[发明专利]采用与负载相关的星形接法或三角形接法的异步电动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于为异步电动机供电的装置和一种控制异步电动机的星形接触器及三角形接触器的方法。

背景技术

电动机驱动系统往往以部分负载运行，亦即，在转速一定的情况下，所应用的负载转矩小于电动机的额定转矩。如果负载转矩低于电动机一半的额定负载，该电动机(例如异步电动机)的效率就会大幅下降。在此情况下，驱动系统的电力需求就会高得不成比例，从而发生浪费能源的情况。

通过降低电动机的供电电压可以显著改善这一情况。举例而言，可以通过对半导体(晶闸管、IGBT)进行脉冲调制来降低电动机的有效电压。软起动器是通过对晶闸管进行相位截止控制来控制电动机有效电压。变频器则是以原有的电网周期对IGBT进行脉冲调制(ON-OFF)(脉冲宽度调制)。这里也能借助电动机阻抗的电感来降低电动机有效电压。这种方法主要应用于磁通控制型变频器。以上两种方法的优点是可以在相当宽的电压范围内对电动机有效电压进行与负载相关的调节。此外，当电动机上的机械负载达到约50％至100％时，根本不需要对电动机电压实施主动调节，因为电动机的效率在这个范围内几乎不发生变化(以15kW的电动机为例，只有1.7％左右)。

上述两种方法的缺点在于，对电网电压进行脉冲调制需要使用功率半导体。功率半导体不但成本相当高，最主要的是内损也很大。这就会使得原本可以节约下来的一部分能量以这样一种能量损耗方式被消耗掉(视电流强度而定，占电动机功率的3％至10％)。另外，电网电压的脉冲调制会导致电动机内的损耗上升，从而有损于电能质量(电磁兼容性，简称EMC)。

发明内容

本发明的目的是在使异步电动机保持较大负载范围的同时改善异步电动机的效率。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种如权利要求1所述的装置，即一种用于一异步电动机的装置，其中，所述装置包括一星形接触器、一三角形接触器和一逻辑单元，所述星形接触器和所述三角形接触器用于为所述异步电动机提供电压，其中，所述逻辑单元可为所述异步电动机控制所述星形接触器和所述三角形接触器，所述逻辑单元可根据所述异步电动机的当前电动机负载为所述异步电动机控制所述星形接触器和/或所述三角形接触器；本发明用以达成上述目的的另一解决方案为一种如权利要求10所述的方法，即一种借助一逻辑单元控制一星形接触器和一三角形接触器的方法，所述星形接触器和所述三角形接触器用于为一异步电动机提供电压，其中，所述逻辑单元根据所述异步电动机的当前电动机负载为所述异步电动机控制所述星形接触器和/或所述三角形接触器。

本发明的有利改进方案由从属权利要求2至9以及11至14给出。

通过控制电动机绕组的供电电压可以改善该电动机的效率。作为对电网电压进行脉冲调制的替代方案，本发明通过对电动机绕组进行星-三角转换来(分两级)影响电动机(尤其是异步电动机)的电动机绕组上的有效电压水平。

在相应的负载范围(特定而言低于电动机额定负载的50％)内，通过自动转换到星形模式可以将电动机绕组上的电压降低42％左右(1/根[3])，具体方法是每电路各串联两个电动机绕组。借此可在所述异步电动机相应的较低部分负载范围内大幅提高效率(见图1)。

星形接法和三角形接法之间的转换基于所述异步电动机的当前电动机负载。所述逻辑模块了解当前电动机负载或表征当前电动机负载的值，在此情况下，逻辑模块就可以根据当前电动机负载或表征当前电动机负载的值对所述星形接触器和/或所述三角形接触器进行控制。所谓控制就是将星形接触器和/或三角形接触器连接到异步电动机上，以及/或者从异步电动机上断开星形接触器和/或三角形接触器。借此使网络拓扑结构发生变化，进而使电动机绕组上的有效电压发生变化。

对所述星形接触器和/或所述三角形接触器进行控制的时间点优选由所述异步电动机的电动机负载的至少一个电动机负载阈值定义。为此，这至少一个电动机负载阈值存储在所述逻辑单元内，以便与当前电动机负载进行比较。

每次在所述星形接触器和所述三角形接触器之间实施转换操作时，特定而言都是对两接触器进行依次控制(一个接触器接通，另一接触器断开)。优选有意识地断开第一接触器，经过一段延迟时间后接通第二接触器。因此在这一操作结束后，总是只有一个接触器(星形接触器或三角形接触器)保持接通状态。

上述装置的优点主要在于，所述星形接触器和所述三角形接触器技术上简单得多，最主要是成本低了很多。此外还能避免相当高的半导体损耗。另一优点是电网中的谐波含量相对较低。另外，电动机中也不会产生任何的附加损耗。