旋转电机控制制造技术

本发明专利技术公开了用于改进旋转电机的启动／制动的装置和方法。旋转电机由电压源（１０）提供电压。测量相电流的幅度。利用相电流、所加电压和转差率之间的关系，把测量电流值（Ｉ＃－［Ｍ］）和所加电压（Ｕ）与对于预定的目标转差率（Ｓ＃－［Ｔ］）的预期的值进行比较。比较结果给出偏差值，所述偏差值用于产生电压源（１０）的调整信号（ΔＵ）。要启动和制动电机时，以预定方式分别增加或减小目标转差率。可以以附加到现有软启动设备的单独附加单元的形式来提供所述调整装置。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
旋转电机控制
本专利技术一般涉及用于旋转电机的速度调整的装置和方法。本专利技术特别涉及异步旋转电机的软启动器/制动器。
技术介绍
异步电机现今广泛使用在各种应用之中。异步电机具有许多优点。通常其构造简单，工作非常安全，寿命较长。但异步电机的启动和制动需要考虑其他一些因素。立即加上全电压会引起非常大的电流峰值，继而导致电压降落。对于大电动机，特别是与弱电网连用时，这种电压降落会在电网中造成很大的干扰。因此常要求电机慢启动，至少对于较大的电动机应如此。在大型和复杂的应用中，异步电机有时配备有调速器，用以检测实际的转差率并采取措施从而获得所需的工作状态。但对于简单的应用，基于检测实际转差率的解决方案过于昂贵。解决启动和制动问题的一种常用途径就是加软启动器/制动器-它根据预定的时间表使输送到异步电动机的电压上下倾斜。图1a示出用于驱动泵的异步电动机的典型转矩与转速的关系曲线。虚线对应于电动机，实线对应于负载。正常工作时，工作点位于曲线交叉处，即A点。制动电动机时，最常用的先有技术的软启动器/制动器使用线性斜坡下降电压。在此过程中可以从电动机得到的转矩以相同的比例减小。图1b示出这样的情况：电动机电压已降到给出一个新的工作点B。但这个工作点B是不稳定的，一个小小的干扰就会导致转矩的小小下降，继而导致工作点突然变成点C，在点C，电机的转矩显著降低。-->在电动机的负载具有高惯性动量的系统中，这没有任何问题。由于负载的惯性，电动机的转速总会缓慢下降，直到电动机停转。但在许多应用中，例如对于离心泵，负载的惯性低，电动机工作点的突然改变会导致电动机速度的急剧改变。在图1a和1b的实例中，转速会迅速降低约50％。这通常会在泵所连接的系统中产生大的瞬变。在例如输送较高密度液体的系统中，会形成较大的压力波，以致破坏泵设备以及系统的其他部件。这包括破坏性的振动和撞击。另一个有问题的领域是异步电动机应用于搅拌器。许多液体的粘度与速度有关。这意味着静止的液体可以具有比流动中的同样液体高得多的粘度。在液体开始流动时，粘度显著降低。在这种系统中的负载曲线可类似于例如图2的曲线。此曲线示出零速度时的相当高的起始负载，以实心圆表示，但当速度超过零时负载突然减小，如虚线所示。在这种具有先有技术的软启动器的系统中，启动泵时电压斜坡上升，直至达到静态负载的转矩。在达到这一点之前电动机不会转动。当终于开始转动时，负载转矩显著降低，电动机速度突然增加。这种转速的突然改变会由于振动和/或机械损坏而破坏系统。在Unsworth等人的专利US 5008608中公开了一种启动和制动电动机的控制器。所述控制器包括每一相的可控硅控制装置。所述控制器测量电动机的一相零交叉时的电压和电流之间的时间间隔。根据此数值和参考数值来控制可控硅的触发时间。为了启动和制动电动机，可逐渐增加或减小参考数值。所述装置杜绝了在制动电动机时转矩的突然改变。所述解决方案是基于对电压和电流的零交叉的检测。但这种装置使用在简单的应用中仍然过于昂贵。在专利EP 0621680B1中，公开了用于限制三相异步电动机软启动时的转矩的方法。根据对电机的有效功率的测量、通过可控硅控制来完成调整。通过对有效功率的调整来控制转矩。为了测量有效功率，必须测量电流、电压和相对相角。这个解决方案也是基于昂-->贵的元件，不适用于许多应用。而且，所述公开的内容也没有提到制动电机时的任何问题。概述本专利技术总的目的是提供旋转电机的控制转速的软启动和制动的廉价的装置和方法。本专利技术的另一个目的是提供能容易地适合于与现有的软启动器共同工作的这类装置和方法。上述目的是通过根据所附权利要求书的装置和方法来实现的。一般来说，使用电流测量结果作为对旋转电机的供电电压进行反馈调整时的输入信号。更详细地说，由电压源向旋转电机提供电压。测量相电流。利用相电流、电压和转差率之间的关系，将测量的电流值与对在特定的所加电压下预定的目标转差率所预期的值进行比较。在一个实施例中，根据此关系将所述测量的电流转换成“测量的”或实际转差率，将所述实际转差率与目标转差率进行比较，给出偏差值。在另一个实施例中，根据此关系将目标转差率转换成目标电流，将所述目标电流与测量电流进行比较，给出偏差值。这两个不同的实施例也可加以组合。利用所述偏差值从电压源产生校正电压。要启动和制动电机，可分别增加或减小所述目标转差率。根据本专利技术的另一方面，根据以上说明而得到的偏差值用于监控旋转电机的连续工作。附图简要说明参阅结合附图所作的以下说明就可更好地理解本专利技术以及本专利技术的其他目的和优点，附图中：图1a是示出典型的异步电动机和与所述电动机相连接的泵负载在正常工作时的转矩曲线的简图；图1b是示出图1a的异步电动机和泵负载在降低电压工作时的转矩曲线的简图；-->图2是示出搅拌装置的可能的转矩曲线的简图；图3是根据本专利技术的旋转电机系统的实施例的方框图；图4a是可用于本专利技术的比较器的实施例的方框图；图4b是可用于本专利技术的比较器的另一个实施例的方框图；图4c是可用于本专利技术的比较器的又一个实施例的方框图；图5是基于传统的软启动单元的根据本专利技术的旋转电机系统的另一个实施例的方框图；图6是根据本专利技术的控制方法的流程图；图7是示出根据本专利技术的泵电动机制动过程中随时间而变的电压和转速的可能的状态的简图；图8是示出根据本专利技术的搅拌机启动过程中随时间而变的电压和转速的可能的状态的简图；图9是示出对于加到异步电动机上的恒定电源电压其电流和转差率之间的典型关系的简图；以及图10是根据本专利技术的监控方法的流程图。详细说明以下要讨论许多参数以及代表这些参数的信号。一般情况下，不区分这些参数和代表这些参数的信号，因为本专业的技术人员很容易在它们之间进行转换。因此，参数的实际值和代表它的信号用同样的符号来表示。整个本文件中，主要根据转差率来讨论关于速度和有关参数的所有关系。但本专业的任何技术人员都理解，对于可从转差率直接推导出的参数，例如异步电动机的转速，这些关系也同样有效。由于电网频率已知，在转差率和转速之间就具有独特的关系，所有涉及转差率的关系都可改变为涉及转速的关系。这种改变应理解为包含在本专利技术的内容中。图3示出旋转电机系统1，它包括速度控制装置2和旋转电机3。-->在所述实施例中，速度控制装置2通过三相接线4与电网(未示出)相连。速度控制装置2调整来自电网的电压，并通过电动机相接线5向旋转电机3提供适当的相电压。旋转电机3一般情况下是三相工作的鼠笼式异步电动机。正如本专业的任何技术人员都理解的，电动机3也可是其他类型，例如磁阻电机等。在所述实施例中速度控制装置2包括电压源单元10，后者连接在三相接线4和转子相接线5之间。电压源单元10设置成能够调整其输入电压以便提供合适的转子相电压。这样就可知道提供给转子的电压U。电流计12用来测量通过电动机相接线5馈入电动机的电流。所述电流值通常是RMS(均方根)值，对应于流入电动机的平均电流，但也可以是其他电流参数的量度。或者，也可以测量多于一相的电流，例如对三相的每一相都进行测量。代表所述测量电流值的信号IM和代表所加电压的信号U都送到比较装置15。比较装置15将测量电流值与根据目标转差值ST预期的值进行比较。所述结果是调整信号ΔU，它代表所要求的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于旋转电动机（３）的转速控制方法，所述方法包括以下步骤：向所述旋转电动机（３）加电压（Ｕ）；测量加到所述旋转电动机（３）的电流；将所述测量电流值（Ｉ↓［Ｍ］）和所述电压（Ｕ）与目标转差率（Ｓ↓［Ｔ］）相组合，利用电流、电压 和转差率的预定关系，给出调整信号（ΔＵ）；以及根据所述调整信号（ΔＵ），向所述旋转电动机（３）加电压。

【技术特征摘要】
SE 2000-11-20 0004249-91.一种用于旋转电动机(3)的转速控制方法，所述方法包括以下步骤：向所述旋转电动机(3)加电压(U)；测量加到所述旋转电动机(3)的电流；将所述测量电流值(IM)和所述电压(U)与目标转差率(ST)相组合，利用电流、电压和转差率的预定关系，给出调整信号(ΔU)；以及根据所述调整信号(ΔU)，向所述旋转电动机(3)加电压。2.如权利要求1所述的转速控制方法，其特征在于所述组合步骤又包括以下步骤：利用所述关系，将所述目标转差率(ST)转换成目标电流值(IT)；将所述测量电流值(IM)和所述目标电流值(IT)相比较，给出所述差值形式的偏差值(ΔI)；以及通过对所述偏差值(ΔI)进行调整而得到所述调整信号(ΔU)。3.如权利要求1所述的转速控制方法，其特征在于所述组合步骤又包括以下步骤：利用所述关系，将所述测量电流(IM)转换成实际转差值(SM)；将所述实际转差值(SM)和所述目标转差值(ST相比较)，给出所述差值形式的偏差值(ΔS)；以及通过对所述偏差值(ΔS)进行调整而得到所述调整信号(ΔU)。4.如权利要求1所述的转速控制方法，其特征在于：所述组合步骤在所述电动机工作的不同阶段根据权利要求2或按照权利要求3进行。5.如权利要求1-4中任一项所述的转速控制方法，其特征在于：所述目标转差率(ST)按照预定时间表变化。6.如权利要求1-5中任一项所述的转速控制方法，其特征在于：所述关系是所述旋转电动机(3)的转差率、电压和电流之间的实际测量的关系。7.如权利要求1-5中任一项所述的转速控制方法，其特征在于：所述关系是所述旋转电动机(3)的转差率、电压和电流之间的预定的模型化的关系。8.一种用于旋转电动机(3)的速度控制装置(2)，它包括：连接到所述旋转电动机(3)的电压源(10)；用于测量供给所述旋转电动机(3)的电流(IM)的装置(12)；连接到所述测量装置(12)和所述电压源(10)的比较装置(15)，用于将所述测量电流值(IM)和所述电压(U)与目标转差率(ST)相组合，利用电流、电压和转差率的预定关系，给出调整信号(ΔU)；其中所述电压源(10)配置成按照所述调整信号(ΔU)向所述旋转电动机(3)加电压。9.如权利要求8所述的速度控制装置，其特征在于所述比较装置(15)又包括：利用所述关系，将所述目标转差率(ST)转换成目标电流值(IT)的装置(26)；比较器(20)，用于将所述测量电流值(IM)和所述目标电流值(IT)相比较，给出所述差值形式的偏差值(ΔI)；以及用于通过对所述偏差值(ΔI)进行调整而得到所述调整信号(ΔU)的调整装置(18)。10.如权利要求8所述的速度控制装置，其特征在于所述比较装置(15)又包括：利用所述关系，将所述测量电流(IM)转换成实际转差值(SM)的装置(26)；比较器(20)，用于比较所述实际转差值(SM)和所述目标转差值(ST)，给出所述差异的差值(ΔS)；以及调整装置(18)，用于通过对所述偏差值(ΔS)进行调整而得到所述调整信号(ΔU)。11.如权利要求8所述的速度控制装置，其特征在于所述比较装置(15)又包括根据权利要求9的所述转换装置的第一转换装置、根据权利要求10的所述转换装置的第二转换装置和用于在所述电动机工作的不同阶段选择所述第一和第二转换装置之一的装置(28)。12.如权利要求8-11中任一项所述的速度控制装置，其特征在于：用于根据预定的时间表改变所述目标转差率(ST)的装置(16)。13.如权利要求8-12中任一项所述的速度控制装置，其特征在于所述比较装置(15)还包括用于存储所述旋转电动机(3)的转差率、电流和电压之间的实际测量的关系的装置(22)。14.如权利要求8-12中任一项所述的速度控制装置，其特征在于所述比较装置(15)还包括用于存储所述旋转电动机(3)的转差率、电流和电压之间的所述关系的预定模型的装置(22)。15.把如权利要求8-14中任一项所述的速度控制装置用于启动和/或制动旋转电动机。16.一种用于异步旋转电动机(3)的软启动器/制动器装置(6)的调整单元(7)，它包括：用于接收供给所述旋转电动机(3)的电流(IM)和电压(U)值的装置；连接到所述接收装置的比较装置(15)，用于将所述测量电流值(IM)和所述电压(U)与目标转差率(ST)相组合，利用电流、电压和转差率的预定关系，给出调整信号(ΔU)；以及用于向所述旋转电动机(3)提供所述调整信号(ΔU)的装置。17.如权利要求16所述的调整单元，其特征在于所述比较装置(15)又包括：利用所述关系，将所述目标转差值(ST)转换成目标电流值(IT)的装置(26)；比较器(20)，用于将所述测量电流值(IM)和所述目标电流值(IT)相比较，给出所述差值形式的偏差值(ΔI)；以及用于通过对所述偏差值(ΔI)进行调整而得到所述调整信号(ΔU)的调整装置(18)。18.如权利要求16所述的调整单元，其特征在于所述比...

【专利技术属性】
技术研发人员：B奥尔松，S扎赖，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]