CN105262376A - 用于三相电机的星三角启动电路及其启动方法 - Google Patents
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Abstract
公开了用于三相电机的星三角启动电路及其启动方法。该星三角启动电路包括：第一接触器，用于将三相电机接入三相交流电源；第二接触器，用于形成星形连接；第三接触器，用于形成三角形连接；第一开关，第一开关为常闭开关且与第二接触器串联连接；第二开关，第二开关为常开开关且与第三接触器串联连接；电流检测装置，用于检测电机的负载电流；以及控制器，包括第一开关控制电路和第二开关控制电路，其中，第一开关控制电路根据电机的负载电流在预定时间内的变化量来判断启动是否稳定，并且在启动稳定之后断开第一开关，第二开关控制电路延时之后闭合第二开关。该的星三角启动电路可以实现星三角启动过程中切换时刻的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术，具体涉及用于三相电机的星三角启动电路及其启动方法。
背景技术
三相电机的连接方式包括星形连接和三角形连接。星形连接的启动电流小于三角形连接的启动电流，在启动时对电网冲击小。三角形连接的转矩大于星形连接。因此，将二者结合的星三角启动是三相电机有利的启动方式，即在启动阶段采用星形连接以减小对电网的冲击，在启动阶段后的运行阶段采用三角形连接以产生大转矩。
在现有的星三角启动中，采用时间继电器实现从星形连接向三角形连接的切换。然而，时间继电器的延时难以预先设定。如果延时过短，则可能还没有完成完全起动就已经切换至三角形连接。电机的启动电流仍然会上升，难以达到星三角启动的降压效果。如果延时过长，则电机长时间运行在星形连接中，难以快速满足负载的风量和转速要求。
因此，期望在三相电机的星三角启动过程中精确控制从星形连接切换至三角形连接的时刻，以兼顾三相电机的低启动电流和高工作转矩的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于三相电机的星三角启动电路及其启动方法。
根据本发明的一方面，提供一种用于三相电机的星三角启动电路，包括：第一接触器，用于将三相电机接入三相交流电源，其中三相电机的三个绕组的第一端分别连接三相交流电的三条相线；第二接触器，用于将三相电机的三个绕组的第二端连接至公共节点，形成星形连接；第三接触器，用于将三相电机的三个绕组的第二端分别连接至相邻绕组的第一端，形成三角形连接；第一开关，第一开关为常闭开关且与第二接触器串联连接；第二开关，第二开关为常开开关且与第三接触器串联连接；电流检测装置，用于检测电机的负载电流；以及控制器，包括第一开关控制电路和第二开关控制电路，分别向第一开关和第二开关的控制端提供第一控制信号和第二控制信号，其中，所述第一开关控制电路根据电机的负载电流在预定时间内的变化量来判断启动是否稳定，并且在启动稳定之后产生第一控制信号以断开第一开关，所述第二开关控制电路延时之后产生第二控制信号以闭合第二开关。
优选地，如果负载电流的变化量小于等于阈值，则所述第一开关控制电路确定启动已经稳定，如果负载电流的变化量大于阈值，则所述第一开关控制电路确定启动尚未稳定。
优选地，所述预定时间的时间范围为0.1S-5S，所述延时的时间范围为0.1S-5S。
优选地，第二接触器还包括与第三接触器串联连接的附加的第一常闭触点，第三接触器还包括与第二接触器串联连接的附加的第二常闭触点，第一常闭触点和第二常闭触点用于第二接触器和第三接触器的互锁。
优选地，所述电流检测装置包括串联连接在三相交流电的相线上的电流互感器和根据电流互感器的输出信号测量电流的电流计。
优选地，第一接触器、第二接触器和第三接触器由三相交流电的其中一相供电，在启动开始时，第一接触器和第二接触器接通，第三接触器断开。
根据本发明的另一方面，提供一种用于三相电机的星三角启动方法，包括：采用星形连接启动电机；在启动稳定后断开星形连接；以及延时将电机连接成三角形连接，其中，根据电机的负载电流在预定时间内的变化量来判断启动是否稳定。
优选地，在启动后，测量电机的负载电流，如果负载电流的变化量小于等于阈值，则确定启动已经稳定，如果负载电流的变化量大于阈值，则确定启动尚未稳定。
优选地，所述预定时间的时间范围为0.1S-5S，所述延时的时间范围为0.1S-5S。
根据本发明的实施例的用于三相电机的星三角启动电路及其启动方法，根据负载电流进行星三角切换，可以实现切换时刻的精确控制，保证电机在稳定运行状态下进行切换。在切换时电流不会上升到起动阶段的冲击电流，而是三角形的电流，真正达到了星形起动的效果，减小了对电网的冲击电流。在检测到负载电流稳定后，进行切换，能够保证电机不会长时间运行在星形连接中。该星三角启动电路可以兼顾三相电机的低启动电流和高工作转矩的要求。
此外，在星形接触器关断与三角形接通进行延时，保证接触器不会构成短路回路。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出了根据现有技术的用于三相电机的星三角启动电路的示意性电路图。
图2示出了根据本发明的实施例的用于三相电机的星三角启动电路的示意性电路图。
图3示出了根据本发明的实施例的用于三相电机的星三角启动方法的流程图。
具体实施方式
在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1示出了根据现有技术的星三角启动电路的示意性电路图。如图1所示，根据现有技术的星三角形启动电路包括接触器KM1、KM2、KM3，以及时间继电器KT。通过三个接触器KM1、KM2、KM3和时间继电器KT的动作，控制电机M的连接方式。
接触器KM1具有连接在三相交流电源和电机M之间的三个常开触点KM1-1，接触器KM2具有用于实现星形连接的三个常开触点KM2-1，接触器KM3具有用于实现三角形连接的三个常开触点KM3-1。接触器KM2还具有常闭触点KM2-2，接触器KM3还具有常闭触点KM3-2，用于实现两个接触器KM2和KM3的互锁。时间继电器KT具有与接触器KM2串联的时延断开触点KT-1，以及与接触器KM3串联的时延闭合触点KT-2。
在启动开始时，接触器KM1和KM2通电，时间继电器KT通电。接触器KM1的常开触点KM1-1吸合，向电机M供电。同时，接触器KM2的常开触点KM2-1吸合，使得电机M实现星形连接，常闭触点KM2-2断开，使得接触器KM3断电。因而，电机M实现星形连接方式的启动。
在启动一段时间之后，时间继电器KT的时延断开触点KT-1断开，时延闭合触点KT-2吸合。接触器KM2断电，从而常闭触点KM2-2闭合。此时，接触器KM3通电。接触器KM3的常开触点KM3-1吸合，使得电机M实现三角形连接，常闭触点KM3-2断开，以保持接触器KM2断电。接触器KM2和KM3利用常闭触点KM2-2和常闭触点KM3-2实现互锁。因而，电机M实现三角形连接方式的运行。
上述用于三相电机的星三角启动电路采用时间继电器KT实现从星形连接向三角形连接的切换。由于人工设置时间继电器KT的延时，因此切换时刻的精确控制非常困难。
图2示出了根据本发明实施例的用于三相电机的星三角启动电路的示意性电路图。如图2所述，用于控制电机启动的星三角启动电路包括接触器KM1、KM2、KM3，以及开关S1和S2。通过三个接触器KM1、KM2、KM3以及开关S1和S2的动作，控制电机M的连接方式。
接触器KM1具有连接在三相交流电源和电机M之间的三个常开触点KM1-1。三相交流电源依次经由断路器QF1和接触器KM1的三个常开触点KM1-1连接至电机M。接触器KM1在通电状态下将电机M连接至三相交流电源，从而为电机M提供三相交流电。此外，三相交流电源的其中一相为接触器KM1、KM2、KM3供电。在一个示例中，将接触器KM1、KM2、KM3并联在三相交流的一条相线和中性线之间。
接触器KM2具有用于实现星形连接的三个常开触点KM2-1以及附加的常闭触点KM2-2。在星形连接方式下，电机M的三组绕组的各自第一端U1、V1、W1分别连接至三相交流电的相线，各自的另一端U2、V2、W2经由接触器KM2的三个常开触点KM2-1连接至公共节点。因而，在三个常开触点KM2-1闭合时，另一端U2、V2、W2彼此短接形成星形连接。
接触器KM3具有用于实现三角形连接的三个常开触点KM3-1以及附加的常闭触点KM3-2。在三角形连接方式下，电机M的三组绕组的各自第一端U1、V1、W1分别连接至三相交流电的相线，各自的另一端U2、V2、W2经由接触器KM3的三个常开触点KM3-1，分别与相邻绕组的第一端V1、W1、U1短接。因而，在三个常开触点KM3-1闭合时形成三角形连接。
接触器KM2的常闭触点KM2-2与接触器KM3串联连接，接触器KM3的常闭触点KM3-2与接触器KM2串联连接。因而，接触器KM2的常闭触点KM2-2与接触器KM3的常闭触点KM3-2一起，用于实现两个接触器KM2和KM3的互锁，以防止在星三角切换过程中发生短路。
开关S1是常闭开关，与接触器KM2串联连接。开关S2是常开开关，与接触器KM3串联连接。
在本实施例中，星三角启动电路还包括电流检测装置101和控制器200。
电流检测装置101例如包括串联连接在线路上的电流互感器和根据电流互感器的输出信号测量电流的电流计。电流检测装置101作为电流传感器，产生用于表征负载电流的感测信号。
控制器200包括第一开关控制电路201和第二开关控制电路202。第一开关控制电路201的输入端与电流检测装置101相连接，用于接收负载电流的感测信号。第一开关控制电路201的输出端分别连接至开关S1的控制端和第二开关控制电路202的输入端。进一步地，第二开关控制电路202的输出端连接至开关S2的控制端。
在启动开始时，接触器KM1和KM2通电。接触器KM1的常开触点KM1-1吸合，向电机M供电。同时，接触器KM2的常开触点KM2-1吸合，使得电机M实现星形连接，常闭触点KM2-2断开，使得接触器KM3断电。因而，电机M实现星形连接方式的启动。
第一开关控制电路201根据感测信号判断星形连接的启动阶段是否完成。即在启动阶段开始之后，判断预定时间内负载电流的变化量。如果在预定时间内，负载电流的变化量小于阈值，则确定电机M1已经完成启动阶段，开始平稳运行，第一开关控制电路201产生第一控制信号。该预定时间的时间范围为0.1S-5S，优选为1S。
第二开关控制电路202包括延时电路，在接收到第一控制信号之后，延时后产生第二控制信号。该延时的时间范围为0.1S-5S，优选为0.5S。
开关S1在第一控制信号的控制下断开，使得接触器KM2断电，从而电机M断开星形连接。此外，接触器KM2的常闭触点KM2-2重新闭合。开关S2在第二控制信号的控制下闭合，使得在延迟预定时间(例如0.5S)之后，接触器KM3通电。接触器KM3的常开触点KM3-1吸合，从而电机M实现三角形连接。接触器KM3的常闭触点KM3-2断开，以保持接触器KM2断电。触器KM2和KM3利用常闭触点KM2-2和常闭触点KM3-2实现互锁。因而，电机M实现三角形连接方式的运行。
在本实施例中，用于三相电机的星三角启动电路检测到负载电流在预定内没有变化则表明电机已经完成启动稳定运行了。此时，控制器关断星形接触器，延时之后接通三角形接触器。该三角启动电路可以实现星三角启动过程的切换时刻的精确控制。
在上述实施例中，描述了开关S1和接触器KM3的常闭触点KM3-2与接触器KM2串联连接，开关S2和接触器KM2的常闭触点KM2-2与接触器KM1串联连接，从而防止星三角切换过程中发生短路。然而，接触器KM2的常闭触点KM2-2和接触器KM3的常闭触点KM3-2的互锁机制仅仅是优选的。
应当注意，由于开关S1和开关S2之间的闭合时间延时控制，因此可以避免接触器KM2和KM3同时接通的情形，从而防止短路。在替代的实施例中，可以省去接触器KM2的常闭触点KM2-2和接触器KM3的常闭触点KM3-2。
图3示出了根据本发明实施例的用于三相电机的星三角启动方法。如图3所示，用于三相电机的星三角启动方法包括以下步骤。
在步骤S01，采用星形连接启动电机，其中接通用于实现星形连接的接触器。
在步骤S02，获取表征电机的负载电流的感测信号。
在步骤S03，根据感测信号判断负载电流是否稳定，其中判断预定时间内负载电流的变化是否小于第一阈值，如果小于第一阈值则确定负载电流已经稳定。
在步骤S04，如果负载电流已经稳定，则断开用于星形连接的接触器。
在步骤S05，在断开用于星形连接的接触器之后，延时接通用于三角形连接的接触器。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于三相电机的星三角启动电路，包括：
第一接触器，用于将三相电机接入三相交流电源，其中三相电机的三个绕组的第一端分别连接三相交流电的三条相线；
第二接触器，用于将三相电机的三个绕组的第二端连接至公共节点，形成星形连接；
第三接触器，用于将三相电机的三个绕组的第二端分别连接至相邻绕组的第一端，形成三角形连接；
第一开关，第一开关为常闭开关且与第二接触器串联连接；
第二开关，第二开关为常开开关且与第三接触器串联连接；
电流检测装置，用于检测电机的负载电流；以及
控制器，包括第一开关控制电路和第二开关控制电路，分别向第一开关和第二开关的控制端提供第一控制信号和第二控制信号，
其中，所述第一开关控制电路根据电机的负载电流在预定时间内的变化量来判断启动是否稳定，并且在启动稳定之后产生第一控制信号以断开第一开关，所述第二开关控制电路延时之后产生第二控制信号以闭合第二开关。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，如果负载电流的变化量小于等于阈值，则所述第一开关控制电路确定启动已经稳定，如果负载电流的变化量大于阈值，则所述第一开关控制电路确定启动尚未稳定。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述预定时间的时间范围为0.1S-5S，所述延时的时间范围为0.1S-5S。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，第二接触器还包括与第三接触器串联连接的附加的第一常闭触点，第三接触器还包括与第二接触器串联连接的附加的第二常闭触点，第一常闭触点和第二常闭触点用于第二接触器和第三接触器的互锁。
5.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电流检测装置包括串联连接在三相交流电的相线上的电流互感器和根据电流互感器的输出信号测量电流的电流计。
6.根据权利要求1所述的电路，其中第一接触器、第二接触器和第三接触器由三相交流电的其中一相供电，在启动开始时，第一接触器和第二接触器接通，第三接触器断开。
7.一种用于三相电机的星三角启动方法，包括：
采用星形连接启动电机；
在启动稳定后断开星形连接；以及
延时将电机连接成三角形连接，
其中，根据电机的负载电流在预定时间内的变化量来判断启动是否稳定。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在启动后，测量电机的负载电流，如果负载电流的变化量小于等于阈值，则确定启动已经稳定，如果负载电流的变化量大于阈值，则确定启动尚未稳定。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述预定时间的时间范围为0.1S-5S，所述延时的时间范围为0.1S-5S。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180413 |