[发明专利]用于电动机起动器的频繁起动保护和节能控制器

说明书

本发明一般来说涉及用于电动机起动器的控制系统，更确切地说涉及使电动机的工作节能的方法和装置。

许多电气机械电动机起动器采用双金属过载元件在起动期间和在电动机运行时保护电动机。典型的过载元件使电动机电流流过它，这转而引起它升温并进入一种受力状态，该状态造成该元件改变形状。在某些大功率的用途中，用一个电流变压器给过载元件供电。该电流变压器提供一个与电动机电流成比例的电流，以便当该电流达到一定值时引起该元件改变形状。当电动机被切断时，或者当由于负载条件而过载跳闸时，该双金属元件保持处于该应力状态直到它冷下来为止，而不管电动机是否能再次安全起动。当收到起动指令而双金属元件仍然处于应力位置时，防止电动机起动。相反，一旦双金属元件已经冷下来并返回其正常位置，过载接点就允许电动机起动而不管电动机的温度。此外，由于从上一次跳闸以来过载元件仍然温热，所以对于规定等级的电动机来说能够允许的热量被减少仍然在双金属元件中的热量，这可能引起过载元件变成受应力并且再次改变状态，防止电动机得到其适当的运行速度。

在固态控制的电动机起动器中，一旦电动机被切断，或者处理器由于负载条件而过载跳闸，位于电动机电路的载流导体上的热敏电阻元件在电动机停止之后保持热度。如果在热敏电阻元件由于热敏电阻的高阻值而仍然发出高压信号的同时给出一个重新起动指令，则处理器通过接合电动机保护或断路电路作出反应并防止电动机起动。如果热敏电阻元件仅稍微被冷却，但是由于电动机电路中的滞留热量而仍然温热，则它们产生一个低压信号。这时处理器切断电动机保护或断路电路，借此允许电动机起动。然而，由于热敏电阻元件因电动机导体电路中的滞留热量而温热，所以对于规定等级的电动机的起动来说能够允许十分少量的附加热量。于是，处理器将会看到热敏电阻元件再次改变阻值并防止电动机得到其适当的带载运行速度。为了使电动机得到其对于完全起动来说适当的运行速度，热敏电阻元件和电动机导体必须冷却到环境温度，对于给定的等级这通常是过长了。

还有另一种微处理器过载方案采用一个环形铁芯，该环形铁芯向用于信号处理、测量和与基准电压比较的各种固态元件提供一个信号。处理器通过接合电动机保护电路作出反应并在信号电压达到过载条件时使电动机停止。然而，当电动机被停止指令或者被处理器过载指令所停止时，则电动机通常是相当热的。如果给出一个重新起动指令，则处理器将尝试重新起动电动机。电动机中滞留的热量增加电动机绕组的内阻，并从而有效地减小至电动机的起动电流。于是减小了的起动电流引起保持在起动曲线的涌流区中的时间长于处理器过载电子电路通常允许的程度并且接合电动机保护电路，从而过早地使电动机停止。

在起动期间出现的这种讨厌的跳闸把不必要的应力加在电动机和它所驱动的负载上，并且缩短整个系统的机械寿命。因而过载元件和电动机部件必须冷却到环境温度以便允许完全的起动并避免这种讨厌的跳闸。此外，在不充分的时间内的此一大涌流，不仅防止电动机完全地起动，这引起前述应力和缩短了的机械寿命，而且也是电功率的浪费，从而增加用电帐单。

曾经通过采用固定时间延迟方案让电动机控制器有足够的时间来冷却，尝试克服这些问题，但是没能充分地解决问题。例如，如果把冷却时间设定成过长的时间段，则将延迟下一次电动机起动的时间并干扰生产或生产率。如果设定成过短的时间段，则将像前述例子中那样引起讨厌的过载跳闸并防止电动机起动。

因而希望有一种频繁起动保护和节能方案，该方案消除对双金属元件和/或固定时间延迟的需要，该方案应能确定电动机起动器系统是否已经充分冷却和对于起动来说是否安全，而又不超过每小时的最大起动次数。

本发明提供一种电动机起动器频繁起动保护和节能控制器，该控制器解决前述问题而不明显地增加整个系统的成本。

本发明通过提供一种控制器来解决前述问题，该控制器根据环境、过载和电动机条件允许电动机在迅速的依次接续中完全地起动若干次。该控制器为电动机和软起动器冷却特性建立模型并把这些模型与实际环境温度和软起动器电极温度以及建模了的外部环境温度进行比较。然后用上一次成功起动的条件，和控制器是否确定本次起动尝试将会成功，进行另一项比较，还有另一项检查根据客户的希望和工厂的技术条件确定本次起动是否落在每小时最大起动次数范围之内。如果满足这些条件，则将允许起动。否则，生成一个起动标志而一个数字显示器输出直到能够实现成功起动所需要的时间。该显示器也可以示出每小时所允许的最大起动次数，以及已经进行的实际起动次数。