a被打开。然后，只有工作电容工作(见图14中使用工作电容的转矩曲线)。在这时，根据压缩机1的负荷，转换开关4在电容之间转换。当压缩机的负荷低时，把电容2作为工作电容使用而把电容3作为起动电容使用。相反，当压缩机的负荷高时，把电容3作为工作电容使用而把电容2作为起动电容使用。这样，开关转换使得压缩机能以足够的起动转矩和很高的工作效率驱动。

普通压缩机驱动设备的结构产生下列问题：

1.当压缩机起动和常规工作期间转矩的量有显著差别时，把电容2作为工作电容使用而把电容3作为起动电容使用。然而，在高负荷状态把电容3作为工作电容使用，由于电容3的电容量太大，给出的效率很低。

2.同样，电容3过大的容量总是引起电容绝对值较大的误差，进而导致起动继电器的工作不稳定。

3.每一次当电容2和电容3被转换时，一个给工作电容充电的大电流通过转换开关4的触点。而且，大电流产生的电弧显著地降低触点的寿命，触点的强化需要很高的费用。

因此，本发明的主要目的是克服与现有技术有关的这些问题。根据本发明，提供了一种单相感应电机，它包括一个主绕组、一个与主绕组安装成不同的电角度的辅助绕组、与辅助绕组连接的多个工作电容、一个连接和断开工作电容的继电器和一个只有当电机的电源被切断时才使继电器闭合的控制器。

本发明还提供一种控制单相感应电机的方法，该电机有一个主绕组、一个与主绕组安装成不同电角度的辅助绕组、与辅助绕组连接的多个电容、一个连接和断开工作电容的继电器和一个只有当电机的电源被切断时才使继电器闭合的控制器。

本发明可与压缩机一起使用，例如用于致冷器。它能使用所有的电容以很大的起动转矩起动压缩机并能根据负荷的大小选择最佳的电容。

在一个实施例中，出现异常情况时断开电源是可能的，而且在重新起动时使所有的电容能产生最大的起动转矩。

通过结合附图所举的非限制性实施方案，将进一步描述本发明，其中：

图1是表示本发明实施例1的单相感应电机的电路图。

图2是一个致冷器的横截面视图，该致冷器包括本发明实施例1的单相感应电机。

图3是表示本发明实施例1的控制程序的流程图。

图4是表示本发明实施例1的致冷器控制程序的流程图。

图5是表示本发明实施例1的致冷器控制程序的流程图。

图6是表示本发明实施例2的单相感应电机的电路图。

图7是表示本发明实施例2的致冷器控制程序的流程图。

图8是表示本发明实施例2的致冷器控制程序的流程图。

图9表示本发明实施例2的电流检测器的输出电压。

图10是表示本发明实施例2的致冷器控制程序的流程图。

图11是表示本发明实施例5的致冷器控制程序的流程图。

图12是表示本发明实施例6的致冷器控制程序的流程图。

图13是传统压缩机驱动设备的电路图。

图14是表示传统的单相感应电机的特性。

实施例1

实施例1将提供致冷器的基本工作。该致冷器包括应用本发明的单相感应电机的压缩机驱动设备。该单相感应电机有三个电容：一个起动电容和两个工作电容，它们都受控制器的控制。当起动压缩机时，利用所有的三个电容以得到最大的起动转矩。然后，为了确保较高的工作效率，使用两个工作电容或两个工作电容中的一个，这主要取决于压缩机的工作负荷。

由于一个大电流通过触点产生电弧，特别是在连接工作电容时，只有当压缩机处于停止状态时触点才闭合。

现在参照图1，压缩机1包括一台电机。压缩机1包括一个主绕组1a和一个辅助绕组1b。在压缩机起动时一个正温度系数(PTC)热敏电阻5使起动电容6与压缩机的辅助绕组1b相连。第一个工作电容7与PTC热敏电阻和起动电容并联并在负荷达到稳定状态时保持工作。当负荷变高时将经继电器4的触点4a与第一个工作电容并联的第二个工作电容8加上。控制器10控制压缩机1的工作。温度传感器11检测冷却器(未表示)的温度。继电器12通过其触点12a接通或断开压缩机的电源。当继电器触点4a被打开时放电电阻13使第二个工作电容放电。

图2表示用本发明的压缩机驱动设备装备的致冷器横截面视图。在图2中，致冷器主体100有一个位于冷藏室102上的冷冻室101。用于循环冷空气的风扇103由叶片和电机组成。由电机驱动气流调节器104，该气流调节器调节流入冷藏室的冷空气量，从而使之保持在适当的温度。在冷冻室中提供一个冷却器(蒸发器)105。提供一个加热器106使冷却器105除霜。

在主体的底部安装有压缩机1。在冷却器105的附近设置有温度传感器11起除霜温度计的作用。

参照图3中的流程图，首先讨论致冷器的第二个控制操作。

在200步，从冷冻室和冷藏室读出温度数据，温度传感器11作为一个除霜热敏电阻。然后在201步，检查冷却器是否被除霜。在响应自动检测或操作者请求时用一个单独子程序(未表示)起动除霜。根据冷却器105的温度传感器11所读出的温度确定继续除霜或终止除霜。在203步设置加热器106接通，继续除霜；在204步设置加热器断开，结束除霜。然后，运行程序到213步，使用气流调节器104调节冷藏室的温度。如果在201步没有进行除霜，在205步处根据冷冻室的温度决定是否需要压缩机运行。当冷冻室的温度高时需要压缩机工作并容许压缩机工作(见禁止工作标志K为低)，如果压缩机1和风扇电机103均没有工作，则在206步处将它们起动，防止起动计时器清零。在208步设置压缩机工作标志F为1以表明压缩机正在运行。当冷冻室的温度是低或变为低时，压缩机1和风扇电机103在209步处被停止，禁止工作标志K被置为1，压缩机工作标志F被清为零，置防止起动计时器TM为10分钟。禁止工作标志K的设置达10分钟可防止压缩机过于频繁工作。10分钟后，在212步把禁止工作标志K清为零。

在213至215步中，由电机驱动的气流调节器工作，使致冷器保持在合适的温度。

上述程序周期性地重复运行，例如，每分钟都使致冷器处于受控状态。

压缩机驱动设备的详细工作情况(特别是图3的205、206、208和209步)将参考图4的流程图作进一步描述。

在图4中的21步处确定压缩机1是否处于停止状态(压缩机工作标志置零)。如果是处于停止状态，根据温度请求工作(在22步)。压缩机是否准备好起动，首先要在23步处检查禁止工作标志后才能确定。当它是处于起动状态时，继电器触点4a闭合，并联所有的三个电容6、7和8，为起动压缩机作好准备。压缩机1的工作标志也被置为1。1秒钟后，在27步处继电器触点12a闭合，为起动压缩机接通电源。这样，当电路断电时，继电器触点4a动作。

与压缩机1的辅助绕组并联的起动电容6及工作电容7和8将帮助压缩机得到很高的起动转矩，因此，尽管有高的初始负荷，压缩机也能被起动。同时，电流也流过PTC热敏电阻。当它的电阻在居里点变成无限大时，起动电容6将从辅助绕组断开，剩两个工作电容7和8连接。一定时间后(该时间主要取决于除霜是否发生)需要将电容8断开。所以，在28步，从压缩机1起动开始计时。然后，在29步到30步，在已经完成除霜的情况下，考虑到压缩机的高负荷，2分钟(T₁)后，继电器触点4a将断开，或在其它情况下2秒钟(T₂)后，使压缩机1工作时仅有工作电容7。当压缩，机1的工作标志在21步确定为1时(例如压缩机已在工作)，是否请求工作要取决于26步的温度，然后，在27步，继电器触点12a保持闭合，给压缩机供电，并如上述工作。

当在26步处压缩机正在工作但无工作请求时，在34步处继电器触点12a断开，从而断开压缩机的电源，并置压缩机1的工作标志为零。1秒种(S35)后，在36步，继电器触点4a断开，从而不浪费继电器线圈4的电能。为了避免触点出问题，最好是在电容7和电容8放电之后将继电器触点4a打开。这是因为，打开继电器触点12a后继电器触点4a打开。

然而，如图5的流程图所示，通过将步骤34与36的对换，也可以首先打开继电器触点4a。

根据致冷器的工作状态控制压缩机1的转矩，可使压缩机以高效率和大的起动转矩工作。

而且，因为只有当压缩机1在停止状态时，继电器触点4a才闭合，大电流将不会通过继电器触点4a，也不会产生电弧。当压缩机1与电源接通，例如电容7正被充电时它们是不会闭合的。

实施例2

本发明的第二个实施例与上述是相似的，但具有附加的检查和排除故障的能力。如果压缩机开始失速，然后由于某一原因而停止工作，不正常情况被迅速地检测到，而且压缩机被断开电源。当再发出工作请求时，根据本发明，所有的电容被连接，以便得到最大的起动转矩。

在图6里，除了电流检测器9(在下文称为CT)和用于压缩机1的保护装置14外，实施例2的构形与实施例1是相同的。CT检测流过压缩机1的电流。

在CT9里，如图9表示的那样，所产生的输出电压取决于流过压缩机1的电流。根据输出电压，控制器10通过(1)工作、(2)失速或锁定或(3)停止或断开来存储压缩机的状态。

然后，在图7的37步，由在CT9处检测的电流确定压缩机1是否在继电器触点12a闭合时正常工作。如果检测到任一种异常情况，在38步作进一步的检查以确定该异常情况是否是由失速或锁定情况造成的。如果确定是由失速或锁定情况造成的，继电器触点12a被打开，压缩机工作标志从1变为0，置禁止工作标志K为1。1秒钟后，继电器触点4a被打开(34至36步)。如果异常情况不是由失速或锁定情况引起的，由于继电器触点12a处于闭合状态，电路一定是在包括压缩机在内的某处断开或压缩机1由于某种原因而停止工作，在这种情况下，在39步置不连续标志D为1。然后，在34至36步，切断压缩机1的电源。断开这个电源要先于由保护装置14所断开的电源。

在图7里，在34步打开继电器触点12a后，在36步，由实施例1所述的原因继电器触点4a也被打开。然而，如图8所示，也可以在打开继电器触点12a之前打开继电器触点4a。

在工作期间，当压缩机1由于某种原因失速或变为锁定时，控制器10根据CT9处测出的电流检测异常情况，并切断压缩机1的电源，打开继电器触点4a。工作再次起动时，控制器10首先使继电器触点4a闭合，然后才使继电器触点12a闭合，这样，再次与所有的电容连接的压缩机1允许以很大的起动转矩再次起动工作。

如果没有CT9，且不能执行在图7或8中所示的CT9的控制操作，在失速或锁定条件的情况下保护装置14最终断开压缩机1的电源。如果失速或锁定条件的情况发生在继电器触点4a被打开之后，在恢复工作之后，当保护装置再次接通压缩机的电源时继电器触点4a保持打开状态。因此，在起动时仅有起动电容6和工作电容7起作用，由此得到的起动转矩是不足的。

实施例3

一个分流电阻或振动传感器可用来代替上述实施方案中的电流检测器CT9并证明可对压缩机1的工作状态进行等效的检测。

实施例4

现参考图10，将致冷器插头插入电源插座时，由温度传感器11探测蒸发器105的温度。如果在1小时内温度保持低于摄氏A度，就打开继电器触点4a(40至45步)，产生如实施例1一样的效果，其中，由时间周期决定在高和低负荷时电容7和8的联合使用。可通过插入标志P判断在40步的插入时间。只有在将致冷器插头插入电源插座时由控制器10置插入标志为1。当在1小时内温度保持低于摄氏A度时在46步置插入标志为零。根据本实施例，致冷器能以高转矩连续工作1小时，从而确保在致冷器插入时能充分冷却。

实施例5

在上述中，有这种可能：即CT9的故障导致控制器不正确地确定压缩机正在失速并切断压缩机的电源。为了避免这样的错误判断，在本实施例中，当在CT9处检测到故障时只要有请求工作就检查CT9并给压缩机供电，从而保持致冷器冷却。

参考图6的构形和图11所给的流程图，提出下述实施例5。在50步周期、在CT9进行故障检测。尽管没有电流，如果控制器10接收到一个ON(接通)信号就确定故障发生。如果在21步压缩机1处于停止状态并置它的工作标志为零，在22步检查是否请求工作，如果是，在24步继电器触点4a被闭合并置压缩机1的工作标志为1。1秒钟(S25)后，在27步继电器触点12a闭合给压缩机1提供电源。

另一方面，如果在21步压缩机是处于工作状态并置它的工作标志为1，在26步检查是否请求工作。当请求工作时，如果在51步CT9检测到不正常情况，由于不能正确作出失速判断、直到压缩机1的全部工作请求已满足之前仍保持给压缩机和风扇电机供电。

在51步，如果CT9正常工作，在52步检查失速。如果在53步探测到失速，继电器触点12a被打开并将压缩机1的工作标志置为零。1秒钟后，继电器触点4a被打开，切断压缩机1的电源(34至36步)。

在51步如果CT9检测到故障，可能作出一个错误指示。即使在它开始失速之后压缩机1的电源仍保持接通，有可能确定不是压缩机1而是CT9出现不正常情况。

在实施例5中，即使在CT9处检测到故障时，直到压缩机1的全部工作请求已满足从而冷却致冷器内部而不判断失速之前将保持给压缩机1供电。这样，CT9的故障将不阻碍致冷器工作。

在图11中所述的工作可与图7或图8中的工作分开执行或合并串行执行。

实施例6

参考图12中的流程图，下面将描述实施方案6。如果压缩机1开始失速，当它的工作标志被置为1时，停止供给压缩机1的电源一次，将连续失速的数计为1(S54)。10分钟后当再次供给电源时，如果压缩机再次开始失速，供给压缩机1的电源再次被停止，连续失速的数计为2(S55)。在这时控制器10确定正在加高负荷。因此，10分钟后，当压缩机1被重新起动时，高转矩的工作要延长到30分钟。如果失速连续发生，10分钟后当压缩机1重新起动时，它的高转矩工作如失速发生一样每次将延长半个小时，直至2个小时(S56)。

当压缩机1正常地终止其工作时，再次设置连续失速的数。这样，在下一次压缩机1重新起动时高转矩工作可返回到正常时间长度(57和58步)。

如果连续发生失速的次数超过两次，10分钟后压缩机1重新起动时的高转矩工作能被延长半个小时，直至2个小时，从而防止压缩机1在它工作起动时连续失速。

已叙述了本发明的几个特定的实施方案，已由后面的权利要求书所定义的本发明范围内的技术领域里的普通技术人员出现各种改变、修改和改进是很容易的。

Claims (25)

1.一种单相感应电机，该电机包括：

一个主绕组；

一个与主绕组安装成不同电角度的辅助绕组；

与辅助绕组连接的多个工作电容；

一个能连接和断开工作电容的继电器；和

一个只有当电机的电源被切断时才使继电器闭合的控制器。

2.根据权利要求1的单相感应电机，其特征在于，多个工作电容与一个起动电容并联，该起动电容经一个开关装置与辅助绕组连接。

3.根据权利要求1或2的单项感应电机，其特征在于，电机被起动之后负荷已经降低时，继电器至少断开一个工作电容。

4.根据权利要求3的感应电机，其特征在于，该电机包括与辅助绕组连接的第一个工作电容和经继电器与辅助绕组连接的第二个工作电容，其中，当电机在高负荷工作时第二个工作电容作为一个附加电容被使用的。

5.根据权利要求1至4中任一项的单相感应电机，其特征在于，该电机还包括：一个检测在电机里流动电流的电流检测器，其中，当检测器检测到失速时控制器切断电机的电源并打开继电器。

6.根据上述权利要求中任一项的单项感应电机，其特征在于，电机电源断开之后经一段预定时间才断开继电器。

7.一种包括压缩机驱动设备的致冷器，该设备包括权利要求1至6中任一项的单相感应电机，其中，在电机起动时全部工作电容被连接。

8.根据权利要求7的致冷器，其特征在于，当压缩机驱动设备的负荷低时，连接和断开工作电容的继电器被打开。

9.根据权利要求7或8的致冷器，其特征在于，当冷藏室或致冷器的蒸发器的温度降到低于预定的水平时，连接和断开工作电容的继电器被打开。

10.根据权利要求7、8或9的致冷器，其特征在于，包括一个除霜装置，而且其中从除霜完成之后由继电器连接工作电容的时间起至工作电容被断开的这段时间要比正常工作期设置得长一些。

11.根据权利要求7至10中任一项的致冷器，当与权利要求5相关时，进一步包括在电流检测器处检测异常情况的装置，而且其中当电流检测器已出现异常情况时，控制器不执行压缩机失速的检测。

12.根据权利要求11的致冷器，还包括一套设定装置，该装置在由继电器连接和断开工作电容之间设定一段比每次压缩机失速都要长的时间周期。

13.一种控制单相感应电机的方法，该单相感应电机具有一个主绕组、一个与主绕组构成不同电角度的辅助绕组、与辅助绕组连接的多个工作电容、一个连接和断开工作电容的继电器和一个控制继电器的控制器，其中，只有当电机的电源被切断时控制器才闭合继电器。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，电机已被起动、负荷降低后，继电器至少断开一个工作电容。

15.根据权利要求14的方法，所使用的电机包括与辅助绕组相连的第一个工作电容和经继电器与辅助绕组连接的第二个工作电容，其中，当在电机高负荷工作时第二个工作电容作为一个附加电容被连接。

16.根据权利要求13至16中任一项的方法，包括检测在电机里流动的电流，当检测器检测到失速时切断电机的电源并打开继电器。

17.根据权利要求13至16中任一项的方法，其中，电机的电源被切断之后经一段预定的时间才断开继电器。

18.根据权利要求13至17中任一项的方法，其特征在于，包括在电机起动时连接全部工作的电容。

19.根据权利要求13至18中任一项的方法，其特征在于，其中，电机被用作驱动致冷器的压缩机，而且其中当冷藏室或致冷器的蒸发器的温度降到低于预定的水平时，连接和断开工作电容的继电器被打开。

20.根据权利要求19的方法，其特征在于，除霜完成之后从由继电器连接工作电容的时间起至工作电容被断开的时间要比正常工作期间设置得长一些。

21.根据权利要求17至20中任一项的方法，其特征在于，当与权利要求17相关时，进一步包括在电流检测中检测不正常情况，而且当不正常情况被检测到时暂停执行压缩机失速探测。

22.根据权利要求21的方法，包括从继电器连接至断开工作电容之间设定一段比每次压缩机失速都要长的时间周期。

23.单相感应电机，实质上如附图1至12的举例并根据上述所述的那样构成和工作。

24.控制单相感应电机的方法，实质上如附图1至12的举例并根据前面所述的内容。

25.一种致冷器，包括用根据权利要求23构成的或权利要求24控制的电机驱动的压缩机。

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