CN108429490B - 一种中央空调用双速或多速电机驱动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中央空调用双速或多速电机驱动系统及方法，包括控制器、软启动器电控柜；控制器与软启动器电控柜连接；还包括定频压缩机，定频压缩机中包括至少一组高速绕组和至少一组低速绕组；所述软启动器电控柜中设置一个高速软启动器和一个低速软启动器，和至少一个断路器；控制器与软启动器电控柜中的低速软启动器和高速软启动器分别连接；高速软启动器与定频压缩机的高速绕组连接；低速软启动器与定频压缩机的低速绕组连接。实现双速（多速）电机频繁启动及运行、较强安全保护和优良的启动曲线，具备抑制启动电流峰值的能力。

Description

一种中央空调用双速或多速电机驱动系统及方法

技术领域

本发明属于中央空调动力控制技术领域，具体涉及一种中央空调用的双速或多速电机驱动系统及方法。

背景技术

工业应用中，时常需要一个电机可以双速（多速）运行，双速（多速）均指速度变换档位如高速、低速或中速的区分。常用的双速（多速）电机启动及运行手段有接触器驱动，变频器驱动，软启动器驱动。而接触器驱动实现电机星三角启动及高低速切换这种方案启动过程中有二次电流冲击，成本高，结构复杂，故障率高；而变频器驱动实现电机启动及高低速切换这种方案启动过程中虽然无二次电流冲击，且启动电流小，启动平滑，但该方案成本太高；软启动器驱动实现电机软启动及高低速切换这个方案，以成本低，结构简单，启动无冲击而得到广泛应用。

传统的软启动器驱动方案一般是使用一个软启动器，再配置两个（多个）接触器，启动时，先闭合一个接触器，再启动软启动器，停止时先停软启动器再释放接触器。由于软启动器对单位小时内的启动次数有要求，如果现场要求启动次数频繁该方案可能会造成软启动器损坏，软启动器驱动高速时电流要求大，驱动低速时要求电流小，启动参数和启动限流都不同，保护参数也不同，软启动器无法可靠的保护电机，并控制启动曲线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对启动频繁的现场，提供一种中央空调用双速或多速电机驱动系统及方法，实现双速（多速）电机频繁启动及运行、较强安全保护和优良的启动曲线，具备抑制启动电流峰值的能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种中央空调用双速或多速电机驱动系统，包括控制器、软启动器电控柜；控制器与软启动器电控柜连接；其特征在于：还包括定频压缩机，定频压缩机中包括至少一组高速绕组和至少一组低速绕组；所述软启动器电控柜中设置一个高速软启动器和一个低速软启动器，和至少一个断路器；断路器与低速软启动器和高速软启动器分别连接；高速软启动器与定频压缩机的高速绕组连接；低速软启动器与定频压缩机的低速绕组连接。

进一步的，当定频压缩机中还包括至少一组转速位于高速绕组和低速绕组之间的中速绕组时，所述软启动器电控柜中还设置若干启动接触器；其中高速软启动器的输出端通过一个启动接触器与定频压缩机的高速绕组连接；低速软启动器的输出端上设置若干并列的启动接触器，该若干并列的启动接触器均按一一对接的方式连接低速绕组和各中速绕组。

进一步的，在高速软启动器和一个低速软启动器前方各设置一个断路器；两个断路器并联在电源上。

进一步的，两个断路器的前方主路上连接一个隔离开关QS；通过隔离开关QS构成两个软启动器可选择地与各自软启动器连接。

一种采用上述中央空调用双速或多速电机驱动系统的电机驱动方法，其特征在于：电源启动主回路配置两个软启动器，将双速或多速电机的高速绕组和低速绕组分别用两个软启动器驱动，高速软启动器控制电机的高速绕组，低速软启动器控制电机的低速绕组；高速软启动器和低速软启动器之间输出互锁，共同分担电机的运行、启动。

进一步的，当电机绕组为包括高速绕组、中速绕组和低速绕组的多速绕组时，A为最高转速，B为中间转速，绕组与软启动器的匹配规则对应为：当A≥绕组转速＞B，均由高速软启动驱动；绕组转速≤B；都由低速软启动器驱动。

进一步的，电机启动方式为软启动，启动模式为斜坡电流模式，对电机启动电流峰值限流，调节启动电压，电流平滑上升使电机转速达到额定转速完成电机启动，电机的高速绕组对应一个高速软启动器，保护参数按高速电流保护限制，启动电流也按照高速电流限制，保证启动电流平滑；电机的低速绕组对应低速软启动器，保护参数按低速电流保护，启动电流也按照低速电流限制，保证启动电流平滑。

进一步的，电机速度切换方式为：当高速切低速或中速时，先高速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，启动低速软启动器，启动电机使电机运行在低速或中速；当中速切低速时，先低速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，电机绕组从中速绕组切换到低速绕组，然后再次启动低速软启动器，启动电机使电机运行在低速；当低速切高速时，先低速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，启动高速软启动器，启动电机使电机运行在高速。

本发明的有益效果是：

1、一个软启动器驱动高速绕组，一个软启动器驱动低速绕组，软启动器之间输出互锁，共同分担电机的运行、启动，可满足电机频繁启动，延长驱动系统寿命。

2、主回路配置的两个软启动器参数分别与双速电机绕组匹配，大电流软启动器驱动高速电机绕组，小电流软启动器驱动低速电机绕组，参数与高、低速电机对应，保护更安全，性能更好；

3、使用软启动器驱动电机，启动过程中电流平滑，启动电流峰值可以调整，无二次冲击。

本系统软启动器直接接线到电机接线柱，双速电机六根接线柱，软启动器只用分别与电机对接6组动力线缆，接线简单。

本系统使用软启动器，启动模式使用斜坡电流方案，可以使启动电流平滑，对高速，低速电机启动曲线更匹配。

本系统使用软启动器，软启动器本体具有比较全面的保护功能（过/欠压保护，逆相保护，三相电流不平衡保护，输入/输出缺相等）对电机保护更全面，更安全。

附图说明

图1为本发明中央空调用双速电机驱动系统的结构原理图。

图2为本发明中央空调用双速电机驱动系统其中一个具体实施例的电路结构图。

图3为本发明双速电机驱动系统基于单软启动器驱动的主回路结构图。

图4为本发明双速电机驱动系统基于单软启动器驱动另一个实施例的主回路结构图。

图5为本发明双速电机驱动系统的双速运行与切换控制方法流程图。

图1-5中附图标记如下：1、定频多速压缩机(其中的电机绕组1、2、3为高速绕组，电机绕组4、5、6为低速绕组)，2、软启动器电控柜（QM1为高速软启动器，QM2为低速软启动器,QF为断路器，QS为隔离开关），3、控制器(CB)。

图6为本发明中央空调用多速电机驱动系统的结构示意图。

图7为本发明中央空调用多速电机驱动系统其中一个具体实施例的电路结构图。

图8为本发明中央空调用多速电机驱动系统三速运行与切换控制方法流程图。

具体实施方式

根据本发明实施的中央空调用双速或多速电机驱动系统如图1-8所示。

如图1所示为本发明中央空调用双速电机驱动系统的结构示意图。其中控制器3与软启动器电控柜2连接，软启动器电控柜2与定频多速压缩机连接；软启动器电控柜2中设置一个断路器QF、一个高速软启动器QM1、和一个低速软启动器QM2；定频多速压缩机1中包括一组高速绕组（电机绕组1、2、3）和一组低速绕组（电机绕组4、5、6）。

如图2所示为图1中的中央空调用双速电机驱动系统其中一个具体实施例的电路结构图。其中，高速软启动器QM1和低速软启动器QM2的控制端各自并联连接在控制器3上；高速软启动器QM1和低速软启动器QM2的输入端（L1、L2、L3各端子）各相分别并联在断路器QF断路开关后的三相接线端上； 高速软启动器QM1的输出端（L4、L5、L6各端子）依次连接在定频多速压缩机1的高速绕组各绕组上（电机绕组1、2、3）；低速软启动器QM2的输出端（L4、L5、L6各端子）依次连接在定频多速压缩机1的低速绕组各绕组上（电机绕组4、5、6）。

图3为本发明双速电机驱动系统基于双软启动器驱动的主回路结构图。其为图2中实施例的一个变种实施例，与图2的区别即使用两个断路器QF1和QF2，各断路器连接一个软启动器，然后通过两个软启动器驱动双速电机。高速软启动器QM1和低速软启动器QM2根据断路器QF1和QF2的通断，分别启动，实现基于单软启动器驱动双速电机。

图4为本发明双速电机驱动系统基于单软启动器驱动另一个实施例的主回路结构图。其在图3中两个断路器QF1和QF2的前方主路上连接了一个隔离开关QS；通过隔离开关QS构成两个软启动器可选择的实现基于单软启动器驱动双速电机。

图5为上述双速电机驱动系统的双速运行与切换控制方法流程图。其中：

电机启动方式为软启动，启动模式为斜坡电流模式，对电机启动电流峰值限流，调节启动电压，电流平滑上升使电机转速达到额定转速完成电机启动，电机的高速绕组1、2、3对应一个大电流的软启动器（QM1），保护参数按高速电流保护，启动电流也按照高速电流限制，保证启动电流平滑；电机的低速绕组4、5、6对应一个低速电流的软启动器（QM2），保护参数按低速电流保护，启动电流也按照低速电流限制，保证启动电流平滑;

电机高速与低速切换方式：当高速切低速时，先高速软启动器QM1停止输出，电机自由停车数秒之后启动低速软启动器QM2启动电机使电机运行在低速；当低速切高速时，先低速软启动器QM2停止输出，电机自由停车数秒之后启动高速软启动器QM1启动电机使电机运行在高速;

两个软启动器共同分担一个电机的启动、运行，软启动器一个运行则另一个停止，可满足频繁启动的需求，延长使用寿命;

所有启动及运行过程中，软启动器将电流信号反馈给控制器，控制器按照电流值保护电机的启动及运行情况。

图6为本发明中央空调用多速电机驱动系统的结构示意图。其中控制器3与软启动器电控柜2连接，软启动器电控柜2与定频多速压缩机1连接；软启动器电控柜2中设置一个断路器QF、一个高速软启动器QM1、一个低速软启动器QM2、和N个启动接触器（KM1～KMN为启动接触器）；定频多速压缩机1中包括多组绕组，至少一组高速绕组（电机绕组1、2、3）和一组低速绕组（电机绕组N、N+1、N+2）。

图7为本发明中央空调用多速电机驱动系统其中一个具体实施例的电路结构图。其中，高速软启动器QM1和低速软启动器QM2的控制端各自并联连接在控制器3上；高速软启动器QM1和低速软启动器QM2的输入端（L1、L2、L3各端子）各相分别并联在断路器QF断路开关后的三相接线端上； 高速软启动器QM1的输出端（L4、L5、L6各端子）通过启动接触器KM1依次连接在定频多速压缩机1的高速绕组各绕组上（电机绕组1、2、3）；低速软启动器QM2的输出端（L4、L5、L6各端子）并联输出至少两端，其中一端通过启动接触器KMN依次连接在定频多速压缩机1的低速绕组各绕组上（N、N+1、N+2）；另一端通过启动接触器KM2依次连接在定频多速压缩机1的中速绕组各绕组上（4、5、6）；依次类推。

图8为根据图6-7实施的中央空调用多速电机驱动系统三速运行与切换控制方法流程图。

电机速度切换方式为：当高速切低速或中速时，先高速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，启动低速软启动器，启动电机使电机运行在低速或中速；当中速切低速时，先低速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，电机绕组从中速绕组切换到低速绕组，然后再次启动低速软启动器，启动电机使电机运行在低速；当低速切高速时，先低速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，启动高速软启动器，启动电机使电机运行在高速。

电机启动之前，控制器3控制需要启动的绕组对应的接触器KMN先吸合，然后控制软启动器QM启动。

切换时，控制器先停止正在工作的启动器QM，再释放绕组对应的接触器KM，然后再启动需要运行的启动器QM，再连通绕组对应的接触器KM。

先高速软启动器QM1停止输出，电机自由停车数秒之后启动低速软启动器QM2启动电机使电机运行在低速；当高速切中速时，中速软启动器QM2启动电机使电机运行在中速;从中速切低速时候，低速软启动器QM2启动电机使电机运行在低速。

多速（速度档位大于2）电机与软启动器的匹配规则：大电流软启动器驱动高速电机绕组，小电流软启动器驱动低速电机绕组。

具体为：高速软启动器的电流上限由最高转速为A的绕组决定，低速软启动器的电流上限由中间转速为B的绕组决定，绕组匹配规则对应为：

A≥绕组转速＞B，均由高速软启动驱动；绕组转速≤B；都由低速软启动器驱动。

本发明的双速和多速电机驱动系统主回路配置不限于以上形式，凡使用双软启动器驱动双速或多速电机的方案都在保护范围。

由此，本发明有益效果如下：

1、主回路配置两个软启动器，一个软启动器驱动高速绕组，一个软启动器驱动低速绕组，软启动器之间输出互锁，共同分担电机的运行、启动，可满足电机频繁启动，延长驱动系统寿命。

2、软启动器直接接线到电机接线柱，双速电机六根接线柱，软启动器只用分别与电机对接6组动力线缆，接线简单。

3、主回路配置的两个软启动器参数分别与双速电机绕组匹配，大电流软启动器驱动高速电机绕组，小电流软启动器驱动低速电机绕组，参数与高、低速电机对应，保护更安全，性能更好；

4、使用软启动器驱动电机，启动过程中电流平滑，启动电流峰值可以调整，启动模式使用斜坡电流方案，可以使启动电流平滑，对高速，低速电机启动曲线更匹配。无二次冲击。软启动器本体具有比较全面的保护功能（过/欠压保护，逆相保护，三相电流不平衡保护，输入/输出缺相等）对电机保护更全面，更安全。

Claims (7)

1.一种中央空调用双速或多速电机驱动系统，包括控制器、软启动器电控柜；控制器与软启动器电控柜连接；其特征在于：还包括定频压缩机，定频压缩机中包括至少一组高速绕组和至少一组低速绕组；所述软启动器电控柜中设置一个高速软启动器和一个低速软启动器，和至少一个断路器；断路器与低速软启动器和高速软启动器分别连接；高速软启动器与定频压缩机的高速绕组连接；低速软启动器与定频压缩机的低速绕组连接；当定频压缩机中还包括至少一组转速位于高速绕组和低速绕组之间的中速绕组时，所述软启动器电控柜中还设置若干启动接触器；其中高速软启动器的输出端通过一个启动接触器与定频压缩机的高速绕组连接；低速软启动器的输出端上设置若干并列的启动接触器，该若干并列的启动接触器均按一一对接的方式连接低速绕组和各中速绕组。

2.根据权利要求1所述的中央空调用双速或多速电机驱动系统，其特征在于：在高速软启动器和一个低速软启动器前方各设置一个断路器；两个断路器并联在电源上。

3.根据权利要求2所述的中央空调用双速或多速电机驱动系统，其特征在于：两个断路器的前方主路上连接一个隔离开关QS；高速软启动器和低速软启动器通过隔离开关QS构成两个软启动器可选择的实现基于单软启动器驱动双速电机。

4.一种采用上述权利要求1-3任一项所述中央空调用双速或多速电机驱动系统的电机驱动方法，其特征在于：电源启动主回路配置两个软启动器，将双速或多速电机的高速绕组和低速绕组分别用两个软启动器驱动，高速软启动器控制电机的高速绕组，低速软启动器控制电机的低速绕组；高速软启动器和低速软启动器之间输出互锁，共同分担电机的运行、启动。

5.根据权利要求4所述的中央空调用双速或多速电机驱动系统的电机驱动方法，其特征在于：当电机绕组为包括高速绕组、中速绕组和低速绕组的多速绕组时，A为最高转速，B为中间转速，绕组与软启动器的匹配规则对应为：当A≥绕组转速＞B，均由高速软启动驱动；绕组转速≤B；都由低速软启动器驱动。

6.根据权利要求4所述的中央空调用双速或多速电机驱动系统的电机驱动方法，其特征在于：电机启动方式为软启动，启动模式为斜坡电流模式，对电机启动电流峰值限流，调节启动电压，电流平滑上升使电机转速达到额定转速完成电机启动，电机的高速绕组对应一个高速软启动器，保护参数按高速电流保护限制，启动电流也按照高速电流限制，保证启动电流平滑；电机的低速绕组对应低速软启动器，保护参数按低速电流保护，启动电流也按照低速电流限制，保证启动电流平滑。

7.根据权利要求4所述的中央空调用双速或多速电机驱动系统的电机驱动方法，其特征在于：电机速度切换方式为：当高速切低速或中速时，先高速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，启动低速软启动器，启动电机使电机运行在低速或中速；当中速切低速时，先低速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，电机绕组从中速绕组切换到低速绕组，然后再次启动低速软启动器，启动电机使电机运行在低速；当低速切高速时，先低速软启动器停止输出，电机自由停车数秒之后，启动高速软启动器，启动电机使电机运行在高速。