CN101512889B - 操作电动机系统的方法和电动机系统 - Google Patents
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Abstract
为能在实现电动机软启动的电动机系统(1)中减小所述电动机(2)工作时的输入功率，本发明建议，使驱动电路(5)在接通阶段进行工作，以实现所述电动机(2)的软启动，其中，在正常运行阶段可根据所述电动机(2)的工作负载将所述驱动电路(5)桥接。
Description
技术领域
本发明涉及一种操作电动机系统的方法，所述电动机系统具有驱动电路和电动机，本发明还涉及这样一种电动机系统。
背景技术
目前的电动机系统依据不同的应用领域配有不同的可实现电动机软启动的单元，这些单元可避免电动机在被即时施加最大工作电压时启动不平稳。为此，通常情况须为电动机配备驱动电路，并以适当方式(例如借助相位截止控制)通过控制单元对驱动电路进行控制，以确保输送给电动机的电压可在接通阶段缓慢上升。驱动电路一般具有功率半导体，这些功率半导体消耗一部分提供给电动机的功率，并将其转化为损耗热。
为减小驱动电路中的功率损失，接通阶段结束后(即达到对电动机的最大控制时)将驱动电路桥接，从而抑制驱动电路中(即其功率半导体中)的功耗。借此可大幅减小持续运行时的功率损失，尤其是电动机达到额定负载时持续运行的功率损失，从而降低配电箱空气调节的难度。此外还可放弃使用大尺寸冷却元件，从而实现紧凑的设备结构。
驱动电路被桥接后，系统就以最大可用电压控制电动机。从物理学角度看，当电动机在部分负载运行范围(即电动机上的负载小于额定负载的运行范围)内运行时，电动机所消耗的电流并非同等程度地减小。但在此情况下，电动机内会产生不必要的热损失，因而需要提供多过必要的能量才能使电动机工作。当无法对驱动电路进行桥接的电动机系统中的电动机在额定负载运行范围内运行时，驱动电路的功率半导体中通常会产生较大的损失。
US 4,577,604公开了一种用于燃油泵的控制系统，其中，通过对燃油泵的工作速度进行控制来控制内燃机供油系统中的油压。所述控制系统包括主控制电路和辅助电路，主控制电路使驱动电路与电源持续相连，辅助电路在正常情况下保持断开状态。主控制电路对电源和驱动电路进行匹配，以便将燃油泵的工作速度调节至第一最大速度或调节至第二最小速度。当需要提高输油线中的油压时，辅助电路就在驱动电路与电源之间建立电气连接，从而在预先选定的工作参数的基础上通过预定值来检测空气燃油比。
发明内容
本发明的目的是在实现电动机软启动的电动机系统中，减小电动机工作时的输入功率。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种电动机系统的操作方法，所述电动机系统具有一个驱动电路和一个电动机。驱动电路在接通阶段进行工作，以实现电动机的软启动。在正常运行阶段可将驱动电路桥接。在正常运行阶段，根据电动机的工作负载将驱动电路桥接。当所述电动机的所述工作负载大于一个负载阈值时，对所述驱动电路进行桥接；当所述电动机的一个工作负载小于所述负载阈值时，若所述驱动电路中的一个温度超过一个温度阈值时，将所述驱动电路桥接。
通过这种方式可使具有软启动选项的电动机系统在节能模式下运行，也就是说在正常运行阶段，并不像接通阶段结束后就肯定将驱动电路桥接那样对电动机进行与所施加负载无关的驱动。而是根据电动机上的负载对驱动电路实施桥接。
优选对电动机的工作负载进行检测，其实现方式是对一个流过电动机的电流进行测量。通过电流测量可以测定电动机的功率消耗，而这个功率消耗又与电动机上的负载之间存在关联。
特定而言在电动机的工作负载大于某一负载阈值时，将驱动电路桥接。当电动机的工作负载小于所述负载阈值时，优选不对驱动电路实施桥接，驱动电路以某一方式进行工作，使电动机在一个相位选通模式下受到驱动。在这个模式下，电动机所被提供的功率只够用于电动机的部分负载运行。优选根据电动机的工作负载进行功率调节(节能模式)。
此外，在正常运行阶段，还根据驱动电路中的一个温度对驱动电路进行桥接，当所述驱动电路中的所述温度超过一个温度阈值时，对所述驱动电路进行桥接。借此可防止驱动电路在节能模式下发生过热，因为带有软启动模式的电动机系统中的驱动电路一般仅设计用于较小负载。
本发明的另一要点是提供一种电动机系统，其具有一个电动机、用于控制电动机的一个驱动电路和一个控制单元，控制单元与驱动电路相连，用于在一个接通阶段对驱动电路进行控制，从而实现电动机的软启动。此外还设置有一个桥接电路，借助所述桥接电路可在一个正常运行阶段将驱动电路桥接，其中，控制单元在正常运行阶段根据电动机的工作负载通过桥接电路将驱动电路桥接，当所述电动机的所述工作负载大于一个负载阈值时，对所述驱动电路进行桥接；当所述电动机的一个工作负载小于所述负载阈值时，若所述驱动电路中的一个温度超过一个温度阈值时，将所述驱动电路桥接。
优选设置有一个检测电路，用于对电动机的工作负载进行检测，其实现方式是对一个流过电动机的电流进行测量。
根据本发明的一种实施方式，当通过检测电路确定电动机的工作负载大于某一负载阈值时，控制单元将驱动电路桥接。
此外，当通过检测电路确定电动机的工作负载小于所述负载阈值时，控制单元可对驱动电路进行控制，使电动机在相位选通控制模式下工作。
此外，控制单元可对驱动电路进行控制，使得功率调节与电动机的工作负载相关(节能模式)。
根据本发明的一种实施方式，控制单元可在正常运行阶段对桥接电路进行控制，使得驱动电路的桥接与驱动电路中的温度相关，当所述驱动电路中的所述温度超过一个温度阈值时，对所述驱动电路进行桥接。
附图说明
下面借助附图对本发明的优选实施方式进行详细说明，其中：
图1为本发明的电动机系统的电路图；
图2为用于说明操作电动机系统的方法的流程图，所述电动机系统采用的是本发明的另一实施方式；以及
图3为采用本发明另一实施方式的电动机系统操作方法的流程图。
具体实施方式
图1显示的是一个电动机系统1的电路图，电动机系统1具有一个电动机2，例如异步电动机或其他类型的无刷电动机。在所示实施例中，电动机2借助于一个交流电源3进行工作，可直接通过一个桥接电路4(例如设计为一个开关)或一个驱动电路5与交流电源3相连。驱动电路5根据一个所提供的控制值S(例如通过相位选通控制)对来自于交流电源3的交流电进行修改，以便在电动机2上施加部分功率。
控制值S由一个控制单元6提供。控制单元6与桥接电路4相连，对其进行通断操作，以使驱动电路5被桥接或不被桥接。控制单元6还可与一个检测电路7相连，检测电路7测量电动机2中的一个电流，并据此测定电动机2上的负载。此外还可以可选地设置一个温度传感器8，温度传感器8布置在驱动电路5上，用于测定驱动电路5的温度，特别是测定是否有一个特定的温度阈值被超过。这个温度和/或温度阈值被超过的情况被报告给控制单元6。
图2显示的是用于说明本发明操作电动机系统1的方法的流程图。电动机系统被接通或者发出电动机2启动的信号后，根据一个软启动程序用上升功率电平驱动电动机，使电动机平稳启动(步骤S1)。随后(即接通阶段结束后)，在步骤S2中检验电动机2的工作负载是否大于一个负载阈值。其中，先借助检测电路7测定电动机2上的负载。如果电动机2上的负载大于所述负载阈值(步骤S3)，控制单元6就对桥接电路4进行驱动，使得电动机2直接通过桥接电路的已接通开关与交流电源3相连，从而将驱动电路5桥接。
如果电动机的工作负载小于所述负载阈值，就在步骤S4中通过控制单元6对桥接电路4进行驱动来断开交流电源3与电动机2之间的连接，随后电动机2就由驱动电路5驱动(步骤S5)。控制单元6根据在步骤S2中所测定的电动机2上的负载对驱动电路5进行驱动，使得电动机2所被提供的功率只够用于运行电动机2上的负载。举例而言，驱动电路5可根据控制值S对交流电源3所提供的交流电进行相位选通控制，控制值S是控制单元6根据所检测到的从电动机2中流过的电流而确定的值。相位选通控制的作用在于减小施加在电动机2上的有效电压，使得仅在部分负载运行范围内工作(这一点此前已陈述)的电动机2的功率消耗小于驱动电路5被桥接时(即电动机以交流电源所提供的最大电压工作时)的功率消耗。
图3显示的是本发明所提供的操作电动机系统的方法的另一可行方案。相同步骤的参考符号与图2相同。图3所示的方法的不同之处主要在于，实施过步骤S2后，如果电动机的工作负载小于所述负载阈值，就先在步骤S6中询问，驱动电路5的功率半导体的温度是否高于所述温度阈值。这一点可通过温度检测器8而实现，温度检测器8或者给出驱动电路5的温度，并将其传输给控制单元6，或者测定所述温度阈值已被超过的事实，并以信号方式将这一情况发送给控制单元6。
如果确定所述温度阈值已被超过，所述方法就实施下一步骤S3，即对桥接电路4进行驱动，将驱动电路5桥接。在此情况下，电动机2直接与交流电源3相连，驱动电路5停止对电动机的驱动，优选采取使驱动电路5中的功率半导体处于断开状态的措施。
如果驱动电路5的温度没有超过所述温度阈值，就实施下一步骤S4，即使桥接电路4中断工作(即断开桥接电路4)，前提是桥接电路尚未被断开，以及根据上述描述的步骤S5对驱动电路5进行驱动，使得电动机2在部分负载运行范围内以与电动机2上的负载(在步骤S2中加以测定)最佳匹配的方式进行工作。
重复实施对步骤S2和步骤S6的询问，使得控制单元6即便在连续运行过程中也能随时判定，是否需要在节能模式(电动机2在接通阶段结束后进行部分负载运行，并由驱动电路5驱动)与桥接模式(电动机2直接由交流电源3供电)之间进行转换。
本发明的方法所涉及的电动机系统主要是只为确保电动机软启动而设置驱动电路5的电动机系统。这种软启动只在接通阶段的短时内进行，也就是说，根据这一要求，驱动电路具有最小化的尺寸，且不用于电动机2的持续工作，其原因不是在于功率半导体设计得过弱，就是在于未设置适当的排热系统。出于这一原因，所述负载阈值须选定为，电动机2在部分负载运行范围内的运行不会导致驱动电路5过载，否则在实施如图3所示的方法时，就会由于温度阈值被超过而导致系统频繁地在桥接模式与节能模式之间来回转换。当电动机部分负载运行(例如＜60％的电动机额定功率)时，采用节能模式特别有利。电动机额定功率是电动机可以在无限制的时间内可靠运行的最大功率。为进一步减少节能模式与桥接模式之间的这种转换过程，也可将负载阈值选定为，只有当电动机的负载致使电动机中流过的电流占电动机额定电流(与额定功率相关)的20％-40％时，才采用节能模式。
Claims (9)
1.一种操作一个电动机系统(1)的方法，所述电动机系统包括一个驱动电路(5)和一个电动机(2)，其中，所述驱动电路(5)在一个接通阶段进行工作，以实现所述电动机(2)的软启动，并且在一个正常运行阶段，当所述电动机(2)的一个工作负载大于一个负载阈值时，对所述驱动电路(5)进行桥接；当所述电动机(2)的一个工作负载小于所述负载阈值时，若所述驱动电路(5)中的一个温度超过一个温度阈值时，对所述驱动电路(5)进行桥接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过对一个流过所述电动机(2)的电流进行测量来检测所述电动机(2)的工作负载。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述电动机(2)的工作负载小于所述负载阈值时，不对所述驱动电路(5)实施桥接，使所述驱动电路(5)在一个相位选通控制模式下工作。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述电动机(2)的工作负载进行功率调节。
5.一种电动机系统(1)，其包括：
一个电动机(2)；
一个驱动电路(5)，用于控制所述电动机；
一个控制单元(6)，与所述驱动电路(5)相连，用于在一个接通阶段对所述驱动电路(5)进行驱动，从而实现所述电动机(2)的软启动；以及
一个桥接电路(4)，借助所述桥接电路可在正常运行阶段根据所述电动机(2)的一个工作负载将所述驱动电路(5)桥接，其中，所述控制单元(6)在正常运行阶段对所述桥接电路(4)进行驱动，使得所述驱动电路(5)的桥接与所述驱动电路(5)中的一个温度相关，其中，当所述电动机(2)的所述工作负载大于一个负载阈值时，对所述驱动电路(5)进行桥接；当所述电动机(2)的一个工作负载小于所述负载阈值时，若所述驱动电路(5)中的所述温度超过一个温度阈值时，对所述驱动电路(5)进行桥接。
6.根据权利要求5所述的电动机系统(1)，具有一个检测电路，所述检测电路通过对一个流过所述电动机(2)的电流进行测量来检测所述电动机(2)的工作负载。
7.根据权利要求6所述的电动机系统(1)，其中，当通过所述检测电路(7)确定所述电动机(2)的工作负载小于所述负载阈值时，所述控制单元(6)对所述驱动电路(5)进行驱动，从而使所述电动机(2)在一个相位选通控制模式下工作。
8.根据权利要求7所述的电动机系统(1)，其中，所述控制单元(6)对所述驱动电路(5)进行控制，使得功率调节与所述电动机(2)的工作负载相关。
9.根据权利要求5所述的电动机系统(1)，具有一个温度检测器(8)，所述温度检测器与所述控制单元(6)相连，以便在所述温度超过一个阈值温度时，借助所述桥接电路(4)将所述驱动电路(5)桥接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |