借助于电磁开关对电动机的两步连接的装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及借助于电磁开关对电动机的两步连接。提供了一种在两步连接过程中使用电磁开关的方法和设备，以最小化起动期间的三相电动机中的浪涌电流和转矩振荡。

【技术实现步骤摘要】
借助于电磁开关对电动机的两步连接
本公开内容总体上涉及三相电动机和驱动设备的控制、保护和起动，更具体地，涉 及借助于电磁开关对电动机的两步连接。
技术介绍
绝大多数的三相电动机起动器是使用基本上同时连接和切断到电动机的三相电 源的所有相的接触器的简单设备。这种三相电源的同时应用导致将过度的、潜在具有破坏 性的应力施加于电力分配网络、电动机以及驱动负载的高峰值浪涌电流和转矩脉动。这些 浪涌电流对正常起动电流（in-rush current)而言是附加的，并且会损害起动器接触器中 所使用的电接触部并且缩短起动器的寿命。为了避免由于因这些浪涌电流引起的更高峰值 电流而导致的乱真跳闸（nuisance trip)，通常的做法是将电力分配网络中的电路断路器 的断路电平（trip level)设置得比支持额定负载所需的断路电平更高。这降低了断路器在 故障状态的情况下最小化损害的能力。尽管存在减少或消除这些负面属性的起动电动机的 替选方法(诸如，电动机驱动器和电子软起动器)，但是这些替选方案通常对于安装和配置 而言更大型、更贵、更复杂，并且具有比机电起动器更短的使用寿命。
技术实现思路
实施例包括电磁开关，该电磁开关提供导致电动机的一些绕组在绕组的剩余部分 经历电流流动之前经历电流流动的两步连接过程。描述了两个这样的提供两步切换的可 能实施例。一个实施例使用单极开关（SPS)。另一实施例使用包括三个极的延迟极接触器 (DPC)，其中一个极被设计成相对于另外两个极的闭合以时间上的偏移来闭合。目前，虽然 能够控制开关的操作的其他装置也令人满意，但是这两个实施例都使用由电子装置控制的 DC (直流）电磁体。 【附图说明】 为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在将参照以下结合附图进行的详细描 述，其中相同的附图标记表示相同的部件，在附图中： 图1示出了电动机分支电路组件； 图2示出了组件，该图是使用三极延迟极接触器（DPC)的实施例的外观图； 图3示出了图2的组件的横截面； 图4示出了图2的组件的另一横截面； 图5和图6示出了组件的中心极的操作； 图7和图8示出了组件的外极的操作； 图9和图10示出了对于组件的闭合和断开定时序列； 图11示出了组件，该图是使用单极开关（SPS)的实施例的外观图； 图12示出了图11的组件的横截面； 图13示出了图11的组件的另一横截面； 图14示出了描绘将三相电源同时连接到三角形连接电动机的效果的曲线图； 图15示出了描绘将三相电源两步连接到三角形连接电动机的效果的时序曲线 图； 图16示出了对于具有Y形构形的电动机的一组示例连接； 图17示出了针对所有接触器极的同时闭合的向量图； 图18示出了针对接触器极的两步连接的向量图； 图19示出了用于Y形构形的电动机的两步闭合的六个可能连接时序中的三个连 接定时的相电压波形； 图20示出了具有在电动机绕组外部连接的接触器极的三角形构形的电动机； 图21示出了具有电动机绕组内部的接触器极的三角形构形的电动机； 图22示出了针对具有电动机绕组内部的接触器极的三角形构形的电动机以60电 度闭合的第一步骤的时序图； 图23示出了对于Y形构形的电动机的两步起动而言各个接触器极的闭合的时序 图； 图24示出了使用三极延迟极接触器（DPC)的电动机电路； 图25示出了使用单极开关（SPS)的电动机电路。 【具体实施方式】 当电磁接触器用于从静止起动感应电动机时，根据电动机的大小和结构，电动机 通常从电源汲取在电动机满载电流（FLC)的六倍与十倍之间的起动电流。随着电动机接近 全速，该电流下降到与电动机上的负载相称的较小值。 然而，在将电源同时连接到电动机期间，也会出现许多不期望的现象。存在电动 机生成的转矩的严重振荡脉动，其在较大电动机中可以持续达到数秒。这通过经历的反作 用力将高机械应力强加于整个驱动系统(尤其强加于联轴器、齿轮箱、轴承以及定子绕组)。 脉动转矩的峰值既可以正的也可以是负的，并且可以为在正常运行下经历的最大转矩的多 倍。该脉动转矩是引起故障(特别是电动机遭受频繁起动）的重要因素。 同样严重的是，在转矩脉动的瞬变周期期间，电源电流峰值可以超过预期的稳态 锁定转子起动电流的两倍。该异常高的电流被称为浪涌电流，并且会引起对于电动机保护 的问题。通常，电动机起动器将接触器与过载保护相结合以在电动机汲取过多电流的情况 下切断电动机。过载机制必须容许高浪涌电流而不过早地切断电动机，但尽管如此，过载机 制必须能够在电动机变得过载并且汲取多于仅110%的满载电流的情况下在运行期间关闭 电动机。对于高效电动机，浪涌电流可以达到FLC的18/20倍，这使得过载继电器和断路器 的设置复杂化以允许起动并且仍提供足够的运行保护。 然而，可以通过修改将电源连接到电动机的方式来极大地减小或消除转矩脉动和 浪涌电流这两者。如果通过放置在电源与电动机端子之间的接触器极来连接三相电动机， 并且操作该三相电动机以使得首先连接两个相（当该两个相之间的线路电压具有峰值时） 并且四分之一的电源电压周期过后连接剩余的相，则极大地减小或消除了转矩脉动和浪涌 电流这两者。 当感应电动机静止时，在内部生成的反电动势（back emf)为零。如果忽略定子电 阻Rs，则当应用电源时，根据定子电感来确定电流流动。如果所有三个相一起被激励，则电 流流动由将流动的平衡稳态三相AC (交流）起动电流加上在每相中以不同量存在的指数衰 减的DC瞬变电流组成。当所有电流都为零并且其变化率受电动机电感限制时，在连接时刻 确定DC瞬变的幅度。在紧接在连接之后的时刻，电动机电流仍为零。因此，此时，稳态电流 和DC瞬变电流通过以下公式来关联： 稳态电流+DC瞬变电流=0 如公式所示，在紧接在连接之后的时刻，DC瞬变电流的幅度与稳态起动电流值相 等并且符号相反。该DC直流随着电动机磁化时间常数而衰减。 DC电流的影响是导致伴随电动机起动的严重转矩脉动。这样发生是因为DC瞬变 引入了另外的、非旋转的且衰减的DC场分量，而不是稳态AC电流会产生的均匀旋转磁场。 当它们被校准（aligned)时，添加到AC场，但是随着定子场移动而不与DC场分量校准，从 AC场中减去。因此，电动机磁通在（AC磁通+DC磁通）与（AC磁通-DC磁通）之间振荡，而 不是保持稳定(旋转)值。这导致电动机转矩在电源频率下严重振荡，该振荡仅随着DC磁通 衰减而减弱。这在较大的电动机中可能持续数秒。 两步连接过程能够消除由于缓慢衰减的激励DC磁瞬变电流和相关联的转矩脉动 而引起的浪涌。对于Y形连接的电动机，首先将电动机的两个相连接到电源端子以在两个 电动机绕组中增强电流，以使得在连接剩余相的时刻，所有三个电流均正好等于其与所有 相最终连接到电源波形的点相对应的稳态AC值。如果紧接在连接第三相之前或之后电流 具有稳态值，则不生成附加的DC瞬变电流，电动机以等于稳态锁定转子电流的一组平衡AC 电流起动，并且不存在转矩脉动。 在从静止起动电动机时，必须选择连接前两个相时电源波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切换电接触部的方法，包括：监测具有电源和电动机的电气系统中的电压；在相电压过零点之后的第一相角处或之前闭合第一直流电磁控制接触部，以使得电流在至少一个绕组内大致在所述相电压过零点之后的第一相角处开始流动，所述直流电磁控制接触部被配置成调节由所述电源供应到所述电动机的电力；以及此后，在所述第一直流电磁控制接触部闭合之后的规定时刻，闭合剩余的直流电磁控制接触部。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/815,8631. 一种切换电接触部的方法，包括： 监测具有电源和电动机的电气系统中的电压； 在相电压过零点之后的第一相角处或之前闭合第一直流电磁控制接触部，以使得电流 在至少一个绕组内大致在所述相电压过零点之后的第一相角处开始流动，所述直流电磁控 制接触部被配置成调节由所述电源供应到所述电动机的电力；以及 此后，在所述第一直流电磁控制接触部闭合之后的规定时刻，闭合剩余的直流电磁控 制接触部。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述规定时刻是相对于所述第一相角所测量的 所述系统中的电压的第二相角。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，当所述电动机绕组具有Y形构形时，所述第一相 角大约为60度并且所述第二相角大约为90度。4. 根据权利要求2所述的方法，其中，当所述电动机绕组具有三角形构形并且所述直 流电磁控制接触部承载用于不止一个电动机绕组的电流时，所述第一相角大约为60度并 且所述第二相角大约为90度。5. 根据权利要求2所述的方法，其中，当所述电动机绕组具有三角形构形并且所述直 流电磁控制接触部承载用于一个电动机绕组的电流时，所述第一相角大约为30度并且所 述第二相角大约为120度。6. -种接触器组件，包括： 多个独立直流电磁控制接触部； 用于针对向所述多个独立直流电磁控制接触部中的至少一个所施加的电力来监测电 压过零点的装置；以及 控制器，能够与用于监测电压过零点的装置和所述多个独立直流电磁控制接触部相关 联操作，并且被配置成当所述控制器接收到闭合电路指令信号时，接合不到所有所述多个 独立直流电磁控制接触部。7. 根据权利要求6所述的接触器组件，其中，所述多个独立直流电磁控制接触部针对 多相电源的每个相包括至少一个独立直流电磁控制接触部。8. 根据权利要求7所述的接触器组件，其中，所述控制器还被配置成仅在接合不到所 有所述多个独立直流电磁控制接触部之后，接合多达所述多个独立直流电磁控制接触部。9. 根据权利要求8所述的接触器组件，其中，所述控制器还被配置成仅在接合多达所 述多个独立直流电磁控制接触部之后，脱离多达所述多个独立直流电磁控制接触部。10. 根据权利要求9所述的接触器组件，其中，所述控制器还被配置成仅在脱离多达所 述多个独立直流电磁控制接触部之后，接合不到所有所述多个独立直流电磁控制接触部。11. 根据权利要求10所述的接触器组件，其中，所述控制器还被配置成仅在接...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·J·金塞拉，彼得·昂斯沃思，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US