專利名稱：交流電動機混合調壓起動控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型是交流電動機混合調壓起動控制裝置。
據檢索知，由日本電光公司研究成功的可變電壓起動控制器(見《低壓電器技術情報》1981年第三期第12頁)是在起動電動機的瞬間首先加上一個低電壓(50％額定電壓)經0.5～1秒延時，轉為70％額定電壓起動，當轉速上升到接近額定值時，轉為全壓起動運行，達到三級自耦降壓起動。該控制器存在下列不足一是只能三級起動，二是自耦變壓器線圈數較多，(三相八個)，鐵芯結構復雜，工藝復雜，三是低壓起動時，不管拖動系統靜阻轉矩的大小，全是50％額定電壓起動，當拖動系統靜阻轉矩較大，在低壓起動時電機會不轉，且在50％額定電壓起動的時間不能調節，不管電機容量大小，重載、輕載或無載起動，都是0.5～1秒。
本實用新型的目的是針對上述現有技術之不足，研制一種交流電動機混合調壓起動控制裝置。該裝置能達到多級調壓起動，減少自耦變壓器線圈數，鐵芯結構與工藝簡單，電機起動時，用戶根據拖動系統靜阻轉矩的大小，改變拖加于電動機端起動電壓的大小，能根據不同的負載性質，具體調節各級電壓作用的時間。
為了實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案將傳統的只設有一個星形聯接點的自耦變壓器改接為具有n個星形聯接點的自耦變壓器，n為2至10中任一正整數。自耦變壓器的電源首端至第一個星形聯接點之間線圈段設有m個供選擇的專門聯接電機的抽頭，m為1至10的任一正整數。在起動過程中，聯接到電源的自耦變壓器端不變，聯接到電機的自耦變壓器的抽頭不變，通過分別自動短接不同的星形聯接點來調節自耦變壓器的匝比，進而調節施加于電動機端的端電壓，且在從短接一個星形聯接點到短接另一個星形聯接點的過程中，星點全開路，自耦變壓器作為實心電抗器使用，這樣，自耦變壓器與電抗器混合交替運行，達到多級降壓之目的。其起動級數為n＋1級起動，使用的接觸器個數為n＋2個。當電機拖動系統的轉動慣量較小，靜阻轉矩較小時，可將電機各相接于自耦變壓器m個抽頭中電壓較低的抽頭，使電動機起動瞬間的電壓降得較低，起動電流較小；當拖動系統的轉動慣量較大，靜阻轉矩較大時，可將電機接于自耦變壓器m個抽頭中電壓較高的抽頭，使電機的起動轉矩較大，以滿足拖動系統靜阻轉矩對起動轉矩的要求。
該裝置的主電路為三相電源接于運行用三相接觸器KCL的上端，其下端接于三相電動機。起動用三相接觸器K1的上端接于三相電源，其下端接于三相自耦變壓器的接電源端(首端)。三相自耦變壓器各相m個抽頭中的任意一個與交流電機的三相電源端聯接的三相接觸器的下端各相對應聯接。三相自耦變壓器n個對應匝比的星形聯接點的抽頭各接于短接所需匝比星點的三相接觸器的一端，其另一端各接成短路。這樣，第一，閉合靠近聯接電機抽頭的那個星形聯接點接觸器K2；第二閉合聯接自耦變壓器首端與電源間的那個接觸器K1，使電機在低壓起動；第三，斷開前一個短接星點的接觸器，閉合遠離聯接電機抽頭的星點接觸器，直至斷開最后一個星點接觸器，閉合運行接觸器，最后斷開聯接自耦變壓器首端與電源間的那個接觸器，起動過程結束。
在控制電路中，一個時間繼電器控制一個短接星點的接觸器，某一個短接星點的接觸器閉合時間的長短，(即某一電壓在電機端作用時間的長短)，由控制它的時間繼電器來控制，以滿足不同具體情況的需要。
該裝置的控制電路結構為第一，由下列n＋1條電支路并聯第一條支路是按鈕S2的常開觸頭與接觸器K2的常開輔助觸頭并聯后，再與短接第二個星點接觸器K3的常閉輔助觸頭、控制K2的時間繼電器KT1的常閉延時斷開觸頭、接觸器K2的線圈串聯；第二條支路是K2的常開輔助觸頭與K1的常開輔助觸頭并聯后，再與K1的線圈、KT1的線圈并聯后的電路串聯；從第三條電路開始，共有n－1條支路，該n－1條支路，是由控制前一個短接星點接觸器的時間繼電器的常開觸頭與短接后一個星點接觸器的常開輔助觸頭并聯后，再與控制前一個星點接觸器的常閉輔助觸頭、控制后一個星點接觸器的時間繼電器的常閉延時斷開觸頭、控制后一個星點接觸器的線圈串聯后，與控制后一個星點接觸器的時間繼電器的線圈并聯的電路串聯。該n＋1條支路并聯后，再與運行接觸器KCL的常閉輔助觸頭串聯構成第一條電回路。第二，由控制最后一個星點接觸器的時間繼電器的常開延時閉觸頭、第一和最后一個星點接觸器的常閉輔助觸頭串聯后，與運行接觸器KCL的常開輔助觸頭并聯，再與運行接觸器KCL線圈串聯，構成第二條電回路。第三，這兩條電回路并聯后，再與按鈕S1的常閉觸頭串聯構成電原理圖。該控制電路原理圖的兩端接至三相電源的任意兩相即可。
該控制裝置的技術效果，由于采用調壓起動，所以起動電流可以降得較低，視起動瞬間電壓降低程度而定。設起動瞬間電機端電壓與額定電壓之比為α，交流電動機額定電壓起動時起動電流為istN且為電機額定電流IN的7倍，則該起動裝置起動瞬間對電網的沖擊電流ist＝7INα2，當α＝0.45時，ist＝1.4IN；當α＝0.5時，ist＝1.75IN等等。
該裝置與最新最接近技術相比，最接近技術是三級起動，而本裝置為多級起動，起動更平穩；最接近技術三相的線圈數為八個，而本裝置只有三個，線圈少，工藝簡單省銅；最接近技術鐵芯結構為“田”形，而本裝置為“
”形，鐵芯結構簡單，工藝簡單，省硅鋼片；最接近技術在低壓起動時間必須很短(0.5～1秒)，否則會燒毀起動器中自耦變壓器短路線圈，而本裝置不存在這個問題，作用于電機端的任何一個電壓可根據不同的負載性質具體調節，達到最佳控制。
應用該裝置，對于象無勵磁的交流電動機——直流發電機組這樣的拖動系統，則可將低壓施加于電動機端的時間相對增長，而將中壓施加于電動機端的時間相對縮短，最后轉為全壓運行。對于象離心式水泵、風機這樣的拖動系統，則可將低壓施加于電動機端的時間相對縮短，而將中壓施加于電動機端的時間相對增長，最后轉為全壓運行。對于象皮帶運輸機這樣的重載拖動機組，一是將電機接至變壓器的較高電壓抽頭，二是將低壓施加于電動機端的時間大大縮短，而將中壓施加于電動機端的時間增長，最后轉為全壓起動行動。
該混合調壓起動控制裝置廣泛應用于工業、農業、國防等電力拖動系統中，特別是對于那些工礦企業自備發電機容量不夠，不能起動的拖動機組、需要增加電機容量，但電網容量(前級變壓器容量)又不夠的電力系統、大型、中型鼠籠電機拖動機組以及對電網電壓質量要求較高的場合，有著其它起動控制設備不可比擬的優點。
以下結合附圖予以詳細說明。
實施例1為m＝2，n＝2的混合調壓起動控制裝置。
圖1為m＝2，n＝2的混合調壓起動控制裝置的三相自耦變壓器繞組聯接原理圖。
圖2為m＝2，n＝2的混合調壓起動控制裝置主電路原理圖。
圖3為m＝2，n＝2的混合調壓起動控制裝置控制電路原理圖。
圖4為m＝2，n＝2的混合調壓起動控制裝置控制系統聯接電路原理圖。
在圖1中，自耦變壓器為三級起動的自耦變壓器，它的三相分別為U相、V相、W相。接電源端(首端)分別為U1、V1、W1，兩個供選擇的聯接三相電機的抽頭分別為U2、V2、W2，U3、V3、W3，當拖動系統的靜阻轉矩較小時，U3、V3、W3接電機，當拖動系統的靜阻轉矩較大時，U2、V2、W2接電機。兩個星形聯接點分別為U4、V4、W4，U5、V5、W5，當U5、V5、W5開路，U4、V4、W4短接為一點時，電機低壓起動，當U4、V4、W4開路，U5、V5、W5短接為一點時，電機端電壓調高；當U4、V4、W4，U5、V5、W5開路，U1、V1、W1接電源時，電機為電抗起動。當U4、V4、W4，U5、V5、W5開路，電機的三端接至電源(圖4中的KCL閉路)時，電機調至全壓起動。
圖4的工作原理如下當按下起動按鈕S2時，接觸器K2線圈通電，K2的常開觸頭閉合，自耦變壓器的星點U4、V4、W4短接，K2的常閉觸頭斷開，接觸器K1的線圈、時間繼電器KT1的線圈同時通電K1的常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開，交流電動機在低電壓下起動。經時間繼電器KT1延時后，KT1的常閉延時斷開觸頭斷開，K2線圈失電，K2觸頭復位，自耦變壓器的星點U4、V4、W4開路，在此瞬間，自耦變壓器第一次作為電抗器運行，KT1的常開延時閉合觸頭閉合，接觸器K3線圈、時間繼電器KT2線圈同時通電，接觸器K3的常開觸頭閉合，自耦變壓器的另一星點U5、V5、W5短接，此時自耦變壓器改變了匝比，調高輸了出電壓，交流電動機在中壓起動。再經時間繼電器KT2延時，KT2的常閉延時觸頭斷開，K3線圈失電，K3復位，自耦變壓器的另一星點U5、V5、W5開路，此時自耦變壓器第二次作為電抗器使用，KT2的常開延時閉觸頭閉合，接觸器KCL線圈通電，常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開，KT1、KT2線圈失電，同時電動機調為全壓起動運行。最后，K1斷開，起動過程結束。
已研制的m＝2，n＝2控制45KW電機的混合調壓起動控制裝置，自耦變壓器線圈的U1U2一段為50匝，U2U3一段為6匝，U3U4一段為56匝，U4U5一段為75匝，V相和W相與U相完全相同。主回路和控制回路原理按圖2、圖3聯接，電動機接在U3、V3、W3抽頭。在主回路中，當K1、K2閉合時電動機端電壓為
×100％＝ 56/(50＋6＋56) ×100％＝50％電源電壓，當K2斷開，K3閉合時，電動機端電壓調
×100％＝ (56＋75)/(50＋6＋56＋75) ×100％＝70％電源電壓。該混合調壓起動控制裝置在40KWJ02水泵電機上工業試運行，并用紫外線示波器對起動電壓和起動電流錄波測試，測試結果表明達到了理想效果。在低壓起動時對電網的起動電流為電機額定電流的1.85倍，起動時間為5.4秒，當調為中壓起動時對電網的起動電流為電機額定電流的2.06倍，起動時間為0.4秒，總的起動時間為5.8秒。在低壓到中壓，中壓到全壓的調壓瞬間，電流無沖擊，達到了起動平穩，電網電壓無波動，起動時間短的效果。
通過45KW電機的混合調壓起動控制裝置經四個多月工業實際運行證實，該裝置效果好，工作可靠。
實施例2為m＝2，n＝3的混合調壓起動控制裝置。
圖5為m＝2，n＝3的混合調壓起動控制裝置自耦變壓器繞組聯接電原理圖。
圖6為m＝2，n＝3的混合調壓起動控制裝置主電路原理圖。
圖7為m＝2，n＝3的混合調壓起動控制裝置控制電路原理圖。
圖5是在圖1的自耦變壓器繞組的尾端U5、V5、W5再增加一部分繞組，進而增加一個星形聯接點U6、V6、W6。
圖6是在圖2的主電路的變壓器的尾端U5、V5、W5再增加一部分繞組和增加一個星形聯接點開關K4。
圖7是在圖3的控制電路原理中，在第一條電回路的三條支路的基礎上，再增加一條支路。該支路由時間繼電器KT2的常開延時閉觸頭與接觸器K4的常開輔助觸頭并聯后，再與接觸器K3的常閉輔助觸頭、時間繼電器KT3的常閉延時斷觸頭、接觸器K4的線圈串聯的電路與時間繼電器KT4的線圈并聯后的電路串聯而成。再將圖3中第二條電回路中接觸器K3的常增長輔助觸頭換為接觸器K4的常增長輔助觸頭即可。
動作原理圖6中，斷開K3后，K4合，經時間繼電器KT3延時，再斷開K4，合KCL，達到n＋1＝3＋1＝4級起動，其余均與圖4動作原理相同。
實施例3為m＝2，n＝4的混合調壓起動控制裝置。
圖8為m＝2，n＝4的混合調壓起動控制裝置自耦變壓器繞組聯接原理圖。
圖9為m＝2，n＝4的混合調壓起動控制裝置主電路原理圖。
圖10為m＝2，n＝4的混合調壓起動控制裝置控制電路原理圖。
圖8是在圖5的變壓器繞組的尾端U6、V6、W6再增加一部分繞組，進而增加一個星形聯接點U7、V7、W7。
圖9是在圖6的主電路的變壓器的尾端U6、V6、W6再增加一部分繞組和增加一個星形聯接點開關K5。
圖10是在圖7的控制電路原理中，在第一條電回路的四條支路的基礎上，再增加一條支路，該支路由時間繼電器KT3的常開延時閉觸頭與接觸器K5的常開輔助觸頭并聯后，再與接觸器K4的常閉輔助觸頭、時間繼電器KT4的常閉延時斷觸頭、接觸器K5的線圈串聯的電路與時間繼電器KT4的線圈并聯后的電路串聯而成。再將圖7中第二條電回路中接觸器K4的常閉觸頭換為接觸器K5的常閉輔助觸頭即可。
動作原理圖9中，斷開K4后，K5合，經時間繼電器KT4延時后，再斷開K5，合KCL，達到n＋1＝4＋1＝5級起動。其余均與圖6、圖7動作原理相同。
權利要求1.一種交流電動機混合調壓起動控制裝置，包括交流電動機，只有一個星形聯接點的自耦變壓器，與該變壓器和三相電源聯接的主電路，對應接于該電動機三相電源中任意兩相的控制電路；其特征在于(1)把設有一個星形聯接點的自耦變壓器改接為具有n個星形聯接點的自耦變壓器，n為2至10中任一正整數；在該變壓器的電源首端至第一個星形聯接點之間的線圈段，設有m個供選擇的專門聯接電機的抽頭，m為1至10的任一正整數，再給自耦變壓器的每個星形聯接點聯接一個接觸器；(2)該裝置的主電路包括三相自耦變壓器各相m個抽頭中的任一個與交流電機的三相電源端聯接的三相接觸器的下端各相對應聯接；三相自耦變壓器n個對應匝比的星形聯接點的抽頭各接于短接所需匝比星點的三相接角觸器的一端，其另一端各接成短路；(3)該裝置的控制電路由第一條電回路與第二條電回路并聯后，再與按鈕S1的常閉觸頭串聯構成；第一條電回路由(n+1)條電支路并聯后，再與運行接觸器KcL的常閉輔助觸頭串聯而成，其中第一條支路是由按鈕S2的常開觸頭與接觸器K2的常開輔助觸頭并聯后，再與短接第二個星點的接觸器K3的常閉輔助觸頭、控制K2的時間繼電器KT1的常閉延時斷開觸頭、接觸器K2的線圈串聯；第二條支路是由接觸器K2的常開輔助、接觸器K1的常開輔助觸頭并聯后，再與接觸器K1的線圈、時間繼電器KT1的線圈并聯后的電路串聯；從第三條支路到(n-1)條支路，其每條支路依次是由控制前一個短接星點接觸器的常開輔助觸頭與短接后一個星點接觸器的常開輔助觸頭并聯后，再與控制前一個星點接觸器的常閉輔助觸頭、控制后一個星點接觸器的時間繼電器的常閉延時斷開輔頭、控制后一個星點接觸器的線圈串聯后，與控制后一個星點接觸器的時間繼電器的線圈并聯后的電路相串聯；第二條電回路控制最后一個星點接觸器的時間繼電器的常開延時閉輔觸頭、第一個和最后一個星點接觸器的常閉輔助觸頭串聯后，與運行接觸器的常開輔助觸頭并聯，再與運行接觸器線圈串聯而成；在控制電路中，一個時間繼電器控制一個短接星點的接觸器；
2.根據權利要求1所述的交流電動機混合調壓起動控制裝置，其特征在于當交流電動機拖動系統的轉動慣量與靜阻轉矩較小時，該電機各相相應接于自耦變壓器m個抽頭中電壓較低的抽頭各相；當其拖動系統的轉動慣量與靜阻轉矩較大時，該電機各相相應接于自耦變壓器m個抽頭中電壓較高的抽頭各相。
專利摘要交流電動機混合調壓起動控制裝置解決了交流電動機起動時電源壓降較大的問題，本實用新型把設有一個星形聯接點的自耦變壓器改接為具有多個星形聯接點的自耦變壓器，在該變壓器的電源首端至第一個星形聯接點之間的線圈段，設有多個供選擇的專門聯接電機的抽頭，并在其每個星形聯接點聯接一個接觸器，該變壓器接觸器、電機、三相電源等構成主電路，在三相電源的任意兩相聯接控制電路。該裝置能多級調壓起動，且減少了自耦變壓器線圈，鐵芯結構與工藝簡單。
文檔編號H02P1/26GK2164613SQ93239269
公開日1994年5月11日 申請日期1993年9月9日 優先權日1993年9月9日
發明者張治俊 申請人:重慶大學