[发明专利]绕线型电动机可控电流起动装置

说明书

本发明属于电动机领域，特别是绕线型电动机可控电流起动装置。

常规绕线型交流电动机起动时，转子必须串入附加电阻或电抗，以限制起动电流的平均值，使之不超过各工作制的额定电流的2倍。冶金企业中大量使用重复短时工作制的设备，这些设备大多数采用绕线型电动机转子串接频繁变阻器起动。重复短时工作的电动机工作的实际情况基本上处于过渡工作状态，电动机的工作转速因生产机械的工作特征而异，重复操作频繁程度较高的电动机转速较低，重复操作频繁程度较低的电动机则工作转速较高。通常的电动机最高转速为额定转速的70～80％左右。实践表明，电动机转子串接频繁变阻器后，电动机起动时的功率因数小于0.5，电动机起动转矩为额定转矩的1.2倍左右，转子电流约为额定电流的2.5倍，电动机起动过程中需要从电网中吸取很大部分无功电流。由于转子起动电流大，经常造成电动机的滑环及绕组烧损，并且还需对电网进行无功电容补偿。但是在附加电阻或电抗后，电动机的起动特性变软，或起动转矩变小，使电机利用率下降。即电动机转子串接电阻后起动特性软；串频敏变阻器后起动转矩变小，制动电流大，电机利用率降低。

欧洲专利EP0446936A2公开了一种带旁路接触器的电动机控制器，由三组连接在定子三相上的三组反并联可控硅所组成，并采用微型计算机和一个旁通接触器实现启动控制。美国专利US4100469所公开的混合型电动机启动器由接在定子上三组反并联可控硅和相应的接触器及一个加速控制电路所组成，固态控制装置受加速控制电动驱动，在启动过程中加速电动机，当达到同步速度时，运行接触器得电，其接点闭合。接通电动机电流，因此在稳态运行时，固态控制装置是旁通的。实用新型专利CN2121771U和发明专利CN1055845A分别公开了交流异步电动机起动节能器和调制调速启动方法。所有这些技术都和电动机定子绕组相连接而实现控制的，而且结构都比较复杂。

本发明的目的是通过在电机转子串接一个常接电阻和一个由可控硅控制的电阻来控制电动机转子电流的大小，以达到限制电动机起动电流，提高电动机转矩及电动机利用率的目的。

按照本发明，绕线型电动机可控电流起动装置，由和电动机转子相串接的由一个电阻器和另一个与可控硅并联的电阻串联或并联成的控制电阻及相关的可控硅触发器所组成。两个反并联的可控硅和一个电阻器相连接后再和另一个电阻器相并联或串联，再将此串联或并联电阻与电动机转子相串接，转子的每一相都串接上这样一组串(并)联电阻，将一个可控硅触发器分别和各组反并联可控硅相连接。

按照本发明，由可控硅触发器检测电动机转子电压频率，以转子电压频率作为同步电压自动跟随变化的转子电压及频率，控制可控硅的导通角，利用可控硅经过电阻器的电流补偿转子电流，提高电动机起动转矩，达到理想的电动机起动特性。

由于电动机转子电压的频率是随电动机的工作特性而变化的，当电动机转速接近于零时，频率f₂≈50Hz；当转速接近于同步转速时，频率f₂≈0；当电动机反接制动时，50Hz＜f＜100Hz。

在不同频率时工作的电动机转子交变电压每半个周期所用的时间为

t₂＝1/2f₂式中，t₂：交变电压半个周期所用的时间；

f₂：电动机转子频率。

当可控硅触发器检测到电动机转子电压后延时t₂′后触发可控硅，使之导通。可控硅的触发角是受转子电压在起动过程中每半个周期时间t₂所控制的。而延时触发时间t₂′则是根据电机所需的工作特性来调整的。调整好延时触发时间t₂′后，可控硅的导通时间t₂″也由下式确定了：

t₂″＝t₂-t₂′

即可控硅导通时间t₂″等于转子交变电压半个周期时间t₂减去延时触发时间t₂′。可控硅的控制角由下式决定：

α₂″＝(f₂/50)·α₂′式中，α₂″：电动机起动过程中的可控硅控制角；

α₂′：频率为50Hz时可控硅的控制角。由于α₂′＝t₂′/0.01×180＝18000t₂′