專利名稱：用于在起動期間給多相電動機供電的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在起動階段給多相電動機供電的方法和裝置，該裝置包括一變壓器，該變壓器的輸出端連接至母線上，該母線連接該電動機和其他耗電裝置，所述的電動機本身消耗的有功功率大于或等于可用電功率的20%。
當前在企業(yè)中，常使用氣體分離設備給工廠提供象壓縮空氣、氧氣、氬氣等各種流體。這樣的工廠一般具有一臺大功率電動機，該電動機由三相電流饋電，用于驅動一臺產生8巴壓力的壓縮空氣的空氣壓縮機，例如，在此之后，從該壓縮空氣中開始進行上述氣體的分離。
由電網饋電的主變壓器輸出到連接電動機的母線，以及所要討論的工廠中安裝的其他耗電裝置。因為其功率一般在20MW數(shù)量級上，所以壓縮機的驅動電動機消耗了變壓器輸出的可用功率的大部分，大于該功率的20%，常常達到50%或更多。
可以理解的是，這種電動機的起動存在問題，特別是當電網呈現(xiàn)低短路功率時。在該前提下，電動機的起動會減少母線上的有效電壓到這樣的電壓水平(例如小于正常電壓的15%或更小)，以致阻礙或擾亂其他耗電裝置的運行。
另外，起動電動機所需的時間是所驅動的裝置的慣量之和以及其端子上有效電壓的函數(shù)。在起動期間，人們能在與這些慣量總和成正比的階段期間發(fā)現(xiàn)對電流的強烈需求。這種大電流導致線圈系統(tǒng)中熱的釋放，然而該線圈系統(tǒng)是絕熱的，該釋放必然受到盡可能縮短起動時間的限制，該起動時間值典型地在15和40秒之間。
為了做到這一點，目前使用兩種方法。根據第一種技術，人們給在起動期間饋給電動機的電壓和電流頻率之間的關系規(guī)定一恒定值，以這樣的方式，在任何給定時間中，電動機僅接收起動所必需的功率，所以不出現(xiàn)升溫的運行條件。不幸的是，該方法意味著使用笨重和昂貴的電力電子元件。
根據另一種方法，為電動機配有專用的自耦變壓器，該變壓器安裝在主變和電動機之間。在起動期間，以從自耦變壓器汲取的降低的電壓給電動機供電，來避免對與母線相連的其他耗電裝置運行的干擾，但是電動機起動持續(xù)時間增加到從發(fā)熱觀點上講不能允許的值。因為使用額外的自耦變壓器，該解決方案具有另外的缺點它昂貴，增加了額外的電壓降(在自耦變壓器上)，最后，在起動期間的功耗大于最小起動功率。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種在起動階段向多相電動機饋電的方法，它提供了一種不昂貴的方法，并且僅耗用電動機起動所必要的能量。
在閱讀以下說明之后，將變得顯而易見的本發(fā)明的上述和其他目的能用這樣的方法獲得，即一種通過一變壓器給多相電動機饋電的方法，該變壓器輸出端接到一母線上，該電動機和另外的耗電裝置連接該母線，所述的電動機本身使用大于或等于可用電功率的20%。該方法值得注意的是，在該電動機起動階段的至少一部分期間，用降低的電壓給該電動機供電，該電壓取自變壓器次級繞組的中間抽頭。
由于這種布置，在起動期間傳統(tǒng)上所用的自耦變壓器就不必要了。
根據本發(fā)明的優(yōu)秀特征，選擇每個中間抽頭上的變壓器變化，使電壓比Ub/Ua和Um/Ua二者都分別大于預定的值，Um、Ub、Ua分別是起動階段母線上的電壓、起動期間電動機端子上的電壓、和電動機及其它耗電裝置的性能所要求的電壓。下面可以看到，用這種方法，人們能限制在母線上所觀測到的電壓降，從而用這種方法不干擾其他耗電裝置的運行，所以這些確保了以充足的電壓給電動機供電，來克服在很短時間內作用在其輸出軸上的慣量，因而避免了所有發(fā)熱問題。
在某些特定的情況下，如上所述的根據本發(fā)明的方法可被更進一步的改進。
即，例如，當電網具有不適于電動機起動的特征時的情況(這是低的短路功率或規(guī)定電壓上出現(xiàn)小的壓降的情況)，或當由電動機驅動的機器有極大的功率要求時的情況(這具有大轉動慣量和/或高反扭矩的驅動電動機的情況)。
具體的優(yōu)點是提供至少一個輔助的氣動起動設備(如用一臺燃氣輪機構成)，它直接以機械形式，由氣體釋放所產生的能量提供給電機。
這種氣體例如可以是空氣、氮氣，但也可以是任何其它適于工業(yè)設施貯存的氣體。
僅僅在起動狀態(tài)的第一部分期間把該氣動輔助起動設備投入運行，所以允許把電動機的速度帶入其正常速度的某確定百分比X%內。
可以理解的是，在起動狀態(tài)的第一階段，電動機僅經該輔助裝置提供動力。
在起動狀態(tài)的剩余部分期間(直到達到正常速度)，根據上述的本發(fā)明的方法，該電動機經一臺變壓器來饋電(在變壓器中間抽頭上取得降低了的電壓)。
根據本發(fā)明的一個實施例，在起動狀態(tài)的剩余部分(第二階段)期間，由該輔助設備和該變壓器提供的組合能源給電動機饋送能量，這意味著在起動狀態(tài)的整個階段上始終使用該輔助設備。
對于本領域普通專業(yè)技術人員來講，顯而易見的是，本發(fā)明的輔助起動裝置根據所要求的性能，可由許多基本起動設備組成。
本發(fā)明還涉及用來實現(xiàn)本發(fā)明方法的供電裝置，包括第一供電導體，該導體將電動機連接到變壓器次級繞組的端子，該裝置包括第二導體，該導體將電動機與變壓器這些繞組的中間抽頭連接，以及換向裝置，用來通過第二導體選擇這些中間抽頭與電動機的連接，并在電動機的起動階段期間斷開第一導體。
參閱以下說明及相應的附圖，可了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的供電裝置的示意圖;
圖2是圖1裝置的等效電路圖，它用于說明本發(fā)明的方法。
現(xiàn)參見附圖中的圖1，它表示了本發(fā)明的供電裝置，例如用來自配電網R的三相電流供電。主變壓器T的初級線圈連接到電網R，該變壓器的次級繞組在母線J上輸出電流，母線J連接到各種耗電裝置(未示出)上，象在工廠或其它工業(yè)設施中的一種耗電設備，以及一臺如上所述的電動機M，例如用于驅動空氣壓縮機的電動機。如前面所述的，本發(fā)明尤其適用于電動機M汲取占該設備組總可用功率的大部分，如該功率的20%或更多之時的情況，例如，象這樣的情況，電動機驅動在工業(yè)設施中采用的構成氣體分離設備一部分的空氣壓縮機，在該工業(yè)設施中安裝了其他耗電設備。
在穩(wěn)定狀態(tài)中，電動機M通過第一導體母線L1直接由母線J饋電，例如由三相斷路器構成的換向裝置DJ1被布置在母線L1的導體上。以這樣的供電直接起動電動機呈現(xiàn)上述的所有缺點，使連接到母線J的其他耗電裝置的運行受到干擾。
根據本發(fā)明，可避免現(xiàn)有技術中對此必須依賴昂貴裝置的缺點，而是采用在主變壓器T本身次級繞組的中間抽頭(P1、P2、P3)上取得的降低了的電壓，在起動階段的至少一部分期間內給電動機M供電，來避免上述缺點。很清楚，這種供電方法很經濟，它僅要求第二導體L2的母線在起動階段有選擇地把電動機M連接到變壓器T的所述中間抽頭上。
很清楚，變壓器T次級繞組上的中間抽頭(P1、P2、P3)的位置必須以這樣的方式來選擇，即由這些抽頭饋電的電動機起動不能導致母線上的電壓降到比某個值低的值，這個值是維持其它耗電設備運行的極限值。設定這些耗電設備在給定電壓Ua上正常運行。設置起動階段母線上的電壓為Ub，則應滿足以下關系式Ub/Ua＞KK是一常量。
如果，假如目前的情況下，設定耗電裝置是在15%最大值的供電壓降中可運行的話，則可選擇K＝0.85。
該不等式設立了第一個關系式，它包括變壓器T的變化tr0，這時它在中間抽頭P1、P2、P3上輸出。實際上，如果參照圖2中所表達的等效電路，其中ZR、ZT、ZM分別是網絡、變壓器T和電動機在起動狀態(tài)期間的阻抗，則可寫成Ub/Ua＝(Zm/t2r0)/(Zr+Zt+Zm/t2r0) (1)
在此，以tr0值代入第一不等式，以及由設計者必須確定的中間抽頭位置代入該不等式。
另外，為了限制電動機的起動持續(xù)時間，以及它的發(fā)熱，在起動狀態(tài)期間施加的電壓Um必須大于一預定值，在該預定值以下，認為克服制動其輸出軸慣量的必要時間太長，由關系式(2)表達該約定Um/Ua＝(Ub×tr0)/Ua＞K′(2)K′是常量，例如可選擇K′＝0.65。
對于設計者來講剩下的就是，通過成功的試驗確定tr0的值，同時滿足上述的關系式(1)和(2)。例如，設計者可嘗試tr0的值在0.55和0.75之間的范圍，最好是在0.6和0.65之間的范圍內。
下面描述根據本發(fā)明方法的電動機起動過程，其中在起動狀態(tài)中只用變壓器給電動機供電(不采用任何輔助設備)。如圖1中所示，由三相斷路DJ2構成的換向裝置被設置在母線L2的導體上。在起動時，在斷路器DJ1打開時，閉合該三相斷路器DJ2。然后電動機的定時或速度計類的轉速確定裝置接續(xù)控制DJ2的打開和DJ1的閉合，從而建立起電動機的穩(wěn)態(tài)供電?？梢韵胂笥呻妱訖CM驅動的軸可承受電壓上的有限壓降，例如100毫秒內。
如果不是這種情況，在起動狀態(tài)的后段，在斷路器DJ2打開之前斷路器DJ1閉合，然后在母線的第二導體L2上接入電感S1，S2，S3，可限制這些導體上的短路電流，因為次級繞組的一部分輸出電流流過這些電感。DJ1的閉合控制DJ2的打開，促使電動機持續(xù)加速直到達到正常速度。
目前顯而易見的是，實際上本發(fā)明提供了上述的優(yōu)點。此外還應注意到，本發(fā)明不使用自耦變壓器，使網絡的短路功率不受影響，在短路功率相對小時，這是特別優(yōu)異的，因為不充足的短路功率不可能使電動機起動。此外，本發(fā)明允許以最小的消耗確保電動機起動。
在短路功率小的地方的設施中，通常的起動自耦變壓器必須具有近似主變壓器的特性，來限制在起動狀態(tài)期間由其阻抗導致的壓降和網絡上的短路功率的下降。本發(fā)明可節(jié)省對這種自耦變壓器的高投資。
權利要求
1.一種從變壓器(T)提供電力給多相電動機的方法，該變壓器(T)輸出端接到母線(J)上，電動機(M)以及其它耗電裝置連接到該母線上，所述的電動機本身汲取可用電功率的至少20%的有功功率，其特征在于，在電動機起動階段的至少一部分上，采用取自該變壓器次級繞組中間抽頭(P1、P2、P3)的降低后的電壓供電。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，在每個中間抽頭上的變壓器的變化(tr0)被這樣選擇，使電壓比Ub/Ua和Um/Ua每個都大于預定的相關電壓值，Ub、Um和Ua分別是起動期間母線的電壓，起動期間電動機端子上的電壓，和由確立電動機性能和其他耗電裝置性能所決定的應賦予的電壓。
3.根據權利要求2的方法，其特征在于，這樣選擇所述比例滿足Ub/Ua＞0.85Um/Ua＞0.65
4.根據權利要求1到3中任一個的方法，其特征在于，在起動狀態(tài)的第二部分期間，通過所述的變壓器給電動機饋電，在第二部分之前的起動狀態(tài)的第一部分期間，電動機至少由一臺氣動輔助起動設備饋送動力。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，在所述起動狀態(tài)的第一部分的尾端，電動機的速度在其正常速度的20%和50%之間。
6.根據權利要求4或5的方法，其特征在于，在起動狀態(tài)的所述第二部分期間，電動機只由所述的變壓器饋電。
7.根據權利要求4或5的方法，其特征在于，在起動狀態(tài)的所述第二部分期間，電動機由變壓器和所述的氣動輔助起動設備聯(lián)合提供能量饋送動力。
8.根據權利要求4到7的任一個的方法，其特征在于，所述的氣動輔助起動設備是燃氣輪機。
9.實現(xiàn)根據權利要求1到8中任一個的方法的供電裝置，包括第一供電導體(L1)，它把電動機(M)連接到變壓器(T)的次級繞組的端子上，其特征在于，它包括第二電動機導體(L2)，從這些繞組的中間抽頭(P1、P2、P3)給電動機供電，以及換向裝置(DJ1、DJ2)，用來有選擇地通過第二導體(L2)把這些中間抽頭與電動機(M)相連，并在至少電動機起動狀態(tài)的一部分期間斷開第一導體(L1)。
10.根據權利要求9的裝置，其特征在于，在電動機起動狀態(tài)的尾端，接在第二導體上的換向裝置(DJ2)在接在第一導體上的換向裝置(DJ1)閉合之后打開。
11.根據權利要求10的裝置，其特征在于，它包括與設置在第二導體(L2)上的換向裝置(DJ2)串連布置的短路電流限制電感(S1、S2、S3)。
12.根據權利要求9到11之一的裝置，其特征在于，它包括至少一個輔助氣動電動機起動裝置。
13.根據權利要求12的裝置，其特征在于，所述裝置是一臺燃氣輪機。
全文摘要
通過變壓器(T)給電動機供電，該變壓器(T)輸出端接到母線(J)上，該母線上接有電動機(M)和其它耗電裝置，電動機本身消耗可用電動率的20％或更多的有功功率，在電動機起動階段的至少一部分上，該電動機由取自變壓器(T)的次級繞組中間抽頭(P
文檔編號H02P1/28GK1113618SQ9510389
公開日1995年12月20日 申請日期1995年4月14日 優(yōu)先權日1994年4月15日
發(fā)明者維茲尼·馬克, 莫里?！と麪柸?申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司