[發(fā)明專利]用于控制三相電動機的方法和設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780032321.1
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN109314475A
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊戈爾·亞歷山大·圖雷夫斯基;摩西·海姆·奈曼;阿蒂爾·奈曼
• 申請（專利權(quán)）人: 動力傳動效率有限公司
• 主分類號: H02P1/32
• 分類號: H02P1/32;H02P25/18;H02P3/24;G01R21/06;G01R31/34
• 代理公司: 北京超凡志成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王暉;李丙林

描述了用于操作三相電動機的方法和控制設(shè)備，其中電機繞組根據(jù)轉(zhuǎn)矩要求在星形連接與三角形連接之間切換，并且其中當(dāng)需要制動轉(zhuǎn)矩時，電機繞組切換至制動模式。監(jiān)測電機的電磁轉(zhuǎn)矩，并且在電磁轉(zhuǎn)矩上升以達(dá)到或超過閾值時，給出從星形切換至三角形的命令。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩下降以達(dá)到第二閾值時，給出從三角形切換至星形的命令。本發(fā)明公開了一種基于電壓周期中在特定時刻處的相電流和相電壓的測量值來確定電機的電磁轉(zhuǎn)矩的瞬時值的方法。本申請還公開了下述方法，該方法測定在星形配置與三角形配置之間進(jìn)行切換操作或者從星形配置或三角形配置切換至動態(tài)制動模式的時間，以通過監(jiān)測EMF與電源電壓之間的矢量關(guān)系并在EMF矢量與電源電壓矢量對齊時在每個電機相中執(zhí)行切換操作來使涌入電流最小化。本申請還公開了當(dāng)由電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大致等于負(fù)載的轉(zhuǎn)矩需求時從星形切換至三角形或從三角形切換至星形以使效率最大化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對三相交流電機的控制。特別地，本發(fā)明涉及用于控制三相交流電機特別是異步電機的設(shè)備和方法，以驅(qū)動不需要精確速度控制的機械裝置或機構(gòu)。本發(fā)明在具有頻繁的啟動和制動周期并且具有可變負(fù)載的電機驅(qū)動裝置的領(lǐng)域中是特別實用的。這種機器的示例為混合器、起重機、升降機、離心鑄造機和金屬制造機。本發(fā)明在不需要精確速度控制的連續(xù)運轉(zhuǎn)機構(gòu)的領(lǐng)域中也是實用的，該連續(xù)運轉(zhuǎn)機構(gòu)的示例為泵、風(fēng)扇、壓縮機、輸送機、自動扶梯和通風(fēng)設(shè)施。

背景技術(shù)

用于驅(qū)動工業(yè)機器或設(shè)施的三相交流(AC)電機通常在定子中具有三個電機繞組，并且基于三相電力電源運轉(zhuǎn)。電機繞組對稱地布置并且以三角形(Δ)配置或星形(Y)配置連接到三相電源。星形或“Y”配置也稱為“Y形”配置。電機繞組中的每個繞組都具有第一端和第二端。在三角形(Δ)配置下，每個繞組的第一端連接到下一繞組的第二端，使得三個繞組以三角形連接，其中電源的三個相連接在三角形的相應(yīng)頂點處。在星形(Y)配置下，所有三個繞組的第一端都連接在一起，并且各個相應(yīng)的第二端連接到三相電源的一個相。

為了改善負(fù)載下的啟動和能量性能，通常，三相電機通常設(shè)置有能夠?qū)⑵淅@組從星形配置切換至三角形配置并且反之亦然的控制電路。

每個電機繞組可以包括一個或多個串聯(lián)連接的線圈，線圈圍繞定子分布，以便在連接到三相電源時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電機上沒有機械負(fù)載時，電機的轉(zhuǎn)子以與旋轉(zhuǎn)磁場相同的速度旋轉(zhuǎn)。因此，市電電源的頻率限定了同步電機的設(shè)計速度。當(dāng)電機正在驅(qū)動負(fù)載時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度略慢于旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)的速度，這種現(xiàn)象稱為“滑差(slip，轉(zhuǎn)差)”。

與以星形(Y)配置連接的電機相比，以三角形(Δ)配置連接的電機具有增加的通過電機繞組的電流，因此，星形配置通常用于啟動直接線路連接的電機，以便避免電源過載。當(dāng)電機已經(jīng)被啟動并且以其設(shè)計速度或接近其設(shè)計速度運行時，繞組切換至三角形配置，使得電機就可以在高功率輸出下運行。星形與三角形之間任一方向上的過渡都可以在“斷開過渡”中或在“閉合過渡”中進(jìn)行，在該“斷開過渡”中，暫時從電機移除功率并且切換繞組的連接，在“閉合過渡”中，在功率保持連接的同時切換繞組。在這種“閉合過渡”中，在過渡過程期間通常會有涌入電機中的功率。

速度控制

為了控制三相電機的速度，存在各種控制電路來將市電電源的頻率轉(zhuǎn)換為預(yù)定范圍內(nèi)的較低頻率，并將該轉(zhuǎn)換后的頻率應(yīng)用于電機端子以改變電機的設(shè)計速度。實際的旋轉(zhuǎn)速度將取決于機械負(fù)載，并因此取決于“滑差”的量，因此，通過根據(jù)實際轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)頻率，可以可靠地實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的預(yù)定轉(zhuǎn)速。可找到大量的文獻(xiàn)描述這些變頻裝置(VFD)，所述變頻裝置可以概括地分為自然、強制或混合換向。

VFD控制器在驅(qū)動三相電機中的主要應(yīng)用是它們的下述用途：提供準(zhǔn)確的速度控制，在負(fù)載變化的情況下提供恒定的功率消耗，并通過限制電機運行中的抖動提供旋轉(zhuǎn)的流暢性和連續(xù)性。