CN104051195A - 多极机电开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在两步连接过程中使用电磁开关的方法和设备，以最小化起动期间三相电动机中的浪涌电流和转矩振荡。

Description

多极机电开关装置

技术领域

本公开内容总体上涉及三相电动机和驱动设备的控制、保护和起动，更具体地，涉及借助于电磁开关对电动机的两步连接。

背景技术

绝大多数的三相电动机起动器是使用基本上同时连接和切断到电动机的三相电源的所有相的接触器的简单设备。这种三相电源的同时应用导致将过度的、潜在具有破坏性的应力施加于电力分配网络、电动机以及驱动负载的高峰值浪涌电流和转矩脉动。这些浪涌电流对正常起动电流（in-rush current）而言是附加的，并且会损害起动器接触器中所使用的电接触部并且缩短起动器的寿命。为了避免由于因这些浪涌电流引起的更高峰值电流而导致的乱真跳闸（nuisance trip），通常的做法是将电力分配网络中的电路断路器的断路电平（trip level）设置得比支持额定负载所需的断路电平更高。这降低了断路器在故障状态的情况下最小化损害的能力。尽管存在减少或消除这些负面属性的起动电动机的替选方法（诸如，电动机驱动器和电子软起动器），但是这些替选方案通常对于安装和配置而言更大型、更贵、更复杂，并且具有比机电起动器更短的使用寿命。

发明内容

实施例包括电磁开关，该电磁开关提供导致电动机的一些绕组在绕组的剩余部分经历电流流动之前经历电流流动的两步连接过程。描述了两个这样的提供两步切换的可能实施例。一个实施例使用单极开关（SPS）。另一实施例使用包括三个极的延迟极接触器（DPC），其中一个极被设计成相对于另外两个极的闭合以时间上的偏移来闭合。目前，虽然能够控制开关的操作的其他装置也令人满意，但是这两个实施例都使用由电子装置控制的DC（直流）电磁体。

附图说明

为了更完整地理解本公开内容及其优点，现在将参照以下结合附图进行的详细描述，其中相同的附图标记表示相同的部件，在附图中：

图1示出了电动机分支电路组件；

图2示出了组件，该图是使用三极延迟极接触器（DPC）的实施例的外观图；

图3示出了图2的组件的横截面；

图4示出了图2的组件的另一横截面；

图5和图6示出了组件的中心极的操作；

图7和图8示出了组件的外极的操作；

图9和图10示出了对于组件的闭合和断开定时序列；

图11示出了组件，该图是使用单极开关（SPS）的实施例的外观图；

图12示出了图11的组件的横截面；

图13示出了图11的组件的另一横截面；

图14示出了描绘将三相电源同时连接到三角形连接电动机的效果的曲线图；

图15示出了描绘将三相电源两步连接到三角形连接电动机的效果的时序曲线图；

图16示出了对于具有Y形构形的电动机的一组示例连接；

图17示出了针对所有接触器极的同时闭合的向量图；

图18示出了针对接触器极的两步连接的向量图；

图19示出了用于Y形构形的电动机的两步闭合的六个可能连接时序中的三个连接定时的相电压波形；

图20示出了具有在电动机绕组外部连接的接触器极的三角形构形的电动机；

图21示出了具有电动机绕组内部的接触器极的三角形构形的电动机；

图22示出了针对具有电动机绕组内部的接触器极的三角形构形的电动机以60电度闭合的第一步骤的时序图；

图23示出了对于Y形构形的电动机的两步起动而言各个接触器极的闭合的时序图；

图24示出了使用三极延迟极接触器（DPC）的电动机电路；

图25示出了使用单极开关（SPS）的电动机电路。

具体实施方式

当电磁接触器用于从静止起动感应电动机时，根据电动机的大小和结构，电动机通常从电源汲取在电动机满载电流（FLC）的六倍与十倍之间的起动电流。随着电动机接近全速，该电流下降到与电动机上的负载相称的较小值。

然而，在将电源同时连接到电动机期间，也会出现许多不期望的现象。存在电动机生成的转矩的严重振荡脉动，其在较大电动机中可以持续达到数秒。这通过经历的反作用力将高机械应力强加于整个驱动系统（尤其强加于联轴器、齿轮箱、轴承以及定子绕组）。脉动转矩的峰值既可以正的也可以是负的，并且可以为在正常运行下经历的最大转矩的多倍。该脉动转矩是引起故障（特别是电动机遭受频繁起动）的重要因素。

同样严重的是，在转矩脉动的瞬变周期期间，电源电流峰值可以超过预期的稳态锁定转子起动电流的两倍。该异常高的电流被称为浪涌电流，并且会引起对于电动机保护的问题。通常，电动机起动器将接触器与过载保护相结合以在电动机汲取过多电流的情况下切断电动机。过载机制必须容许高浪涌电流而不过早地切断电动机，但尽管如此，过载机制必须能够在电动机变得过载并且汲取多于仅110%的满载电流的情况下在运行期间关闭电动机。对于高效电动机，浪涌电流可以达到FLC的18/20倍，这使得过载继电器和断路器的设置复杂化以允许起动并且仍提供足够的运行保护。

然而，可以通过修改将电源连接到电动机的方式来极大地减小或消除转矩脉动和浪涌电流这两者。如果通过放置在电源与电动机端子之间的接触器极来连接三相电动机，并且操作该三相电动机以使得首先连接两个相（当该两个相之间的线路电压具有峰值时）并且四分之一的电源电压周期过后连接剩余的相，则极大地减小或消除了转矩脉动和浪涌电流这两者。

当感应电动机静止时，在内部生成的反电动势（back emf）为零。如果忽略定子电阻R_s，则当应用电源时，根据定子电感来确定电流流动。如果所有三个相一起被激励，则电流流动由将流动的平衡稳态三相AC（交流）起动电流加上在每相中以不同量存在的指数衰减的DC瞬变电流组成。当所有电流都为零并且其变化率受电动机电感限制时，在连接时刻确定DC瞬变的幅度。在紧接在连接之后的时刻，电动机电流仍为零。因此，此时，稳态电流和DC瞬变电流通过以下公式来关联:

稳态电流+DC瞬变电流=0

如公式所示，在紧接在连接之后的时刻，DC瞬变电流的幅度与稳态起动电流值相等并且符号相反。该DC直流随着电动机磁化时间常数而衰减。

DC电流的影响是导致伴随电动机起动的严重转矩脉动。这样发生是因为DC瞬变引入了另外的、非旋转的且衰减的DC场分量，而不是稳态AC电流会产生的均匀旋转磁场。当它们被校准（aligned）时，添加到AC场，但是随着定子场移动而不与DC场分量校准，从AC场中减去。因此，电动机磁通在（AC磁通+DC磁通）与（AC磁通-DC磁通）之间振荡，而不是保持稳定（旋转）值。这导致电动机转矩在电源频率下严重振荡，该振荡仅随着DC磁通衰减而减弱。这在较大的电动机中可能持续数秒。

两步连接过程能够消除由于缓慢衰减的激励DC磁瞬变电流和相关联的转矩脉动而引起的浪涌。对于Y形连接的电动机，首先将电动机的两个相连接到电源端子以在两个电动机绕组中增强电流，以使得在连接剩余相的时刻，所有三个电流均正好等于其与所有相最终连接到电源波形的点相对应的稳态AC值。如果紧接在连接第三相之前或之后电流具有稳态值，则不生成附加的DC瞬变电流，电动机以等于稳态锁定转子电流的一组平衡AC电流起动，并且不存在转矩脉动。

在从静止起动电动机时，必须选择连接前两个相时电源波形中的点，以使得这些相中的电流增强以正好达到在连接第三电源相的时刻所需的稳态值。由于大多数三相电动机具有远大于其绕组电阻的绕组阻抗，因此可以通过当两个电源相之间的线路电压具有峰值时将这两个电源相连接到电动机来大致实现该结果，并且大约90度（四分之一的电源周期）过后连接剩余的相。

图1示出了电动机分支电路组件100。电动机分支电路组件100包括电动机、具有相A、相B和相C的线路电压相单元59、电动机接触器3以及过载继电器4。对于所公开的实施例，用延迟极接触器（DPC）或三个独立单极开关（SPS）来替换电动机接触器3。

图2示出了组件200，该图是三极DPC的一个实施例的外观图。组件200包括外壳5、组合式端接和固定接触部6、移动接触部载体模制部7以及螺丝将导线紧固到组件200中的附接点8。

图3示出了组件200沿着线A-A的横截面。在组件200内，存在闭合时提供接触压力的弹簧10、移动接触部9。铁磁体架11支撑与电枢13配合的磁体面12。线圈14产生磁通，并且当线圈14被去激励时，弹簧15推动致动组件远离磁体面12。移动接触部载体模制部7物理地附接到电枢13以使得它们一起移动。同时，部件7、部件11、部件12、部件13、部件14以及部件15包括致动组件。

图4是示出了组件200沿着线B-B的横截面，该横截面示出了具有DPC的两个完全相同的外极16和外极17以及物理偏移了距离x以在稍后闭合的中心极18的移动接触部载体模制部7。弹簧19用于产生接触部闭合压力。极16和极17中的片簧20用于在闭合时产生初始接触压力。即使片簧20提供了改进的性能，同样适当的是，在不同的实施例中消除这些片簧并且仅使用弹簧来产生初始接触压力或者使用其他可压缩材料或自制品来代替它们。在被设计成相比于其他极行进更远距离的极中还可以省略这些片簧。

图5和图6示出了中心极18的操作。图5中，处于断开位置的中心极18具有大约等于图4中的距离x与图6中的接触间隙h之和的接触间隙g。在图6中，中心极18具有较小的接触间隙h。该位置是通过将致动组件朝向磁体面12前移距离x来获得的。

图7和图8示出了外极16或外极17的操作。在图7中，外极16或外极17在片簧20没有被压缩的情况下处于与接触部6相距距离f的断开位置。片簧20具有距离y的深度。在图8中，外极16或外极17在片簧20被压缩的情况下处于闭合位置。该位置是通过将致动组件朝向磁体面12前移距离f+y来获得的。

图9和图10分别示出了DPC的闭合定时序列和断开定时序列。在闭合期间，外极16和外极17在峰值线路电压下闭合并且中心极18在90电度过后闭合。在断开期间，中心极18在零线路电流下断开并且外极16和外极17在90电度过后断开。

图11示出了包括单极开关（SPS）的组件400。组件400包括外壳20、组合式端接和固定接触部6、移动接触部载体模制部21的延伸部以及螺丝紧固导线和电动机电缆的附接点8。

图12示出了组件400沿着线AA-AA的横截面。组件400包括移动接触部9和在闭合时提供接触压力的弹簧10。铁磁体架11支撑与电枢13配合的磁体面12。线圈14激励铁磁体架11并且弹簧15用于当线圈14被去激励时打开磁体面12。

图13示出了组件400沿着线BB-BB的横截面。组件400包括具有弹簧19的移动接触部载体模制部21，弹簧19确定移动接触部9与固定接触部6之间的压力。

同时连接和两步连接的示例

图14示出了描绘将三相电源同时连接到三角形连接电动机的效果的时序曲线图。曲线描绘了在同时闭合接触器极的情况下已卸载的三角形电动机的起动。底部迹线示出严重的转矩脉动，并且中间迹线示出非常不平衡的三相线路电流。顶部迹线示出连接时刻的电源电压。

图15示出了描绘将三相电源两步连接到相同的三角形连接电动机的效果的时序曲线图。随着峰值电流显著降低，几乎消除了转矩脉动并且平衡了电动机电源电流。顶部电压曲线示出了两步连接定时序列。

两步连接的原理

以下部分阐述两步连接过程的原理以及可以如何使用延迟极接触器（DPC）或单极开关将该两步连接过程的原理应用到Y形构形的电动机和三角形构形的电动机。图16示出了具有Y形构形的电动机的一组示例连接。接触器的极1、2和3可以放置在绕组的每个端部。

由于同时切换三个电源相位而引起的DC瞬变

三相电源电压ABC可以通过下式给出的空间向量来描述：

${\stackrel{\‾}{u}}_S\left(t\right)=u_S{e}^{j(\mathrm{wt}+\mathrm{\α})}---\left(1\right)$

其中，u_s为电源相电压幅度，空间向量以电源的角频率ω进行旋转，以及α为当施加电力时在时间t=0的电源相角。

根据法拉第定律、通过下式给出电动机的磁通的增强：

$\frac{d\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}}{\mathrm{dt}}={\stackrel{\‾}{u}}_S\left(t\right)=u_S{e}^{\mathrm{jwt}}{e}^{\mathrm{\α}}---\left(2\right)$

通过积分，

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)=u_S\frac{e^{\mathrm{jwt}}}{\mathrm{j\ω}}{e}^{\mathrm{j\α}}+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{DC}}---\left(3\right)$

$=\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}{\left(t\right)}_{\mathrm{Steadystate}}+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{DCtransient}}$

其中，是满足初始条件所需的积分常量。当在t=0以相角α、在电

动机中没有磁通（即，ψ=0）的情况下将施加到电动机时：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}\left(0\right)=0=u_S\frac{e^{\mathrm{j\α}}}{\mathrm{j\ω}}+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{DC}}---\left(4\right)$

因此，DC瞬变磁通由下式给出：

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{DC}}=-u_S\frac{e^{\mathrm{j\α}}}{\mathrm{j\ω}}=j\frac{{\stackrel{\‾}{u}}_S\left(0\right)}{\mathrm{j\ω}}---\left(5\right)$

使得该磁通的通解为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}\left(t\right)=-j\frac{{\stackrel{\‾}{u}}_S\left(t\right)}{\mathrm{\ω}}+j\frac{{\stackrel{\‾}{u}}_S\left(0\right)}{\mathrm{\ω}}---\left(6\right)$

$=\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}{\left(t\right)}_{\mathrm{Steadystate}}+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}}_{\mathrm{DCtransient}}$

在等式（6）中因子-j乘以电压空间向量意味着，稳态磁通随着进行旋转但在旋转时滞后90°。另一方面，DC瞬变磁通在接通时固定在初始电源向量的方向前方90°定向上并且仅逐渐衰减。图17示出了表现等式（3）、（5）和（6）的关系的空间向量。稳态磁通具有恒定幅度并且绕根据仅缓慢衰减的瞬变磁通确定的固定中心进行旋转。因此，随着旋转，DC磁通的存在导致合成磁通的幅度强烈振荡。效果是在DC瞬变衰减以前的强转矩脉动和不平衡的电流。

使用两步连接过程来极大地减小或消除DC瞬变

如果以两步来进行电源连接过程，则可以极大地减小或消除DC瞬变。虽然不同电动机组合的实施例以下描述了特定电源相的使用，但是对于下述的两步连接保持相同的时序和电压特征的电源相的任何组合都同样适合。实际上，所描述的两步连接与导致另外的电流流入电动机的操作相关。同样适合的是，在这些步骤之前的任何时间连接电动机的一个相，只要这不导致电流流入电动机即可。在这样的情况下，电流仅会在电动机的第二相连接到电源时流动并且等同于同时连接两个相。

步骤1

图18示出了接触器极的两步连接的向量图。在时间t=0，在至少一个电动机绕组中产生电流流动所需的最小数量的电源相连接到电动机。时间t=0表示所算出的用以产生使得在产生很小的DC瞬变或不产生DC瞬变的同时能够闭合剩余相（在步骤2中）所需的条件的时间。通过电动机绕组的电流流动增强了在如图18所示的方向上的磁通

步骤2

当由空间向量描述的电源空间向量处于图18中的定向β时，剩余的电源相连接到电动机。此时，所有三个电源相都被连接，并且电压空间向量和在步骤1中增强的初始磁通对应于正确的稳态值、而不需要任何附加的DC磁通瞬变是当连接电源相A时以90°滞后于电压空间向量在定向β的瞬时位置的稳态磁通的初始值。此后，电压和磁通在其稳态下相隔90°同步旋转而没有转矩脉动或者过高的峰值电流。

对Y形构形的电动机应用两步连接

施加到电动机的电压空间向量的dq分量被当作：

u_SD=2/3(u_SA-0.5u_SB-0.5u_SC)           (7)

$u_{\mathrm{SQ}}=1/\sqrt{3}(u_{\mathrm{SB}}-u_{\mathrm{SC}})$

其中，u_SA、u_SB、u_SC是三个绕组两端的电压。根据电源相电压的幅度u_S，通过下式给出CB线路电压：

$u_{\mathrm{CB}}=\sqrt{3}{u}_S\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α})---\left(8\right)$

假定当线路电压u_CB具有峰值时连接电源相B和C并且在该点处设置时间t=0，则α=270°。当仅连接B电源电压和C电源电压并且A相绕组仍切断时，线路电压在B绕组和C绕组两端平分，使得绕组电压由下式给出：

u_SB=-1/2u_BC，u_SC=1/2u_BC，u_SA=0           (9)

使用等式（7），dq分量为：

u_SD=0，u_SQ=-u_S         (10)

并且在整个时段β内，u_SD保持为零。因此，在连接相A之前的90°间隔β期间，我们得到：

$\frac{d{\mathrm{\ψ}}_Q}{\mathrm{dt}}=u_{\mathrm{SQ}}=-u_S\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α}),\frac{d{\mathrm{\ψ}}_D}{\mathrm{dt}}=u_{\mathrm{SD}}=0---\left(11\right)$

在间隔β内进行积分以获得如下给出的磁通：

${\mathrm{\ψ}}_Q=-u_S\underset{\mathrm{\ωt}=0}{\overset{\mathrm{\ωt}=\mathrm{\π}/2}{\∫}}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α})\mathrm{dt}---\left(12\right)$

使得当在ωt=β=π/2时连接相A时：

${\mathrm{\ψ}}_D=0,{\mathrm{\ψ}}_Q=-\frac{u_S}{\mathrm{\ω}}---\left(13\right)$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\ψ}}\left(\mathrm{\β}\right)=-j\frac{u_S}{\mathrm{\ω}}---\left(14\right)$

这正是图18中示出的使得能够在没有任何衰减的DC瞬变磁通及相关联的转矩脉动和极限电流峰值的情况下起动的瞬时稳态值

图19示出了相电压波形，其示出用于Y形构形的电动机的两步闭合的六个可能连接时序中的三个。垂直线表示当预期连接电源的至少一个相以使得电动机绕组中的电流流动增加的时间。由β表示的延迟表示导致电动机中的电流流动的第一连接与导致电源的所有相连接到电动机的第二连接之间的时段。

对三角形构形的电动机应用两步连接（三角形外的连接）

图20示出三角形构形的电动机，其具有在电动机绕组外部连接的接触器极。当使用两步连接过程来连接三角形构形的电动机时，如果接触器极在三角形外部，则通过闭合两个极而在其线路幅度峰值连接两个相，关于Y形构形的电动机进行连接，如图20所示。然后，通过闭合极3在90度过后连接剩余相。在图20中，相A和相C是首先被闭合的两个相，接着是相B。现在计算所增强的磁通。CA线路电压为：

$u_{\mathrm{CA}}=\sqrt{3}{u}_S\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/2)---\left(15\right)$

并且当在时刻t=0时连接CA相时，CA线路电压等于其峰值电压由于不存在到B相的连接，因此在三个绕组两端的电压由下式给出：

$u_{\mathrm{SA}}=\sqrt{3}{u}_S\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/2)$

$u_{\mathrm{SB}}=\sqrt{3}/2u_S\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/2)---\left(16\right)$

u_SC=U_SB

因此，使用dq电压等式（7）：

$u_{\mathrm{SD}}=\sqrt{3}{u}_S$                      (17)

uSQ=0

在相B被连接以前在90度时段内对所增强的磁通进行积分而得出：

${\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{SD}}=\underset{0}{\overset{\mathrm{\ωt}=\mathrm{\π}/2}{\∫}}{u}_{\mathrm{SD}}\mathrm{dt}=\sqrt{3}{u}_S\underset{0}{\overset{\mathrm{\ωwt}=\mathrm{\π}/2}{\∫}}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/2)\mathrm{dt}=\sqrt{3}{u}_S/\mathrm{\ω}---\left(18\right)$

这是使得在没有任何衰减的DC瞬变的情况下能够起动所需的瞬时稳态值

对三角形构形的电动机应用两步连接（在三角形内的连接）

图21示出了三角形构形的电动机，其中接触器极在电动机绕组内。如图21所示，如果用于三角形操作的接触器极放置在三角形内（对于Y形-三角起动而言通常如此），则可以通过将电动机的一个相连接到电源来实现在至少一个绕组内的电流流动。在图21中，当极1将绕组A的切换侧连接到相C电源时，电流流入绕组A。

图22示出第一步骤的变型时序图，其中在接触器极在电动机绕组内的情况下对于三角形构形的电动机在60电度闭合。由于没有电流流入B绕组和C绕组，因此必须在以线路电压u_CA的60°相角起动的更长时段β=120°内增强磁通，而不是在以电压最大值起动的时段β=90°内。

具有图21中的在A绕组两端所施加的线路电压u_CA的绕组电压通过下式给出：

$u_{\mathrm{SA}}=\sqrt{3}{u}_S\sin \mathrm{\ωt},u_{\mathrm{SB}}=0,u_{\mathrm{SC}}=0---\left(19\right)$

根据等式（7），dq空间向量电压通过下式给出：

$u_{\mathrm{SD}}=\frac{2}{3}\sqrt{3}{u}_S\sin \mathrm{\ωt}---\left(20\right)$

u_SQ=0

因此，通过在时段β内进行积分，磁通变为：

${\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{SD}}=\underset{\mathrm{\π}/3}{\overset{\mathrm{\π}}{\∫}}{u}_{\mathrm{SD}}\mathrm{dt}=\sqrt{3}\frac{u_S}{\mathrm{\ω}}---\left(21\right)$

ψ_SQ=0                       (22)

这是适当的磁通和定向，该磁通和定向使得接触器极2和极3在CA线路电压的过零点处闭合以将全电压施加到电动机的所有绕组而没有任何DC瞬变。

使用单极开关（SPS）进行两步连接

单极开关具有DC操作的电磁体，其中电子线圈控制操作根据图11和图12的单个外壳内的单组固定接触部和移动接触部。图12中的电枢13通过由电磁体线圈14产生的磁场而起作用以控制接触部6和接触部9的连接和切断。如前文所描述的三个电动机连接构形中所述的那样，这些接触部用于将电源的各个相连接到电动机。由于它们允许对电源的各相到电动机的连接进行独立控制，因此，它们很适用于两步闭合过程。

使用SPS对Y形构形的电动机和三角形构形的电动机（外部的连接）应 用两步连接

为了使用两步连接过程来起动如图16所示的Y形构形的电动机或者如图20所示的三角形构形的电动机，三个接触器极1、2和3必须在电源波形上的期望点处以正确的顺序闭合。对于过程的第一步骤而言，两个极必须将电动机连接到电源，以使得电流在峰值电压幅度（在两个相被连接的线路间过零点之后的大约90度）下首先开始流入至少一个电动机绕组。这可以通过在电源波形上的该点同时连接两个极或者通过在较早的时间闭合一个极并且在电源波形上的该点闭合另一极来实现。两种方式都同样适用，但是可以证明后一种更容易实现。应当在电源波形上大约90度过后闭合剩余的极。

使用SPS对三角形构形（三角形内的连接）电动机应用两步连接

为了使用两步连接过程来起动如图20所示的三角形构形的电动机，三个接触器极1、2和3必须在电源波形上的期望点以正确的顺序闭合。对于过程的第一步骤而言，一个极必须将电动机连接到电源，以使得电流首先在峰值电压幅度之前的30度的点处（大约在两个相被连接的线路间过零点之后的60度）开始流入一个电动机绕组。应当在电源波形上大约120度过后闭合剩余的两个极。

控制连接时间

为了满足两步连接过程所需的时序，必须知道SPS的接触部闭合时间。该接触部闭合时间表示从激励SPS磁线圈直到接触部使得电流能够从电源流到电动机为止的时间。该信息通常可以通过以在制作接触部之后的设计为特征来获得。

还需要知道电源频率和过零点时刻。出于该目的，目前我们相信，使用与一个或多个电源相的电源电压过零点同步的基于软件的锁相环（PLL）的公知方法是最容易实现且是最佳的。然而，存在用于确定电源频率和过零点时刻的许多方法，这些方法同样适用并且在诸如电压监测和电源相序列的其他特征也从监测电压的装置得到的情况下可以是优选的。

通过监测电源并且获知SPS的接触部闭合时间，可以计算激励各个SPS线圈的时间，以使得电源与电动机之间的连接在电源波形上的期望点处发生。用于计算这些线圈激励时间的公式的一种实施例可以为：

t_CE=t_ZC+d_Offset×t_Degree-t_CC

其中，t_CE为要激励线圈的时间，t_ZC为估计时间要基于的过零点时间，d_Offset为期望将电源连接到电动机的、电源波形从t_ZC起的偏移度，t_Degree是与电源波形的一个度相等的时间段，以及t_CC是从激励SPS线圈时到接触部使得电流能够从电源流到电动机时的时间段。

使用延迟极接触器（DPC）的两步连接

在实现两步连接过程中对单极开关的替选为延迟极接触器。该设计是具有被布置成针对两步连接过程而以优选的角度进行异步闭合的接触部的三极接触器。中心极被磁性地布置成比外极更迟地闭合。

为了接触部闭合，移动接触部载体具有对组装在极窗口中的接触部进行操作的接触部弹簧。中央接触部通过使中心窗口小了量x而相对于两个外极的接触部偏移。使用相同的接触部并且修改模制的接触部载体导致外极如期望较早闭合。控制接触器电磁体以便在该临时步骤的一个位置停止（stall）。

在闭合的步骤一中，中心极的接触部间隙h具有足够的电介质强度以避免在两个外极的接触部闭合后在大约四分之一的主周期内导通。根据接触器的大小，该间隙h通常为0.5mm至1mm。

对进入接触器操作线圈的电力进行控制，以使得与中央接触部物理偏移和其他接触器动力结合以便在等于电源频率的90电度的时段内将外极闭合于该停止位置。

然后，对进入接触器操作线圈的电力进行调整，以使得在所有极中的接触部弹簧压缩超过距离d，从而将DPC放置到其最终闭合位置。

可选地，在约1秒的较短延迟以实现稳定后，将进入接触器操作线圈的电力减少至足以将接触器保持在闭合位置的电平。

图24示出使用三极延迟极接触器（DPC）的电动机电路，而图25示出使用单极开关（SPS）的电动机电路。在每个电动机电路中，开关53耦合到控制器50。控制器50调整至相应接触器的相应致动器组件的电力，以便根据两步连接来使接触部接合或脱离。在对正施加的电力进行调节时，控制器50与电压过零点监测器相关联地进行操作。

尽管参照具体实施例来详细描述了本公开，但是应理解，本领域的技术人员可以确定各种其他的改变、替代、变型、变更和修改，并且本公开包括落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的改变、替代、变型、变更和修改。此外，本公开不意在以任何方式受到未另外在所附权利要求中反映的、说明书中的任何陈述限制。

Claims (20)

1.一种机电开关装置，包括：

多个极，每个极均包括用于接通和中断通过所述装置的电流通路的可移动接触组件；以及

移动接触部载体，具有容纳有各个可移动接触组件的多个极窗口；

其中，所述极窗口中的至少一个极窗口相对于至少一个其他极窗口偏移，以使所述至少一个极窗口中容纳的可移动接触组件相比于所述至少一个其他极窗口中容纳的至少一个其他可移动接触组件、在不同的时间断开和/或闭合。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可移动接触组件彼此相同。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个极窗口被配置成使得所述至少一个极窗口中容纳的可移动接触组件比所述至少一个其他极窗口中容纳的至少一个其他可移动接触组件更迟地闭合。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述移动接触部载体是模制的。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述移动接触部载体包括用于三个电极的三个极窗口，所述三个极窗口包括中心极窗口和两个外极窗口。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述中心极窗口相对于所述外极窗口偏移。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述中心极窗口小于所述外极窗口。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述中心极窗口被配置成使得所述中心极窗口中容纳的可移动接触组件比所述至少一个其他极窗口中容纳的可移动接触组件更迟地闭合。

9.根据权利要求5所述的装置，其中，在断开位置处，所述中心极的接触部与静止接触部相隔0.5mm与1mm之间的间隙。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述极窗口偏移了使得所述可移动接触组件以电源频率的大约90电度的延迟闭合的量。

11.一种机电开关装置，包括：

第一极、第二极和第三极，所述第一极、第二极和第三极中的每一个均包括用于接通和中断通过所述装置的电流通路的可移动接触组件；以及

移动接触部载体，具有容纳有各个可移动接触组件的三个极窗口；

其中，所述极窗口中的一个极窗口相对于其他两个极窗口偏移，以使所述一个极窗口中容纳的可移动接触组件相比于其他极窗口中容纳的其他可移动接触组件在不同的时间闭合。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述可移动接触组件彼此相同。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述一个极窗口被配置成使得所述一个极窗口中容纳的可移动接触组件比所述其他极窗口中容纳的其他可移动接触组件更迟地闭合。

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述移动接触部载体是模制的。

15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述移动接触部载体包括中心极窗口和两个外极窗口，并且其中，所述中心极窗口相对于所述外极窗口偏移。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述中心极窗口小于所述外极窗口。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，在断开位置处，所述中心极的接触部与静止接触部相隔0.5mm与1mm之间的间隙。

18.根据权利要求11所述的装置，其中，所述极窗口偏移了使得所述可移动接触组件以电源频率的大约90电度的延迟闭合的量。

19.一种机电开关装置，包括：

第一极、第二极和第三极，分别包括用于接通和中断通过所述装置的电流通路的第一可移动接触组件、第二可移动接触组件和第三可移动接触组件；以及

具有三个极窗口的移动接触部载体，所述三个极窗口包括第一外极窗口、第二中心极窗口和第三外极窗口，所述第一极的可移动接触组件、所述第二极的可移动接触组件和所述第三极的可移动接触组件分别容纳于所述第一极窗口、所述第二极窗口和所述第三极窗口中；

其中，所述中心极窗口相对于两个所述外极窗口而偏移，以使所述第二可移动接触组件相比于所述第一可移动接触组件和所述第三可移动接触组件在不同的时间闭合。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述可移动接触组件彼此相同。