CN100435467C - 起动电机的方法、控制电机起动的控制系统和起动机组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于起动电机(19)，特别是驱动压缩机的电机(19)的方法和控制系统。测量电机(19)的转速(24)并与最小值进行比较。在已经过预定时间间隔后ω_motor(24)小于最小值的情况下，停止电机(19)，并且在开始起动电机(19)的新尝试之前，改变由电源(18)供应的最大电流水平，优选地增大。优选地，还测量供应到电子单元(21)的电压(22)，并且在其降低到最小电压水平之下的情况下，停止电机(19)，并且在开始新起动尝试之前，改变最大电流水平，优选地降低。可以以在确保压缩机充分润滑的同时节能的方式调节供应的电流水平。

Description

起动电机的方法、控制电机起动的控制系统和起动机组件

技术领域

本发明涉及一种用于起动电机的方法和控制系统，该电机例如是驱动压缩机的电机。更具体而言，本发明涉及以保护压缩机的方式(特别地通过确保足够的润滑到压缩机的移动部件)起动此类电机的方法和控制系统。

背景技术

当起动电机时，有时期望减小供应到电机的电流以节能。例如这是在应用的电源是有限电源(如蓄电池或者太阳能电池板)时的情况。但是，也可能是期望节能的其他情形。

但是，当减小供应到电机的电流时，电机的转速降低。在一些电机中，例如用于驱动压缩机的电机，通过利用压缩机吸入机油并抛射出去由此供应机油到所有移动部件，从而确保移动部件的润滑。在电机转速低于临界极限的情况下，压缩机的移动部件将不会以此方式被充分润滑，并且如果电机持续运行在低转速下压缩机将因此最终出现故障。为了保护压缩机，因此很重要的是电机的转速在起动期间较快地增大到临界极限之上。这可以简单地通过供应足够高水平的电流来确保。但是，这将与节能的期望相冲突。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种以节能方式起动电机的方法。

本发明的另一个目的是提供一种方法，用于以保护压缩机的方式启动驱动压缩机的电机。

本发明的又一个目的是提供一种启动用于驱动压缩机的电机的控制系统，该控制系统能够在保护压缩机的同时节能。

根据本发明的第一方面，通过提供一种起动电机的方法来实现上述和其他目的，该方法包括以下步骤：

步骤1.将电源连接到控制电机的电子单元的输入端子，由此从电源供应电流到电子单元，电子单元确保供应的电流不超过预定的最大电流水平I_max；

步骤2.至少基本连续地测量电机的转速ω_motor，并将ω_motor与预定最小转速ω_min进行比较；

步骤3.在已经过预定时间间隔后ω_motor小于ω_min的情况下，停止电机；

步骤4.改变从电源供应到电子单元的预定最大电流水平I_max；和

步骤5.重复步骤1-4直到实现ω_motor≥ω_min。

电子单元确保供应电流不会超过预定最大电流I_max。I_max典型地是这样的限值，其由电子单元设定为在本次起动尝试期间可以从电源流出的最大电流，或者为可以从电子单元供应到电机的最大电流。但是，应当注意到，电源将具有限定可以从电源流出的最大可能电流的上电流限值。因此，步骤4应当不以I_max被允许超过此上电流限值的方式执行。但是，如果I_max小于此上电流限值，步骤4可以通过增大I_max非常好地执行。这将在以下进一步说明。

电机的转速ω_motor优选地使用微控制器测量。优选地，这通过由电机在其运动时产生的电动势检测零交叉来完成。在两个这样的零交叉之间经过的时间间隔的长度被供给到微控制器并且存储在其中。了解对应于电机一转的零交叉数，将可以通过相加对应数量的时间间隔长度由此获得电机一转的平均时间，来计算电机的转速。

将电机转速ω_motor与预定最小转速ω_min进行比较。这通常利用微控制器来执行。

在已经过预定时间间隔后ω_motor小于ω_min的情况下，停止电机。预定时间间隔应当以该时间允许电机加速的方式来选择。另一方面，预定时间间隔不应当太长而存在由于如上所述过小的转速而损坏电机和/或电机驱动的压缩机的风险。预定时间间隔可以在几秒范围内，例如在0.5秒至5秒的时间间隔内，例如在1秒至3秒的时间间隔内。在开始起动电机的新尝试之前，预定最大电流水平I_max被改变，以最大下一次尝试期间正确起动的可能性。通常，I_max将增大以允许电机有更大转速。但是，必须对上述电源的上电流限值进行适当考虑。

因此，根据本发明，电机可以在不从电源流出过大电流的情况下，而且以由于对移动部件的充分润滑而保护电机和/或电机驱动的压缩机不受损坏的方式被起动。所以可以在没有损坏电机和/或压缩机的风险的情况下节能。

起动尝试被重复直到实现ω_motor≥ω_min，即直到电机以正确方式运行而不存在损坏电机和/或由电机驱动的压缩机的风险。

ω_min可以被选择为确保电机和/或电机驱动的压缩机的充分润滑所要求的最小转速。对于某些应用，ω_min可以有利地被选择为约1850rpm。

该方法还可以包括以下步骤：

-至少基本上连续地测量电子单元输入端子处的输入电压V_input，并且将V_input与预定最小电压V_min进行比较，和

-在V_input变得小于V_min的情况下，停止电机，

并且其中步骤5还包括重复上述步骤和步骤1-4直到实现V_input≥V_min。

根据此实施例，电机在V_input变得小于V_min的情况下停止。在电源为蓄电池的情况下，V_min可以被有利地选择为保护蓄电池免于毁坏所要求的最小电压。由此，在本发明的此实施例中，I_max可以在适当考虑节能、保护电机和/或电机驱动的压缩机和保护电源的情况下被选择。

步骤4可以有利地包括在V_input变得小于V_min的情况下降低I_max，并且在已经过预定时间间隔后ω_motor小于ω_min的情况下增大I_max。根据本发明的此特定实施例，两个不同的错误条件被采用，即在已经经过预定时间间隔后ω_motor小于ω_min，和V_input变得小于V_min。如果发生这些情形之一，则电机停止。一旦电机已经停止，必须确立电机停止的原因以解决错误。如果电机因为在已经经过预定时间间隔后ω_motor小于ω_min而停止，则供应电流可能不足以加速电机至可接受的转速。所以，在起动电机的下一次尝试开始之前增大I_max。另一方面，如果电机因为V_input变得小于V_min而停止，这意味着过大的电流可能从电源流出。在电源为蓄电池的情况下，此情形可能导致蓄电池毁坏，并且为了避免该情形，在起动电机的下一次尝试之前降低I_max。

因此，以此方式在对上述参数的全部进行适当考虑的情况下找出了I_max的最优化水平。

将由电源供应到电子单元的最大允许电流水平I_max的改变可以通过每次电机停止时改变该水平一个特定量来进行。或者，I_max的改变可以通过每次电机停止时改变该水平一个前次水平的特定百分比来进行。在任何情况下，应当确保I_max不会以超过如上所述可从电源流出的最大可能电流的方式来改变。

可能会设想到这样的情形，其中不可能找到在保护电源的同时确保压缩机的移动部件有充分润滑的电流水平。为了避免在此情况下无休止的起动尝试，该方法可以包括在特定最大数量的不成功尝试，例如5-7次尝试之后停止该处理的步骤。然后，可以产生例如点亮灯、闪灯、或者发送到个人电脑的文本消息灯形式的错误消息，以引起操作者对该问题的注意。操作者然后可以检查该问题的原因并可能解决它。该问题例如可能由于弱蓄电池、坏导线等而产生。

该方法还可以包括在电机已经停止之后和在重复步骤1-4之前等待规定时间间隔的步骤。这可以允许电子单元中的电子部件在一个或多个部件已经变得很热而不能执行电机的正确起动的情况下冷却。替代地或者附加地，在电源为蓄电池的情况下，该规定时间段可以以这样的方式选择，即蓄电池的输出电压被充分增大以确保驱动电机的新尝试能够以合理的成功机会被执行。

根据本发明的第二方面，上述和其他目的可以通过提供一种控制电机起动的控制系统来实现，该控制系统包括：

用于至少基本连续地测量电机的转速ω_motor的装置，

用于将ω_motor与预定最小转速ω_min进行比较的装置，

响应于来自比较装置的输出并且在经过预定时间间隔后ω_motor小于ω_min的情况下产生停止信号到电机而由此停止电机的装置，和

响应于该停止信号控制从电源供应到控制电机的电子单元的最大允许电流水平I_max的装置。

应当注意到，本领域普通技术人员将容易认识到结合本发明第一方面说明的任何特征都可以与本发明的第二方面结合，反之亦然。

用于测量转速的装置可以是或者可以包括如上所述的微控制器。比较装置也优选地是或者包括微控制器。

该控制系统还可以包括：

用于至少基本上连续地测量电子单元输入端子处的输入电压V_input的装置，

用于将V_input与预定最小电压V_min进行比较的装置，和

响应于来自比较装置的输出并且在V_input变得小于V_min的情况下产生停止信号到电机的装置，由此停止电机。

用于测量输入电压的装置可以优选地是或者包括电阻网络分隔器和A/D转换器。A/D转换器可以形成微控制器的一部分。用于比较V_input与V_min的装置优选地是或者包括微控制器，但其可以替代地或者附加地是或者包括较简单的比较器和电阻器机构。

用于控制最大电流水平I_max的装置是微控制器或者形成微控制器的一部分。

在一个实施例中，电源可以包括蓄电池。在次情况下，根据本发明的方法和控制系统能够以这样的方式控制供应的电流水平，即最大程度地节能、保护蓄电池、和保护电机和/或电机驱动的压缩机。这非常有利。

控制系统可以有利地形成用于电机的起动机组件的一部分。该起动机组件可以适合于由上述蓄电池供电。此外，电机可以有利地适合于驱动压缩机，例如形成致冷系统一部分的类型。

附图说明

现在将参照附图进一步说明本发明，附图中：

图1是图示根据本发明实施例起动电机的方法的流程图；

图2是图示根据本发明另一个实施例起动电机的方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的起动机组件的示意图；和

图4示出了在电机的起动序列期间作为时间的函数的输入电压、电机电流和电机速度。

具体实施方式

图1是图示根据本发明实施例起动电机的方法。

在步骤1处，电源连接到控制电机的电子单元的输入端子。由此电流从电源供应到电子单元。电子单元确保供应电流不会超过预定最大电流水平I_max。

在步骤2处，测量转速ω_motor，并且在步骤3处检查从电源连接到输入端子开始是否已经经过了预定时间间隔，并且由此开始起动电机的尝试。预定时间间隔被选择为足够长以允许电机加速合理时间，但足够短以防止电机保持运行在非常低从而使得不能确保移动部件充分润滑的转速下。

如果确定尚未经过预定时间间隔，处理返回到步骤2。如果确定已经经过预定时间间隔，则在步骤4处检查ω_motor是否小于最小转速ω_min。如果否定，则电机照常运行，并且起动电机的尝试已经成功。所以，处理在步骤5处结束。另一方面，如果ω_motor实际上小于ω_min，则电机的转速太低而不能确保由电机驱动的压缩机的移动部件有充分润滑，并且电机因此必须停止。这在步骤6处完成。随后在步骤7处改变I_max，并且处理返回步骤1以开始起动电机的另一次尝试。

在大多数情况下，改变图1流程图中图示实施例的I_max是指增大I_max，因为ω_motor保持太小的原因可能是不足的电流供应到电子单元或者其中使用该压缩机的致冷系统负荷很大。

图2是图示根据本发明另一个实施例起动电机的方法的流程图。图2图示的方法在电源是蓄电池的情况下特别有用。

在步骤8处电源连接到控制电机的电子单元的输入端子。由此电流从电源供应到电子单元。电子单元确保供应电流不会超过预定最大电流水平I_max。

在步骤9处，测量转速ω_motor，并且在步骤10处检查从电源连接到输入端子开始是否已经经过了预定时间间隔，并且由此开始起动电机的尝试。这与参照图1说明的情形非常相似。

如果确定尚未经过预定时间间隔，则在步骤11处测量电子单元的输入端子上的输入电压V_input，并且在步骤12处检查V_input是否小于预定最小电压V_min。如果否定，则在步骤13处检查ω_motor是否小于ω_min。如果否定，则确定起动电机的尝试已经成功，并且该处理相应地在步骤14处结束。另一方面如果确定ω_motor实际上小于ω_min，则处理返回到步骤10以检查是否已经经过预定时间间隔。

如果在步骤12处确定V_input小于V_min，则过大的电流从电源流出，并且电机由此必须停止以保护电源。这在步骤15处完成。随后在步骤16处改变I_max，并且处理返回到步骤8以开始另一次起动电机的尝试。

如果在步骤10处确定已经经过预定时间间隔，则在步骤17处检查ω_motor是否小于ω_min。如果否定，则处理进行到步骤11，在此处如上所述地测量V_input。另一方面，如果ω_motor实际上小于ω_min，则电机的转速太低而不能确保而不能确保由电机驱动的压缩机的移动部件有充分润滑，并且电机因此必须停止。这在步骤15处完成，并且随后在步骤16处改变I_max，并且处理返回步骤8以开始起动电机的另一次尝试。

在步骤16处对I_max的改变优选地以如下方式进行，即在电机因为V_input小于V_min而停止的情况下，I_max优选地降低，因为此错误可能是由于过大电流从电源(例如蓄电池)流出。另一方面，如果电机在已经经过预定时间间隔后因为ω_motor小于ω_min而停止，则I_max优选地增大，因为此错误很可能是由于供应的电流不足以允许足够高从而确保润滑电机驱动的压缩机的移动部件的转速。

因此，根据图2流程图中图示的方法，I_max可以按这样的方式选择，即供应足够的电流水平来确保电机驱动的压缩机的移动部件的正确润滑，但不会超过该水平。因此，对压缩机的保护、节能和可能较弱电源(例如弱蓄电池)的保护可以进行适当的考虑。

图3是根据本发明实施例的起动机组件的示意图。起动机组件包括经由导线20和电子单元21连接到电机19的电源18。电机19优选地连接到压缩机(未示出)。

在电机19的对准(定位)和加速期间，较大的电流I_in从电源18流出。在使用不适当尺寸导线的情况下，由于导线20引入的电阻Z_wire，输入电流可能在导线20中引起较大电压降V_wire。大电流可能具有这样的效果，即电子单元21两端的电压V_input降低到低于被选择以保护电源18的最小电压水平之下。所以，当发生此情况时电机19必须停止。

此外，在电机19的对准(定位)期间，供应到电机19的电流I_motor通过控制器和电子单元21固定。I_motor的固定值引起固定输入电流I_input从电源18流出。在对准期间电机19的转速应当在特定水平之上，并且这应当在特定时间间隔之内实现。由于当电机19在低转速下运行时电机驱动的压缩机的移动部件的润滑效率差，在该时间间隔内达到速度限值非常重要，优选地尽可能快。根据以下运动方程大的起动转矩仅可以在较高电机电流I_motor下实现：

(插入图10等式)

其中：

-T_motor是产生的电机转矩，

-K_T是电机转矩常数，

-I_motor是电机电流，

-T_load是压缩机负荷转矩，

-J是系统惯量，和

-ω_motor是电机的转速。

实质上这意味着从成功起动后两个方面可能潜在地停止电机。

-由于大电机电流I_motor流出引起的导线20中的大电压降，到电子单元21的电压V_input由此降低到最小电压水平之下，由此引起损坏电源18的风险。如果电源18是蓄电池则这个方面尤为相关。

-低电机电流水平I_motor产生小的电机转矩，由此导致电机19加速差。由此不可能在规定时间间隔内达到最小转速水平，并且因此存在电机19驱动的压缩机的移动部件不充分润滑和压缩机可能因此遭到损坏的风险。

图4图示了在电机的起动序列期间作为时间的函数的输入电压22、电流23和电机速度24。电流23可以是从电源供应到电子单元的电流或者可以是从电子单元供应到电机的电流。

最初，电源连接到电机。可以从电源供应或者供应到电机的最大电流水平I_max设置得较高。由此尝试起动电机。在尝试期间，输入电压22以及电机速度24被监控。在图4所示起动电机的第一次尝试期间，大电流使得输入电压22被拉低。在时间25处输入电压22达到最小电压水平，并且电机因此必须被停止以保护电源。结果电流23以及电机速度24在时间25之后的时间段期间减小。

在下一次起动电机的尝试开始之前，I_max被降低。结果输入电压22保持在最小电压水平之上。但是，较低的电流水平23具有这样的结果，即电机速度24不能在规定时间间隔内达到最小转速水平。因此，在时间26处，当规定时间间隔已经已经时电机速度24仍然太低，并且电机因此必须再次被停止。结果，电流23以及电机速度23在时间26之后的时间段期间减小。

在下一次起动电机的尝试开始之前，I_max被增大到第一起动尝试的水平和第二层起动尝试的水平之间的水平，因为前两次尝试表明第一次起动尝试的水平太高而第二次起动尝试的水平太低。

如图清楚可见，为第三次尝试选择的最大电流水平是适当的，因为实现了电机速度24在规定时间间隔内达到了最小速度水平，并且输入电压22保持在最小电压水平之上。因此电机在第三次尝试中正确起动。一旦电机已经加速到期望速度水平，就不再需要限制电流水平，并且I_mxz因此在时间27处被设置为最大值。

应当注意到，在第三次尝试导致输入电压22降低到最小电压水平之下或者在经过预定时间间隔之后电机速度24低于最小速度水平的情况下，电机肯定将再次停止并且I_max在第四次起动电机的尝试开始之前被相应地改变。

图4的实施例非常好地图示了停止起动序列的两个条件是彼此相反的部分。高电流水平23将提供电机的大电机转矩和更快加速，但也将产生输入电压22的降低，其可能使得供应到电机的电子单元的电压水平达到不可接受的水平。图4中图示的方法在起动序列期间将这两个方面都纳入考虑，并且因此找到最优化的电流水平。每次电机由于上述条件之一而必须停止时，I_max都根据停止电机的原因被降低或者增大。

Claims (12)

1.一种起动电机(19)的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：将电源(18)连接到控制电机(19)的电子单元(21)的输入端子，由此从电源(18)供应电流(23)到电子单元(21)，所述电子单元(21)确保所供应的电流(23)不超过预定的最大电流水平I_max；

步骤二：至少基本连续地测量电机(19)的转速ω_motor，并将ω_motor与预定的最小转速ω_min进行比较；

步骤三：在已经过预定的时间间隔后ω_motor小于ω_min的情况下，停止电机(19)；

步骤四：改变从电源(18)供应到电子单元(21)的预定最大电流水平I_max；和

步骤五：重复步骤一至四，直到实现ω_motor≥ω_min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，ω_min被选择为确保电机(19)或者电机(19)驱动的压缩机的充分润滑所要求的最小转速。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

步骤a：至少基本上连续地测量所述电子单元(21)的输入端子处的输入电压V_input，并且将V_input与预定的最小电压V_min进行比较，和

步骤b：在V_input变得小于V_min的情况下，停止电机(19)，

其中，所述步骤五还包括重复所述步骤a和b以及步骤一至四，直到实现V_input≥V_min。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤四包括在V_input变得小于V_min的情况下降低I_max，并且在已经过预定的时间间隔后ω_motor小于ω_min的情况下增大I_max。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在电机(19)已经停止之后和在重复步骤一至四之前等待规定的时间间隔的步骤。

6.一种控制电机(19)的起动的控制系统，该控制系统包括：

用于至少基本连续地测量电机(19)的转速ω_motor的装置，

用于将ω_motor与预定的最小转速ω_min进行比较的装置，

响应于来自比较装置的输出并且在经过预定时间间隔后ω_motor小于ω_min的情况下产生停止信号到电机(19)而由此停止电机(19)的装置，和

响应于该停止信号而控制从电源(18)供应到控制电机(19)的电子单元(12)的最大允许电流水平I_max的装置。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括：

用于至少基本上连续地测量所述电子单元(21)的输入端子处的输入电压V_input的装置，

用于将V_input与预定的最小电压V_min进行比较的装置，和

响应于来自比较装置的输出并且在V_input变得小于V_min的情况下产生停止信号到电机(19)而由此停止电机(19)的装置。

8.根据权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，用于控制最大电流水平I_max的装置是微控制器，或者形成为微控制器的一部分。

9.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述电源(18)包括蓄电池。

10.一种用于电机(19)的起动机组件，该起动机组件包括根据权利要求6到9中任一项所述的控制系统。

11.根据权利要求10所述的起动机组件，该起动机组件适合于由蓄电池供电。

12.根据权利要求10或11所述的起动机组件，其中电机(19)适合于驱动压缩机。

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