CN101356713B - 用于电机的起动控制设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种电机的励磁线圈形成为利用模拟定时器来控制，以控制电机控制设备的励磁控制电路，从而能够简化使电机控制设备的励磁线圈励磁的励磁控制电路，并且能够通过简化励磁控制器的电路结构来降低复杂度。本发明包括：辅助绕组(子线圈)和主绕组(主线圈)；以及励磁单元，与所述辅助绕组和所述主绕组电连接，用于确定励磁施加时间和励磁时间，并根据所确定的所述励磁施加时间和所述励磁时间产生励磁电流。

Description

用于电机的起动控制设备和方法

技术领域

本发明涉及一种电机，更具体地，涉及一种能够利用模拟定时器来励磁励磁线圈的用于控制电机的起动的设备和方法。

背景技术

通常，在用于制冷机的电机中，两个励磁器磁极(exciter pole)和一个励磁线圈分别安装在单相感应电机的定子中。

在用于制冷机的电机中，两个励磁器磁极(excitor poll)和一个励磁线圈分别安装在包括有铁心、主绕组(主线圈)和辅助绕组(子线圈)的单相感应电机中的定子处。

用于制冷机的电机中的转子包括有利于磁化和消磁的铁磁材料。

用于制冷机的电机的励磁控制电路是一种控制励磁线圈以使铁磁材料磁化的电路。

励磁控制电路包括反馈线圈、电容器、速度相应开关和外部控制器。

图1为示出根据现有技术的用于制冷机的电机结构的示意图，该电机包括具有铁磁材料的定子20和转子40。

这里，将描述根据现有技术的用于控制制冷机的电机的设备的运作。

首先，控制设备进行控制，以将电力提供给电机的定子20的主绕组和辅助绕组，据此，转子40通过提供给主绕组和辅助绕组的电力而转动。

接下来，当转子40达到一定速度(同步速度的75％至80％)时，励磁线圈被励磁，以使铁磁材料30磁化，到达转子40。

如上所述的用于控制制冷机中所使用的电机的设备与控制制冷机运作的电子控制设备是不同的。

因此，制冷机的电机控制设备和电子控制设备都包括复杂的控制器电路，增大了构建制冷机系统的复杂性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于控制电机起动的设备和方法，其能够简化使电机控制设备的励磁线圈励磁的励磁控制电路，并且能够通过简化励磁控制器的电路结构以利用模拟定时器控制励磁线圈从而控制励磁控制电路来降减低复杂度。

为了实现上述及其它优点并且根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述地，本发明提供一种用于控制电机起动的设备，其包括：辅助绕组(子线圈)和主绕组(主线圈)；以及励磁单元，与所述辅助绕组和主绕组电连接，用于确定励磁施加时间和励磁时间并根据所确定的所述励磁施加时间和所述励磁时间产生励磁电流。

这里，励磁单元包括：主接触器，用于将电力提供给定时器；辅助接触器，用于将电力提供给励磁线圈；以及定时器，用于控制所述主接触器和所述辅助接触器的切换，以切断提供给所述励磁线圈的电源或将电源提供给所述励磁线圈。

为了实现上述目的，本发明还提供一种用于控制电机起动的方法，包括：第一步骤，在一定时间段内，将主接触器“a”的定时器打开；以及第二步骤，在所述主接触器“a”的定时器运作了一定时间段之后，将辅助接触器“a”的定时器和辅助接触器“b”的定时器打开，以将电力提供给励磁线圈一定时间段。

为了实现上述目的，本发明还提供一种用于控制电机起动的方法，包括：第一步骤，使主接触器“a”的定时器在预设运作时间内运作；以及第二步骤，在所述主接触器“a”的定时器在所述预设运作时间内运作之后，使辅助接触器“a”的定时器和辅助接触器“b”的定时器在所述预设运作时间内运作，以在一定时间段将电力提供给励磁线圈。

附图说明

图1是示出根据现有技术的制冷机的电机结构的示意图。

图2是示出根据本发明典型实施例的用于控制电机起动的设备结构的电路图。

图3是示出关于根据本发明典型实施例的用于控制电机起动的设备中的电机的速度-转矩曲线的视图。

图4是示出关于根据本发明典型实施例的用于控制电机起动的设备中的定时器的运作时序的曲线图。

具体实施方式

下面将结合图2至图4描述根据本发明典型实施例的一种用于控制电机起动的设备和方法，其能够简化使电机控制设备的励磁线圈励磁的励磁控制电路，并且能够通过简化励磁控制器的电路结构以利用模拟定时器控制励磁线圈从而控制励磁控制电路来降减低复杂度。

通过使电机中含有在具有杆状导电体(bar conductor)的转子中能够被磁化的磁性材料，电机能够作为感应电机运行直到转子的速度达到旋转磁场的同步速度为止，并且能够被应用在使磁性材料磁化以达到旋转磁场的同步速度的励磁电机中。

图2为示出根据本发明典型实施例的用于控制电机启动的装置结构的电路图。

如图2所示，用于控制电机启动的装置包括：主线圈、子线圈、起动电容Cs、运作电容Cr以及励磁单元100。

为了起动自磁化电机(self-magnetizing motor)的转子，启动电容Cs将具有快速相位(fast phase)的电流提供给子线圈，从而通过子线圈和感应电流所产生的磁场起动转子。

运作电容Cr提供相位落后于流过子线圈的电流90°的电流，从而通过在主线圈流动的电流从转子产生旋转磁场，因此在接收电力时，转子连续旋转。

励磁单元100仅在将磁性材料磁化时通过励磁线圈提供强电流。

这里，励磁单元100包括定时器，其将提供给励磁线圈的电源切断或允许将电源提供给励磁线圈。

定时器包括：主定时器(MT)，其控制励磁施加时间；以及辅助定时器(子定时器，ST)，其确定将电力提供给励磁线圈的励磁时间。

主定时器MT包括：主接触器“a”(Ma)，其将电力提供给辅助定时器ST；以及主定时器“a”(MTa)，其通过控制主接触器“a”(Ma)的ON/OFF时间，控制励磁施加时间。

辅助定时器ST包括辅助接触器“a”(Sa)和辅助接触器“b”(Sb)，其将电力提供给励磁线圈；并且包括辅助定时器“a”(STa)和辅助定时器“b”(STb)，用于利用当辅助接触器“a”(Sa)变为可导通时与当辅助接触器“b”(Sb)变为可导通时的时间差来确定励磁时间。

这里，当主定时器MT和辅助定时器ST运作了一定时间时，主定时器MT和辅助定时器ST自动回到它们的原始状态。

即，用于控制电机起动的设备使用模拟定时器MT和ST来确定励磁施加时间和励磁时间。

下面将描述本发明的运作。

首先，为了起动自磁化电机的转子，启动电容Cs将具有快速相位的电流提供给子线圈，从而通过子线圈所产生的磁场和感应电流起动转子。

接下来，运作电容Cr将相位落后于流过子线圈的电流90°的电流提供给主线圈，从而通过在主线圈流动的电流，使转子产生旋转磁场，因此在接收功率下，转子能够连续旋转。

在此情况下，由于转子的主体是由磁导系数高的铁磁物质制成，因此通过主线圈和子线圈所产生的磁场使转子磁化，从而通过如图3所示的磁滞效应，在接收磁滞转矩(H)下旋转转子。

即，如图3所示，转子接收磁滞转矩(H)和感应转矩(I)从而旋转。

如果转子的速度变为与旋转磁场的同步速度(3600rpm)相同，则转子总是比旋转磁场的同步速度慢。即，发生滑动现象(slip phenomenon)。

此时，当将强电流提供给励磁线圈时，将励磁线圈所产生的强磁通传递给围绕在转子的外周表面的磁化材料，以使磁性材料磁化。

接着，磁性材料被磁化为沿着已经在定子处产生的旋转磁场旋转的永磁铁。

在此情况下，虽然转子的转速逐渐增大到与旋转磁场的同步速度相同，但是永磁铁仍可以沿旋转磁场连续地旋转，因此不会减小转子的旋转力。

即，根据本发明的自磁化电机经历两个阶段的旋转过程：其通过在低速阶段的感应转矩(I)和磁滞转矩(H)旋转；接着，当其进入高速阶段(同步转速：3600rmp)时，励磁线圈将磁性材料磁化，以通过磁化转矩(P)使自磁化电机旋转。

在此情况下，由于仅仅在磁性材料被磁化的时刻需要通过励磁线圈提供强电流，因此能够降低在连续提供强电流时可能在线圈处产生的热损失，从而能够提高电机效率。

这里，在本发明中，仅仅在使用励磁单元100将磁性材料磁化时，通过励磁线圈提供强电流。

下面将结合图4描述励磁单元100的运作。

首先，当提供电力时，主接触器“a”(Ma)的定时器(MTa)运作，而当主接触器“a”(Ma)运作一定时间(Ton)之后，主接触器“a”(Ma)从打开状态进入关闭状态。

当主接触器“a”(Ma)处于关闭状态时，辅助接触器“a”(Sa)的定时器(STa)和辅助接触器“b”(Sb)的定时器(STb)运作。

当辅助接触器“a”(Sa)的定时器(STa)运作达到一定时间(Ta)时，辅助接触器“a”(Sa)从打开状态进入关闭状态。

在辅助接触器“b”(Sb)的定时器(STb)运作的同时，辅助接触器“b”(Sb)从打开状态进入关闭状态，而当辅助接触器“b”(Sb)的定时器(STb)运作达到一定时间(Tb)时，辅助接触器“b”(Sb)从关闭转态进入打开状态。

因此，用于将电力施加在励磁线圈上的励磁施加时间为“Ton”，而励磁时间为Tex＝Tb-Ta-1个周期。

下面将具体描述励磁施加时间和励磁时间。

首先，当在步长(step)0-3施加电力以及主定时器(MT)运作为打开时，主接触器“a”(Ma)在一定时间(Ton)内处于打开状态。

接下来，当一定时间(Ton)过去后，在步长3-5，关闭主接触器“a”。

此外，使辅助接触器“a”和“b”(Sa和Sb)运作，以打开辅助定时器“a”(STa)而使辅助接触器“a”(Sa)保持在打开状态，同时打开辅助定时器“b”(STb)而使辅助接触器“b”(Sb)保持在关闭状态。

此后，当在步长5和6打开辅助定时器“a”(STa)而关闭辅助接触器“a”(Sa)时，在一个周期内，将励磁电流通过辅助接触器“b”(Sb)提供给励磁线圈。

接着，当在步长6至8打开辅助定时器“b”(STb)时，将辅助接触器“b”(Sb)从关闭状态改变为打开状态，从而将施加在励磁线圈上的励磁电流切断。

这里，主接触器“a”(Ma)、辅助接触器“a”(Sa)以及辅助接触器“b”(Sb)由一个或多个继电器或者双向导电功率半导体(bi-directionconductive power semiconductor)。

即，在本发明中，在不具有高价的电子控制器的情况下，通过使用模拟定时器可以确定将电力施加在励磁线圈上的励磁施加时间和励磁时间。

如上所述，根据本发明的用于控制电机起动的设备和方法具有以下优点：由于使用模拟定时器来控制电机的励磁线圈以控制电机控制设备的励磁控制电路，因此可以简化用于使励磁线圈励磁的励磁控制电路；此外，由于用于使励磁线圈励磁的励磁控制电路和励磁控制器的组成结构被简化，因此可以降低复杂度。

Claims (15)

1.一种用于控制电机起动的设备，包括：

子线圈和主线圈；以及

励磁单元，与所述子线圈和所述主线圈电连接，用于确定励磁施加时间和励磁时间并根据所确定的所述励磁施加时间和所述励磁时间产生励磁电流；

其中所述励磁单元包括定时器，所述定时器通过控制主接触器“a”和辅助接触器“a”和“b”的切换，以切断提供给所述励磁线圈的电源或将电源提供给所述励磁线圈；以及

其中所述定时器包括：

主定时器(MT)，用于控制所述励磁施加时间，并且包括：所述主接触器“a”(Ma)，用于将电力提供给辅助定时器(ST)；以及主定时器“a”(MTa)，用于通过控制所述主接触器“a”的ON/OFF来控制所述励磁施加时间；以及

所述辅助定时器(ST)，用于确定将电力提供给所述励磁线圈的励磁时间，并且包括：所述辅助接触器“a”和“b”(Sa，Sb)，用于将电力提供给所述励磁线圈；以及辅助定时器“a”和“b”(STa，STb)，用于利用当所述辅助接触器“a”和所述辅助接触器“b”分别变为导通时的时间差来确定所述励磁时间。

2.如权利要求1所述的设备，其中当所述主定时器(MT)运作一定时间段后，所述主定时器(MT)自动回到原始状态。

3.如权利要求1所述的设备，其中当所述辅助定时器(ST)运作一定时间段后，所述辅助定时器(ST)自动回到原始状态。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述主接触器“a”由继电器或双向导电功率半导体构成。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述辅助接触器“a”由继电器或双向导电功率半导体构成。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述辅助接触器“b”由继电器或双向导电功率半导体构成。

7.一种利用权利要求1所述的用于控制电机起动的设备来控制电机起 动的方法，包括：

第一步骤，在一定时间段内，将主定时器“a”打开；以及

第二步骤，在所述主定时器“a ” 运作了一定时间段之后，将辅助定时器“a”和辅助定时器“b”打开，以将电力提供给励磁线圈一定时间段。

8.如权利要求7所述的方法，其中将电力提供给所述励磁线圈一定时间段的所述第二步骤包括：

使所述辅助定时器“a”和“b”同时运作一定时间段。

9.如权利要求7所述的方法，还包括：

预先设定所述主定时器“a”和所述辅助定时器“b”的运作时间。

10.如权利要求7所述的方法，其中所述主接触器“a”由继电器或双向导电功率半导体构成。

11.如权利要求7所述的方法，其中辅助接触器“a”由继电器或双向导电功率半导体构成。

12.一种利用权利要求1所述的用于控制电机起动的设备来控制电机起动的方法，包括：

第一步骤，使主定时器“a”在预设运作时间内运作；以及

第二步骤，在所述主定时器“a”在所述预设运作时间内运作之后，使辅助定时器“a”和辅助定时器“b”在所述预设运作时间内运作，以在一定时间段将电力提供给励磁线圈。

13.如权利要求12所述的方法，其中将电力提供给所述励磁线圈一定时间段的所述第二步骤包括：

使所述辅助定时器“a”和“b”同时运作一定时间段。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述主接触器“a”由继电器或双向导电功率半导体构成。

15.如权利要求12所述的方法，其中所述辅助接触器“a”由继电器或双向导电功率半导体构成。 

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