CN106233611B - 用于多相电机中星形-三角转换的开关装置 - Google Patents

用于多相电机中星形-三角转换的开关装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于具有每相一个电机绕组的多相电机中Y形‑三角切换的开关装置，每个电机绕组包括电机绕组连接对(U1，U2，V1，V2，W1，W2)，且所述开关装置包括以下：用于在三个限定的轴向位置(14,16,18)之间移动驱动轴(12)的电磁驱动器(10,11)，以及每个电机绕组一个触点装置(20)，所述触点装置包括第一和第二电机绕组连接触点(22,24)、相连接触点(26)和被耦合至所述驱动轴(12)且能够被驱动轴移动到所述三个限定的位置(14,16,18)的可移动的触点桥(28)。在轴向地位于两个其他位置之间的第一位置(14)，所述可移动的触点桥(28)处于打开位置，其中没有连接触点(22,24,26)通过所述触点桥(28)被电性地连接至其它连接触点(22,24,26)的任一个；在三个限定的位置的第二位置(16)，所述可移动的触点桥(28)处于“Y形”触点位置，其中所述触点桥(28)电性地连接所述相连接触点(26)至所述第一电机绕组连接触点(22)，且所述第二电机绕组连接触点(24)通过耦合至所述驱动轴(12)的“Y形”触点被电性地连接至所有其他触点装置的所述第二电机绕组连接触点；以及在所述三个限定的位置的第三位置(18)，所述可移动的触点桥(28)处于“三角”触点位置，其中所述触点桥(28)电性地连接所述相连接触点(26)至所述第一和第二电机绕组连接触点(22,24)。

Description

用于多相电机中星形-三角转换的开关装置
技术领域
本发明涉及用于多相电机中星形-三角转换的开关装置。
背景技术
应用星形-三角转换，例如，以便启动三相(电)电机。为了限制高启动电流，三个电机绕组在电机的启动阶段相互连接以形成星形连接，其中三相L1至L3通过电机绕组的连接器U1、V1和W1被连接至电机的电源，且连接器U2、V2和W2是相互连接的。由于这种相互连接，电机的总输出在启动期间减小至工作输出的三分之一。在工作期间，电机绕组相互连接以形成三角连接，其中连接器U1、W2和V1、U2和W1、V2相互连接，且分别被连接至相L1、L2或L3。
为了实现这样的星形-三角转换，使用如图1所示的三个接触器Q11(电源接触器)、Q12(三角接触器)和Q13(星形接触器)。在这种情况下，接触器Q12和Q13实现星形-三角转换。为了星形连接，接触器Q13闭合且接触器Q12断开。与此相反的是实现三角连接。为了防止由在转换期间同时切换接触器Q12和Q13引起的相L1、L2和L3之间的短路，借助于辅助触点确保了这些接触器相对于彼此被阻止。
东德专利申请DD 268569 A1公开了用于星形-三角接触器的开关装置，其中提供三个接触面，以便电源接触器、三角接触器和星形接触器能够和时间继电器一起集成在一个模块中。星形-三角转换通过双金属片发生，当电源平面的触点闭合时，双金属片释放机械块且促使接触器从星形操作到三角操作。然而，双金属片不是非常精确，因此不能准确地确定从星形连接到三角连接的转换的时间点。此外，这种现有技术的结构利用用于产生保持触点在适当位置或将它们放在适当位置所需的力的许多弹簧。由于这种弹簧的弹性随着时间的推移可能下降，这可能不利地影响开关装置的可靠性。
国际专利申请WO 00/57444 A1也描述了集成的星形-三角转换，其具有以线圈的形式的两个接触器驱动器，借助于线圈，使用弹簧保持和能被杠杆移动的触点能够在两个位置之间移动，以便从星形连接转换成三角连接。但是，这种杠杆结构是费力的且同样需要引起上述缺点的许多弹簧。此外，需要两个接触器驱动器。
发明内容
在这样的背景之前，本发明的目的是提出用于多相电机中星形-三角转换的改进的开关装置。
本发明的基本思想包括为多相电机的每一绕组提供一个触点装置，触点装置以这样的方式被构造：它集成了电源接触器、三角接触器和星形接触器的切换功能，且它具有被耦合至电磁驱动器的驱动轴以及借助于驱动轴能够在三个限定的轴向位置之间移动的触点桥。在这种情况下，触点装置不需要任何弹簧来产生力或保持触点桥，因为它的位置或轴向位置可以借助于电磁驱动器非常精确地控制。而且，借助于电磁驱动器可以精确地控制从星形连接到三角连接的转换(反之亦然)的过程和时机。
本发明的一个实施例涉及用于具有每相一个电机绕组的多相电机中星形-三角转换的开关装置，其中每个电机绕组具有电机绕组连接器对U1、U2、V1、V2、W1、W2，且其中开关装置包括以下：电磁驱动器，以在三个限定的轴向位置之间移动驱动轴，以及对于每个电机绕组，具有第一和第二电机绕组连接触点、相连接触点和被耦合至驱动轴且能够被所述驱动轴移动到三个限定的位置的可移动的触点桥的触点装置。当可移动的触点桥处于两个其它位置之间的第一和轴向位置时，于是它处于打开位置，其中没有连接触点通过触点桥被电性地连接至连接触点的另一个。当可移动的触点桥处于三个限定的位置的第二位置时，于是它处于星形触点位置，其中触点桥电性地连接相连接触点至第一电机绕组连接触点，且第二电机绕组连接触点通过耦合至驱动轴的星形触点被电性地连接至所有其他触点装置的第二电机绕组连接触点。当可移动的触点桥处于三个限定的位置的第三位置时，于是它处于三角触点位置，其中触点桥电性地连接相连接触点至第一和第二电机绕组连接触点。
具体地，触点装置可以包括如下：导电的触点臂，其从第一电机绕组连接触点开始且引出至星形触点位置的平面，且由在星形触点位置的触点桥所接触；导电的触点臂，其从第一电机绕组连接触点开始且引出至三角触点位置的平面，且由在三角触点位置的触点桥所接触；导电的触点臂，其从相连接触点开始且引出至星形触点位置的平面，且由在星形触点位置的触点桥所接触；导电的触点臂，其从相连接触点开始且引出至三角触点位置的平面，且由在三角触点位置的触点桥所接触；以及导电的触点臂，其从第二电机绕组连接触点开始且引出至三角触点位置的平面，且由在三角触点位置的触点桥以及由在星形触点位置的星形触点所接触。从第一电机绕组连接触点以及从相连接触点开始的两个导电的触点臂可以形成U或V；其他臂端部各设有接触点，触点桥的相应接触点被压在接触点上，以便在触点桥的相应位置中建立接触。
电磁驱动器可以具有耦合至驱动轴的可移动的永磁铁以及固定的电磁铁。在这种情况下，当固定的电磁铁处于它的不通电状态时，可移动的永磁铁通过弹簧能够被保持在第一位置，从而驱动轴处于第一限定的位置，以及当固定的电磁铁处于它的通电状态时，可移动的永磁铁基于电流方向能够被压到第二或第三位置，与弹簧的力相反，紧靠着停靠站或紧靠着固定的电磁铁的磁极，从而使驱动轴处于第二或第三限定的位置。
可选地，电磁驱动器也可以具有耦合至驱动轴的可移动的电磁铁以及固定的电磁铁。在这种情况下，当可移动的或固定的电磁铁处于它的不通电状态时，可移动的电磁铁通过弹簧能够被保持在第一位置，从而驱动轴处于第一限定的位置，以及当两个电磁铁都处于它们的通电状态时，可移动的电磁铁基于电流方向能够被压到第二或第三位置，与弹簧的力相反，紧靠着停靠站或紧靠着固定的电磁铁的磁极，从而使驱动轴处于第二或第三限定的位置。能够以用来使可移动的电磁铁通电的电馈线的形式提供这里的弹簧。
触点装置还可以具有在可移动的触点桥、第一和第二电机绕组连接触点和相连接触点之间安装的半导体开关。
本发明的另外的优点和应用可能性从下面的说明书结合附图所示的实施例产生。
附图说明
附图示出：
图1：具有三个接触器的三相电机的常见的星形-三角转换；
图2：根据本发明的开关装置的触点装置的实施例的剖视图；
图3：根据本发明的开关装置的具有可移动的永磁铁的电磁驱动器的第一个实施例；以及
图4：根据本发明的开关装置的具有可移动的电磁铁的电磁驱动器的第二个实施例。
具体实施方式
相同的、功能上等同和功能上相关的元件在下面的说明书中可以具有相同的附图标记。绝对值仅通过示例的方式在下文中说明，且不应被理解为对本发明的限制性质。
根据本发明的用于具有每相一个电机绕组的三相电机中星形-三角转换的开关装置借助于特殊的触点装置20(图2示出了其剖视图)集成了图1所示的常见的星形-三角转换的三个接触器Q11、Q12和Q13。为了这个目的，每个电机绕组设有其自己的触点装置20，因此三相电机需要三个图2所示的触点装置20。
触点装置20特别地突出这个事实：可轴向地(参见图2中的双箭头)移动的触点桥28可以被移到三个限定的且不同的位置：打开位置或打开布置14(图2所示的触点桥的中间位置)、星形触点位置或星形触点布置16，以及三角触点位置或三角触点布置18。三个位置或布置14、16、18对应于三个不同的平面。
借助于连接至触点桥28、且由不导电的材料(特别是绝缘体)制成的驱动轴12，在三个轴向位置14、16和18之间轴向地移动触点桥28。通过电磁驱动器引起该运动。如图2所示，触点装置20不需要任何弹簧来保持触点桥28在其三个位置14、16、18。
图2所示的触点装置20具有第一电机绕组连接触点22、第二电机绕组连接触点24和相连接触点26。在三个触点装置的第一个中，连接触点连接至U1，连接触点24连接至V2，且连接触点26连接至L1。在三个触点装置的第二个中，连接触点22连接至V1，连接触点24连接至W2，且连接触点26连接至L2。在三个触点装置的第三个中，连接触点22连接至W1，连接触点24连接至U2，且连接触点26连接至L3。
两个导电的触点臂44和46从连接触点22引出至星形触点位置16或三角触点位置18的平面。如图2所示，触点臂44和46具有有点呈U形的横截面。类似地，两个导电的触点臂48和50从连接触点26引出至星形触点位置16或三角触点位置18的平面，并且如图2所示，它们也具有有点呈U形的横截面。在由触点臂44、46、48和50包围的空间中，有一个触点桥28，在星形触点位置16，触点桥28被压在触点臂44和48上，然而在三角触点位置18，它被压在触点臂46和50上。另一导电的触点臂52从连接触点24引出至三角触点位置18的平面。如图2所示，这个触点臂52的端部设有双触点，其结果是，当触点桥28处于星形触点位置16时，导电的触点臂52被附接到驱动轴12的星形触点30所接触，当触点桥28在三角触点位置18时，导电的触点臂52被触点桥28所接触。
因此，如果触点桥28被移出打开位置14——其中连接触点22、24或26都不连接至其它触点——到星形触点位置16，于是连接触点22和26彼此电性地连接(也就是说，U1和L1，V1和L2，W1和L3)，且连接触点24被电性地连接至星形触点30，星形触点30被电性地连接至其它触点装置的星形触点(也就是说，V2至W2和U2)。以这种方式，星形触点位置16对应于图1所示的电路中的接触器Q11和Q13的闭合。
在三角触点位置18，触点桥28短路所有三个连接触点22、24和26(也就是说，U1到L1和V2，V1到L2和W2，W1到L3和U2)。以这种方式，三角触点位置18对应于图1所示的电路的接触器Q11和Q12的闭合。
由于触点装置20的结构使得从星形触点位置16到三角触点位置18的转换(反之亦然)总是通过打开位置14发生，因此没有短路能够在相L1、L2和L3之间发生。
图3示出了用于驱动轴12、具有永磁铁32的电磁驱动器10，永磁铁32可移动地安装且附接至驱动轴12，且通过弹簧36被保持在停靠站38和固定的电磁铁34的磁极40之间的第一位置，只要电磁铁34不通电且不施加任何磁力到永磁铁32上。
在永磁铁32的第一位置，耦合至驱动轴12的触点桥28处于打开位置14。当固定的电磁铁34被适当地通电(图3中的电压U1)时，永磁铁32可以被电磁铁34吸引或排斥。为了将耦合至驱动轴12的触点桥28移动到星形触点位置16，电磁铁34以这样的方式被通电：永磁铁32被排斥并压靠在停靠站38上。为了将耦合至驱动轴12的触点桥28移动到三角触点位置18，电磁铁34以这样的方式被通电：永磁铁32被吸引并压靠在磁极40上。
除了永磁铁32，使用可移动的电磁铁42也是可能的，如同图4所示的电磁驱动器11。在这种情况下，可移动的电磁铁42借助于弹簧可以被通电(图4中的电压U2)，从而不再需要额外的电线。
如果各个位置14、16和18之间的过渡在电弧形成方面是有问题的，则可以在可移动的触点桥和连接触点22、24和26之间安装半导体开关，当连接触点22、24和26打开时，然后半导体开关被接通以便防止电弧形成。
根据本发明的开关装置可以被如下致动，例如：定时开关可以规定一个时间，在该时间之后操作模式要被改变(例如从星形连接转换成三角连接)。通过致动相应的电磁驱动器的控制单元也可以实现转换。因为没有必要查询任何辅助开关，正如在图1所示的常见的星形-三角转换中的情况，需要控制转换的编程资源借助于本发明可以显著地减小。作为另一可选方案，例如，具有斜坡函数的规定的电压可以按顺序检查区分开关状态。
根据本发明的开关装置尤其适合在电机起动器中使用。根据本发明的开关装置仅仅需要连接电机和交流电源的各相。根据本发明的开关装置的电磁驱动器可以由可编程逻辑控制器(PLC)或简单地施加电压根据需要来控制。由于它的高功能密度，根据本发明的开关装置允许紧凑的设计。最后，根据本发明的开关装置使得减少其生产所需的材料的量成为可能，因为它需要仅仅一个电磁驱动器，仅仅一个用于致动的电子单元，在生产过程中几个接触器没有预先布线，和仅仅一个壳体。
附图标记列表
10 具有永磁铁的电磁驱动器
11 具有电磁铁的电磁驱动器
12 由不导电材料制成的驱动轴
14 打开位置
16 星形触点位置
18 三角触点位置
20 触点装置
22 第一电机绕组连接触点
24 第二电机绕组连接触点
26 相连接触点
28 可移动的触点桥
30 星形触点
32 可移动的永磁铁
34 固定的电磁铁
36 弹簧
38 停靠站
40 固定电磁铁的磁极
42 可移动的电磁铁
44 导电的触点臂
46 导电的触点臂
48 导电的触点臂
50 导电的触点臂
52 导电的触点臂

Claims (6)

1.一种用于具有每相一个电机绕组的多相电机中星形-三角转换的开关装置，其中每个电机绕组具有电机绕组连接器对，且其中所述开关装置包括以下：
电磁驱动器(10,11)，以在三个限定的轴向位置之间移动驱动轴(12)，所述三个限定的轴向位置包括打开位置、星形触点位置和三角触点位置，所述打开位置位于所述星形触点位置和三角触点位置之间，
每个电机绕组设有触点装置(20)，所述触点装置(20)包括第一和第二电机绕组连接触点、相连接触点(26)和被连接至所述驱动轴(12)且能够被所述驱动轴(12)移动到所述三个限定的轴向位置的可移动的触点桥(28)，
其中，当所述可移动的触点桥(28)处于打开位置时，所述第一电机绕组连接触点、第二电机绕组连接触点和相连接触点都不能通过所述可移动的触点桥(28)被电连接至它们中的其他任何一个，
其中，当所述可移动的触点桥(28)处于星形触点位置时，其中所述可移动的触点桥(28)电连接所述相连接触点(26)至所述第一电机绕组连接触点(22)，且所述第二电机绕组连接触点(24)通过连接至所述驱动轴(12)的星形触点被电连接至所有其他触点装置的所述第二电机绕组连接触点，以及
当所述可移动的触点桥(28)处于三角触点位置时，其中所述可移动的触点桥(28)电连接所述相连接触点(26)至所述第一和第二电机绕组连接触点。
2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述触点装置(20)包括如下：
第一导电的触点臂(44)，其从所述第一电机绕组连接触点(22)开始且引出至所述星形触点位置(16)的平面，且由在所述星形触点位置(16)的所述可移动的触点桥(28)所接触；
第二导电的触点臂(46)，其从所述第一电机绕组连接触点(22)开始且引出至所述三角触点位置(18)的平面，且由在所述三角触点位置(18)的所述可移动的触点桥(28)所接触；
第三导电的触点臂(48)，其从所述相连接触点(26)开始且引出至所述星形触点位置(16)的平面，且由在所述星形触点位置(16)的所述可移动的触点桥(28)所接触；
第四导电的触点臂(50)，其从所述相连接触点(26)开始且引出至所述三角触点位置(18)的平面，且由在所述三角触点位置(18)的所述可移动的触点桥(28)所接触；以及
第五导电的触点臂(52)，其从所述第二电机绕组连接触点(24)开始且引出至所述三角触点位置(18)的平面，且当所述触点桥处于所述星形触点位置时，所述第五导电的触点臂被附接到所述驱动轴的星形触点所接触，当所述触点桥在所述三角触点位置时，所述第五导电的触点臂被所述触点桥所接触。
3.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，所述电磁驱动器(10)具有附接至所述驱动轴(12)的可移动的永磁铁(32)以及固定的电磁铁(34)，其中，当所述固定的电磁铁(34)处于它的不通电状态时，所述可移动的永磁铁(32)通过弹簧(36)被保持在第一位置，从而所述驱动轴(12)处于所述打开位置，以及当所述固定的电磁铁(34)处于它的通电状态时，所述可移动的永磁铁(32)基于电流方向被压到第二或第三位置，与所述弹簧(36)的力相反，紧靠着停靠站(38)或紧靠着所述固定的电磁铁(34)的磁极，从而使所述驱动轴(12)处于所述星形触点位置或三角触点位置。
4.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，所述电磁驱动器(11)具有附接至所述驱动轴(12)的可移动的电磁铁(42)以及固定的电磁铁(34)，其中，当所述可移动的电磁铁(42)或固定的电磁铁(34)处于它的不通电状态时，所述可移动的电磁铁(42)通过弹簧(36)被保持在第一位置，从而所述驱动轴(12)处于所述打开位置，以及当所述可移动的电磁铁(42)和固定的电磁铁(34)都处于它们的通电状态时，所述可移动的电磁铁(42)基于电流方向被压到第二或第三位置，与所述弹簧(36)的力相反，紧靠着停靠站(38)或紧靠着所述固定的电磁铁(34)的磁极，从而使所述驱动轴(12)处于所述星形触点位置或三角触点位置。
5.根据权利要求4所述的开关装置，其特征在于，所述弹簧(36)被用作使所述可移动的电磁铁(42)通电的电馈线。
6.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，所述触点装置(20)具有在所述可移动的触点桥(28)、所述第一和第二电机绕组连接触点和所述相连接触点(26)之间安装的半导体开关。
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