專利名稱：電動機過載線圈控制器的制作方法
一般地說，本發明涉及用于電磁接觸器的過載繼電器；更具體地說，涉及用于控制電磁電動機起動器中線圈的控制系統，它在實時基礎上使用8插針8位微型控制器和I/O簡化電路系統去處理至少13個I/O，和去計算電動機的工作溫度。
在典型的電磁接觸器中，使用過載繼電器保護電動機之類的特定負載不受過電流和過熱。已知的過載繼電器包含一些雙金屬開關，它們需要手工彎曲和扭曲，為特定設備而校準。不用說，在進行現場調節，例如滿載電流強度(FLA)調節以后，準確性受到懷疑。此外，用于現有過載繼電器的這種雙金屬開關和加熱器通常與接觸器的觸點串聯地連接。從而這些雙金屬設備需要在接觸器與過載繼電器之間進行單獨闖入式連接，這就不僅增加起動器的成本和尺寸，還影響設備的可制造性。
與這種已知電磁過載繼電器有關的另一問題是要求使用電流測量設備，例如電流互感器和電流環(torroid)。電流互感器大而重，從而增加設備的總尺寸和成本。電流環不那么大，但也增加組合件的尺寸和成本，且呈現有限的精度和范圍。
因此，希望有一種能夠使用較小霍爾效應傳感器的電動機過載線圈控制器，該傳感器具有寬得多的動態范圍，適用于傳感電流。此外，還希望有一種不需要機械雙金屬開關的設備。
本發明提供一種解決上述問題的電動機過載線圈控制器，同時保持較低的成本控制。
按照本發明的一個方面，電動機過載線圈控制器包括若干個輸入和輸出(I/O)，它們是到和來自具有j個輸入和k個輸出的電動機過載線圈控制器的。I/O包括至少一個復位輸入，一個電流傳感輸入，一個滿載電流(FLA)輸入，一個線圈控制輸入，一個線圈控制輸出，和一個狀態輸出。控制器包括一個具有n個輸入線的微處理器，在此n小于j+k。提供一種電動機過載簡化電路，以便用一種優先固定X I/O的方式把j個輸入和k個輸出連接到微控制器，從而減少I/O的數目，但還是大于微控制器I/O線的數目。微控制器是可編程的，以便用它的一些I/O插針充當輸入端和輸出端。
按照本發明的另一個方面，微控制器是程序化的，以便計算一個一階微分方程，從而保持電動機溫度的實時跟蹤，和當該溫度超過預定范圍時，提供溫度的狀態指示。能把系統設置成起動一個報警器和靠犧牲過程來斷路電動機，或起動一個報警器和一個直觀狀態指示；并且維持在重要過程中的操作。
控制器包括一個8位8插針微控制器，它能夠和一個I/O簡化電路一起起13個I/O的作用，其中只有5個I/O插針在微控制器上。三個遠程輸入從一個遠端源接收入簡化電路。在一個到微控制器的輸入線路上優先整理這些遠程信號。控制包括從三個霍爾效應電流傳感器測量三相電流，各個傳感器位于各相的母線上。該系統包括電流信號的放大、半波整流和積分設備，以相加電流信號，和向微控制器提供一個單輸入。該系統包括一個滿載電流(FLA)調節器，以用于寬廣范圍的電動機。提供一個具有LED輸出的狀態指示器，以顯示系統的狀態，和在適當時候指示電動機的溫度。該系統使用24VDC線圈，并且在初始拉入線圈以后，微控制器生成一個PWM信號，以便在衰減功率電平下保持適當線圈拉入。使用一個內部24VDC傳感器去保證DC電壓的固有電平，和為DC電壓電平的變化而調節PWM。提供一個按扭試驗開關，以及按鈕本地復位和固態遠程復位器。在這種電動機過載線圈控制器中使用8位8插針微控制器使該系統能求解一個一階微分方程，以保持電動機工作溫度的實時跟蹤，同時保持控制的總成本較低。微控制器具有一個查找表，用于根據FLA調節和檢測電流值查找一個相當的I2t值。I2t值用于電動機工作溫度的實時監測。
從下面的詳細描述和附圖中會明白本發明的各種其他特征、目的和優點。


目前為實施本發明而設想的最佳模式。
在附圖中
圖1是根據本發明的控制器方塊圖。
圖2A是流程圖，用于編入圖1控制器中的主線算法。
圖2B-2E是在圖2A的主線算法中調用的子程序的流程圖。
圖3是圖2E的流程圖的時序圖。
圖4A-4D是電路原理圖，用于實現圖1的控制。
參照圖1，根據本發明示出一個電動機過載線圈控制器10的方塊圖。在一個優選實施例中，電動機過載線圈控制器10包括一個8位8插針微控制器12，用作電動機過載I/O簡化電路14的一個部件。很清楚，微控制器可以相當于一個微處理器，一個PLC，或其他等效設備，而不管是可用軟件編程還是可用離散邏輯編程。一般說來，I/O簡化電路14具有多個輸入16和輸出18(I/O)。微控制器12具有n個輸入/輸出(I/O)線，而電動機過載電路14連接于j個輸入和k個輸出。
電動機過載線圈控制器10包括一個來自電流傳感器22的電流傳感輸入20。在一個優選實施例中，電流傳感器22包括三個霍爾效應電流傳感器，用于傳感在一個三相系統的各相上的電流。一個三相電流測量電路24通過一個適當的偏置電路而連接于電流傳感器22，如下面參照圖4A所示。一個電流求和積分電路26接收三相電流測量結果，并且把電流傳感輸入20中的電流傳感信號供給I/O簡化電路14和微控制器12。
其他輸入包括一個滿載電流(FLA)調節設備28，它可校準電動機過載線圈控制器10，以便用于各種尺寸的電動機。FLA調節器28通過一個FLA輸入30而連接于I/O簡化電路14。兩個其他的輸入包括一個本地復位器32和一個遠程復位器34，各復位器分別通過本地復位輸入36和遠程復位輸入38而連接于I/O簡化電路14和微控制器12。可以包括一個起動輸入42、一個正向輸入44和一個反向輸入46的一組遠程控制輸入40被連接于I/O簡化電路14和微控制器12。
提供一個試驗開關48，以試驗電動機過載線控制器；通過一個試驗開關輸入50把它連接于I/O簡化電路14。提供一個電路電壓傳感器52，以監測內部電路電壓，在一個優選實施例中，該電壓是24VDC；通過一個24VDC傳感器輸入54把它連接于I/O簡化電路14。
輸出包括一個報警器56，它連接于一個來自I/O簡化電路14的報警輸出58；和一個狀態指示器60，它被連接成從I/O簡化電路14的微控制器12通過狀態指示器輸出62接收信號。一對線圈64，66連接于I/O簡化電路14的輸出端68，70，以單獨地控制各線圈。雖然電動機過載線圈控制器10能夠控制兩個線圈64和66，但本發明的電動機過載線圈控制器也被設計成可同樣為一個線圈應用而工作。在這種一個線圈應用中，反向輸入端46不會接收輸入信號。在兩個線圈的應用中，一個線圈充當正向線圈，以控制電動機(未示出)的正向運動；另一個線圈充當反向線圈，以控制電動機的反向運動。
和微控制器12在一起的I/O簡化電路14，用一種允許使用8插針微控制器的方式，至少把13個I/O 16，18連接到微控制器12上；在8插針中只有5插針用于I/O，如進一步參照圖4所述。
電動機過載線圈控制器10按24VDC工作，且利用線圈64和66。微控制器是編程的，以便從一個DC源產生一個PWM信號，從而在拉入線圈以后降低保持電壓。因為認為電動機的線圈控制是一種重要功能，故微控制器12的一個插針專用于線圈控制輸出，從而它只留下4個插針用于多路I/O功能。8插針8位微控制器按照一種使可控功能數目最大以便使外部硬件最少的方式，排序模擬信號抽樣，并且激勵和去激勵諸輸出。
圖2A示出主循環80，用于在圖1的微控制器12中編程的軟件。初始化過程82包括清除全部輸出或按照需要初始化輸出，清除RAM，從EEPROM檢索最后熱堆計算，裝載一個中斷計時器，和初始化一個一秒上電延遲器。還起動一個2ms計時器。在初始化以后，調入系統狀態機器84的子程序。如下面進一步參照圖2C-D所述，狀態機器84是一種根據系統以前狀態和當前狀態來跟蹤和限制過載功能性的方法。然后監測2ms計時器86，看它是否已經終止；如果尚未終止88，就對下一步要使用哪一個分支作出決定92，即，是使用熱堆計算94還是使用熱堆容量指示輸出96。下面將參照圖2B詳細描述熱堆計算94，參照圖2E詳細描述熱堆容量指示輸出96。
在98，熱堆數據被定期地寫入EEPROM，此后根據一個每隔2ms設置的標志來執行主線計時器100。在定時程序期間，設置一個狀態指示標志，以指示狀態指示器服務；該標志還生成一個在熱堆子程序中的定序器94。在一個優選實施例中，主線計時器是2ms。
關于應當使用哪一個分支的判定92，是根據在熱堆子程序94中確定的定序器值作出的。如果定序器具有零值，則完成了最后熱堆計算，且可調用熱堆容量指示96。另一方面，如果定序器具有非零值，則調用熱堆子程序94。
在主線計時器已執行以后100，主算法返至狀態機器子程序84。此后，如果計時器已滿2ms的周期，則調入一個模/數(A/D)轉換程序。從而A/D轉換模塊104被每隔2ms定序一次。如下面參照圖4所述，微控制器I/O硬件被修改成正確地測量模擬信號，同時不生成錯誤輸出數據。每個序列皆監測電流106，并且對每個所取的電流的樣本皆執行相位不平衡和失相。如從圖4所看出，用一個第一級數字濾波器過濾電流樣本，以濾去噪聲和信號偏移。在一個平衡三相系統中，輸出會產生一個接近常數的DC值。這種過濾后的電流提供一個基線值，以此較可能發生的相位異常值。如下面參照圖2C-D所述，如果一系列的樣本在一段給定時間偏離基線例如超過50％，則電動機過載線圈控制器會進入一種被斷路狀態，使控制斷路。失相或相位不平衡會產生這種斷路。
在圖2A的主算法中的下一個步驟是在108判定應當分析哪一個模擬信號。雖然每個序列都在106監測電流，但其余的4個模擬信號是成對地循環的，以便使主算法執行最大和使最高抽樣速度用于電流測量，因為電流測量被認為是最重要的功能。這些交變對包括在一個迭代期間的24VDC檢測110和FLA調節112；并且在下一個迭代期間，復位和遠程輸入114被檢測和A/D轉換。因此，成對的模擬信號110、112和114被每隔4ms讀出。按鈕輸入114不僅包括遠程輸入，例如使能、正向和反向輸入；而且包括復位，其中有遠程復位和本地復位。
使能、正向和反向電壓被讀出和轉換成一個標志，該標志在去抖動(debounce)程序90中去抖動。如正將進一步參照圖4所述，從檢測兩種被同時觸發的復位中，能夠單獨分別地檢測本地復位和遠程復位這兩種復位的輸入。能夠機械地鎖定本地復位按鈕，以得出一種自動復位模式。然而，如果不鎖定本地復位按鈕，則電動機過載線圈控制器處于人工復位模式。如果按下遠程復位按鈕，就能用遠程復位模式進行相同的控制。即，可從參照圖4的描述中看出，如果以24VDC激勵遠程復位器，則控制器能以自動復位模式工作；而如果不激勵遠程復位按鈕，則控制器處于一種人工復位模式。因此，能夠假定本地復位和遠程復位是互不相容的。然而，當兩個復位按鈕都被激勵或有效時，控制就進入唯一的報警模式。對于過程的連續操作比電動機壽命重要的臨界操作，如果電動機(即熱堆)的溫度超過最大閾值，則系統不會中斷電動機的操作。在報警唯一模式中，當跳閘閾值被超過并且維持電動機運行時，控制器只激勵一個報警輸出和一個直觀輸出。回到參照圖2A，在狀態機器84的狀態變化之前，在90對復位數據去抖動。
每當測量24VDC模擬信號時，在110分析一個24VDC樣本，并且檢測試驗開關的觸發。進行24VDC樣本分析，以便根據到控制電路的電流輸入電壓來設置PWM速度。在對PWM速度作出任何改變之前，對24VDC樣本信號平均約1/4秒。如果在24VDC樣本分析110期間檢測試驗開關48(圖1)，則在狀態機器子程序84中對該信號去抖動90和進行分析(圖2A)。在分支109中分析的其他模擬信號是電位計樣本分析信號112，這是來自FLA調節器28的輸入(圖1)。每當FLA電位計模擬信號樣本被測量和平均1/4秒時，執行電位計樣本分析112(圖2A)。平均樣本用于找出查找表中的適當值，其結果是根據存儲值的分辨率定標的。然后把所得的FLA乘數用于在94計算熱堆。如前所述，在90對全部A/D轉換輸入進行去抖動，以消除噪聲，和確認正在分析的信號是有效的。
現在參照圖2B，描述熱堆子程序94。最初，作一個檢驗，看是否已抽取足夠的電流樣本120；如果否122，且如果定序器124或為零或為偶數126，則該系統存在熱堆子程序128。然而，如果已抽取足夠的電流樣本120，130，則在132電流樣本寄存器被清零，并且定序器被初始化。此外，如果定序器不為奇數124，126，則在128存在熱堆子程序94，并且返回到圖2A的主算法。另一方面，如果不論在120是否已讀出滿電流樣本，定序器皆為奇數132，則執行一個數學計算步驟來確定熱堆分析。在說明熱堆子程序94中各個剩余迭代之前，下面先描述熱堆分析。
熱堆分析基于電動機發熱的電等效模式。要求解的微分方程由下式給出dV(n)=(I2t-VR(n-1))1C·dt]]>式中I2t最好先乘以FLA的平方。I2t值是RMS電流的平方乘以模型分析時間間隔，它在這種情況下是64ms。使用圖2A主算法中找出的電流檢測信號，從查找表中選擇I2t值。C是電動機模型電容，R是表示從電動機輸出的熱量的電動機模型熱阻，和V是熱堆或電動機的計算溫度。雖然很清楚，能在較短時間內完成熱堆計算，但模型數學被定序成使執行時間最長。
為了找出I2t，用上述濾波電流作指針，去從查找表中選擇一個適當的值；并且根據代表存儲位置中該值所需的位數，定標該值，以獲取正確的分辨率。為了使控制器的主線執行最大，用主線的每個迭代去執行一個數學步驟，如圖2B中所示。如所述，當定序器是非零奇數時124，132，就在熱堆子程序94中在每個迭代一個步驟的基礎上進行各種數學步驟。例如，當定序器在134等于1時，就在136從查找表中獲取I2t值并且定標該值，此后，系統回到主線128。當定序器在138等于3時，就把從第一方程得到的值136乘以FLA定標系數(在140)，然后熱堆子程序94回到主線128。當定序器在142等于5時，就從查找表中獲取FLA值，并且乘以在第二計算中找出的值140。當定序器在146達到7時，就在148計算熱損失；并且當定序器在150達到9時，就在152計算小于熱損失的熱輸入。當定序器在154達到11以后，就在156計算熱堆中的變化；并且象各種其他計算一樣，返至主線128。當定序器在158達到13時，就在160計算最新的熱堆；并且當定序器在162達到15時，就把新熱堆同預定跳閘值比較；如果它等于或大于預定跳閘值，就在164設置跳閘標志，并且熱堆子程序回到主線128。
現在參照圖2C-D，描述狀態機器子程序84。狀態機器確定該系統應當處于哪一個狀態，和它處于這個狀態時要采取什么行動。
圖2C是圖2A的狀態機器子程序84的流程圖。在進入狀態機器子程序84時，子程序首先通過檢驗一些判定框170-180，確定該系統目前處于哪一個狀態。即，如果目前的狀態處于上電模式，就執行路線182。如果目前狀態處于空載模式，就執行路線184。如果目前狀態處于PWM線圈模式174，就執行路線175。如果目前狀態處于跳閘模式(圖2D)，就執行路線188。如果目前狀態處于停止模式，就執行路線190；并且如果目前狀態處于試驗模式，就執行路線192。
回到參照圖2C，在初始化和上電時，目前狀態被置于零，即上電模式，并且遵循路線182，這就首先保證線圈和報警被禁止，并且迅速閃亮狀態指示器194以指示上電模式。狀態指示器繼續快速閃亮，直至1秒鐘期滿196；并且當已期滿時198，狀態在200增加到狀態1，在此時狀態機器在202回到主算法。在1秒鐘時計時器期滿以前196，197，子程序返回以執行主算法202。
在執行圖2A的主線算法和系統重新進入狀態機器子程序以后84，目前狀態不再處于上電模式170，204，在205監測試驗按鈕，并且如果它有效207，則狀態變成試驗狀態209，和子程序回到主算法202。另一方面，如果不按下試驗按鈕205，211，則系統檢驗，以看是否目前狀態處于空載模式172，并且如果它是184，則禁止到線圈的輸出206，并且如果需要就激勵狀態指示器，以顯示根據圖2E的熱堆輸出。還在206監測輸入和去抖動，以及調用圖2E的顯示TPR子程序96。然后監測遠程起動輸入信號208，并且如果未起動系統210，則狀態在212變成停止模式(狀態4)，和狀態機器子程序84回到在202的主算法。然而，如果呈現起動208，213，就作檢驗，以看是否已在214接收一個正向或反向遠程信號。如果未接收216，則系統回到主算法202。如果已接收一個有效正向或反向輸入信號214，218，則50ms計時器被啟動，且狀態在220變成PWM狀態(狀態2)。正向/反向信息被保存或鎖定，并且阻斷以100％的占空因數激勵線圈，此后把占空因數減到20％。狀態機器子程序回到主算法202。
在圖2A的主回路的下一個迭代，且目前狀態是狀態2或PWM線圈工作模式以后，狀態機器84繼續通過上電模式狀態檢驗點170，204，和通過空載模式狀態檢驗點172，222，并且進入PWM線圈模式174，175。首先，調用圖2E的顯示TPR子程序186，96，并且當完成時，它返回操作以檢驗是否存在圖2C中呈現的使能(允許)信號224，226，和然后在228把索引狀態指針設置成第4狀態或停止模式，并且在202狀態機器算法存在以回到圖2A的主算法。然而，如果在圖2C的224呈現一個使能信號，則PWM線圈模式在232著手檢驗以狀態1裝載的50ms計時器是否已期滿；并且如果尚未期滿234，就檢驗熱堆，以看是否已超過一個預定的最大值236。如果熱堆尚未等于或大于最大值238，則狀態機器回到主算法，以允許50ms計時器期滿，或某一其他插入事件。50ms計時器允許在開始調制省電之前，把滿功率的滿50ms加到線圈上。當50ms計時器期滿時232，240，允許阻斷程序在242以優選的20kHz去PWM線圈。當阻斷放棄控制時244，檢驗熱堆以看是否它已超過預定的最大值236；和如果它或者在阻斷放棄控制244以后或者在50ms計時器尚未期滿232，234時，超過預定最大值246，則檢驗一種用戶確定報警但并不跳閘的模式，以看是否由用戶在248選擇它。這種模式只在下述情況才選擇電動機在其中運行的系統或過程要比電動機重要，并且必須靠犧牲電動機來保持運行。在這種情況下250，在252激勵報警器和狀態指示器，但該系統停留在使電動機維持于其當前狀態下的PWM線圈模式254。如果不選擇并不跳閘模式256，并已經超過熱堆246，則狀態指針增至跳閘模式258，且系統回到主算法202。
在圖2D繼續進行狀態機器程序，其目的在于如果目前狀態處于跳閘模式176，188，則線圈的輸出被阻塞298，且在260檢驗并不跳閘的報警；并且如果已設置該報警262，則狀態指針被引向空載模式264，和回到主算法266，使線圈和電動機得以激勵。如果尚未選擇并不跳閘的報警260，268，并且沒有復位270，272，則狀態指示器被接通274，狀態機器停留于跳閘模式和回到主算法266。如果已檢測復位270，276，則再一次檢驗熱堆，以看是否它已超過閾值278；并且如果它尚未超過閾值280，則狀態指針被引向空載模式264，且狀態機器在266回到主算法。然而，如果熱堆閾值已超過預定的最大值278，282，則狀態指示器快速地閃光，以指示復位已被檢測284，然后系統在266回到主算法。
當狀態機器的狀態被設置為4，即停止模式時，則算法通過圖2D的判定178而沿路線190前進，以阻塞線圈的輸出298；并且如果當前還不存在阻塞290，292，則狀態維持于停止模式，且在266回到主算法。如果已收到起動信號290，294，則狀態指針被引到空載模式296，且狀態機器子程序在266回到主算法，以便在圖2C的214等待一個有效正向或反向輸入請求。
如果已觸發試驗開關48(圖1)，則狀態被設置成用于試驗模式的5，并且狀態機器遵循圖2D的路線176，177，178，179，180，192，和在298阻塞線圈的輸出。應當注意，需要時可以容易地把該系統擴充到包括一些附加狀態，方法是把過程180變成判定和其后添加附加的狀態。在處于試驗模式狀態以后，如果在上電時第一次調用這個程序300，302，則以70％-80％的輸出來閃光狀態指示器304，如圖3的計時圖中所示，且系統在266回到主算法。如果它不是第一次進入試驗模式300，306，則該系統保證在308顯示至少兩個循環的70％-80％狀態指示；然后沿310前進，以看試驗定序器是否指向80％-90％的指示312，并且如果是，則在狀態指示器上顯示該指示314。同樣，如果試驗定序器指向90％-95％指示316，則狀態指示器顯示95％-100％的輸出318；并且如果試驗定序器指向100％的指示320，則狀態指示器輸出100％的指示322。如果試驗定序器不指向上述任何一種指示，則作檢驗以看是否實際上已檢測一個復位324；并且如果否，則以88％的占空因數激勵狀態指示器326，以指示錯誤狀態，并且在266回到主算法。88％的占空因數是圖3中所示的80％＞TPC≥70％的倒數。如果在324已檢測復位，則狀態指針被引到最后的狀態328，然后回到主算法266。
參照圖2E，在圖2A的狀態顯示器96上顯示熱堆結果的子程序被進一步詳細地示出。首先，把熱堆結果(TPR)同電動機的預定熱堆容量(TPC)閾值比較340，并且如果TPR接近等于100％的TPC，則狀態指示器被接通，且保持接通，以呈現為一個穩定狀態輸出342。如果TPC處于95％與100％之間，則狀態指示器每秒鐘接近閃光4次344；并且如果TPC處于90％與95％之間，則在346狀態指示器每秒鐘閃光3次。如果TPC處于80％與90％之間，則在348狀態指示器中的LED每秒鐘閃光2次；并且如果TPC處于70％與80％之間，則在350LED每秒鐘閃光1次。如果TPC落入70％范圍，即未達到70％以上或未大于70％，則LED被斷開或保持斷開352，且狀態指示器算法返回354，而不管其他子程序或主算法是否已調用它。
參照圖3，一個計時曲線圖示出在2E中以流程圖形式描述的狀態指示器的各種輸出。圖3表示，對大于或等于100％的TPC，狀態指示器的LED輸出保持高或通360。對處于95％與100％之間的TPC，LED接近閃光4次/秒362；而對處于85％與90％之間的TPC，LED閃光3次/秒364，有每秒短時期的斷開時間366。當TPC處于80％與90％之間時，LED在第一個半秒鐘初始地閃光2次368，然后在剩余時期保持斷開370。當TPC處于70％與80％之間時，LED在開始時接通1次372，然后在1秒的剩余時期保持斷開374。應當了解，這種用于顯示電動機溫度代碼的方案可以用許多各種代碼形式來顯示，所描述的形式只是一個優選實施例。此外，還可添加一些附加代碼，其中接通時間的時期可加寬或變窄，或者1秒鐘的總試驗時期可加寬或變窄。
現在參照圖4A-D，說明用于圖1的電動機過載線圈控制器的詳細電路圖。圖4A說明電流傳感器22和三相電流測量器24的詳細電路圖，該圖包括一個具有連接于電阻器R10和R15的運算放大器402的霍爾效應電流傳感器偏置電路400，用于通過開關晶體管Q1、Q2和Q3而向霍爾效應傳感器404、406和408提供一個偏置電壓，這些晶體管向AC耦合霍爾效應傳感器提供約1.4V的DC偏壓。偏置電壓起動霍爾效應傳感器，以產生較高分辨率的輸出。成對的電容器410、412和414位于各個霍爾效應傳感器的輸出端，用于由霍爾傳感器濾出DC。電容器410-415被作成一定的尺寸，以去除霍爾器件輸出端上的任何DC信號，但尺寸大到足以起動電路，以便在50Hz和60Hz系統上充分地工作。
所產生的輸出是一個AC差分輸出信號，該信號被送入一個倒相微分放大器電路416、418和420，這些電路被連接成分別接收來自霍爾效應器件404、406和408的輸出。每個微分放大器416-420都包括一個電位計422、424和426，用于補償霍爾效應器件中的偏差和任何電路偏差。每個微分放大器416-420的輸出都被送到一個RC網絡428、430、432，以進一步過濾輸出信號，這些信號然后通過結點436、438和440輸送，結點包括接地的肖特基二極管D2、D3和D4，用于限制負電壓到達運算放大器442、444和446。在一個優選實施例中，負電壓以-0.3V限幅，以便保護運算放大器442-446。各個運算放大器442-446的輸出都分別在一個反饋路徑上有一個二極管D9、D11和D12，其倒相輸入或者閉塞或者通過一個信號，由此使輸出最大。這種裝置提供一個線路448上的輸出，這是一個半波整流信號。在任何給定時間，在線路448上的輸出都是來自各相的最大輸出。
然后把輸出信號448輸入到積分電路27(圖4B)，該電路具有一個以不倒相結構連接的運算放大器450，用作積分器，帶有一個與積分反饋路徑并聯的齊納二極管D10。提供齊納二極管D10滾降對正確A/D變換是太大的信號。這種裝置提供輸出中的1∶1上升，直至達到齊納電壓為止，此后它提供一個非線性的滾降。這就建立一個組合式線性和非線性響應，從而額定電動機電流的105％與120％的UL試驗點之間可得到的位數成為最大。如果沒有齊納二極管D10，則響應不會是嚴格地線性的，并且適用的位數不會在UL試驗點之間提供充分的量化。
來自積分電路27的輸出是供給微控制器12的插針3的電流傳感輸入20(圖4D)。回到參照圖4B，電阻器R14A和R14B是電流限制電阻器，用于保護運算放大器和微控制器。一個24VDC電源452向線圈提供DC電壓，和為電路中各種低電源電壓提供電力。電源452通過二極管D1連接于一個板上插針連接器454。因為在許多工業應用中，電動機繼電器和線圈控制器位于比較靠近電動機處，故能提供一個帶有控制開關觸排456的遠程板，以便提供連接于板上插針連接器454的遠程輸入40，從而提供使能輸入42、正向輸入44、反向輸入46、遠程復位輸入38A、和報警輸出信號56A和56B。應當注意，來自開關觸排456的輸入控制信號可以來自離散開關、固態開關、PLC、或任何可以產生所需控制輸入信號的其他器件。使能輸入42在倒置時也可看成是一個停止輸入，用來起動或阻塞線圈控制，從而電動機，而與其他輸入無關。正向和反向輸入44、46是供多線圈和接觸器使用的，在此一個控制電動機的正向運動，而另一個控制電動機的反向運動。本發明的控制器能與多線圈或單線圈一起使用。在與單線圈一起的應用中，不連接反向輸入。因此，反相輸入在三者中具有最低的優先性。即，使能信號具有最高的優先性，其次是正向，最后是反向。然而，在某些只有一個單接觸器的應用中，例如在其電動機具有特定起動和停止控制點的泵/浮子應用中，使能和正向可以連接在一起，而反向不連接(即，使它斷開)。
作為來自過載控制電路的輸入，報警器56接收一個來自在微控制器12的插針5的報警控制信號460和一個時鐘信號462，這些信號被輸入到一個連接于晶體管Q4的觸發器464，以驅動一個光隔離器466。光隔離器466包括一個內部紅外發射二極管，它在激活時把光引向一個內部光敏晶體管，以閉合一個輸出路徑。光隔離器用于隔離報警器和控制電路。一個繼電器能夠選擇地用于取代光隔離器。光隔離器466的輸出被連接于一個晶體管Q3，以形成一個達林頓對，從而提高遠程報警負載(未示出)的電流流動能力。提供一個齊納二極管Z2，以鉗住電壓，從而保護光隔離器不受許多報警引起的感應負載的影響。晶體管Q4還允許在光隔離器上使用24V，以便能夠處理光隔離器的輸出上的較高的電流。當報警控制460高和觸發器464接收時鐘脈沖462時，Q輸出升高，使光隔離器466中的內部紅外二極管發射，隨后激發閉合輸出路徑的光隔離器內部光敏晶體管，并且接通Q3，以便在會激發遠程報警的報警-56B電路與報警+56A電路之間閉合其電流路徑。
現在參照圖4C，上述的遠程輸入被連接成電動機過載I/O簡化電路14的一部分。使能輸入42，和正向輸入44與反向輸入46一起，被整理成一個連接于微控制器12的單獨遠程輸入470(圖4D)。聚縮的遠程輸入470，通過一個對微控制器和簡化電路系統提供電流限制的電阻器R14E，連接于微控制器。使能輸入42、正向輸入44和反向輸入46都分別通過分壓器472，474和476，連接于晶體管Q10、Q8和Q6的基極。分壓器保護晶體管的基極，并且要求其輸入大于5V才能使晶體管導通，從而提高其抗擾性。晶體管Q6、Q8和Q10同電阻器R14D、R14F、R14G和R25一起，被安排成建立一個輸入信號分配器網絡，它可區別和優先分配在單個聚縮遠程輸入線路470，例如單個多路復用器上的三個輸入信號，并且聚縮這三個輸入信號。即，如果使能42、正向44或反向46都不接通，即都不高，則晶體管Q10、Q8或Q6都不接通，并且在結點478處和在到微控制器的輸入線路470上的電壓都處于5V，從而向微控制器指示該系統處于停止模式。如果使能42高，且正向44和反向46是斷開或低，則只有晶體管Q10接通，使電阻器R14F和R14G兩端的電壓接近3.5V。在結點478處電壓為3.5V的情況下，微控制器識別該系統處于一種空載模式；或者如果業已閉鎖，則業已處于反向或正向模式。如果使能42高和正向44高，則晶體管Q10和Q8都導通，使結點478處的電壓下降到接地電平，即0V，從而向微控制器指示現在應當激勵正向線圈。如果使能42和反向46都高，且正向46低，則晶體管Q10和Q6會導通，而晶體管Q8會斷開。在只有晶體管Q10和Q6接通的情況下，則在電阻器R25兩端的電壓降會使結點478處的電壓約為2.0V，從而向微控制器指示起動該系統，且應當激勵反向線圈。如果全部三個輸入都接通，即使能42信號呈現，正向44信號呈現，和反向46呈現，則起動42和正向44會優先，使結點478處的電壓變為接地電位，和啟動微控制器去觸發正向線圈，并且反向輸入變成一種“并不關心”(don’t care)。
通過分壓器480饋入遠程復位輸入38A，以保護作為固態遠程復位器34工作的晶體管Q9的控制極。固態遠程復位器34和由按鈕開關482組成的本地復位器32是并聯連接的，并且連接于獨立但等效的電阻器R27和R28。本地和遠程復位器32、34被分別連接于線路484和486的微控制器插針5與6之間，下面描述其操作。選擇電阻器R27和R28，使它們具有相等的電阻，從而微控制器能夠進入復位，而與抑制哪一個無關；然而，如果二者同時復位，則組合電阻器R27和R28兩端的電壓降會提供一個增大的電壓降，從而向控制器指示操作過程比電動機重要；并且會甚至在電動機超過熱閾值時也保持電動機運動，但要激發報警器和狀態指示器。提供二極管D6，使本地復位同線路486上的插針6的其他功能隔離。
微控制器12的插針6(圖4D)還連接于輸入線路46上的狀態指示器60(圖4C)，和連接于24VDC傳感器52和試驗開關48。試驗開關48由按鈕開關490組成，且當被激勵時，把線路46拉到接地電位，以啟動試驗模式。當按鈕490斷開時，24VDC傳感器52提供一個線路486上的0-5V模擬信號，以跟蹤用于激發線圈的有效電壓。24VDC傳感器52包括分壓器R17和R19，其尺寸定成可向微控制器提供一個0-5V的擺幅。提供電阻器R14H，以限制到微控制器的電流。狀態指示器60包括LED D5和電阻器R23。當插針6(線路486)充當來自微控制器12的輸出以便指示控制狀態和電動機溫度時，就向狀態指示器60供電。
現在參照圖4D，微控制器或微處理器12最好是一個8位8插針微片PIC 12CE674。微控制器12排列模擬信號抽樣的序列，且激勵或去激勵輸入和輸出。為了使功能最大和外部硬件最少，大多數的微控制器插針都用作輸入和輸出。因為插針1、8和4分別指定專用于電源、接地和接通復位器，故只有5個插針依然用于13個可能的輸入和輸出。此外，插針2已專用于把線路502上的PWM信號輸出到線圈選擇和驅動電路。
電動機過載I/O簡化電路14的另一個部分是線圈選擇和驅動電路的一部分。I/O簡化電路14包括一個觸發器504，它被連接成從微控制器12的插針3接收時鐘信號；和一個來自微控制器12的插針7的在線路506上的線圈選擇器信號。觸發器504的輸出Q和Q′都分別連接于一對“與”門U10A和U10B，U10C和U10D，以驅動晶體管Q7和Q11的門電路，和驅動HL1和HL2之間的反向線圈，或HL3與HL2之間的正向線圈。
FLA調節器128包括一個電位計R20，它的一側連接于5V電源，且另一側具有一個電流限制電阻器R14C，連接于用作到微控制器12的輸入的插針7。
現在描述微控制器插針I/O選擇器。如前所述，插針1專用于微控制器的電源，和插針8專用于微控制器12的接地。插針4通過電阻器R8D連接于接通復位信號的電源，以便如果功率下降到最小值以下，則微控制器12復位。這種復位包括三態化全部輸出，和下拉PWM，以切斷線圈。因為線圈的控制和電動機的操作被認為是關鍵性的，故插針2只專用于PWM輸出。因此，插針3、5、6和7是唯一可用于其余12個I/O的插針，現在詳細描述其操作。
插針3可作為一個輸入和一個輸出來操作。作為輸入，編制插針3的程序，以便從電流傳感輸入線路20上的三相電流傳感器接收累加電流。插針3還具有輸出功能，因為它起系統時鐘輸出的作用，用于報警控制和線圈選擇電路。為了微控制器能按輸入操作插針3以檢測累加電流，首先必須插入第一插針6，然后報警控制插針5和線圈選擇器插針7必須設置為其正確狀態，以免線路3上的輸入信號看起來像一個時鐘脈沖。若果真如此，即，報警控制插針5和線圈選擇器插針7被正確設置，則觸發器504和464只會重復其正確的輸出。然后按照插針3上的模擬輸入來讀出電流傳感信號。微控制器使用一個內部查找表，且給定一個適當的電流值。根據來自FLA調節器28的輸入，標定I2t值；并且使用另一個查找表，獲取要在電動機熱分析中使用的I2t的最終值。為了用插針3作系統時鐘的輸出，首先，微控制器12插入插針6，以便把結點510引向接地電位，然后把報警控制插針5和線圈選擇器插針7設置成其固有的希望狀態，并把插針3上的時鐘信號輸出到用于線圈選擇和驅動的觸發器504和報警的觸發器464。
插針5還起一個多I/O的作用。作為一個輸入，插針5從來自遠程輸入的輸入線路470中接收一個信號，指示適當的希望狀態。在一個優選實施例中，線路470上的輸入會指示4種可能電壓和狀態之一。即，5V信號指示一個停止或阻塞命令。一個具有約3.5V電壓的信號指示一個使能命令，而沒有正向或反向命令，從而微控制器被置于一種空載模式或允許繼續運行模式工作。約2.0V的輸入電壓指示一個起動逆向線圈的命令，而按近0V的輸入電壓指示一個起動正向線圈的要求。為了讀出用作輸入的插針5，微控制器12先插入插針6，以避免狀態指示器60上的虛假指示，且避免來自復位器32和34的虛假讀出。
插針5還用作一個用于報警控制器460的輸出。為了如此作，就在發送報警控制信號以控制報警器56的觸發器464之前，又拉低插針6。觸發器464用于鎖定來自鎖5的輸出，從而微處理器能夠繼續進一步處理。
插針6用于兩個輸入和一個輸出。在插針6上讀出的輸入之一是24VDC傳感器52。為了這樣作，插針7被送電，以反向偏置LED D5，使LED斷開；并且插針5被設置成高，以反向偏置二極管D6，從而避免來自復位的干擾。然后能夠讀出24VDC傳感器52，以便準確地調節PWM速率，從而適應系統中電壓的變化。在一個優選實施例中，系統能夠用源自18V至30V范圍的電位的PWM信號，準確地控制24VDC線圈。
插針6還檢測來自試驗開關48的輸入，因為如果按鈕開關490被閉合，則結點510會下降到約0V，從而向微控制器12指示試驗開關已經激勵，和系統將進入試驗模式。在最初接收一個插針6上的約0V的輸入時，微控制器12會立即把PWM速率增加到它的最大值，并且對試驗開關去抖動約1秒鐘。如果該開關仍然按下，則會設置報警，且系統會進入空載模式或復位模式，如上面參照圖2A-2E所述。
插針6還期待來自本地復位器32或遠程復位器34的復位。為了這樣作，插針5保持低，且插針6供電，以便在插針5與6之間形成一個完整的電路。然后讀出插針6用作模擬輸入。如果復位都無效，則插針6會處于約5V，且不需要動作。然而，因為R27和R28具有相同的值，故如果啟動本地復位器32或遠程復位器34，則插針6會經歷一個約4.2V的電壓降。在采取任何行動之前，通過等待約1秒鐘，使輸入去抖動。該系統并不關心哪一個是有效的，只要二者之一是有效的，它就會進入跳閘模式。如果二者都是有效的，則插針6會經歷一個增加的電壓降，并且在其上具有約3.8V；在此情況下系統處于跳閘模式，但設置成報警而并不跳閘的模式，在此是犧牲電動機發熱來維持過程的工作。
插針6還充當用于狀態指示器60的輸出。為了充當線路486上的輸出，插針5保持高，以反向偏置二極管D6；并且插針7被設置成低，以插入狀態指示器60中的LED D5的陰極。然后插針6的輸出能夠根據上述的算法來控制LED D5。狀態指示器60能夠輸出報警條件的指示，即，在圖3的時序圖中陳述的電動機的熱條件指示；在復位時快速閃亮LED 1秒鐘；并且如果鎖下試驗鈕，則能輸出圖3時序圖的70％-80％TCP的反量。
插針7還起一個多I/O的作用。對于充當一個輸入的插針7，首先插針6保持低，并且插針5供電，以反向偏置二極管D6，和使LED D5斷開。然后插針7能夠作為一個輸入，即作為模擬信號的來自FLA調節器28的輸出而讀出。為了在插針7上輸出，和產生到線圈選擇和驅動的觸發器504的在線路506上的線圈選擇器信號，插針6保持低，使LED D5斷開，然后能用高和低信號來控制觸發器。為了操作狀態指示器60，插針7必須保持低；或者為了在檢測24VDC期間，或檢驗試驗開關或復位器期間，阻塞狀態指示器60的LED D5，則插針7必須保持高。
較早敘述的中斷程序是一個50μs的“heartbeart”，它生成一個用于線圈的20kHz PWM，從而實際上變更PWM輸出。計時器生成一個用于主線計時的2ms標志。該中斷程序可控制PWM的接通電壓占空因數。PWM值基于24VDC值，且能變化10％-20％，以保持線圈的位置，同時使由線圈和接觸器消耗的電力最小。在一個優選實施例中，50μs心搏器可用于每50μs執行一次的約17個主線指令，使1μs用于一個指令。因為數學程序是時間比較緊的，故A/D采樣必須交替于兩組輸入之間，如圖2A中108處的主線分支所示。
雖然根據優選實施例描述了本發明，但應當看出，除了明確地陳述的這些描述之外，等效、替換和修正的描述都是可能的，并且屬于所附權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種電動機過載線圈控制器(10)，包括多個接到和來自有j個輸入和k個輸出的電動機過載線圈控制器(10)的輸入(16)和輸出(18)(I/O)，其中至少有一個復位輸入(36，38)，一個電流傳感輸入(20)，一個滿載電流(FLA)輸入(30)，一個線圈控制輸入(42，44，46)，一個線圈控制輸出(68，70)，和一個狀態輸出(62)；一個具有n個輸入/輸出(I/O)線路的微控制器(12)，在此n＜(j+k)；一個按照一種把多個I/O(16，18)優先排序和合并成x個I/O從而n＜x＜(j+k)的方式，把j個輸入和k個輸出連接到微控制器(12)上的電動機過載電路(14)，借此減少多個I/O(16，18)的數目，但在此連接于微控制器(12)的多個I/O的數目仍超過微控制器(12)的n個I/O線路的數目；和其中微控制器(12)被編程成能使用n個I/O線路中的至少2個線路起輸入和輸出作用。
2.根據權利要求1的電動機過載線圈控制器(10)，還包括一個24VDC電源(452)，連接于線圈控制器(10)，且具有24VDC和5VDC的輸出；和一個第一線圈(64)，被連接成接收線圈控制輸出(68，70)。
3.根據權利要求2的電動機過載線圈控制器(10)，其中第一線圈(64)起正向線圈的作用，用于控制電動機的正向運動；還包括一個第二線圈(66)，它起反向線圈的作用，用于控制電動機的反向運動。
4.根據權利要求2的電動機過載線圈控制器(10)，其中微控制器(12)被進一步編程，以向線圈(64)提供滿DC功率，從而初始地激勵線圈(64)；然后在線圈控制輸出(68)上提供一個DC PWM信號，借此提供較低的電力，以把線圈(64)保持于一種拉入狀態。
5.根據權利要求4的電動機過載線圈控制器(10)，其中線圈控制輸出(68)來自微控制器的一個專用輸出線路。
6.根據權利要求1的電動機過載線圈控制器(10)，其中多個I/O(16，18)被進一步限定，使復位輸入包括一個本地復位輸入(36)和一個遠程復位輸入(38)；線圈控制輸入包括一個使能輸入(42)，一個正向輸入(44)和一個反向輸入(46)；線圈控制輸出包括一個正向線圈輸出(68)和一個反向線圈輸出(70)；狀態輸出包括一個狀態指示器輸出(62)和報警輸出(58)；電流傳感輸入包括一個三相電流傳感輸入(20)；控制器(10)還包含一個試驗輸入(50)，一個線圈控制電路電壓傳感輸入(54)；并且其中各個I/O(16，18)都通過幾個I/O線路由微控制器(12)來處理。
7.根據權利要求6的電動機過載線圈控制器(10)，其中微控制器(12)具有5個有效的I/O線路，其中1個線路專用于線圈控制輸出(68，70)，和其中4個線路是多功能I/O；并且其中電動機過載電路(14)和微控制器(12)至少處理13個I/O。
8.根據權利要求1的電動機過載線圈控制器(10)，還包括一個可由線圈控制輸出(68)控制的正向線圈(64)，和一個可由線圈控制輸出(70)控制的反向線圈(66)；線圈控制輸出(68，70)包括一個正向線圈輸出(68)，和一個反向線圈輸出(70)；并且其中微控制器(12)生成一個時鐘輸出(462)；和其中電動機過載電路(14)包括一個具有一個定時觸發器(504)的線圈選擇和驅動電路(圖4D)，它被連接成根據正向和反向線圈輸出(68，70)和時鐘輸出(Q，Q′)，接收正向和反向線圈輸出(68，70)和激勵第一和第二線圈(64，66)之一。
9.根據權利要求1的電動機過載線圈控制器(10)，其中電動機過載電路(14)還包括一個遠程輸入多路復用器(圖4C)，用于接收三個性質不同的外部控制信號一個外部反向控制信號(46)，一個外部正向控制信號(44)和一個外部使能控制信號(42)；其中每個信號皆可處于有效和無效這兩種狀態之一；遠程輸入多路復用器可區分這三個性質不同的外部控制信號，并且向微控制器(12)提供一個線圈控制輸入信號(470)，以指三個性質不同的外部控制信號中哪一個是有效的。
10.根據權利要求1的電動機過載線圈控制器(10)，其中；電動機過載電路(14)還包括一個機械本地復位器(32)和一個固態遠程復位器(34)，每個復位器皆連接于微控制器(12)的同一個I/O線路；并且微控制器(12)還被編程，使微控制器(12)能夠區分是否已經啟動機械本地復位器(32)和固態遠程復位器(34)之一，或是否已經啟動二者(32和34)。
11.根據權利要求2的電動機過載線圈控制器(10)，其中電動機過載電路(14)還包括一個試驗開關(48)、一個24VDC傳感器(52)和一個狀態指示器(60)，每個皆連接于微控制器(12)的同一個I/O線路；并且微控制器(12)還被編程，以便對同一I/O線路上的試驗開關(48)、24VDC傳感器(52)和狀態指示器(60)中的每一個，區分其接收和發送。
12.根據權利要求1的電動機過載線圈控制器(10)，其中狀態輸出(62)包括一個報警輸出(460)；并且電動機過載電路(14)還包括一個從微控制器(12)接收報警輸出(460)的報警電路(56)，報警電路(56)具有一個定時觸發器(464)，用于使報警輸出(460)與來自微控制器(12)的時鐘信號(462)同步，從而報警輸出(460)是來自一個與線圈控制輸入(470)相同的I/O(5)的。
13.根據權利要求1的電動機過載線圈控制器(10)，其中狀態輸出(62)包括一個狀態指示器輸出(480)；并且電動機過載電路(14)還包括一個狀態指示器(60)，其中具有一個LED(D5)，并且它在一個與至少另一個I/O相同的I/O的線路(6)上從微控制器(12)接收狀態指示器輸出(486)；并且其中微控制器(12)被進一步編程，以便計算一個用于電動機的熱堆(94)，在狀態指示器的輸出(486)上輸出一個熱堆計算的熱堆結果(96)，和在狀態指示器(60)的LED(D5)上顯示一個熱堆結果的表示。
14.根據權利要求13的電動機過載線圈控制器(10)，其中熱堆結果(96)是按照熱堆容量的百分率來顯示的；并且如果熱堆結果(96)接近100％的熱堆容量，則轉接LED(D5)，以呈現為連續接通(342)；和如果熱堆結果(96)小于100％的熱堆容量，則以表示熱堆結果(94)的頻率(344，346，348，350，352)接通和斷開LED(D5)。
15.一種電動機過載線圈控制器(10)，包括一個三相傳感電路(22，24)，可產生一個電流傳感信號I(20)；一個滿載電流(FLA)電路(28)，帶有一個用戶可調FLA裝置，設置和可產生一個FLA信號(30)；一個8位微控制器(12)，可接收來自三相傳感電路(22，24)的電流傳感信號(20)和來自FLA電路(28)的FLA信號(30)，其中帶有一個包含給定模型參數的查找表；對微控制器(12)編程，以便根據由下式給出的微分方程計算熱堆dV(n)(94)的變化，基于電流傳感信號(20)、FLA信號(30)和查找表來模擬電動機的加熱dV(n)=(I2t(n)-VR(n-1))1Cdt]]>式中I2t(n)是用電流傳感信號I(20)、FLA信號(30)和模型分析間隔時間t，選自查找表的；C是電動機模型電容；R是電動機模型熱阻，表示離開電動機的熱輸送；和V(n-1)是最后的熱堆結果(94)。
16.根據權利要求15的電動機過載線圈控制器，其中微控制器(12)被進一步編程，以便通過把最后熱堆結果加到改變后的熱堆dV(n)上(160)，計算一個實時熱堆V(n)。
17.一種計算一個工作電動機溫度的方法，包括下列步驟確定用于電動機的FLA值(110)；傳感到電動機的電流路徑中的電流(112)；限定一個分析間隔時間，要在該時間范圍內確定電動機的溫度(84，86)；繼續定期地傳感電流至少一段分析間隔時間(120)；和限定一個多步驟計算子程序(94)，以便定期地確定一個電動機的熱堆，和執行一個多步驟計算子程序的步驟，這樣的時期按分析間隔時間隔開。
18.根據權利要求17的方法，其中確定FLA值的步驟(110)包括讀出一個用戶可調裝置(28)，和根據用戶的選擇，使所選裝置與存儲裝置中查找表發生連系。
19.根據權利要求17的方法，還包括下述步驟初始化一個定序器(132)，然后用每個周期電流傳感來增大定序器；和根據定序器值，執行多步驟計算子程序(94)的一個步驟(134)。
20.根據權利要求17的方法，其中多步驟計算子程序(94)包括下述步驟獲取I2t值(136)，其中I是到電動機的電流值，t是分析間隔時間；把I2t值乘以FLA值(140)；計算從電動機消散的熱量(144)；計算沒有從電動機消散熱量的I2t(152)；從前一個計算來計算熱堆的變化(156)；和計算一個新的熱堆(160)。
21.根據權利要求20的方法，還包括下述步驟如果新熱堆等于或大于預定的跳閘值，則顯示新熱堆(96)的一個表示(164)。
22.根據權利要求17的方法，其中傳感電流的步驟(112)還被限定成，在有三個霍爾效應傳感器(22)的三相系統的每個相中傳感電流，一個霍爾效應傳感器是與三相系統的每個相可操作地結合的，從而提供三個電流信號。
23.根據權利要求22的方法，還包括下述步驟相加三個電流信號(26)，并且建立一個組合的線性和非線性響應，其中非線性響應發生于電動機電流容量的上端。
24.根據權利要求23的方法，還包括下述步驟對相加后的電流信號(27，104)進行A/D變換，使數據點之間的量化是在安排于電動機電流容量上端的預定試驗點處成為最大的。
25.一種監測電動機溫度的控制器(10)，包括一個FLA調節器(28)，用于校準對所期望電動機的控制，和產生FLA信號(30)；至少一個電流傳感器(404)，可操作地連系于一個到電動機的電流路徑，和產生一個電流傳感信號(20)；一個處理器(12)，連接于FLA調節器(28)以接收FLA信號(30)，和連接于至少一個電流傳感器(404)以接收電流傳感信號(30)，且被編程成限定一個分析間隔時間，要在該間隔時間范圍內確定電動機的溫度(100)；在分析間隔時間(100)期間從至少一個電流傳感器(404)周期地接收(109)電流傳感信號(30)；和執行一個多步驟計算子程序(94)，以便在一個分析間隔時間范圍內確定電動機的溫度。
26.根據權利要求25的控制器(10)，其中處理器(12)被進一步編程，以增大一個間隔順序符，和對每個順序符增量都執行多步驟計算子程序(94)的不多于一個的步驟。
27.根據權利要求26的控制器(10)，其中處理器還被編程成獲取一個I2t值(136)，其中I是到電動機的電流的值，和t是分析間隔時間；把I2t值乘以FLA值(140)；計算從電動機消散的熱量(144)；計算沒有從電動機消散熱量的I2t值(152)；根據前一計算來計算熱堆的變化(156)；和計算一個新的熱堆(160)。
28.根據權利要求27的控制器，其中處理器(12)被進一步編程，以便如果新熱堆等于或大于一個預定的跳閘值，則顯示一個新熱堆(96)的表示。
29.根據權利要求25的控制器，其中處理器(12)被進一步編程，以便通過讀出一個用戶可調裝置(28)來確定一個FLA值；并且根據用戶作的選擇，使所選裝置與存儲裝置中查找表連系起來。
30.根據權利要求25的控制器，其中該至少一個電流傳感器包括三個霍爾效應傳感器(404，406，408)，每個霍爾效應傳感器皆可操作地連系于三相系統中的一個相，借此提供三個電流信號。
31.根據權利要求30的控制器，還包括一個電流加法器(26)，它連接于三個霍爾效應傳感器(404，406，408)，用于相加三個電流信號和建立一個組合的線性和非線性響應，其中非線性響應發生于電動機電流容量的上端。
32.根據權利要求31的控制器，其中處理器(12)被進一步編程，以變換相加后的電流信號，從而在數據點之間的量化是在安排于電動機電流容量的上端的預定試驗點處成為最高的。
33.一種三相電流傳感電路，包括三個霍爾效應電流傳感器(404，406，408)，每個霍爾效應電流傳感器可連接于三相電源的一個相；三個放大器(416，418，420)，每個放大器可連接于一個霍爾效應電流傳感器(404，406，408)；三個半波整流器，每個半波整流器都包含一個單獨的非倒相運算放大器(442，444，446)，該放大器具有一個可連接于正電源的正電源終端和一個連接于接地電位的負電源終端，和具有一個連接于一個負反饋路徑中的二極管(D9，D11，D12)；并且每個都具有一個輸入和一個輸出，每個輸入連接于一個相應的放大器(416，418，420)和霍爾效應電流傳感器(404，406，408)，和每個輸出連接于一個公用結點(448)，以產生一個在任何給定時間表示所有三個獨立輸出當中最高輸出的單獨輸出信號。
34.根據權利要求33的三相電流傳感器電路，還包括一個連接于半波整流器公用結點(448)的電流加法電路(26)，和包括一個積分非倒相運算放大器(450)，它具有一個在負反饋路徑中并聯于一個電路器(R35)和一個電容器(C8)的齊納二極管(D10)，以便在輸出電壓高于齊納二極管(D10)的齊納電壓的情況下建立一個非線性響應。
35.一種用于電動機過載控制的控制方法(84)，包括下述步驟在系統復位(82)時，包含起始上電(170)，進入包括上電狀態的狀態指示的上電狀態(182)，和阻塞線圈輸出(194)；在一段預定的時期(196)以后，進入一種空載模式(200)和監測系統的輸入(206)，包含第一次檢驗一個起動輸入(208)，和如果不存在一個使能輸入命令(213)，則進入一種停止模式(212)，否則，作檢驗以看是否存在一個有效的電動機控制命令(214)，和如果存在(218)，則進入一個PWM模式(220)；在進入一個PWM模式(220)時，開始觸發一個線圈，以便用滿線圈功率觸發電動機運動(234)，然后通過生成一個PWM信號來降低到線圈的功率(242)，以維持線圈的觸發；定期檢驗使能輸入信號，以繼續維持使能輸入命令的存在(224)，如果不存在(226)，就進入停止模式(228)；和在進入停止模式(178，190)時，阻塞線圈輸出(298)。
36.根據權利要求35的控制方法(84)，還包括下述步驟提供一個報警但并不跳閘的模式(248，250)，其中雖然觸發報警(252)，但電動機繼續起動(254)。
37.根據權利要求35的控制方法(84)，還包括下述步驟監測電動機的溫度(236)，并且當所監測電動機溫度超過預定的數值(246)時，觸發一個輸出信號(252，274)。
38.根據權利要求35的控制方法(84)，還包括下述步驟定期檢驗系統的復位命令(258)；并且如果存在，就進入跳閘模式；和在進入跳閘模式(188)時，阻塞線圈的輸出(298)。
39.一種微控制器I/O插針結構和電動機控制器，包括一個微控制器(12)的第一I/O插針(5)，它被連接成接收一個使能信號(42)、一個正向信號(44)和一個反向信號(46)，用作輸入，它還被連接成提供一個報警信號(460)用作輸出；和一個微控制器(12)的第二I/O插針(6)，它被連接成傳感一個復位器件(32，34)用作輸入，并且觸發一個狀態指示器(60)用作輸出。
40.根據權利要求39的設備，其中第一I/O插針(5)還連接于復位器件(32，34)，充當用于復位器件(32，34)的轉發器；并且其中第二I/O插針(6)被連接于電壓傳感器(52)和試驗開關(48)，以接收用作輸入的電壓傳感信號和用作輸入的試驗信號。
41.根據權利要求39的設備，還包括一個微控制器(12)的第三插針(7)，它被連接于一個線圈選擇和驅動電路(14)，充當來自微控制器(12)的輸出；第三插針(7)還連接于一個FLA調節器件(28)，以便把諸信號從FLA調節器件(28)輸入到微控制器(12)。
42.根據權利要求42的設備，還包括一個微控制器(12)的第四插針(3)，它被連接成接收來自電流傳感器(22)的信號，第四插針(3)還產生一個時鐘信號(462)，用作到報警器(56)和線圈選擇和驅動電路(14)的輸出。
全文摘要
一種用于電動機起動器/繼電器接觸器的電動機過載線圈控制器。控制器包括一個微控制器,三相電流測量器。系統包括一個電流積分器、一個滿載電流(FLA)調節器。微控制器使用FLA調節器和電流信號去為電動機工作溫度的實時監測而找出適當的I
文檔編號H02H7/085GK1267113SQ00103878
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月10日 優先權日1999年3月12日
發明者帕特瑞克·詹姆斯·格理斯默, 克理斯托福·約翰·威勒徹, 克特·宛·艾克羅斯 申請人:尹頓公司