[实用新型]电机控制装置和软启动器

说明书

本实用新型至少部分地由基于美国能源部所授权合同No.DE-FC36-04GO14000的政府支持做出。政府可拥有本实用新型的一定权利。 

技术领域

本实用新型通常地涉及一种交流电机，更具体的，涉及一种用于交流电机热保护的确定定子绕组电阻的系统和方法。

背景技术

热保护是监视电机状况的重要方面，因为电机故障常常与定子绕组绝缘的热应力有关。通常这样估计：在可接受的定子绕组温度极限以上，对于温度的每10℃的增长，电机寿命减少50％。

交流电机的热保护不仅对于运行的电机很重要，对于去激励(de-energized)的电机也很重要。在很多应用中，交流电机周期性地去激励，以便允许电机在下次启动前冷却。同时，如果电机过热，过负荷继电器可被用于脱扣交流电机，以便保护电机绕组。如果电机被过负荷继电器脱扣，在电机能被再次启动前典型地需要一定量的时间。或者，此恢复时间可能太过保守且工作时间损失，或者，恢复时间可能太短且每次停机之后的未完整冷却发生积累，可能由于过热导致对绕组绝缘的过早损坏。

交流电机定子绕组绝缘的过热保护只是热保护的一个方面。当电机停机时，定子绕组温度可下降到环境温度以下，导致定子绕组、电刷以及其他间隔(compartment)上的结露。这种结露在某些应用中对电机寿命可能是有害的。为了防止结露或水分蓄积，可能希望进行电机绕组预热，以便将定子绕组温度保持在环境温度以上。

当前，为热保护目的而使用用于确定定子绕组温度的多种方法和机制。除了直接定子绕组温度测量以外，基于热模型的和基于电机参数的温度估计方法是两种用于热保护的技术。基于热模型的方法使用电机热模型来估计定子绕组温度。但是，由于热参数变化和热参数识别的困难性，这些方法的准确度可能会落在可接受的范围之外。另外，由于冷却条件的可能变化，热参数不总是恒定的，可能需要对于各个具体冷却条件下的各个电机进行识别。

另外，即使对于给定电机确定热模型或者温度测量，现有的定子绕组加热装置使用定子绕组的两相加热电机，允许定子绕组中的单一电流流通路径。但是，这留下一相没有被加热，或者依赖于感应加热。并且，由于定子电阻相对较小，典型地需要大的电压与电流输入来加热电机。这种大的电压与电流输入可减少定子绕组的寿命。

由于交流电机可能在定子绕组温度在可接受范围外的条件下或在定子绕组在过高电压和电流输入下被加热的条件下承受损坏，去激励交流电机中定子绕组温度的准确监视和控制对于电机保护目的是有益的。

因此，希望设计一种准确的、非侵入的方法来以高效的方式且不对电机添加进一步的电阻地监视和控制去激励交流电机中的定子绕组温度。

实用新型内容

本实用新型提供一种系统和方法，用于远程定子绕组电阻估计和用于空闲或停机状态下的感应电机热保护的定子绕组加热。电机控制装置中的一系列开关的触发能够在电机控制装置的输出中产生直流信号。对此直流信号进行分析以确定定子绕组电阻。于是，能基于定子绕组的电阻确定定子绕组的温度。开关能够被控制以便将定子绕组加热到希望的温度。

因此，根据本实用新型的一个方面，公开了如下装置：

(1)一种电机控制装置，包括一电路，该电路具有可连接到交流电源的输入和可连接到多相交流电机输入端的输出。该电路进一步包括：多个开关装置，其用于控制多相交流电机的端子电压和电流流动；以及连接到 该电路的控制器。该控制器被配置为，致动所述多个开关装置，以便在对应于到多相交流电机的输入的电机控制装置的输出中产生直流信号，基于该直流信号确定多相交流电机的定子绕组电阻，并由定子绕组电阻估计定子温度。

(2)根据(1)所述的电机控制装置，其特征在于，所述多个开关装置的每一个包括一对固态开关，其中，每对固态开关对应于多相交流电机的一相，且其中，控制器致动第一对固态开关中的第一固态开关和第二对固态开关中的第二固态开关。

(3)根据(2)所述的电机控制装置，其特征在于，每对固态开关包括一对反并联布置的晶闸管。

(4)根据(2)所述的电机控制装置，其特征在于，控制器被配置为有选择地致动第一和第二固态开关，且其中，第一和第二固态开关分别对应于交流电机的第一相和第二相。

(5)根据(4)所述的电机控制装置，其特征在于，控制器被配置为在相间电压的下降过零点之前的触发角上向第一和第二固态开关传送门极驱动信号，从而致动第一和第二固态开关。

(6)根据(5)所述的电机控制装置，其特征在于，控制器进一步被配置为：