专利名称：单相交流电泵机电一体式自动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于单相交流电泵的控制装置。单相交流电泵一般可分为加压管道中介质的增压泵和将低位介质吸至一定扬程，的潜水泵类。现有的单相交流电泵控制装置，因尚无统一的国家标准可循等原因，市场上和应用领域里，种类虽多，但绝大多数只有电磁或机械式控制，无保护。这些控制装置一般可归并为一类是用一只触点开关手动通断电泵电源。另一类是采用随泵于一体的触点转换开关手动至自动、手动运行还是停止挡，去直接通断清水类电泵电源；手动档时，接通电源，电泵工作；停止挡时断开电泵电源；自动挡时，在水平清水管中置一可水平转动的塑料挡水板，板的非来水面装一浸于水中的回位圆柱螺旋弹簧，板的另一端夹一露浸于水的磁钢片，在板长度中央略靠近磁钢处的挡板注塑成圆柱形、置于垂直于档板塑料盒底面的凸出圆弧槽内定位。当水流动压缩弹簧、推开挡板时，磁钢片转至位于挡板塑料盒底壁外直接通断电泵220V交流电源的常开触点开关处，使之吸合；水不流动或无水时，弹簧将挡板回位，磁钢片也随同转离触点开关使其分断。当电泵电动机有起动绕组时，一般使用已公知的离心起动开关或继电器起动开关；近年来，在潜水泵中，也少有采用水压起动开关的，即将常闭起动开关的机械式受压移位部件置于高出水面的管道里，当潜水泵起动运行把水吸至该部件所处管道高度时，推开常闭起动开关。
上述控制装置，一是无电泵及控制电路本身过流(堵转、短路、欠压)和交流电源过压保护，易造成使用于潮湿、露天、高温、液(气)体里等较恶劣环境中或无人照看或电源电压不稳等的此类电泵损坏甚至烧毁等事故；二是电磁等触点开关体积大、通用性和可靠性较差、寿命较短、噪声较大，不适合严禁烟火等场所使用；三是手动换挡操作比较烦琐，易造成因误换挡等而损毁电泵；四是前述磁敏机械、触点式自动运行开关，易使弹簧、磁钢失效、挡水板等因积物卡住，用磁钢直接吸合电泵的负载开关既不可靠也不安全。
本实用新型的目的是以较低成本提供一种集自动起动、行运和保护等于一身，提高了可靠性，具有通用性等优点的机电一体式自动控制器。
本实用新型的自动控制器，由集成电路、电子、电磁及机械器部件等组成。无触点起动开关，只在有起动绕组的电泵手控起动时，自动接通起动绕组电源；无触点负载开关，在需要电泵起动运行时，自动或手控接通主绕组电源，电泵应按常规停止运行时自动关断主绕组电源；当电源、电泵发生过流(指交流电源、电泵负载和直流控制电源短路或严重欠压、电泵电机堵转等，下同)、交流电源发生过压故障时，同时自动关断并锁住无触点起动和负载开关等，使电泵停止运行，过流或过压指示灯亮、故障音响报警器工作，直至电源被切断。本电路另设有一手控备用开关，此开关接通时，除在非故障状态下电泵总是运行外，故障保护功能等与自动控制时相同。自动感应电泵管道里有无介质和介质是否流动的控制电路中，有一磁耦合器。
若电泵为增压泵类，当管中介质流动时，无触点负载和起动开关自动导通；管中介质不流动或无介质时，无触点负载和起动开关被关断，电泵不起动或停止运行；对无起动绕组增压泵，不接无触点起动开关至增压泵即可。若电泵为潜水泵类，只有当给其起动控制电路一触发信号时，电泵才起动；电泵起动后，进水节里有介质电泵运行，无介质电泵自动停止运行；电泵运行中，当进水节里已无介质时，电泵自动停止运行。受自动控制的电泵起动时，起动指示灯和自控运行指示灯亮，运行时只有自控运行指示灯亮；当为手动控制时，则比自控时增加一手控指示灯亮；当发生过流、过压故障时，只有相应过流或过压指示灯亮(注当直流控制电源发生过流故障时，是过压指示灯亮)。过流保护信号，源于电泵负载电流，过压保护信号源于直流控制电源。当磁耦合器的信号发生端位于流动介质的水平管道里，介质未流动或无介质时，一端密封着磁钢片，并在较靠近此端处有一圆柱形定位支点的介质挡板、稍斜向介质流动方向、覆盖挡板盒里管道截面，挡板的沿圆柱形定位支点中有一两端和一侧面用密封片密封的通孔；挡板盒的两内侧壁各有一既定位介质挡板支点又使之灵活限位转动的防积物堵塞支架；磁耦合器信号接收端的磁敏器部件合理固定于介质挡板盒一外侧；介质流动推着挡板转动时，磁钢片的磁力线刚好穿过挡板盒侧壁再垂直穿向磁敏器部件，管道中无介质或介质未流动时，介质挡板一般可靠自重回位，磁钢片转离磁敏器件；必要时介质挡板与定位支架或侧壁间加一合适的使介质挡板回位的平面蜗卷或扭转等弹簧；介质挡板盒及其中有关零部件，可据使用等要求用金属或非金属材料制成。该控制器可通过调整其控制电路中少数器部件参数或改变直流控制电源电压，实现对不同功率、使用要求电泵的自动控制。
该控制器为机电一体式结构，它采用的器部件绝大多数是已公知的普通件，加上它除无触点负载和起动开关外均为信号控制，对于各种规格电泵可使用一种外壳和少改器部件参数的控制电路，故造价低廉，通用性强，适合于批量生产；它实现了对广泛应用于工农业、科研、日用和军用等领域的此类电泵进行随泵或远程全功能自动控制与保护，因此既可节省值守工时又可延长电泵使用寿命，降低维修费用；它由集成电路、无触点开关等主控，从而提高了可靠性，噪声降低，省电安全；它可采用薄膜等开关、标示板，使用方便，状态指示、故障报警分明，造形美观；它适用于冷、热态介质，还适用于液(气)体介质，对于粉末或易碎微小颗粒介质也可使用；在改变少数器部件参数或直流控制电源电压前提下，适合于各种单相交流电泵使用。
图1为带直流电源、信号传输方向的电路框图。
图2为磁耦合器介质挡板盒局部主剖视图。
图3为磁耦合器介质挡板盒A-A剖视图。
图4为实施例电路图。
为了便于理解本实用新型的构成及使用实例。下面先结合附图1加以说明。图1中未标传输方向的连线为交流电源通路。220/110V等交流电由框13(以下均只用数字代表相应方框)电源开关接通，经14输出稳定的直流控制电源，14分别向6、9、10、15、19、20和22等提供直流电源，3、4和8的直流电源由20输出提供。如所控制的电泵为潜水泵类，接通13，按15中的手动点触起动开关，触发电路16和21同时获得触发低电平，分另控制通断起动绕组的史密特触发器22和20中使管道吸入介质的起动史密特触发器在所需时间内均输出高电平、其起动指示灯亮、无触点起动开关23导通，当电泵转速上升为额定转速的75％以上，16触发信号消失，22输出低电平，23截止，断开起动绕组；另一方面，20中起动史密特触发器向提供过压高电平的信号电路8、过流或过压初始均经设定延时后有触发高电平及起动运行时为触发低电平的控制电路3和R-S触发器4等提供直流电源；这时3同时向4中的R和S端提供低电平触发信号，4的输出端向无触点负载开关17的触发及工作指示电路11提供高电平，11的工作指示灯亮并触发17导通，电泵负载12的主绕组接通，电泵运转；二向故障保护电平保持开关电路5提供高电平；三向控制故障指示、报警10的史密特触发器6输入触发端提供高电平，6向10输出低电平；四向控制15中增压泵类自动起动开关的起动触发电路提供起动初瞬高电平。另外，在4输出高电平前瞬，6中有一使其触发端获得瞬间触发高电平的起动触发电路，以保证6在此瞬间输出低电平。当管中吸入介质时，流动介质推开磁敏介质挡板盒18中的介质挡板(磁敏发生端)，使受磁敏接收端控制的触发电路19，向20中运行R-S触发器提供置位触发信号，此触发器输出高电平，向3、4、8提供直流电源，此后21触发信号消失，20中起动史密特触发器输出低电平；20中的两个触发器输出端互不相通。与此同时，获取负载直流信号的电路1，传至变此电流信号为负载电平信号和牵制3触发电平高低的电路2,2与3之间有一只向2导通的单向导通器，当电泵起动电流大的瞬间，3不受2的高电平控制；电泵由起动转为运行后，2降为低电平并牵制3的触发端始终为置位触发。如电泵为增压泵类，接通13并管中有流动介质，电泵起动瞬间，有20的两个触发器同时输出高电平，又因15中有替代其中手动点触起动开关的自动点触起动开关，电路自动按潜水泵类控制过程，使电泵起动和运行；上述电泵若无起动绕组，则不接23的阳、阴极端子即可。电泵起动、运行后，如管中介质不流动或无介质或潜水泵进水节里无介质，对有起动绕组的增压泵和潜水泵类，起动后自动停机；对无起动绕组的增压泵类则不起动。
当发生过流故障时，1的电流信号输出显著或成倍增大，2的负载电平信号显著或成倍提高，使3的两触发端均经短暂延时上升为高电平，4输出低电平，11无触发信号，工作指示灯熄灭，17截止，电泵停转；同时6输出高电平，一则10的故障指示灯亮，音响器报警；二则15中的单向导通器向3的两触发端以及2反馈更高的高电平和向5中故障保护的电平保持无触点开关控制极提供高电平、使其导通，同时使6的触发端在20因电泵停转只有瞬间低电平输出时，继续获得触发低电平；二则向16和21输出触发高电平，锁住20中史密特触发器及22输出均为低电平，此时即使人为按动15中的手动点触起动开关，也不能起动电泵；此过流故障保护状态一直保持至切断电源为止。当交流电源发生过压(或控制电路某处发生严重漏电甚至短路)故障时，14中直流稳压器的输入与输出端电压差增大，使敏感耦合器发生端电路7，向带耦合器接收端的触发信号电路8发出故障信号，且其中的故障指示灯亮，8产生复位高电平触发信号给3，使4输出低电平，此后的保护控制过程与前述过流时相同。
当在特殊情况下，使用带指示灯的手动备用开关电路9起动电泵运行时，其手动指示灯亮，向3、4和11等提供直流电源或触发高电平，此时，除在电泵运行后、无论管中有无流动介质或管中和进水节里有无介质，电泵均运行外，其它起动、运行及过流、过压故障保护等控制过程及功能，与前述自动控制时相同。另外，必要时可通过调整控制电路1、2、3、4、7、11、17、23等中有关器部件参数或改变直流控制电源电压高低，实现对不同功率，使用要求电泵的控制。
以下结合附图2和3对产生磁耦合器发生信号的介质挡板盒相关器部件作一说明。参照附图，当磁耦合器的信号发生端位于流动介质的水平管道里、介质未流动或无介质时，由密封片[2]将磁钢片[1]的两端面和一侧面密封、并在较靠近[1]处有一圆柱形定位支点的介质挡板[6]，稍斜向介质流动方向、覆盖着挡板盒里管道截面，介质挡板[6]的沿圆柱形定位支点中有一两端用密封片[4]密封的通孔；挡板盒的两内侧壁各有一既定位介质挡板[6]支点又使之灵活限位转动防积物堵塞的支架[5](靠磁钢片[1]一侧为四个凸出小圆柱，另一侧为三个)；磁耦合器信号接收端的磁敏器部件[3]合理固定于介质挡板盒一外侧；介质流动推着介质挡板[6]转动时，磁钢片[1]的磁力线刚好穿过介质挡板盒侧壁再垂直穿向磁敏器部件[3]，管道中无介质或介质未流动时，介质挡板[6]一般可靠自身重量回位，磁钢片[1]转离磁敏器件；介质挡板盒及其中有关器部件，可据使用等要求用金属或非金属材料制成；必要时介质挡板[6]与定位支架[5]或侧壁间加一合适使介质挡板回位的平面蜗卷或扭转等弹簧。
为了具体阐述使用实例，下面再以附图4为例加以说明。按照附图，当SB开关接通交流电源时，经TC降压、VC2整流、C7和C8滤波等、V13三端稳压器稳压，直接向与V13输出端相连的IC4(为时间集成电路555或556，以下简称IC)及其外围电路等提供直流电源。若所控制的电泵为潜水泵类，按一下手动点触起动开关SA2，C10、C11瞬间充电，由V18、C10、R22、R23和C11、R26、R27组成的两个触发电路，其中R22＞＞R23、R26＞＞R27、C10＞C11，分别向IC1的史密特触发器和IC4的两触发端提供触发低电平，此两触发器分别向由V26、R28组成的触发电路和IC2及其外围电路输出高电平，一方面V26起动指示灯亮、无触点起动开关V22导通、接通电泵M的起动绕组，当电泵M转速上升至额定转速的75％以上时，C11放电完毕，IC4输出低电平使V22截止，V26熄灭，起动绕组断开；另一方面，IC2及其由R7、R8、C3组成的触发电路得电，因R7、R8和C3的值相对较大，且R7＞R8，向IC2提供触发低电平，使IC2输出端一向由R17、V24组成的触发电路提供触发高电平，V24指示灯亮、无触点负载开关V21导通，电泵主绕组通电运行；二是IC2的放电端截止，由R9和R13、V9等组成的分压电路向IC3的两触发端提供高电平，IC3分别向由R14、R15、R16、V11、E等组成的故障指示与音响报警电路和由V8、V9、R11、C5等组成的故障保护电平保持开关V9、的触发，V9电路提供低电平，使它们都不工作；三向由V17、RR25、C12组成的增压泵类自动点触起动开关中触发电路，提供起动初瞬高电平。另外，在IC2刚得电、其放电端由初始状态变为截止前瞬，电C4、R9、R10、V23等组成的电路，给IC3的触发端一瞬间触发高电平，使IC3此瞬输出低电平。当管中吸入介质时，流动介质使磁耦合器A2的接收端磁敏电阻的阻值大大减小，由此电阻加上R19、R20组成的触发电路，向IC1中的R-S触发器提供置位触发信号，此触发器向IC2及其外围电路提供直流电源，此后C10放电完毕，IC1中的史密特触发器输出低电平；因在此两触发器的输出端接有二极管V15和V16，使这两输出端互不相通。同时，当电泵起动运行后，电流互感器TA获得感应负载电流信号，这电流信号经VC1、C2整流滤波，在R3两端产生对应的负载电平信号，牵制IC2触发电平的高低，因V4的单向导通作用，当电泵起动电流大的瞬间，负载电平信号不能传向IC2触发电路，在电泵起动瞬间内，因C3、R7、R8的值较大使充电过程相对较慢；当电泵由起动转为运行后，R3两端电平信号降为低电平并牵制C3的充电电压在触发低电平范围内，使R8加C3的电压，低于阈值电压。若电泵是增压泵类，接通SB并管中有流动介质，电泵起动瞬间，IC1的两个输出端均向IC2输出高电平，C12给可关断晶闸管V17的控制极一瞬时高电平触发信号，V17瞬时导通，C10、C11自动充电，不需按手动点触起动开关，其它控制过程与潜水泵类相同；上述电泵，若无起动绕组，则不接V22的阳、阴极端子即可。电泵起动、运行后，如果管中介质不流动或无介质或潜水泵进水节内无介质，对有起动绕组的增压泵和潜水泵类，因IC1的R-S触发器一直不能输出高电平，起动后自动停机；对无起动绕组的增压泵类，也因IC1的R-S触发器不能输出高电平而不能起动。当电泵或电源发生过流故障时，R3两端的负载电平信号显著或成倍提高，使IC2的触发电路经短暂充电延时后上升为R3电平加V3压降后的高电平(R和S端电平分别高于R12的控制电压和1/2控制电压，IC2输出低电平，其放电端也导通为低电平，V24熄灭、V21截止，电泵停转；同时IC3输出高电平，使V11亮、E音响报警器工作，并通过V8、V3向C3、C2(充电)反馈更高的高电平和向V9的控制极提供高电平导通V9，使IC3的触发端在IC1因电泵停转只有瞬时低电平输出时，继续获得触发低电平；同时，IC3还通过二极管V19和V20，向IC1的史密特触发器和IC4输出触发高电平，锁住此二触发器的低电平输出，这时即使人为按动SA2，也不能起动电泵；上述过流故障保护状态一直保持至切断电源为止。当交流电源发生过压或控制电路某处发生严重漏电类故障时，直流电源三端稳压器V13的输入与输出端电压差显著增大，使经L、C1抗干扰电路、V1降压除去正常压差后，R1两端电压达到触发V2单向晶闸管导通的触发电平，光耦合器A1发生端二极管发光，同时，经R2降压限流的交流电源过压和控制电路过流指示灯V4亮，A2接收端光敏二极管导通，此导通二极管加上R5、R6等组成的触发电路，向IC2的两触发端提供高电平，IC2输出低电平，此后的保护控制过程、功能与前述过流时相同。
当在特殊情况下，接通手动备用开关SA1起动电泵时，由R21、V7组成的手控指示灯亮，向前述相应控制电路同时提供直流电源或触发高电平，此时除无论管中有无流动介质或管中和进水节内有无介质，电泵均不停地运行外，其它控制过程与故障保护功能与前述自动控制时一样。R18和V14为直流电源指示电路；R29、C14和R30、C15分别为V21和V22的保护电路。另外，适当调整R3等参数可改变牵制电平；适当调整R12可改变IC2的R-S触发电平高低与回差电压大小；适当调整R7、R8、C3、及R3、C2等参数可改变此电路的延时长短；必要时还可在4.5-18V范围内改变直流电源电压和TA、C2、R3、R7、R8、C3、R12、R17、R28、V21、V22等器部件参数，以适合对不同功率、使用要求电泵的控制。
权利要求1.一种单相交流电泵机电一体式自动控制器，由随泵一体的离心或继电器起动开关、手动至自动、手动或停止挡的触点转换开关、自动挡时的磁敏触点式自动负载开关组成，其特征是运行R-S触发器的触发端与磁耦合器信号接收端电连接，其输出端与起动史密特触发器输出端互不相通地电连接通断无触点负载开关R-S触发器的电源端及延时触发电路、交流电源过压敏感耦合器电路的信号接收端；通断无触点负载开关R-S触发器的延时触发电路S触发端与一向获取负载电流信号电路导通的单向导通器电连接，其输出端与无触点负载开关控制极、点触起动开关电路中的自动点触起动开关控制端电连接，其放电端和电源端与故障保护史密特触发器的起动触发电路电连接；故障保护史密特触发器触发端与过流、过压故障电平保持开关的开关端电连接，其放电端与故障指示、报警电路电连接，其输出端向通断无触点起动开关、起动史密特触发器的触发电路端单向导通、与过流、过压故障电平保持开关的控制端电连接；通断无触点起动开关史密特触发器输出端与无触点起动开关的控制极电连接；手动备用开关电路的一端与直流控制电源中三端稳压器的输出端连接，另一端与无触点负载开关的控制极电连接；上述控制器中，有分别与直流控制电源、无触点起动和负载开关控制极、交流电源过压敏感耦合器电路、手动备用开关电路电连接的状态指示灯。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征是当磁耦合器的信号发生端位于流动介质的水平管道里、介质未流动或无介质时，一端密封磁钢片，并在较靠近此端处有一圆柱形定位支点的介质挡板、稍斜向介质流动方向地覆盖介质挡板盒里管道截面，介质挡板的沿圆柱形定位支点中有两端用密封片密封的通孔；挡板盒的两侧壁各有一既定位介质挡板支点又使之灵活限位转动的防积物堵塞支架；磁耦合器信号发生端的磁敏器部件合理固定于介质挡板盒一外侧；必要时介质挡板与定位支架或侧壁间加一使介质挡板回位的平面蜗卷或扭转弹簧。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征是过流、过压故障电平保持开关中有一从故障保护史密特触发器输出端向通断无触点负载开关R-S触发器S触发端导通的单向导通器。
4.根据权利要求1所述的控制器，其特征是获取负载电流信号电路中，一感应负载电流的电流互感器输出端、整流电路、负载电平信号电路顺序电连接。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征是点触起动开关中的增压泵类自动点触起动开关和潜水泵类手动点触起动开关，都一端与直流控制电源电连接，另一端与通断无触点起动开关、起动史密特触发器的触发电路电连接。
6.根据权利要求1所述的控制器，其特征是通断无触点起动开关，起动史密特触发器的触发电路中，各有一与触发电路并联且与点触起动开关电连接的充电支路。
7.根据权利要求1所述的控制器，其特征是交流电源过压敏感耦合器电路信号发生端的两输入端分别与直流控制电源三端稳压器的输入和输出端电连接，其信号接收端的触发信号电路向通断无触点负载开关R-S触发器的延时触发电路单向导通电连接。
专利摘要一种单相交流电泵机电一体式自动控制器,它是取消已有触点起动、负载开关,由管中介质挡板盒、运行、通断无触点负载开关R－S触发器、保障保护、起动、通断无触点起动开关史密特触发器电路各一个顺序电连接,这三个史密特触发器、通断从触点负载开关R－S触发器、故障电平保持开关及点触起动开关电路、负载电流信号电路、交流电源过压敏感电路之间电连接,构成随泵一体或远程线控、自动起停并有过流、过压保护的控制器。它适用于增压、吸送冷、热液(气)体等介质的单相交流电泵。
文档编号G05B11/01GK2351774SQ9725140
公开日1999年12月1日 申请日期1997年12月31日 优先权日1997年12月31日
发明者雷光坤 申请人:雷光坤