異步電機以及用于使異步電機運行的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種異步電機以及一種用于使異步電機運行的方法。
【背景技術】
[0002] 在交流電網上運行的異步電機為了產生旋轉磁場而需要有相位差的至少兩個電 壓。為此，異步電機通常具有主繞組以及偏置90°的輔助繞組，其中，利用與輔助繞組串聯 的電容器來實現相位差。
[0003] 相位差是電容器的電容和異步電機的轉速的函數，并且決定該異步電機的工作 點。在錯誤的工作點上運行會造成運行故障以及對各構件和所屬機器的損壞。因此，經常 需要在起動轉速與額定轉速之間在電機的啟動階段內改變電容器的電容，其中，電容的改 變通常如下來實現：
[0004] 1.異步電機借助起動電容器和運行電容器來運行，其中，起動電容器在啟動過程 之后斷開，或者
[0005] 2.異步電機僅借助起動電容器來運行，該起動電容器在啟動過程之后斷開。
[0006] 對于無干擾的電機運行來說，可供使用的扭矩必須保持既在起動電容器斷開前又 在起動電容器斷開后不久均比負載力矩明顯更大。實踐中，通常借助與電機轉速有關的離 心力開關、與電機電流有關的電流繼電器或者在預定義時間之后來使起動電容器斷開。
[0007] 此外，由US 2007/0057647 A1已知一種方法，其中，確定輔助繞組的電壓與主繞組 的電壓之間的相位差，并且當該相位差超過預先給定值時使起動電容器斷開。
[0008] 此外，由DE 600 24 487 T2已知一種具有主繞組、輔助繞組和起動電容器的用于 單相交流電感應電機的電機電路，其中，測量輔助繞組的電壓，并且當測得的電壓的一階導 函數超過預先給定的閾值時，引入起動電容器的斷開。
【發明內容】
[0009] 本發明的任務在于，以簡化的電路和處理耗費來確保異步電機的無干擾的且保護 構件的運行。
[0010] 根據本發明，該任務通過權利要求1和14的特征來解決。
[0011] 對于根據本發明的用于使具有主繞組和輔助繞組的異步電機運行的方法，在使異 步電機起動之前將起動電容器與輔助繞組串聯，通過如下方式來使該起動電容器在異步電 機起動之后在所確定的時刻斷開，即，
[0012] -測量輔助繞組的電壓，
[0013] -應用至少一個數學模型，該至少一個數學模型關于時間描繪輔助繞組的電壓的 電壓幅值并且包含電機啟動過程的動態進程的至少一個特征值，其中
[0014] 根據該數學模型以及輔助繞組的所測得電壓的幅值或有效值的變化曲線來確定 電機啟動過程的動態進程的特征值，以及
[0015] -借助所確定的特征值來確定用于使起動電容器斷開的時刻。
[0016] 根據本發明的異步電機具有主繞組、輔助繞組、起動電容器以及控制和調節裝置， 其中，控制和調節裝置與用于確定輔助繞組的所測得電壓的幅值或有效值的變化曲線的電 壓測量裝置以及用于使起動電容器斷開的斷開裝置相連接，其中，該控制和調節裝置構造 成通過以下方式確定用于使起動電容器斷開的時刻，即，
[0017] -測量輔助繞組的電壓，
[0018] -應用至少一個數學模型，該至少一個數學模型關于時間描繪輔助繞組的電壓的 電壓幅值并且包含電機啟動過程的動態進程的至少一個特征值，其中
[0019] 根據該數學模型以及輔助繞組所測得電壓的幅值或有效值的變化曲線來確定電 機啟動過程的動態進程的特征值，以及
[0020] -借助所確定的特征值來確定用于使起動電容器斷開的時刻。
[0021] 通過僅測量和處理輔助繞組的電壓，簡化了電路和處理耗費。但可確定用于使起 動電容器斷開的時刻，以使得確保異步電機的無干擾運行，并且避免對異步電機和所屬設 備的可能損壞。通過采用關于時間描繪輔助繞組的電壓的電壓幅值的至少一個數學模型， 可無干擾且保護構件地確定用于使起動電容器斷開的時刻。
[0022] 本發明的其它構造設計是從屬權利要求的主題。
[0023] 較佳地，借助輔助繞組的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一階和/或 其它階導函數（d nUH/dtn)來確定特征值。
[0024] 根據較佳實施例，為了確定用于使起動電容器斷開的時刻，確定并且考慮輔助繞 組的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一階和二階導函數（dU H/dt，d2UH/dt2)。
[0025] 此外，為了確定用于使起動電容器斷開的時刻，可確定并且考慮輔助繞組的所測 得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一階和二階導函數（dU H/dt，d2UH/dt2)。
[0026] 根據本發明的另一變型，為了確定用于使起動電容器斷開的時刻，可確定并且考 慮輔助繞組的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一階、二階和三階導函數（dU H/ dt，d2UH/dt2, d3UH/dt3) 〇
[0027] 為了確定用于使起動電容器斷開的時刻而采用的至少一個數學模型可特別由如 下的第一數學模型構成：
[0028] UH= U H ⑴-(UH〇0 _UH0) e t'T
[0029] 其中，UHQ是輔助電壓（UH)在t = 0時的初始值，UH"是輔助電壓（UH)在t =〇〇時 的終值。時間常數t是電機啟動過程的動態進程的特征值。
[0030] 替代該第一數學模型或者除了該第一數學模型之外，還可應用如下的第二數學模 型：
【主權項】
1. 一種用于使具有主繞組（1)和輔助繞組（2)的異步電機運行的方法，其中，在所述異 步電機起動之前將起動電容器（4)與所述輔助繞組（2)串聯，并且通過如下方式使所述起 動電容器在所述異步電機起動之后在所確定的時刻斷開： -測量所述輔助繞組（2)的電壓， -應用至少一個數學模型，所述數學模型關于時間描繪所述輔助繞組的電壓的電壓幅 值并且包含電機啟動過程的動態進程的至少一個特征值，其中根據所述數學模型以及所述 輔助繞組的所測得電壓的幅值或有效值的變化曲線來確定所述電機啟動過程的動態進程 的所述特征值，以及 -借助所確定的特征值來確定用于使所述起動電容器（4)斷開的所述時刻。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述輔助繞組的所測得的電壓的幅值 或有效值的變化曲線的一階和/或其它階導函數（dnUH/dtn)來確定所述特征值。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個數學模型包括如下的第一數 學模型： Uh= U H ⑴-(Uh -UH0) e "τ 其中，Um是所述輔助電壓（Uh)在t = 0時的初始值，Uhoo是所述輔助電壓（Uh)在t = 0時的終值，且τ是所述第一數學模型的時間常數以及所述電機啟動過程的動態進程的 所述特征值。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個數學模型包括如下的第二數 學模型：
其中，n>2, Uhci是所述輔助電壓（Uh)在t = 0時的初始值，Uhoo是所述輔助電壓（Uh)在 t =OO時的終值，且％是常數。
5. 如權利要求1、2和3所述的方法，其特征在于，為了確定用于使所述起動電容器（4) 斷開的所述時刻，借助所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一 階和二階導函數（dU H/dt，d2UH/dt2)來確定并且采用所述第一數學模型的時間常數τ。
6. 如權利要求1、2和4所述的方法，其特征在于，為了確定用于使所述起動電容器（4) 斷開的所述時刻，借助所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的 一階和二階導函數（dU H/dt，d2UH/dt2)來確定并且采用所述第二數學模型的至少一個拐點 (36)，所述拐點是所述電機啟動過程的動態進程的所述特征值。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，借助所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的幅 值或有效值的變化曲線的一階導函數（dU H/dt)的最大值或者借助所述輔助繞組（2)的所 測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的二階導函數（d2U H/dt2)的負的過零點來確定所述 輔助繞組⑵的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的所述拐點。
8. 如權利要求1、2和4所述的方法，其特征在于，為了確定用于使所述起動電容器（4) 斷開的所述時刻，還借助所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的 一階、二階和三階導函數（dU H/dt，d2UH/dt2，d3U H/dt3)來確定并且采用所述第二數學模型的 曲線轉折點。
9. 如權利要求1和2所述的方法，其特征在于，將超過或者低于所述輔助繞組（2)的所 測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的η階導函數（dnUH/dtn)的預定義閾值用作為使所 述起動電容器（4)斷開的標準。
10. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，為了確定臨界電機狀態，使用所述輔助繞 組（2)的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一階導函數（dU H/dt)，其中， -當所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一階導函數 (dUH/dt)在從所述異步電機（4)啟動起的預定義時間段內未超過預定義閾值時，和/或 -當所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一階導函數 (dUH/dt)保持〈0達一預定義時間段時，達到臨界電機狀態。
11. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的 幅值或有效值的變化曲線的初始值的時間變化，確定自所述起動電容器（4)起用起的電容 變化以及所述起動電容器（4)的剩余使用壽命。
12. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述輔助繞組（2)的所測得的電壓變 化曲線的終值的時間變化，確定自所述運行電容器（3)起用起的電容變化以及所述運行電 容器（3)的剩余使用壽命。
13. 如權利要求1到12所述的方法，其特征在于，將導函數（dUH/dt)轉換為關于預定 義的時間跨度的值變化量（Uh2-Uhi)。
14. 一種具有主繞組（1)、輔助繞組（2)、起動電容器（4)以及控制和調節裝置（7)的異 步電機，其中，所述控制和調節裝置（7)與用于確定所述輔助繞組（2)的所測得電壓的幅值 或有效值的變化曲線的電壓測量裝置（8)以及用于使所述起動電容器（4)斷開的斷開裝置 相連接， 其特征在于，所述控制和調節裝置（7)構造成根據權利要求1來確定用于使所述起動 電容器⑷斷開的時刻。
15. 如權利要求14所述的異步電機，其特征在于，所述控制和調節裝置（7)包括用于確 定所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的幅值或有效值的變化曲線的一階和/或其它階導函 數（d nUH/dtn)的裝置以及用于根據所述輔助繞組（2)的所測得的電壓的幅值或有效值的變 化曲線的一階和/或其它階導函數（d nUH/dtn)來確定使所述起動電容器（4)斷開的時刻的 裝置。
【專利摘要】本發明涉及一種異步電機以及一種用于使異步電機運行的方法。對于根據本發明的用于使具有主繞組和輔助繞組的異步電機運行的方法，在異步電機起動之前將起動電容器與輔助繞組串聯，并且通過如下方式使該起動電容器在異步電機起動之后在所確定的時刻斷開：測量輔助繞組的電壓并且應用至少一個數學模型，該數學模型關于時間描繪輔助繞組的電壓的電壓幅值并且包含電機啟動過程的動態進程的至少一個特征值，其中根據該數學模型以及輔助繞組的所測得電壓的幅值或有效值的變化曲線來確定電機啟動過程的動態進程的特征值，并且借助所確定的特征值來確定用于使起動電容器斷開的時刻。
【IPC分類】H02P25-04
【公開號】CN104660146
【申請號】CN201410648390
【發明人】X·彭
【申請人】克利萬工業-電子有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年11月14日
【公告號】DE102013112692A1, EP2874306A1, US20150137730