專利名稱：電機(jī)控制裝置和軟啟動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型通常地涉及一種交流電機(jī)，更具體的，涉及一種用于交流電機(jī)熱保護(hù) 的確定定子繞組電阻的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
熱保護(hù)是監(jiān)視電機(jī)狀況的重要方面，因?yàn)殡姍C(jī)故障常常與定子繞組絕緣的熱應(yīng)力 有關(guān)。通常這樣估計(jì)在可接受的定子繞組溫度極限以上，對于溫度的每10°C的增長，電機(jī) 壽命減少50%。交流電機(jī)的熱保護(hù)不僅對于運(yùn)行的電機(jī)很重要，對于去激勵(de-energized)的 電機(jī)也很重要。在很多應(yīng)用中，交流電機(jī)周期性地去激勵，以便允許電機(jī)在下次啟動前冷 卻。同時，如果電機(jī)過熱，過負(fù)荷繼電器可被用于脫扣交流電機(jī)，以便保護(hù)電機(jī)繞組。如果 電機(jī)被過負(fù)荷繼電器脫扣，在電機(jī)能被再次啟動前典型地需要一定量的時間?；蛘?，此恢復(fù) 時間可能太過保守且工作時間損失，或者，恢復(fù)時間可能太短且每次停機(jī)之后的未完整冷 卻發(fā)生積累，可能由于過熱導(dǎo)致對繞組絕緣的過早損壞。交流電機(jī)定子繞組絕緣的過熱保護(hù)只是熱保護(hù)的一個方面。當(dāng)電機(jī)停機(jī)時，定子 繞組溫度可下降到環(huán)境溫度以下，導(dǎo)致定子繞組、電刷以及其他間隔(compartment)上的 結(jié)露。這種結(jié)露在某些應(yīng)用中對電機(jī)壽命可能是有害的。為了防止結(jié)露或水分蓄積，可能 希望進(jìn)行電機(jī)繞組預(yù)熱，以便將定子繞組溫度保持在環(huán)境溫度以上。當(dāng)前，為熱保護(hù)目的而使用用于確定定子繞組溫度的多種方法和機(jī)制。除了直接 定子繞組溫度測量以外，基于熱模型的和基于電機(jī)參數(shù)的溫度估計(jì)方法是兩種用于熱保護(hù) 的技術(shù)。基于熱模型的方法使用電機(jī)熱模型來估計(jì)定子繞組溫度。但是，由于熱參數(shù)變化 和熱參數(shù)識別的困難性，這些方法的準(zhǔn)確度可能會落在可接受的范圍之外。另外，由于冷卻 條件的可能變化，熱參數(shù)不總是恒定的，可能需要對于各個具體冷卻條件下的各個電機(jī)進(jìn) 行識別。另外，即使對于給定電機(jī)確定熱模型或者溫度測量，現(xiàn)有的定子繞組加熱裝置使 用定子繞組的兩相加熱電機(jī)，允許定子繞組中的單一電流流通路徑。但是，這留下一相沒有 被加熱，或者依賴于感應(yīng)加熱。并且，由于定子電阻相對較小，典型地需要大的電壓與電流 輸入來加熱電機(jī)。這種大的電壓與電流輸入可減少定子繞組的壽命。由于交流電機(jī)可能在定子繞組溫度在可接受范圍外的條件下或在定子繞組在過 高電壓和電流輸入下被加熱的條件下承受損壞，去激勵交流電機(jī)中定子繞組溫度的準(zhǔn)確監(jiān) 視和控制對于電機(jī)保護(hù)目的是有益的。因此，希望設(shè)計(jì)一種準(zhǔn)確的、非侵入的方法來以高效的方式且不對電機(jī)添加進(jìn)一 步的電阻地監(jiān)視和控制去激勵交流電機(jī)中的定子繞組溫度。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種系統(tǒng)和方法，用于遠(yuǎn)程定子繞組電阻估計(jì)和用于空閑或停機(jī)狀態(tài)下的感應(yīng)電機(jī)熱保護(hù)的定子繞組加熱。電機(jī)控制裝置中的一系列開關(guān)的觸發(fā)能夠在電 機(jī)控制裝置的輸出中產(chǎn)生直流信號。對此直流信號進(jìn)行分析以確定定子繞組電阻。于是， 能基于定子繞組的電阻確定定子繞組的溫度。開關(guān)能夠被控制以便將定子繞組加熱到希望 的溫度。因此，根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，公開了如下裝置(1) 一種電機(jī)控制裝置，包括一電路，該電路具有可連接到交流電源的輸入和可連 接到多相交流電機(jī)輸入端的輸出。該電路進(jìn)一步包括多個開關(guān)裝置，其用于控制多相交流 電機(jī)的端子電壓和電流流動；以及連接到該電路的控制器。該控制器被配置為，致動所述 多個開關(guān)裝置，以便在對應(yīng)于到多相交流電機(jī)的輸入的電機(jī)控制裝置的輸出中產(chǎn)生直流信 號，基于該直流信號確定多相交流電機(jī)的定子繞組電阻，并由定子繞組電阻估計(jì)定子溫度。(2)根據(jù)⑴所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，所述多個開關(guān)裝置的每一個包括 一對固態(tài)開關(guān)，其中，每對固態(tài)開關(guān)對應(yīng)于多相交流電機(jī)的一相，且其中，控制器致動第一 對固態(tài)開關(guān)中的第一固態(tài)開關(guān)和第二對固態(tài)開關(guān)中的第二固態(tài)開關(guān)。(3)根據(jù)⑵所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，每對固態(tài)開關(guān)包括一對反并聯(lián)布 置的晶閘管。(4)根據(jù)⑵所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器被配置為有選擇地致動第 一和第二固態(tài)開關(guān)，且其中，第一和第二固態(tài)開關(guān)分別對應(yīng)于交流電機(jī)的第一相和第二相。(5)根據(jù)(4)所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器被配置為在相間電壓的下 降過零點(diǎn)之前的觸發(fā)角上向第一和第二固態(tài)開關(guān)傳送門極驅(qū)動信號，從而致動第一和第二 固態(tài)開關(guān)。(6)根據(jù)(5)所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器進(jìn)一步被配置為在相同的觸發(fā)角上向第一和第二固態(tài)開關(guān)傳送門極驅(qū)動信號；以及控制第一和第二固態(tài)開關(guān)的觸發(fā)角，以改變直流信號的量值。(7)根據(jù)( 所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器進(jìn)一步被配置為，在多相 交流電機(jī)的一個周期中，有選擇地致動所述多個開關(guān)裝置的每一個中的固態(tài)開關(guān)的每一 個，使得被致動的固態(tài)開關(guān)對在多相交流電機(jī)的相之間交替。(8)根據(jù)(7)所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，在多相交流電機(jī)的一個周期中有 選擇地致動各個固態(tài)開關(guān)向多相交流電機(jī)的每相中注入直流信號，所注入的直流信號近似 于周期性的交流信號；且其中，控制器被進(jìn)一步配置為，修改周期性交流信號的量值，以便調(diào)整定子溫度。(9)根據(jù)(8)所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器被進(jìn)一步配置為，控制開 關(guān)裝置對的觸發(fā)角，從而改變周期性交流信號的量值。(10)根據(jù)(1)所述的交流控制裝置，其特征在于，控制器被進(jìn)一步配置為將所估計(jì)的定子溫度與第一定子溫度閾值進(jìn)行比較；以及如果所估計(jì)的定子溫度在第一定子溫度閾值之下，在多相交流電機(jī)的一個周期 中，有選擇地致動所述多個開關(guān)裝置中的每一個，從而注入直流信號。(11)根據(jù)(1)所述的交流控制裝置，其特征在于，該控制器被配置為，當(dāng)多相交流 電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，致動所述多個開關(guān)裝置，從而由少于多相交流電機(jī)的所有相的相產(chǎn) 生電流路徑。[0031](12)根據(jù)(1)所述的交流控制裝置，其特征在于，控制器被進(jìn)一步配置為將所估計(jì)的定子溫度與第二定子溫度閾值進(jìn)行比較；如果所估計(jì)的定子溫度高于第二定子溫度閾值，將交流電機(jī)保持在靜止?fàn)顟B(tài)。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個方面，用于監(jiān)視和控制多相交流電機(jī)的方法包括這樣的 步驟配置具有多個開關(guān)裝置的電機(jī)控制裝置，以便調(diào)節(jié)到多相交流電機(jī)的電壓和電流。該 方法還包括這樣的步驟將電機(jī)控制裝置串聯(lián)布置在交流電源和多相交流電機(jī)之間，在溫 度估計(jì)模式中有選擇地運(yùn)行電機(jī)控制裝置。在溫度估計(jì)模式中運(yùn)行電機(jī)控制裝置還包括， 向位于多相電機(jī)的兩相中的每一相的開關(guān)裝置傳送其中具有觸發(fā)角的門極驅(qū)動信號，由 此，觸發(fā)該開關(guān)裝置，以便向由多相交流電機(jī)的兩相形成的電流路徑引入直流信號，測量被 引入多相交流電機(jī)的直流信號，基于測量得到的直流信號確定定子繞組的電阻，并且基于 所確定的電阻來計(jì)算定子繞組的溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個方面，用于控制從交流電源到具有定子繞組的感應(yīng)電機(jī) 的電壓和電流傳輸?shù)能泦悠靼ǘ鄠€供應(yīng)線，每個供應(yīng)線對應(yīng)于感應(yīng)電機(jī)的一相。軟啟 動器還包括至少一個固態(tài)開關(guān)以及處理器，固態(tài)開關(guān)位于所述多個供應(yīng)線中的每一個上， 以調(diào)節(jié)到感應(yīng)電機(jī)的相電流和電機(jī)線電壓。處理器被編程為同時觸發(fā)在所述多個供應(yīng)線中 兩個的每一個上的所述至少一個固態(tài)開關(guān)中的一個以注入直流電流，并基于直流電流來確 定定子繞組的電阻。根據(jù)該軟啟動器，處理器進(jìn)一步被編程為基于所確定的定子繞組電阻，確定定子 繞組溫度；確定定子繞組溫度是否在定子繞組溫度閾值之下；以及如果定子繞組溫度在定 子繞組溫度閾值之下，則有選擇地觸發(fā)所述至少一個固態(tài)開關(guān)中的每一個，從而使得具有 觸發(fā)的固態(tài)開關(guān)的所述多個供應(yīng)線中的兩個在感應(yīng)電機(jī)的相之間循序交替。處理器進(jìn)一步 被編程為，基于所述多個固態(tài)開關(guān)中每一個的有選擇的觸發(fā)，向感應(yīng)電機(jī)的每相注入量值 相同的直流電流，所注入的直流信號近似于注入到感應(yīng)電機(jī)的相的交流電流。處理器進(jìn)一 步編程為，控制交流電流的量值，從而調(diào)節(jié)定子繞組溫度。位于所述多個供應(yīng)線的每一個上 的所述至少一個固態(tài)開關(guān)包括以反并聯(lián)配置布置的兩個固態(tài)開關(guān)。處理器在所述多個供應(yīng) 線的各個之間交替兩個固態(tài)開關(guān)的同步觸發(fā)，從而加熱三相電機(jī)的各相。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個方面，電機(jī)控制裝置電氣連接到多相交流電機(jī)。電機(jī)控 制裝置包括至少一個固態(tài)開關(guān)，其對應(yīng)于多相交流電機(jī)的每相，以控制電流流動和端子電 壓。電機(jī)控制裝置還包括控制器，其被配置為觸發(fā)多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上的固 態(tài)開關(guān)，以便將直流信號注入由所述兩相構(gòu)成的電流路徑。該控制器還被配置為有選擇地 觸發(fā)附加的固態(tài)開關(guān)，以使多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上被觸發(fā)的固態(tài)開關(guān)在多相電 機(jī)的相之間交替，由此向多相交流電機(jī)的各相注入具有基本相同量值的直流信號。本實(shí)用新型的多種其它特征和優(yōu)點(diǎn)由下面的詳細(xì)介紹和附圖明了。
附圖示出了當(dāng)前設(shè)想的用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例。在附圖中附圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的電機(jī)控制裝置的透視圖；附圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的交流電機(jī)系統(tǒng)的示意圖，其包括用于直流注 入的電機(jī)控制裝置；附圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例觸發(fā)如圖2所示的兩個開關(guān)以注入直流信號的圖；附圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例觸發(fā)如圖2所示的多個開關(guān)以注入直流信號以 及加熱定子繞組的圖；附圖5是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例用于直流注入的電機(jī)控制裝置的直流等效電 路的示意圖；附圖6是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例用于直流注入的電機(jī)控制裝置的直流等效電 路的另一示意圖；附圖7是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例用于直流注入的電機(jī)控制裝置的直流等效電 路的另一示意圖；附圖8是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例用于測量和控制交流電機(jī)溫度的技術(shù)。
具體實(shí)施方式
這里給出的本實(shí)用新型的實(shí)施例涉及一種遠(yuǎn)程且無傳感器定子繞組電阻估計(jì)系 統(tǒng)和方法，其用于監(jiān)視交流(AC)電機(jī)的溫度并用于向之提供熱。例如，在一個實(shí)施例中，本 實(shí)用新型在電機(jī)控制裝置或軟驅(qū)動器中實(shí)現(xiàn)。軟啟動器10如附圖1所示，包括在電機(jī)連接 端或負(fù)載端16上具有進(jìn)氣口 14的蓋組件12。類似的進(jìn)氣口 18設(shè)置在軟啟動器10的電源 端或線路端20。蓋組件12還容納了電子控制器22。軟啟動器10還包括底部組件M以容 納各個開關(guān)組件26、28、30。開關(guān)組件沈-30中的每一個對于給定的軟啟動器10在構(gòu)造上 是相同的，并對應(yīng)于到多相交流電機(jī)的多相輸入的一相。根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，軟啟動器的開關(guān)組件中的一對開關(guān)的致動受到控制 以產(chǎn)生直流信號，其在交流電機(jī)中的每相中是可被測量的。分析此直流信號以確定定子繞 組電阻，定子繞組電阻用于確定定子繞組的溫度?；跍y量得到的定子繞組的溫度，軟啟動 器中的一對開關(guān)的致動可進(jìn)一步受到控制以便向交流電機(jī)提供熱。盡管下面關(guān)于具有Y形 布置連接的繞組的三相交流電機(jī)進(jìn)行介紹，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本實(shí)用新型的實(shí)施例也包括具有 多種連接形式(例如三角形布置)的繞組的其他多相電機(jī)。這些多種類型的交流電機(jī)各自 的開關(guān)的致動能受到修改，以便將直流信號注入電機(jī)的各相。參見附圖2，示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的三相交流電機(jī)，且其一般地用參考 標(biāo)號40表示。如常規(guī)的，交流電機(jī)40由三個繞組42、44、46代表。在這種情況下，交流電機(jī) 被示為以Y形布置連接。可以明了，依據(jù)本實(shí)用新型的等效實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型的 范圍的情況下，交流電機(jī)可作為替代地以三角形布置連接。交流電機(jī)40的定子繞組42-46 通過電機(jī)端子56、58、60上的對應(yīng)的多相電源線50、52、M可操作地連接到交流電源48。如圖2所示，電機(jī)控制裝置62連接在交流電源48和交流電機(jī)40之間。如之前關(guān) 于圖1所介紹的，在本實(shí)用新型一示例性實(shí)施例中，電機(jī)控制裝置62包括軟啟動器，其被配 置為在啟動期間限制到交流電機(jī)40的暫態(tài)電壓和電流，產(chǎn)生“軟”電機(jī)啟動。軟啟動器62 的基本結(jié)構(gòu)在圖2(即軟啟動器的電路)示為包括與每個電源線50-M或電源的每相相對 應(yīng)的接觸器64、66、68。軟啟動器62還包括每個電源線50巧4上的開關(guān)裝置70、72、74。在 一個示例性的實(shí)施例中，每個開關(guān)裝置70-74由一對反并聯(lián)的開關(guān)——例如晶閘管形式的 固態(tài)開關(guān)——構(gòu)成，以便控制電流流動，并控制電機(jī)40的端子電壓。就是說，晶閘管對70 包括晶閘管76、78，其極性相反并且對于電源線50并聯(lián)連接。同樣地，晶閘管對72包括晶閘管80、82，其極性相反并且對于電源線52并聯(lián)連接。最后，晶閘管對74包括晶閘管84、 86，其極性相反并且對于電源線M并聯(lián)連接。在一優(yōu)選實(shí)施例中，晶閘管76、80、84前向?qū)?通，晶閘管78、82、86反向?qū)ā？梢悦髁?，給定該裝置的最終用途，對于具體的電源線，晶 閘管可被設(shè)置成與二極管而不是與另一個晶間管并聯(lián)。在任一上面描述的實(shí)施例中，兩個 電源線中的各個之上的晶閘管能被控制，以便向交流電機(jī)40注入直流電壓和直流電流，如 下面描述的那樣。控制器或處理器88也被包括在軟啟動器62中，其被配置成通過門極驅(qū)動信號向 之的傳送來控制晶閘管76-86，以及控制接觸器64-68的斷開與閉合。在交流電機(jī)40的啟 動期間，軟啟動器62運(yùn)行在“啟動”模式，在此期間，控制器88使得對應(yīng)于電源線50-54的 一個或多于一個接觸器64-68斷開，這樣，電力從交流電源48經(jīng)過晶間管對70-74，因而控 制施加于交流電機(jī)40的電流(并由此控制電壓)。在交流電機(jī)40的啟動之后，軟啟動器62 進(jìn)入旁路模式，其中，控制器88使得每個電源線50巧4上的接觸器64-68閉合，從而使得電 力散失最小化。旁路模式因此被認(rèn)為是軟啟動器62和交流電機(jī)40的“正?！边\(yùn)行模式。根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例，控制器88進(jìn)一步被編程為在門極驅(qū)動模式(即“溫度 估計(jì)模式”)中運(yùn)行軟啟動器62，以便在交流電機(jī)40處于待機(jī)狀態(tài)或被關(guān)閉時向交流電機(jī) 40的每個端子56-60注入直流信號。如附圖2所示，在溫度估計(jì)模式中，控制器88運(yùn)行，以 便斷開所有接觸器64-68。交流電機(jī)40的一個相——例如相a——通過不致動或觸發(fā)晶閘 管76、78保持?jǐn)嚅_，同時，其它兩相的每一相的一個晶閘管——例如晶閘管76、78——被致 動或觸發(fā)，以便產(chǎn)生直流信號的電流路徑。這種方式的晶閘管76、78的運(yùn)行將直流信號注 入交流電機(jī)40。對于每個直流注入周期，通過位于電流路徑內(nèi)的包括在軟啟動器62中的電 壓和電流傳感器90、92、94，可測量和確定此直流信號?；跍y量得到的直流信號，定子電阻能被計(jì)算為A =眾(公式 1)
ldc其中，vd。和id。分別代表交流電機(jī)40的兩線的相間(即線間)電壓ν和相電流i 中的直流信號，k為由交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)。也就是說，對于具有平衡且相等的繞組 電阻的三相交流電機(jī)，k= 1/2。但是，對于其它多相電機(jī)，或者對于替代布置中的繞組，k 可具有不同的值。另外，還可設(shè)想，如果希望的話，相間電壓和相電流可在任意兩相或全部 三相之間測量。也就是說，所注入的直流信號可在交流電機(jī)40的所有相中感生和測量?；谟芍绷餍盘栕⑷牍烙?jì)得到的Rs，可監(jiān)視定子繞組溫度Ts。Rs變化與Ts變化線 性成比例，如Ts = Ts0 +itAol (公式 2)其中，Tstl和Rstl代表室溫下的TjPRs; ^和及是由直流注入估計(jì)得到的TjPRs; μ是電阻率的溫度系數(shù)。 一旦電壓和電流中的直流信號vd。和id。被確定，定子電阻Rs能根據(jù)公式1來估計(jì)， 于是，定子繞組溫度Ts能實(shí)時地根據(jù)公式2基于所確定的Rs得到監(jiān)視。在本實(shí)用新型一 實(shí)施例中，控制器88(圖幻被配置為如果定子繞組溫度落在預(yù)定閾值之下則產(chǎn)生警告(例 如，可聽的或可視的警告)。該警告允許操作人員采取希望的動作，例如啟動交流電機(jī)40。或者，該警告可自動觸發(fā)控制器88進(jìn)入加熱模式，如下面詳細(xì)討論的那樣?？刂破?8也非對稱地控制發(fā)送到晶閘管對70-74的門極驅(qū)動信號，以調(diào)節(jié)其開關(guān) 時間。在一實(shí)施例中，控制器88運(yùn)行，以便在相間電壓的下降過零點(diǎn)之前的特定觸發(fā)角—— 例如α—同步地觸發(fā)一個前向?qū)ǖ木чl管76、80、84以及一個反向?qū)ǖ木чl管78、 82、86。由于當(dāng)選定的晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時相間電壓是正的，電流將開始流動。在相間電壓 的過零點(diǎn)之后的特定觸發(fā)角例如α上，電流將下降至0，兩個被觸發(fā)的晶閘管自動關(guān)斷。這 樣，電流流動大約2α的時間，直流信號可被注入到兩個相中。所注入的直流電流的量值可 通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角α而受到控制。當(dāng)晶閘管80、86以α (例如，α < 30° )的觸發(fā)角100 被觸發(fā)時，電機(jī)線電壓96(vd。)和相電流98(ib)的波形示例如圖3所示。圖4示出了當(dāng)控制器88 (圖幻被用于加熱交流電機(jī)40的定子繞組時對于所有相 的相間電壓102的波形以及對于相a的電流104的波形。在一實(shí)施例中，控制器88周期性 地觸發(fā)所有晶間管76-86，調(diào)整觸發(fā)角α 100，這樣，所有三相定子繞組被注入相同量值的 直流電流。通過調(diào)整觸發(fā)角α，直流電流量值可得到控制，因此，定子繞組的溫度可得到控 制。在一優(yōu)選實(shí)施例中，每個晶間管76-86在每個周期導(dǎo)通一次，以提供對于定子繞組每相 的均勻的加熱。如圖4所示，每當(dāng)兩個晶閘管在觸發(fā)角α 100上被觸發(fā)時，產(chǎn)生電流路徑。 觸發(fā)角α 100可被控制在希望的范圍內(nèi)，例如在0度和60度之間，以便保持每次不多于兩 相中的到電源48的連接。由于在給定時間不多于兩相被連接到電源48，交流電機(jī)40不會 啟動?，F(xiàn)在參照附圖4，結(jié)合附圖5-7，示出了在電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行在加熱器(heater)模式時 晶閘管76-86的控制。如圖4所示，對于每一注入，接觸器64-68被保持為斷開，兩個晶閘 管在電源48的對應(yīng)的相間電壓的下降過零點(diǎn)之前的觸發(fā)角α 100上被觸發(fā)。例如，在Vab 的下降過零點(diǎn)之前的觸發(fā)角α 100上，晶閘管76、80被觸發(fā)，以便向a相和b相注入直流電 壓vab,d。以及直流電流ia,d。。為便于理解，代表晶閘管76、82的這種控制的直流等效電路在 圖5中示出。相c斷開并且直流電壓vab,d。以及直流電流ia,d。被注入到由供電線50、52構(gòu) 成的回路中。再次參照附圖4，在Vbe的下降過零點(diǎn)之前，晶閘管80、86在下一個角度α 100上 被觸發(fā)，以便向相b和相c注入直流電壓vb。,d。和直流電流ib,d。。代表晶閘管80、86的這種 控制的直流等效電路如圖6所示。相a斷開且直流電壓vb。,d。和直流電流ib,d。被注入到由 供電線5254構(gòu)成的回路中。再次參照附圖4，在v。a&下降過零點(diǎn)之前，晶閘管78、84在觸發(fā)序列的最后在角度 α 100上被觸發(fā)，以便向相c和相a注入直流電壓v。a, dc和直流電流i。, d。。代表晶閘管78、 84的這種控制的直流等效電路如圖7所示。相b保持?jǐn)嚅_且直流電壓v。a,d。和直流電流i。, d。被注入到由供電線M、50構(gòu)成的回路中。如圖4所示，所有六個晶閘管76-86在每個周期被觸發(fā)一次，每相的電機(jī)定子繞組 在每個周期兩次被注入電流(一次是正電流，一次是負(fù)電流)。由于所有六個晶閘管76-86 的周期性運(yùn)行，被注入到電機(jī)40的直流信號接近周期性的交流信號。根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，當(dāng)交流電機(jī)處于停止或關(guān)閉狀態(tài)時的定子繞組溫度 可根據(jù)如圖8所示的技術(shù)(technique) 106得到監(jiān)視和調(diào)節(jié)。技術(shù)106監(jiān)視定子繞組的溫 度并通過控制所注入直流信號的頻率或量值將定子繞組保持在目標(biāo)溫度之上，例如超過環(huán)境溫度或者冷凝溫度幾度。根據(jù)本實(shí)用新型一示例性實(shí)施例，定子繞組溫度可通過在溫度 估計(jì)模式和加熱模式之間交替而得到監(jiān)視和控制。技術(shù)106開始于步驟108，并確定電機(jī)是否正在運(yùn)行。如果電機(jī)正在運(yùn)行110，技 術(shù)106可進(jìn)入視情況可選的電機(jī)運(yùn)行子程序112。在子程序112中，技術(shù)106進(jìn)入電機(jī)運(yùn)行 溫度估計(jì)模式114，其中，技術(shù)106確定電機(jī)溫度。在步驟116中，電機(jī)溫度被分析。如果電 機(jī)溫度低于最大電機(jī)運(yùn)行溫度118，技術(shù)106在返回到步驟108之前進(jìn)行到第一個視情況可 選的時間延遲120。如果電機(jī)溫度高于最大電機(jī)運(yùn)行溫度122，技術(shù)106在步驟124中關(guān)閉 電機(jī)，并進(jìn)行到電機(jī)空閑估計(jì)模式126，其在下面更為詳細(xì)地討論。如果電機(jī)在步驟IM或步驟108之后被關(guān)閉或處于待機(jī)模式128，進(jìn)入電機(jī)空閑 溫度估計(jì)模式126以確定定子繞組溫度。在步驟130中，直流信號被注入到定子繞組。直 流信號的量值在接下來的132中計(jì)算。在步驟134中，計(jì)算繞組電阻。技術(shù)106接著在步 驟136中計(jì)算繞組溫度。在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，公式1可用于在步驟134中計(jì)算繞組 電阻，公式2可用于在步驟136中計(jì)算繞組溫度。接著，技術(shù)106向溫度數(shù)據(jù)庫138報告計(jì) 算得到的繞組電阻和溫度。在步驟140中，技術(shù)106確定繞組溫度是否在目標(biāo)溫度之上。在一優(yōu)選實(shí)施例中， 目標(biāo)溫度可為定子繞組的冷凝溫度或環(huán)境溫度。如果繞組溫度高于目標(biāo)溫度142，技術(shù) 106在返回步驟108之前進(jìn)入第二個視情況可選的時間延遲144。甚至如果電機(jī)溫度低于 目標(biāo)溫度，技術(shù)106可進(jìn)入視情況可選的步驟146，以確定在預(yù)定時間段內(nèi)電機(jī)定子繞組溫 度是否被設(shè)計(jì)為下降到目標(biāo)溫度以下。如果繞組溫度沒有被設(shè)計(jì)為下降到目標(biāo)溫度148以 下，技術(shù)106繼續(xù)到視情況可選的時間延遲144并返回到步驟108。但是，如果繞組溫度低于目標(biāo)溫度150或繞組溫度被設(shè)計(jì)為下降到低于目標(biāo)溫度 152，技術(shù)106進(jìn)入電機(jī)加熱器模式154。在電機(jī)加熱器模式IM期間，技術(shù)106查詢溫度數(shù) 據(jù)庫以得到在步驟U6-138期間確定的當(dāng)前定子繞組溫度，并且計(jì)算將定子繞組加熱到目 標(biāo)溫度以上所需要的加熱參數(shù)156。加熱參數(shù)可包括晶閘管觸發(fā)角、觸發(fā)頻率以及觸發(fā)持續(xù) 時間。技術(shù)106于是使用加熱參數(shù)來注入直流信號158。在步驟158的直流注入之后，技術(shù) 106在步驟1 中再次進(jìn)入溫度估計(jì)模式并進(jìn)行步驟130-138，以確定所注入的直流信號是 否充分地加熱了定子繞組。對于公開的方法和設(shè)備，技術(shù)上的貢獻(xiàn)在于，其提供了用于確定定子繞組電阻和 用于在空閑或關(guān)閉狀態(tài)的交流電機(jī)熱保護(hù)的加熱定子繞組的控制器實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。該技術(shù)控 制電機(jī)控制裝置中的一系列開關(guān)的開關(guān)時間，以便在與到交流電機(jī)的輸入對應(yīng)的電機(jī)控制 裝置的輸出中產(chǎn)生直流信號，并由直流信號確定定子繞組電阻。定子繞組溫度也能基于定 子繞組電阻來確定，且所述一系列開關(guān)的開關(guān)時間可受到控制，以便對定子繞組進(jìn)行加熱。因此，根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，電機(jī)控制裝置包括這樣的電路其具有可連接 到交流電源的輸入和可連接到多相交流電機(jī)輸入端的輸出。該電路進(jìn)一步包括多個開關(guān) 裝置，用于控制多相交流電機(jī)中的電流流動和端子電壓；連接到該電路的控制器。該控制器 被配置成，致動所述多個開關(guān)裝置，以便在對應(yīng)于到多相交流電機(jī)的輸入的電機(jī)控制裝置 的輸出中產(chǎn)生直流信號，基于該直流信號確定多相交流電機(jī)的定子繞組電阻，由定子繞組 電阻估計(jì)定子溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個方面，一種用于監(jiān)視和控制多相交流電機(jī)的方法包括這樣的步驟配置具有多個開關(guān)裝置的電機(jī)控制裝置，以便調(diào)節(jié)到多相交流電機(jī)的電壓和 電流。該方法還包括這樣的步驟將電機(jī)控制裝置配置為串聯(lián)在交流電源和多相交流電機(jī) 之間，有選擇地在溫度估計(jì)模式中運(yùn)行電機(jī)控制裝置。在溫度估計(jì)模式中運(yùn)行電機(jī)控制裝 置還包括將其中具有觸發(fā)角的門極驅(qū)動信號傳送到位于多相交流電機(jī)的兩相中的每一相 上的開關(guān)裝置，由此，觸發(fā)開關(guān)裝置以便將直流信號引入到由多相交流電機(jī)的兩相形成的 電流路徑，測量被引入多相交流電機(jī)的直流信號，基于測量得到的直流信號確定定子繞組 的電阻，并基于所確定的電阻來計(jì)算定子繞組的溫度。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個方面，用于控制從交流電源到具有定子繞組的感應(yīng)電機(jī) 的電壓和電流的傳輸?shù)能泦悠靼ǘ鄠€供應(yīng)線，每個供應(yīng)線對應(yīng)感應(yīng)電機(jī)的一相。軟啟 動器還包括至少一個固態(tài)開關(guān)，其設(shè)置在所述多個供應(yīng)線的每一個上，以便調(diào)節(jié)到感應(yīng)電 機(jī)的電機(jī)線電壓和相電流；處理器。處理器被編程為同時觸發(fā)所述多個供應(yīng)線的兩個中的 每一個上的所述至少一個固態(tài)開關(guān)中的一個，以便注入直流電流并基于直流電流來確定定 子繞組的電阻。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個方面，電機(jī)控制裝置電氣連接到多相交流電機(jī)。電機(jī)控 制裝置包括至少一個固態(tài)開關(guān)，其對應(yīng)于多相交流電機(jī)的每相，以控制電流流動和端子電 壓。電機(jī)控制裝置還包括控制器，其被配置成觸發(fā)多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上的固 態(tài)開關(guān)，以便將直流信號注入到由該兩相構(gòu)成的電流路徑。該控制器還被配置成有選擇地 觸發(fā)附加的固態(tài)開關(guān)，使得在多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上被觸發(fā)的固態(tài)開關(guān)在多相 電機(jī)的相之間交替，由此向交流電機(jī)的每一相注入具有基本相等量值的直流信號。以優(yōu)選實(shí)施例的形式介紹了本實(shí)用新型，應(yīng)當(dāng)明了，除之前記載的以外，等價方 式、替代方式以及修改是可行的，并且包含在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1 一種電機(jī)控制裝置，包括電路，其具有可連接到交流電源的輸入和可連接到多相交流電機(jī)的輸入端的輸出，該 電路包括多個開關(guān)裝置，其控制多相交流電機(jī)的端子電壓和電流流動；以及 連接到該電路的控制器，其被配置成致動所述多個開關(guān)裝置，以便在對應(yīng)于到多相交流電機(jī)的輸入的電機(jī)控制裝置的輸出 中產(chǎn)生直流信號；基于直流信號，確定多相交流電機(jī)的定子繞組電阻；以及 由定子繞組電阻，估計(jì)定子溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)控制裝置，其中，所述多個開關(guān)裝置的每一個包括一對固態(tài) 開關(guān)，其中，每對固態(tài)開關(guān)對應(yīng)于多相交流電機(jī)的一相，且其中，控制器致動第一對固態(tài)開 關(guān)中的第一固態(tài)開關(guān)和第二對固態(tài)開關(guān)中的第二固態(tài)開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電機(jī)控制裝置，其中，每對固態(tài)開關(guān)包括一對反并聯(lián)布置的晶閘管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電機(jī)控制裝置，其中，控制器被配置為有選擇地致動第一和第二 固態(tài)開關(guān)，且其中，第一和第二固態(tài)開關(guān)分別對應(yīng)于交流電機(jī)的第一相和第二相。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電機(jī)控制裝置，其中，控制器被配置為在相間電壓的下降過零點(diǎn) 之前的觸發(fā)角上向第一和第二固態(tài)開關(guān)傳送門極驅(qū)動信號，從而致動第一和第二固態(tài)開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)控制裝置，其中，控制器進(jìn)一步被配置為 在相同的觸發(fā)角上向第一和第二固態(tài)開關(guān)傳送門極驅(qū)動信號；以及 控制第一和第二固態(tài)開關(guān)的觸發(fā)角，以改變直流信號的量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器進(jìn)一步被配置為，在多 相交流電機(jī)的一個周期中，有選擇地致動所述多個開關(guān)裝置的每一個中的固態(tài)開關(guān)的每一 個，使得被致動的固態(tài)開關(guān)對在多相交流電機(jī)的相之間交替。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，在多相交流電機(jī)的一個周期中 有選擇地致動各個固態(tài)開關(guān)向多相交流電機(jī)的每相中注入直流信號，所注入的直流信號近 似于周期性的交流信號；且其中，控制器被進(jìn)一步配置為，修改周期性交流信號的量值，以便調(diào)整定子溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器被進(jìn)一步配置為，控制開 關(guān)裝置對的觸發(fā)角，從而改變周期性交流信號的量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器被進(jìn)一步配置為 將所估計(jì)的定子溫度與第一定子溫度閾值進(jìn)行比較；以及如果所估計(jì)的定子溫度在第一定子溫度閾值之下，在多相交流電機(jī)的一個周期中，有 選擇地致動所述多個開關(guān)裝置中的每一個，從而注入直流信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，該控制器被配置為，當(dāng)多相交 流電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，致動所述多個開關(guān)裝置，從而由少于多相交流電機(jī)的所有相的相 產(chǎn)生電流路徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，控制器被進(jìn)一步配置為將所估計(jì)的定子溫度與第二定子溫度閾值進(jìn)行比較；如果所估計(jì)的定子溫度高于第二定子溫度閾值，將交流電機(jī)保持在靜止?fàn)顟B(tài)。
13.—種控制從交流電源到具有定子繞組的感應(yīng)電機(jī)的電壓和電流傳輸?shù)能泦悠鳎?該軟啟動器包括多個供應(yīng)線，每個供應(yīng)線對應(yīng)于感應(yīng)電機(jī)中的一相；至少一個固態(tài)開關(guān)，其位于所述多個供應(yīng)線的每一個上，以調(diào)節(jié)到感應(yīng)電機(jī)的電機(jī)線 電壓和相電流；以及處理器，其被配置為同步地觸發(fā)至少兩個固態(tài)開關(guān)以注入直流電流，每個固態(tài)開關(guān)在所述多個供應(yīng)線中至 少兩個的一個上；以及基于直流電流，確定定子繞組的電阻。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軟啟動器，其特征在于，處理器進(jìn)一步被配置為基于所確定的定子繞組電阻，確定定子繞組溫度；確定定子繞組溫度是否在定子繞組溫度閾值之下；以及如果定子繞組溫度在定子繞組溫度閾值之下，則有選擇地觸發(fā)所述至少一個固態(tài)開關(guān) 中的每一個，從而使得具有觸發(fā)的固態(tài)開關(guān)的所述多個供應(yīng)線中的兩個在感應(yīng)電機(jī)的相之 間循序交替。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的軟啟動器，其特征在于，處理器進(jìn)一步被配置為，基于所述 多個固態(tài)開關(guān)中每一個的有選擇的觸發(fā)，向感應(yīng)電機(jī)的每相注入量值相同的直流電流，所 注入的直流信號近似于注入到感應(yīng)電機(jī)的相的交流電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的軟啟動器，其特征在于，處理器進(jìn)一步配置為，控制交流電 流的量值，從而調(diào)節(jié)定子繞組溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軟啟動器，其特征在于，位于所述多個供應(yīng)線的每一個上 的所述至少一個固態(tài)開關(guān)包括以反并聯(lián)配置布置的兩個固態(tài)開關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軟啟動器，其特征在于，處理器在所述多個供應(yīng)線的各個 之間交替兩個固態(tài)開關(guān)的同步觸發(fā)，從而加熱三相電機(jī)的各相。
19.一個電氣連接到多相交流電機(jī)的電機(jī)控制裝置，該電機(jī)控制裝置包括對應(yīng)于多相交流電機(jī)的各相的至少一個固態(tài)開關(guān)，用于控制電流流動和端子電壓；以及控制器，其被配置為觸發(fā)多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上的固態(tài)開關(guān)，以便向由所述兩相構(gòu)成的電流路 徑注入直流信號；以及有選擇地觸發(fā)附加固態(tài)開關(guān)，使得在多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上被觸發(fā)的固態(tài) 開關(guān)在多相交流電機(jī)的相之間交替，由此向多相交流電機(jī)的每相注入具有基本相同量值 的直流信號。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)視和控制空閑狀態(tài)下的交流電機(jī)中的定子繞組溫度的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括一電路，其具有可連接到交流電源的輸入和可連接到多相交流電機(jī)輸入的輸出。該電路進(jìn)一步包括多個開關(guān)裝置，其用于控制多相交流電機(jī)的端子電壓和電流流動；連接到該電路的控制器。該控制器被配置為，致動所述多個開關(guān)裝置，以便在對應(yīng)于到多相交流電機(jī)的輸入的電機(jī)控制裝置的輸出中產(chǎn)生直流信號，基于該直流信號確定或估計(jì)多相交流電機(jī)的定子繞組電阻，并由定子繞組電阻估計(jì)定子溫度。于是，溫度可通過到定子繞組的直流注入來控制和調(diào)節(jié)。
文檔編號H02P23/10GK201928228SQ20092100002
公開日2011年8月10日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者B·陸, C·J·利布基, P·張, S·K·貝克爾, T·G·哈貝特勒 申請人:伊頓公司