CN104617820B - 一种电动机起动饱和电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动机起动饱和电抗器。包括端子I，端子II，两控制端子，闭环铁芯；闭环铁芯至少有两根截面积相等的铁芯柱，这两根铁芯柱分别都有交流线圈与直流线圈；交流线圈组合的两端分别连接端子I与一桥式整流电路其中一个输入端，桥式整流电路另一输入端连接端子II；两直流线圈同名端连接端子I，两直流线圈异名端分别连接桥式整流电路两输出端；一稳压管并联于桥式整流电路的两输出端；接触器动开触点连接桥式整流电路的两输入端。接触器线圈两端分别连接两控制端子。

Description

一种电动机起动饱和电抗器

技术领域

本发明涉及电气工程与电路领域，特别涉及一种电动机起动饱和电抗器。

背景技术

电动机起动阶段，起动电流大于额定电流数倍，可能引起电动机周边电气设备电压下降，造成不良后果，因此必须采取措施，降低电动机起动电流。目前，有多种电动机起动装置可供选择，各有优缺点。采用串联固定值电抗器起动电动机是其中一种常用方式，该方法的缺点是，电动机转子达到额定转速后短接电抗器，电动机输入电压突变可能比较大。中国专利CN201118490Y提出采用串联可控饱和电抗器(磁控电抗器)的方式起动电动机，可提高现有电动机起动电抗器性能。电动机起动初期，串联的饱和电抗器呈最大电抗，电动机两端电压很小，电动机起动电流很小；逐步减小饱和电抗器的电抗值，电动机两端电压逐渐增大；当饱和电抗器的电抗减小至最小电抗值，通过闭合开关，使饱和电抗器两端短接，电动机两端获得额定电压，电动机完成起动过程。但现有饱和电抗器(磁控电抗器)的最小电抗值太大，电动机起动过程平滑性不够好；且饱和电抗器的控制环节复杂。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种起动过程平滑性更好，控制简单的电动机起动饱和电抗器。

为实现上述目的，本发明采用如下方式：

一种电动机起动饱和电抗器，它为单相的，包括起动饱和电抗器端子I，起动饱和电抗器端子II，控制端子I，控制端子II，闭环铁芯；

所述闭环铁芯至少有两根截面积相等的铁芯柱，所述各铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环；所述各铁芯柱分别都有至少一个交流线圈与至少一个直流线圈；

所述各交流线圈中的第一级交流线圈的同名端接起动饱和电抗器端子I，最后一级交流线圈的异名端接一桥式整流电路其中一个输入端，桥式整流电路另一输入端连接起动饱和电抗器端子II；

所述各直流线圈同名端连接起动饱和电抗器端子I，各直流线圈异名端分别连接桥式整流电路输出端之间；

一接触器动开触点连接桥式整流电路的两输入端；

接触器线圈两端分别连接控制器的控制端子I3与控制端子II4；

电动机起动初始，动开触点处于闭合状态的电动机起动饱和电抗器的结构称为并联型饱和电抗器；

电动机转子达到额定转速，控制器给控制端子I3与控制端子II4通电，接触器动开触点处于断开状态，动开触点处于断开状态的电动机起动饱和电抗器的结构称为串联型饱和电抗器；

并联型饱和电抗器与串联型饱和电抗器通过交流接触器动开触点实现切换。

所述各铁芯柱上的交流线圈有两个，各铁芯柱上的各交流线圈间彼此交错连接，即第一铁芯柱上的第一级交流线圈异名端与第二铁芯柱的第二级交流线圈的同名端连接，第二铁芯柱上的第一级交流线圈异名端与第一铁芯柱上第二级交流线圈同名端连接。

一稳压管并联于桥式整流电路的两输出端之间。

所述各交流线圈的匝数等于同等电压变压器一次线圈匝数的一半。

所述其中一铁芯柱上的第一级与第二级交流线圈异名端与同名端之间连接一正向二极管D6。

所述并联型饱和电抗器的最小电抗值越大，电动机最大起动电流值越小；反之，越大。

所述串联型饱和电抗器最小电抗值小于并联型饱和电抗器最小电抗值。

所述各交流线圈匝数相同；所述各直流线圈匝数相同。

所述闭环铁芯可以是相互没有通路的两个闭环铁芯；或是一体的，相互有通路的闭环铁芯。

一种电动机起动饱和电抗器，它为采用前述单相电动机起动饱和电抗器的三相电动机起动饱和电抗器。

本发明的有益效果是：本发明是一种并联型饱和电抗器与一种串联型饱和电抗器的结合，并联型饱和电抗器与串联型饱和电抗器通过交流接触器动开触点实现切换；控制简单。充分利用了并联型饱和电抗器与串联型饱和电抗器的各自优点，使并联型饱和电抗器与串联型饱和电抗器在电动机起动过程中各自、分别发挥其作用，使电动机起动饱和电抗器的作用更好，使电动机起动过程平滑性更好。

附图说明

图1表示第1种电动机起动饱和电抗器。

图2表示第2种电动机起动饱和电抗器。

其中，1.起动饱和电抗器端子I，2.起动饱和电抗器端子II，3.控制端子I，4.控制端子II，5.闭环铁芯，6.控制器。

具体实施方式

实施例1：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

第1种电动机起动饱和电抗器的结构与连接方式如图1所示。该结构为单相电动机起动饱和电抗器。它包括电动机起动饱和电抗器端子I 1，端子II2，控制端子I3，控制端子II4，闭环铁芯5。闭环铁芯5是饱和电抗器闭环铁芯。闭环铁芯5至少有两根铁芯柱；有两根截面积相等、均有直流线圈和交流线圈的铁芯柱；这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。其中一根铁芯柱上有交流线圈L1、直流线圈L3，另一根铁芯柱上有交流线圈L2、直流线圈L4；交流线圈L1、交流线圈L2的匝数相等，直流线圈L3与直流线圈L4的匝数相等。一般情况下，交流线圈L1、交流线圈L2的匝数等于同等电压变压器一次线圈的匝数。

闭环铁芯5可以是相互没有通路的两个闭环铁芯，例如1：两个口字形铁芯，如图1所示。也可以是一体的，相互有通路的闭环铁芯；例如2：三根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通三根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。例如3：四根铁芯柱，铁芯柱两端有磁轭连通四根铁芯柱，任何两根铁芯柱都能够相互构成磁通闭环，但至少有两根能各自形成不经过对方铁芯柱的闭环。

交流线圈L1同名端，交流线圈L2同名端，直流线圈L3同名端，直流线圈L4同名端连接端子I1；交流线圈L1异名端与交流线圈L2异名端连接二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的桥式整流电路的其中一个输入端，桥式整流电路的另一个输入端连接端子II2。直流线圈L3异名端与直流线圈L4异名端分别连接桥式整流电路的两输出端。大功率稳压管D5并联于桥式整流电路的两输出端。接触器动开触点KM1连接所述桥式整流电路的两输入端。接触器线圈KM1两端分别连接控制端子I3与控制端子II4。

设一种电动机起动饱和电抗器额定电压为U1。电动机起动饱和电抗器端子I 1与端子II2串联接入电动机输入端。电源开关合闸，电动机接入额定电压为U1的系统。电动机起动初始，控制端子I3与控制端子II4不通电，接触器动开触点KM1处于闭合状态。动开触点KM1处于闭合状态的电动机起动饱和电抗器的结构称为并联型饱和电抗器。

由于电动机起动饱和电抗器直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流不能突变，电源开关合闸最初时刻，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流接近等于零，电动机起动饱和电抗器交流线圈有最大电抗值，电动机起动饱和电抗器获得电源的全部电压，电动机获得接近等于零的电压。流过电动机的电流很小。

流过交流线圈L1、交流线圈L2的交流电流经二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的桥式整流电路整流，给直流线圈L3与直流线圈L4供直流电。随着时间的推移，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流逐渐增大，电动机起动饱和电抗器闭环铁芯5饱和程度逐渐增大，电动机起动饱和电抗器交流线圈L1、交流线圈L2的电抗值逐渐减小；电动机起动饱和电抗器两端电压逐渐减小，电动机获得的电压逐步增大。直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流继续增大，电动机起动饱和电抗器闭环铁芯5饱和程度继续增大，电动机起动饱和电抗器交流线圈的电抗值继续减小，流过交流线圈L1与交流线圈L2的交流电流继续增大，直流线圈L3与直流线圈L4的直流电流继续增大，依此类推，电动机起动饱和电抗器电抗值减小至并联型饱和电抗器的最小值，电动机在并联型饱和电抗器的最大起动电流下起动。

电动机转子达到额定转速，外部控制器6给控制端子I3与控制端子II4通电，接触器动开触点KM1处于断开状态。动开触点KM1处于断开状态的电动机起动饱和电抗器的结构称为串联型饱和电抗器。

流过交流线圈L1、交流线圈L2的交流电流全部经二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的桥式整流电路整流，给直流线圈L3与直流线圈L4供直流电。流过串联型饱和电抗器直流线圈的直流电流大于并联型饱和电抗器。电动机起动饱和电抗器闭环铁芯5饱和程度进一步加深，电动机起动饱和电抗器交流线圈L1、交流线圈L2的电抗值进一步减小；电动机起动饱和电抗器两端电压进一步减小，电动机获得的电压进一步增大。依此类推，电动机起动饱和电抗器电抗值减小至串联型饱和电抗器的最小值，串联型饱和电抗器的最小值小于并联型饱和电抗器的最小值。这时，短接电动机起动饱和电抗器，电动机完成起动过程，进入稳定、长期运行。在串联型饱和电抗器的最小值状态下短接电动机起动饱和电抗器，电动机起动过程平滑性较好。

电动机两端电压从零开始逐渐增大，电动机转动力矩大于负载力矩时，电动机转速逐渐增大；电动机输出力矩变化缓慢；避免电动机转子力矩突变，避免加速度力矩对负载和电动机转子的冲击。

并联型饱和电抗器的最小值决定电动机最大起动电流值。并联型饱和电抗器的最小电抗值越大，电动机最大起动电流值越小；反之，越大。

大功率稳压管D5的作用是，限制直流线圈两端过电压，保护桥式整流电路的半导体器件。

由于，给串联型饱和电抗器直流线圈提供电源的桥式整流电路是串联在饱和电抗器交流线圈的回路中，交流线圈的交流电流变化，直流线圈中的直流电流同比例变化，不论饱和电抗器电流大小，都可保证串联型饱和电抗器最小电抗值很低，且受饱和电抗器电流大小的影响很小。串联型饱和电抗器最小电抗值小于并联型饱和电抗器最小电抗值，开关短接串联型饱和电抗器时的状态变化较小。使电动机起动过程平滑性更好。

图1所示一种电动机起动饱和电抗器为单相电动机起动饱和电抗器。可以把单相电动机起动饱和电抗器的工作原理推广到三相电动机起动饱和电抗器。推广方法是公共知识，不再赘述。

不难看出，一种电动机起动饱和电抗器实际上就是一种并联型饱和电抗器与一种串联型饱和电抗器的结合，并把这种结合体串入电动机起动回路。一种并联型饱和电抗器与一种串联型饱和电抗器的结合体通过交流接触器动开触点实现切换。控制简单。并联型饱和电抗器与串联型饱和电抗器分别都有多种结构形式，这些结构形式及其组合都可实现电动机起动饱和电抗器功能。图1所示一种电动机起动饱和电抗器比较典型。

实施例2：

第2种电动机起动饱和电抗器如图2所示。它包括电动机起动饱和电抗器端子I 1，端子II2，控制端子I3，控制端子II4，闭环铁芯5，控制器6。闭环铁芯5是饱和电抗器闭环铁芯。闭环铁芯5至少有两根铁芯柱；有两根截面积相等、均有直流线圈和交流线圈的铁芯柱；这两根铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环。其中一根铁芯柱上有交流线圈L5、交流线圈L7和直流线圈L9，另一根铁芯柱上有交流线圈L6、交流线圈L8和直流线圈L10；交流线圈L5、交流线圈L6、交流线圈L7、交流线圈L8的匝数相等，直流线圈L9与直流线圈L10的匝数相等。一般情况下，交流线圈L5、交流线圈L6、交流线圈L7、交流线圈L8的匝数等于同等电压变压器一次线圈匝数的一半。

交流线圈L5同名端，交流线圈L6同名端，直流线圈L9同名端，直流线圈L10同名端连接端子I 1；交流线圈L5异名端连接交流线圈L8同名端，交流线圈L6异名端连接交流线圈L7同名端，交流线圈L7异名端与交流线圈L8异名端连接二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的桥式整流电路的一个输入端子，桥式整流电路的另一个输入端连接端子II2。直流线圈L9异名端与直流线圈L10异名端分别连接桥式整流电路的两输出端。大功率稳压管D5并联于桥式整流电路的两输出端。接触器动开触点KM1连接桥式整流电路的两输入端。

图2所示，交流线圈L5异名端与交流线圈L7同名端之间还连接一正向二极管D6，二极管D6用于保证交流线圈L5、交流线圈L6、交流线圈L7、交流线圈L8四个交流线圈电压的均衡。如果，工艺上能够保证交流线圈L5、交流线圈L6、交流线圈L7、交流线圈L8四个交流线圈电压的均衡，二极管D6可以去除。

第2种电动机起动饱和电抗器与第1种电动机起动饱和电抗器相同的部分不再赘述。

第2种电动机起动饱和电抗器的分析方法与实施例1相同，不再赘述。

本发明的一种电动机起动饱和电抗器可用现有技术设计制造，完全可以实现，有广阔应用前景。

Claims (9)

1.一种电动机起动饱和电抗器，其特征是，它为单相的，包括起动饱和电抗器端子I，起动饱和电抗器端子II，控制端子I，控制端子II，闭环铁芯；

所述闭环铁芯至少有两根截面积相等的铁芯柱，所述各铁芯柱各自至少有能形成一条不经过对方铁芯柱的磁通闭环；所述各铁芯柱分别都有至少一个交流线圈与至少一个直流线圈；所述各交流线圈中的第一级交流线圈的同名端接起动饱和电抗器端子I，最后一级交流线圈的异名端接一桥式整流电路其中一个输入端，桥式整流电路另一输入端连接起动饱和电抗器端子II；

所述各直流线圈同名端连接起动饱和电抗器端子I，各直流线圈异名端分别连接桥式整流电路输出端之间；

一接触器动开触点连接桥式整流电路的两输入端；

接触器线圈两端分别连接控制器的控制端子I与控制端子II；

电动机起动初始，动开触点处于闭合状态的电动机起动饱和电抗器的结构称为并联型饱和电抗器；

电动机转子达到额定转速，控制器给控制端子I与控制端子II通电，接触器动开触点处于断开状态，动开触点处于断开状态的电动机起动饱和电抗器的结构称为串联型饱和电抗器；

并联型饱和电抗器与串联型饱和电抗器通过交流接触器动开触点实现切换；所述串联型饱和电抗器最小电抗值小于并联型饱和电抗器最小电抗值。

2.如权利要求1所述的电动机起动饱和电抗器，其特征是，所述各铁芯柱上的交流线圈有两个，各铁芯柱上的各交流线圈间彼此交错连接，即第一铁芯柱上的第一级交流线圈异名端与第二铁芯柱的第二级交流线圈的同名端连接，第二铁芯柱上的第一级交流线圈异名端与第一铁芯柱上第二级交流线圈同名端连接。

3.如权利要求1或2所述的电动机起动饱和电抗器，其特征是，一稳压管并联于桥式整流电路的两输出端之间。

4.如权利要求1或2所述的电动机起动饱和电抗器，其特征是，所述各交流线圈的匝数等于同等电压变压器一次线圈匝数的一半。

5.如权利要求2所述的电动机起动饱和电抗器，其特征是，所述其中一铁芯柱上的第一级与第二级交流线圈异名端与同名端之间连接一正向二极管D6。

6.如权利要求1或2所述的电动机起动饱和电抗器，其特征是，所述并联型饱和电抗器的最小电抗值越大，电动机最大起动电流值越小；反之，越大。

7.如权利要求1或2所述的电动机起动饱和电抗器，其特征是，所述各交流线圈匝数相同；所述各直流线圈匝数相同。

8.如权利要求1或2所述的电动机起动饱和电抗器，其特征是，所述闭环铁芯可以是相互没有通路的两个闭环铁芯；或是一体的，相互有通路的闭环铁芯。

9.一种电动机起动饱和电抗器，其特征是，它为采用权利要求1或2所述的单相电动机起动饱和电抗器的三相电动机起动饱和电抗器。