CN101527534A - 异步电机和依靠变频器操作异步电机的方法 - Google Patents

异步电机和依靠变频器操作异步电机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种异步电机和用于依靠变频器启动异步电机的方法。变频器以额定频率(fNenn)开始，并且然后，当异步电机在预定期间t＝t1内没有启动时，变频器(24)降低到较低的开始频率fstart和/或开始电压Ustart，直到电流I下降到启动阶段可容许的最大电流10以下，并且然后，频率f和/或电压U被再一次升高直到异步电机开始运行。

Description

异步电机和依靠变频器操作异步电机的方法
技术领域
本发明涉及异步电机，其依靠变频器操作。为了驱动重负载工具，通常使用异步电机，其依靠变频器(双向离子变频器)操作。与传统的动力工具相比，本发明提供的优势是明显地提高坚固性和由于完全地避免滑动接触而延长使用寿命，并且在减少损耗的同时产生较高负荷。那种动力工具也称为“HF工具”。通常它们以诸如大约200到300赫兹(Hertz)的额定频率和诸如200伏特(Volts)的额定电压操作。
背景技术
一个或者多个异步电机可以通过一个变频器(主要是静态变频器)操作。
通常，异步电机在其被接通的时刻开始运行。然而，在很少的情况下，可能发生异步电机没有启动或者没有正确地启动。对于大电机特别地可能发生，主要是在冬天，电机是冷的，并且例如由于稠密的油脂而增加的电阻需要被克服。这随后导致非常高的电流输入，并且在某些情况下损坏转子。
为了避免启动问题，传统的系统通常以变频器的最初低频率和低电压启动。然而，当使用这种异步电机时，例如，用于驱动角研磨机(其主要的应用)，这导致制动扭矩，当研磨机已经被断开但仍然运行时，其在某种情况下可能导致研磨轮的松动。另外，由于总是以变频器的低频和低电压启动，启动过程总是相对慢，以使电机只能逐渐地增加速度。
US6,320,286B1公开了一种在其外壳中具有整体地的异步电机和变频器的动力工具。变频器通过微处理器为基础的控制器控制，平稳地启动。这意味着电机总是以低频率和低电压启动，并且然后逐渐地增加速度。
这是确保异步电机启动的一个基本的方式，虽然这种启动在多数情况下导致多余的时间损耗，当工厂中有大量HF工具被使用时，导致劳动生产率受限制。并且还有遇到的上面所述制动效果的基本问题，即，当接通角研磨机而其仍然未运行。
发明内容
本发明的目的是提供改进的方法用于通过变频器操作异步电机，其允许尽可能地安全操作异步电机。特别地在异步电机的启动阶段避免问题。而且，本发明将提供一种异步电机，其依靠变频器安全和快捷地启动。最后，本发明将一种提供装配有这种异步电机的动力工具。
这个目的通过依靠变频器操作异步电机的方法来实现，其中，当异步电机在预定时间期限内不运行时，变频器的开始频率和/或开始电压被降低，直到电流下降到低于启动阶段的最大可容许的电流值时，并且其中所述频率和/或电压然后被再一次升高，直到异步电机开始运行。
本发明的目的还通过装配有变频器的异步电机实现，具有控制单元，设计为当异步电机在预定时间之内没有运行时降低变频器的开始频率和/或开始电压，直到电流下降到低于运行阶段期间可容许的最大电流值，并且然后再一次增加所述频率和/或电压直到异步电机开始运行。
本发明目的还通过装配有这种异步电机的动力工具实现。
本发明的目的优选地以这种方式实现，即当接通时立即开始运行，并且异步电机尽可能快地加速到其空载速度的情况。当在其接通的时刻电机仍然运行时，在异步电机被用于驱动例如角研磨机的研磨机的情况，电机的突然制动和任何研磨轮松动的危险被避免。
然而，当在预定时间框架之内电机没有开始运行时，然后变频器的频率和/或电压被降低直到电流已经下降到可容许的最大值，其然后启动电机的初始启动，此后，变频器的频率和/或电压以限定的方式被再一次增加到其额定值，直到达到异步电机的空载速度。
优选地，变频器以其额定频率操作。在这种情况下，异步电机将尽可能快地加速，并且同时，当接通仍然运行的异步电机时电机的制动将被避免。
根据本发明的优选的进一步方案，当异步电机在预定时间期限内没有启动时，电流被限制到变频器的最大可容许的电流，并且在预定时间的结束处，使变频器的较低的开始频率和/或开始电压降低，直到电流已经达到低于启动阶段中可容许的最大电流值。
优选地，所述频率和电压通过电压-频率斜坡被降低，直到电流已经达到低于可容许的最大电流值。
根据本发明的优选的进一步方案，一旦电流已经降低到低于可容许的最大电流值，所述频率和电压通过电压-频率斜坡再一次增加，直到达到额定频率和额定电压。
以这种方式，即使异步电机最初在预定期间时间内没有运行的情况下，异步电机也可以保证最快的启动。
这种异步电机用于需要特别地高的坚固性和动力的动力工具有优势。虽然根据本发明的异步电机适合于任何种类的动力工具，诸如钻孔电机、锯、螺纹转子、直角研磨机等等，一个有优势的应用是用于角研磨机。
另外，重启锁定可以被提供用于异步电机。
根据本发明方法的另一个实施方式，当变频器在输出处的电流超过预定阈值时，在输出处的频率和电压被连续地降低，直到电流已经再一次下降低于阈值，然后电流和频率被连续地再一次升高直到达到最大阈值。
优选地，使降低频率和电流的过程慢于随后的升高过程。
这个特征便于限制变频器的动力输出。用于如在过载的情况下的变频器的自保护的自动切断功能是不需要的。使用者因而能够连续工作，并且自己能够降低负载。使用者由于速度减小而感觉动力限制，并且因而能够自己习惯于降低动力以防止过载。
应理解，本发明的上述以及下面将解释的特征可以不仅用于所述的各自的结合，也用在其他结合或单独使用，都没有脱离本发明的范围。
附图说明
而且，参照附图，本发明的特征和优点将详细地在一些优选的实施方式中说明如下。在附图中：
图1示出根据本发明的异步电机的不同启动阶段的流程图；
图2a)显示频率f、电流I、速度n作为时间t的函数的曲线图，用于异步电机在时间t0和额定频率fNenn处被接通并开始立即运行的情况；
图2b)显示与图2a)相似的曲线图，不同在于用于异步电机在其被接通的时间处仍然停止的情况；
图2c)显示与图2b)相似的曲线图，不同在于用于异步电机艰难启动的情况，从而，变频器的频率f和电压U开始降低直到电流输入I下降低于每个启动阶段中的最大可容许电流I0；
图3显示说明具有根据本发明的异步电机的双手角研磨机，和关联的外部静态变频器；和
图4显示在过载情况中电流、速度、频率和电压的曲线图。
具体实施方式
图1示出了具有静态变频器的动力工具的操作的流程图。
变频器FU优选地配置为静态变频器，作为外部单元的驱动，优选地与一个变频器通过合适的电缆接头连接。基本上，然而一个变频器也可以连接到多个异步电机。
以下，参照图1详细地说明根据本发明用于启动异步电机的方法。
在开始时间处，变频器FU首先被接通(块100)。系统然后在分支101处开始等待，直到异步电机ASM被断开。当异步电机ASM被接通(电机电流IASM＞O)时，系统通过环路返回到块100。然而，当异步电机ASM没有被接通时，系统执行状态“变频器接通和异步电机关闭”(块102)。变换器在频率f＝fNenn和电压U＝U(Imax)处操作。
因此，通过块100和分支101实现重启锁定。
接着，异步电机ASM被接通(块103)。此后，系统在分支104处查询，电流I是否低于用于异步电机的启动阶段的最大可容许的电流I0。启动阶段期间最大可容许的电流I0可以等于例如异步电机空载电流的1.5倍。如果I＜I0，这最后导致FU状态“在f＝fNenn和U＝UNenn处负载操作和ASM空载操作”，即，异步电机以额定空载速度和额定空载电压操作。
当时间t仍然低于预定时间期限t1(优选3秒)时，这个事实在接下来的分支105处被查询，环路引导回到查询104。当电流I仍然大于I0和时间t变得大于t1时，分支105引到块106，其意味着从频率fstart＝fNenn开始，即额定空载速度和电压Ustart＝U(Imax)，在接下来的块107中，电压和频率通过U，f斜坡(ramp)以预定方式被降低。
接下来的步骤是查询108，询问电流在启动阶段期间是否变得低于可容许的电流I0。如果回答是否定的，系统在下面分支109查询频率f是否小于/等于变频器FU的最小频率f0，例如50Hz。如果回答为否，分支转回到如在块107中所示以降低电压和频率。如果在下面的分支108处，电流I低于在启动阶段期间最大可容许的电流(I＜I0)，在下面的块110中产生向上的斜坡，其中频率f和电压以限定的方式增加。开始频率fstart对应实际频率f。开始电压Ustart对应f·UNenn/fNenn的比值。
U，f斜坡110继续运行向上直到最后，在块111处，异步电机已经完全地启动，转子以f＝fNenn(额定频率)和电压对应空载(额定)电压UNenn运行。
根据图1的流程图可能遇到的不同可能状态，参照图2a)至2c)说明如下。
图2a)显示正常情况，其中静止的异步电机ASM被接通，同时变频器以额定频率fNenn和电压U＝U(1max)运行。电机开始缓慢地运行，即转子以速度n运动，其逐渐地加速达到空载速度n0。电流I逐渐地升高，直到达到变频器最大可容许的电流Imax，然后开始被限制在最大值Imax，并且作为转子增加速度的结果而最后下降，从而低于可容许的启动电流I0的电流I在时间t1(例如3秒)之前已经达到，并且最后在平稳的空载操作中下降到均匀的较低值。
图2b)显示相应的情况为当异步电机被接通时，在接通的时间处其仍然在运行。由于转子的惯性，异步电机以某个速度n连续运行。在异步电机ASM被接通的时间t0处，同时变频器FU以频率fNenn运行。这加速转子，从而速度升高到空载速度n0。电流I开始升高，开始超过可容许的启动电流I0，但是下降到时间t1(例如3秒)达到低于I0的值，直到最后以低于I0的连续空载电流I设置。
变频器FU以其额定频率运行，没有突然的制动发生，即使当异步电机运行结束。而是，速度将逐渐地增加达到额定空载速度n0。这在异步电机使用中是重要的(例如驱动角研磨机的情况中)。由于，与现有技术相反，本发明在这种情况下防止任何突然制动，并且因此防止研磨轮的卡装系统的任何松动。
图2c)现在显示异步电机没有立即地开始的情况。变频器FU以其额定频率FNenn例如300HZ操作。电流I从异步电机ASM被接通时间t0快速地升高，直到达到变频器可容许的最大电流Imax。电流被限制在所述最大电流Imax。现在速度n逐渐地增加，由于异步电机运行困难，虽然到时间t1，只有相对小的速度n升高。在时间t1处，电流I仍然远高于异步电机启动阶段的可容许的最大电流值I0，并且被限制到Imax。在时间t1处开始跟随向下U，f斜坡，即频率f和电压U被以限定的方式降低，直到最后电流已经下降到异步电机远行阶段可容许的最大电流值I0。从那个时间，电机沿着向上U，f斜坡进一步加速，即频率f以限定的方式再一次增速达到额定频率fNenn，而同时电压增加到额定电压UNenn。而频率达到额定频率，速度n相应地升高到额定速度n0。同时，电流I下降到低于I0的值，直到达到连续电流I。这完成异步电机的启动阶段。
图3显示动力工具的示意图，其通过变频器以上述的方式操作。一般用附图标记11表示的动力工具是两手操作的角研磨机，具有容纳具有转子14的异步电机12的外壳13，异步电机12通过齿轮驱动工具，在本实施方式中是研磨轮20。两手操作的角研磨机必须被两手同时握住，例如使用侧手柄16和后手柄18。开关可以结合在侧手柄16和后手柄18中，以确保电机的开始仅在两个手柄16，18被同时握紧时是可能的。异步电机12通过电缆接头22由变频器24补给。微处理器基础控制单元26用作变频器24的控制。通常，变频器24被提供380V的三相交流电流。
图4示出的曲线图说明在过载情况中电流I、电压U、频率f和速度n的状态。
当异步电机消耗的电流Ieff超过预定阈值IG时，频率f和电流I自动地并连续地降低，直到电流I值下降再一次低于阈值IG。
频率f和电流Ieff然后再一次增速，最大到阈值。升高频率和电流优选地发生的比之前的降低过程更快。
以这种方式有可能不用过载切断变频器24，而是，过载情况通过速度明显地下降而给使用者信号，从而，使用者可以自己以合适的方式降低负载。

Claims (15)

1.一种依靠变频器(24)操作异步电机(12)的方法，其中，当所述异步电机(12)在已经被接通以后没有开始运行时，所述变频器(24)的开始频率fstart和开始电压Ustart中的至少一个值降低，直到电流I下降到启动阶段可容许的最大电流I0值以下的值，并且然后，所述至少一个值再一次升高直到所述异步电机(12)开始运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述异步电机被接通的时间处，所述变频器以频率fNenn操作。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当所述异步电机(12)在预定时间期限t＝t1内没有开始运行时，电流I被限制到所述变频器最大可容许电流I＝Imax，并且当达到t＝t1时，所述变频器降到较低的开始频率fstart和较低的开始电压Ustart中的至少一个值，直到所述电流I低于运行阶段可容许的最大电流10。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其中，当所述异步电机(12)在预定的时间期间t＝t1内没有启动时，所述频率和所述电压通过电压-频率斜坡降低，直到电流I低于最大电流I0。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，一旦所述电流I已经降低到低于最大电流I0的值时，所述频率和所述电压通过电压频率斜坡增加，直到达到额定频率fNenn和额定电压UNenn。
6.根据上述任何一项权利要求所述的方法，其中，当在所述变频器(24)输出处的电流I超过预定阈值IG时，在输出处的频率和电压连续地降低直到电流已经再一次下降在阈值IG以下，并且其中所述电流和所述频率然后再一次连续地升高直到最大达到阈值IG。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述频率和所述电流的降低过程慢于随后的升高过程。
8.一种异步电机，具有变频器(24)和控制单元(26)，设计为，当所述异步电机(12)被启动时其在预定时间框架t＝t1内没有开始运行，然后所述变频器(24)降到较低的开始频率fstart和较低的开始电压Ustart中的至少一个值，直到电流I下降到低于运行阶段可容许的最大电流I0以下，并且此后，所述至少一个值将再一次增加，直到所述异步电机(12)开始运行。
9.根据权利要求8所述的异步电机，其中，所述控制单元(26)被设计，以使当异步电机(12)在预定时间t＝t1之内没有开始运行时，电流I被限制到变频器的最大可容许的电流＝Imax，并且当达到t＝t1时，变频器(24)开始频率fstrt和开始电压Ustart的至少一个值将降低，直到电流I低于运行阶段可容许的最大电流I0。
10.根据权利要求8或9所述的异步电机，其中，所述控制单元(26)被设计，以使当异步电机(12)在预定时间t＝t1之内没有开始运行时，所述变频器(24)的频率和电压将通过电压-频率斜坡而被降低，直到电流I低于最大电流I0。
11.根据权利要求10所述的异步电机，其中，所述控制单元(26)被设计，以使一旦电流已经下降到最大电流I0以下时，当所述异步电机(12)在预定时间t＝t1之内没有开始运行时，所述变频器(24)的频率和电压通过电压-频率斜坡而增加，直到达到额定频率fNenn和额定电压UNenn。
12.根据权利要求8至11所述的异步电机，具有用于电机接通阶段的重启锁定(100，101)。
13.根据上述任何一项权利要求所述的异步电机，其中，所述控制单元(26)被设计，以使当在所述变频器(24)输出处的电流I超过预定阈值IG时，在输出处的频率和电压将连续地降低，直到电流已经再一次下降到阈值IG以下，然后所述电流和所述频率将被连续地再一次升高，直到最大达到阈值IG。
14.根据权利要求13所述的异步电机，其中，所述控制单元(26)被设计以使所述频率和所述电流的降低过程慢于随后的升高过程。
15.一种包括根据权利要求8至14任何一项所述的异步电机(12)的动力工具。
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