[发明专利]用于启动和停止AC感应电动机的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制AC感应电动机的启动和停止的设备和方法。

背景技术

AC感应电动机是用于向驱动装置提供动力的电动机类型。AC感应电动机是稳固的、可靠的、便宜的且在世界范围内是标准化的。启动AC感应电动机需要在电动机启动器设备的成本、启动性能和供电局的规范方面作出相当大的牺牲。

启动电动机的基本方法是通过闭合接触器以允许电动机以全值电压启动，从而用作直接启动器。虽然这是紧凑且便宜的方法，但这不是最好的使用方法。直接启动的特征在于六至八倍于电动机的全负载电流值的涌入电流浪涌，从而导致瞬态电涌以及驱动装置上的机械应力。这导致以不受控的方式快速脱离并加速至全值速度。

对液压泵的效应是由施加在旋转部件上的机械应力，继而是液压系统中的冲击。这可包括引起在吸入侧抽吸成真空的高初始流率、泵腔和在泵排出口的压力脉动。在例如传输机(由电动机驱动)的机械负载中发现有类似的效应，机械负载在经受突然撞击或严酷的应用扭矩时，可导致负载位移、传输带打滑或破裂。

同样地，当停用减速速率完全不受控制时，这导致来自于流动流体的惯性的用于泵送使用的管路上、安装件和止回阀上进一步的机械应力。这也在液压回路中产生压力冲击，从而导致管路破裂和产品泄漏。

为了维持供电的连续性和质量，供电设施采用限制kW级别电动机的业务规则和规范，该电动机可与直接启动方法相关联且可影响其它电功率消费者。

对于从35kW至高达5000kW的大型电动机，供电局可能需要应用降低的涌入电流启动，以将启动电流浪涌限制到较低值。

虽然存在以降压启动电动机的多种变型，但是现有技术自耦变压器Korndorfer电路是用于启动大型电动机的常规方法。因为降压启动器可提供具有极小线电流的最大启动扭矩；这是因为自耦变压器的主级和次级绕组的匝数的变压比率。

其它已知非电子类型的降压启动器是主级电抗器和主级电阻启动器。主级电抗器和主级电阻启动器与直接启动方法具有类似的启动特性和缺点，这导致当从降压变化到全线电压时的瞬态电流和扭矩峰值。

在从第一启动阶段的受迫过渡期间，技术资料将现有技术自耦变压器Korndorfer电路识别为快速上升时间电压浪涌的生成器。示出的信息显示：报告的高电压应力故障主要用于中压电动机启动器，且发生在电动机启动阶段期间，例如承载故障的过载错误或是防止电动机加速到全值速度的操作错误。当发生受迫过渡时，启动序列由控制电路中的保护继电器停止，且所有的开关都停用。

在电动机启动阶段期间针对受迫过渡的技术资料中报告的试验程序结果显示这种高电压浪涌的程度。当自耦变压器启动器被迫在其到达接近全值速度之前过渡，启动器生成相对于线电压的0％抽头上的高电压。80％抽头生成有害高电压，且最低电压相对有利地位于50％抽头上。

现有技术不区分为何高电压浪涌产生在受迫过渡处或如何降低生成高电压浪涌的风险。给出的唯一结论是安装用于减少电压浪涌的幅值的装置，例如施用分布式金属氧化物电涌放电器以防止生成有害电压水平。现有技术并不识别在受迫过渡期间生成高电压浪涌的物理过程。电涌放电器并不限制与真空电路断电器相关的多个再起弧。适当尺寸的C-R(电容-电阻)浪涌抑制器消除多个再起弧和电压渐升。电涌放电器限制电压浪涌的幅值但是不修正其升高速率。电容充分地减少升高的速率、降低浪涌阻抗且可减少TRV(瞬态恢复电压)以防止多个再起弧。

通过检查现有技术Korndorfer降压启动器的示意电路，可以看出在过渡时，从次级绕组供给的电动机电流被传输到主级绕组电路。“星”接触器的触点的分离动作使得电动机电流从“次级”绕组供给瞬间改变(180电角度)至“主级”绕组供给，这是非常快速的dv/dt事件。

在过渡处快速上升时间(dv/dt)电压浪涌的幅值是十分重要的，因为每个电压峰值可导致在氧化绕组绝缘材料时的微观“针孔”故障或部分放电。反复启动电动机也引起局部损坏。局部损坏通过电晕放电逐渐破坏聚合物绝缘体。这发生在绝缘材料中的填充气隙由于绕组匝数之间的电场快速变化而电离时。除了部分放电之外，绝缘故障还可与一些极化和/或空间电荷相关。

启动时的过载状况可意味着电动机不可能达到操作速度且保护继电器将脱扣电路。所有的开关将停用且功率由“受迫过渡”断开。高电动机电流浪涌和升压变压器连接是意外事件，产生有害绕组闪络或烧坏。也取决于星点开关触点分开处的电压波形的瞬时角度位置。