感应电动机的起动及保护制造技术

一感应马达以减小的输入电流，能源消耗及机械应力的情况起动，它的定子在由一正弦波源激能而起动或起动以后运转时再受到保护，而避免ＡＣ电源的相损失、过低或过高的电压、或转子锁定等情况的发生，并在起动及之后的较小负载运转时达成近乎最佳的马达操作效率，且相连的马达保护装置在马达准备起动或起动之后运转发生锁定转子的情况，或ＡＣ电源发生异常而造成起动失速，过高的马达运转电流或额定负载或马达逆转时禁止该波形修正器装置对该定子绕组进行供能．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于感应马达起动技术的改进，并保护三相马达免受电流过高或过低电压、相损失、严重超载（包括转子锁定情形等）的损害。上述情形都是在马达起动时，或起动后接着发生的。本专利技术大致上是关于感应马达的电力输入控制的，特别是关于马达电流解调式电源节能控制器，并提供利用降低输入电压的控制电流起动，使定子绕组免受起动相位损失，及不使马达长时间在由于转子锁定或电源异常情形所引起的电流高于额定满载电流的情况下操作。专利技术背景目前，已有许多种现有技术的装置被发展出来降低感应马达全电压起动时所产生的电源涌动。通常，先供应一个减小的定子电压，再以一系列的手动步骤或自动地逐渐由该减小的起始电压增加至全电压，调整的时间长度选定为最佳，亦即“电压增加对时间斜坡”的技术形式。美国专利第4，404，511号（具有减低电压起动器的马达功率因素控制器）即为“电压斜坡式”马达起动器的一例，这种设计也包括有一个负载减小时的电能节约装置，可在任何手动起动时间间隔之后开始作用，而在该时间间隔中，最后将电力线的全电压施加于定子绕组上（不论真正的起动要求如何）。像在一般的采用减小的电压起动-->马达的装置的现有技术中所常见的，该专利无法提供对于电源发生异常状态时的保护，也无法在马达起动时（或起动后）发生转子锁定现象时候为定子绕组提供过电流保护。美国专利第4，086，406号是另一个时间任定的“斜坡式”降压马达起动器的例子，该起动器包括有定子过流保护装置和AC（交流）电源异常保护装置，但并不包括有起动后根据负载需要而调整输入电压以提高马达操作效率的装置。其马达保护的功能非常复杂，其基本原理和电路与本专利技术所采用的完全不同。综合地说，上面所举的现有技术代表了目前电子马达起动及定子过流保护装置所采用的基本概念及技术。就马达起动控制而言，这些现有技术的特性是随时间缓慢地将定子输入电压由一个减小的电压逐渐增大至全电压，其中时间的调整是任意选定的，或是预先设计选定的。但是，在任何情况下，它的时间控制都不是对应于真正受到控制的马达及其真正负载的电机特性而控制的。就定子过流保护而言，这些现有技术的特性是，在预定或手动选定的时间间隔内反应于流入定子绕组的均方根电流的变化电流峰值或者平均值，和或者随着它的温度上升而受到控制。现有技术的电源异常保护一般都是利用许多的电子比较器和复杂的电路装置来达成的。时间因素任意控制的“定子电压斜坡式”起动控制装置中通常只能达到不可靠的起动控制，并且造成马达系统的不稳定不必要的电力浪费和在过度慢的加速时的马达发热、或者在马达起动时间中的某一段时间内的显著振动。同样地，这些现有技术装置时常容许过度的定子电流浪费了可观的电力，因为马达起动负载（通常是较小的）是很少必须要AC电源的全电压的，而在马达起动时间过后这全电压最-->后还是要接给马达的。由于变化峰值因素及电源，及和所产生的切换部份正弦波相关的相位相关暂态定子涌入电流的关系，反应于高于一特定值的变化峰值而动作的有效定子均方根电流过流保护装置很少真能制成。在本专利技术者的美国专利第4，297，628号“感应马达能源节约器”中，公开了采用对应转子机械负载大小及电能转换为机械能效率的具有马达性能某些特性的AC电源节约装置，以使感应马达在由零至最大额定负载的范围中以最小输入电力操作。这一前述美国专利（4，297，628）描述了适用于单相感应马达采用波修正装置的节能定子电力控制系统的定子电流解调装置。该前述专利也参考了本专利技术者的美国专利第4，242，625号“多相感应马达节能器”，其中公开了采用了两个可反应于电流调解式马达负载探测装置以产生、输入至一三相马达AC电源的负载/效率相关控制的一种与波修正器大致相同型式的装置。前述本专利技术者的前专利技术之目的是要提供可反应于一感应马达的具有与负载效率相关的特性而动作的AC电源控制装置，以使该特性利用正比于工作负载变化的定子输入功率而以低于正常或高电源电压在由零至最大额定机械负载的范围内保持最高的马达效率。不过，这些先有专利技术并不具有马达起动的节能，起动涌入电流的减低，电源异常的保护、或在马达起动时或起动后发生转子锁定情形时定子绕组的过流保护等特性。由于已知在以电力线全电压起动马达时，定子涌入电流为正常操作电流的五至八倍，从而使马达受到严重的电机应力，这甚至在马达可以正常自由起动时也是一种电力的浪费，况且如果（马达）驱动机构在起动时被阻停或在起动后任何时刻停止转动，都会很-->快地使定子绕组受到永久性的损伤。另外，热动式的断路通常可以避免灾难性的、暂即性的马达故障，但在转子锁定事件或电源异常发生时却不能避免某些程度的永久性绕组损伤发生，这样便缩短了马达的使用寿命。专利技术概述本专利技术采用定子输入电源控制及首先在本专利技术者的美国专利第4，297，628号中公开的供监控与性能有关的定子起始涌入电流特性的新颖电路装置的基本概念来消除现有技术中感应马达及保护装置所具有的各种困难、限制、能源浪费等令人讨厌的问题。如同后面所将说明的那样，定子电源的控制系统依赖短时间（数微秒）电压脉冲的处理及控制应用，这些脉冲的特性与转子速度（转差）、马达负载、功率转换效率及每次电源反向时定子电流的峰值符有关。标准的AC感应马达的定子是利用通过一波修正器，或为三相马达时通过两个波修正器由一正弦波电源供应电能，这些波修正器的操作可以改变正弦波每一周期的各个部份，而正弦波则由电源供给定子绕组。波修正器可为海德杰（Hedge）的美国专利第4，242，625号中所讨论的型式，或为这里将讨论的，本专利技术实施例所采用的节能技术集成电路（Energy    Economizer    Technology    Integrated    Circuit-EET-IC）的型式。根据本专利技术，波修正器是根据增加的电路装置、手动调整、及监控代表马达状态（即充能或去能）的定子起始涌入电流特性所产生电信号而动作。这些附加的电路装置和一节能式定子电流监控装置，及该EET-IC共同组合成一种具有节能的两种“操作状态”及两种“保护状态”的感应马达电源控制系统。两种操作状态为：马达起动及马达运转。每一状态有一相关的保-->护状态，故可避免定子绕组受到马达起动及以后运转时潜在的损失状况所导致的损害。更确切地说，在马达起动时，EET-IC内的定子电流解调器装置的节能器控制电路部份被中止操作，而局部源电压交换的相位角延迟藕合因较佳的最大均方根起动电流的手动选择而产生一个均方根定子电压值。如果转子轴可自由开始旋转，马达即在该较佳（减低）的电压及受控制的电流之下开始加速。根据定子电流特性的电路装置使本专利技术的控制系统保持在前述起动状态中直到该特性指出马达已被加速到接近同步的速度。在这个速度，电路装置根据该速度的指示而将控制系统转换至运转状态，在运转状态中定子电压的大小是由转子负载转矩的需求所控制。这样，根据本专利技术，马达起动模式所需的时间及接至定子的电压大小即由真正需要的情况所控制，而不是通过人为方式以随意决定的时间长短来控制，这种控制方式不管马达真正负载的情形如何都逐渐地最后供给马达全电压。更确切地说，当转子可自由旋转时，本专利技术之起动模式持续时间长短及所供应的起动电压大小主要由下面所列的因素决定的：1.操作者所选定的起动电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
在包括有一具有一转子及一定子绕组ＡＣ感应马达的一电子控制系统中，一个为该定子绕组激能以使转子转动的正弦波电源，一个藕合至定子绕组以便在每一次定子绕组内的电流由零开始增加时监视涌入定子绕组的电流的操作效率有关参数的马达电流解调器，该马达电流解调器可操作而产生一输出控制信号，其大小与和效率相关的涌入电流参数有关，和一控制电路，可反应于由马达电流解调器送来的输出控制信号，而利用变化由电源藕合至定子绕组的每一正弦波各部分而控制由该电源所供应的激能，其改良包括有手动可设定之装置以供在一起动模式操作中选定马达起动力矩的最大值，在该起动模式中停止该控制电路动作的装置，反应于该手动可设定装置以限定最大电流的装置，该最大电流是在该起动模式中由该电源供应至该定子绕组以确保在该起动模式中马达力距不会超过该选定的马达起动力矩最大值，和反应于接近同步转速的马达速度而使该控制装置动作以将该电源控制系统由该起动模式切换至一运转模式的装置。

【技术特征摘要】
1、在包括有一具有一转子及一定子绕组AC感应马达的一电子控制系统中，一个为该定子绕组激能以使转子转动的正弦波电源，一个藕合至定子绕组以便在每一次定子绕组内的电流由零开始增加时监视涌入定子绕组的电流的操作效率有关参数的马达电流解调器，该马达电流解调器可操作而产生一输出控制信号，其大小与和效率相关的涌入电流参数有关，和一控制电路，可反应于由马达电流解调器送来的输出控制信号，而利用变化由电源藕合至定子绕组的每一正弦波各部分而控制由该电源所供应的激能，其改良包括有手动可设定之装置以供在一起动模式操作中选定马达起动力矩的最大值，在该起动模式中停止该控制电路动作的装置，反应于该手动可设定装置以限定最大电流的装置，该最大电流是在该起动模式中由该电源供应至该定子绕组以确保在该起动模式中马达力距不会超过该选定的马达起动力矩最大值，和反应于接近于同步转速的马达速度而使该控制装置动作以将该电源控制系统由该起动模式切换至一运转模式的装置。2、权利要求第1项所述的电力控制系统，其中该感应马达为一三相马达，具有三个定子绕组，该电源为一三相电源，其三相被分别连接至该三定子绕组，在每一该电源相及其个别的定子绕组之间的连接包括有一个别的该马达电流解调器及一个别的该控制电路。3、权利要求第1项所述的控制系统包括有在该起动模式中反应于转子锁定状态的发生而中止电流由该电源供应至该定子绕组的装置。4、权利要求第1项所述的电力控制系统包括有在该运转模式中反应于转子锁定状态的发生而中止电流由该电源供应至该定子绕组的装置。5、权利要求第1项所述的电力控制系统包括有在该起动模式中反应于该马达在一预定的时间之内无法加速至接近同步转速的情形而中止电流由该电源供应至该定子绕组的装置。6、权利要求第2项所述的电力控制系统包括有以电容方式将每一该电源相藕合至一三相全波二极管桥以动作而产生一个被该控制电路所利用的DC操作电位的装置，和以电容方式将该桥的输出藕合至接地点的装置。7、权利要求第2项所述的电力控制系统包括有三相变压器，具有个别连接至该电源之三相的主绕组，三整流器个别地连接至该些三相变压器之次绕组，平行馈送该三个次绕组的经过整流的输出至一个其接点的装置，监视在该其接点的电位的装置以供探测在该电源各相中的至少一个发生开路的情形，和反应于该开路情形的发生而中止电流由该电源供应至这些定子绕组的装置。8、权利要求第1项所述的电力控制系统包括有供监视该电源的输出电位大小的装置，和反应于该输出电位的增加超过一预定限制值而中止该电源对该定子绕组激能的装置。9、权利要求第1项所述的电力控制系统，包括有供监视该电源的输出电位大小的装置，和反应于该输出电位的减低超过一预定限制值而中止该电源对该定子绕组激能的装置。10、在包括有一具有一转子及一定子绕组的AC感应马达的一电子控制系统之中，一个为该定子绕组激能以使转子转动的正弦波电源，一个藕合至定子绕组以在每一次定子绕组内的电流由零开始增加时监视涌入定子绕组的电流的操作效率有关参数的马达电流解调器，电流解调...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫奇斯，
申请(专利权)人：路易斯W帕克，
类型：发明
国别省市：US[美国]