CN108768218A - 一种提高异步起动永磁电机起动能力的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高异步起动永磁电机起动能力的装置，包括异步起动永磁电机、手动三联开关KA、接触器KM、控制电路以及安装于异步起动永磁电机的转子上的编码器；整流电路的输入端以及电源电压同步信号采集电路的输入端连接于主三联常开触点KM1和手动三联开关KA之间，电源电压同步信号采集电路的输出信号送入控制单元，编码器将磁极初始位置信号送入控制单元，控制单元的输出端与控制晶体管T的基极相连，其集电极与接触器KM的线圈相连，控制晶体管T的集电极和发射极之间并联有辅助常开触点KM2。本发明提高了起动能力，减小起动电流，实现重载、负载波动等复杂环境下的顺利起动。
Description
技术领域
本发明涉及异步起动永磁电机领域，特别涉及到一种提高异步起动永磁电机起动能力的装置。
背景技术
异步起动永磁电机在永磁同步电动机的基础上增加了转子鼠笼绕组，用于提高工频供电情况下电机的自起动能力，同时实现了同步运行时的高效率、高功率因数，在油田抽油机、纺织机械等领域获得了成功应用。
然而，工频供电情况下异步起动永磁电机的带载起动能力不足，主要原因如下：(1)起动过程中转子上的永磁体会产生发电制动转矩，使起动转矩下降；(2)转子上的鼠笼绕组和永磁体存在设计空间的竞争，其起动性能要弱于同规格的感应电机；(3)起动转矩脉动大，起动条件的变化(如起动时刻、载荷波动等)容易导致起动失败。
专利CN201310062586X、CN2011201861917、CN2012100312343提出的改进异步起动永磁电机起动能力的装置采用电力电子控制的软启动器进行起动，而运行时由工频交流电供电，存在如下不足：(1)系统成本高，需要专用的控制单元和电力电子装置；(2)电力电子器件的开通和关断，产生了谐波污染了电网；(3)起动完成切换为直接工频交流电供电时存在二次冲击。更重要的是背离了异步起动永磁电机的设计初衷。
专利CN201410139036.8通过改进转子结构提高起动性能和稳态性能，但电机产品的加工复杂，制造成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种提高异步起动永磁电机起动能力的装置，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种提高异步起动永磁电机起动能力的装置，包括异步起动永磁电机和手动三联开关KA，还包括接触器KM、控制电路以及安装于异步起动永磁电机的转子上的编码器，异步起动永磁电机依次通过接触器KM的主三联常开触点KM1以及手动三联开关KA与三相工频电源相连；控制电路包括电源电压同步信号采集电路、控制单元、整流电路、控制晶体管T、接触器KM的线圈以及接触器KM的辅助常开触点KM2，整流电路的输入端以及电源电压同步信号采集电路的输入端连接于接触器KM的主三联常开触点KM1和手动三联开关KA之间，整流电路用于对电源电压同步信号采集电路、控制单元、控制晶体管T和接触器KM的线圈供电，电源电压同步信号采集电路的输出信号送入控制单元，编码器将磁极初始位置信号送入控制单元，控制单元的输出端与控制晶体管T的基极相连，控制晶体管T的集电极与接触器KM的线圈相连，接触器KM的辅助常开触点KM2并联设置于控制晶体管T的集电极和发射极之间。
一种提高异步起动永磁电机起动能力的装置的方法，手动将接入三联开关KA合上，电源接通时刻控制电路上电，电源电压同步信号采集电路的信号送入控制单元，编码器把磁极初始位置信号送入控制单元；控制单元根据输入信号判断电源电压通入异步起动永磁电机三相绕组形成的磁场与转子永磁磁场间的瞬态夹角，当夹角达到设定的电角度且转矩为驱动性质的转矩时输出高电平；当控制信号为高电平时，控制晶体管T饱和导通，接触器KM的线圈得电，从而接触器KM的主三联常开触点KM1闭合，异步起动永磁电机绕组接入工频交流电源，异步起动永磁电机起动；同时接触器KM的辅助常开触点KM2闭合，接触器KM的线圈自锁得电，异步起动永磁电机保持通电起动运行；异步起动永磁电机需要停机时，断开手动三联开关KA，异步起动永磁电机断电停机。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)充分利用异步起动永磁电机起动瞬间的永磁转矩，其驱动性质的转矩大约持续10ms，与鼠笼绕组产生的异步转矩叠加在一起克服负载转矩和惯性转矩，实现快速起动。(2)由于利用了永磁转矩，起动电流中的无功分量下降，起动电流下降，减小了对电源和电机的电气冲击，设备的寿命增加；(3)起动瞬间，电枢电流磁场与永磁磁场的关系为助磁或交磁，永磁体永久失磁的可能性降低；(4)增加电源开通时刻控制专用装置以及电机转子增设编码器，与软起动装置相比，装置简化，价格低，没有采用电力电子变换装置，减少了谐波对电网的污染及电机的损耗。
本发明在不背离异步起动永磁电机的设计初衷即提高起动能力的前提下，简化设计，起动和运行采用工频交流电直接供电，进一步提供提高起动能力，减小起动电流，实现重载、负载波动等复杂环境下的顺利起动。提高异步起动永磁电机的起动转矩、减小起动电流、减小对电网和电机的电气冲击，延长设备的使用寿命，降低谐波，推动异步起动永磁电机在重载、负载波动等复杂环境下的推广应用。
附图说明
图1为本发明所述的提高异步起动永磁电机起动能力的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明所述的一种提高异步起动永磁电机起动能力的装置，包括异步起动永磁电机和手动三联开关KA，还包括接触器KM、控制电路以及安装于异步起动永磁电机的转子上的编码器。异步起动永磁电机依次通过接触器KM的主三联常开触点KM1以及手动三联开关KA与三相工频电源相连。控制电路包括电源电压同步信号采集电路、控制单元、整流电路、控制晶体管T、接触器KM的线圈以及接触器KM的辅助常开触点KM2。整流电路的输入端以及电源电压同步信号采集电路的输入端连接于接触器KM的主三联常开触点KM1和手动三联开关KA之间。整流电路用于对电源电压同步信号采集电路、控制单元、控制晶体管T和接触器KM的线圈供电。电源电压同步信号采集电路的输出信号送入控制单元，编码器将磁极初始位置信号送入控制单元。控制单元的输出端与控制晶体管T的基极相连，控制晶体管T的集电极与接触器KM的线圈相连，接触器KM的线圈的另一端与整流电路的正极相连。接触器KM的辅助常开触点KM2并联设置于控制晶体管T的集电极和发射极之间。控制晶体管T的的发射极与整流电路的负极相连。
接触器KM的常开触点作为三联开关接入三相工频电源和电机之间的主电路，其线圈位于电源接通时刻控制电路中，编码器安装于电机转子上，装置主体由电源接通时刻控制电路实现。永磁转矩在异步起动的永磁电机起动过程分析中是作为发电制动转矩，不考虑起动瞬间电枢电流磁场与永磁磁场的关系。
本发明使用时，手动将接入三联开关KA合上，电源接通时刻控制电路上电。整流电流为整个控制电路供电。电机起动时，电源电压同步信号采集电路的信号送入控制单元，安装于电机转子上的编码器把磁极初始位置信号也送入控制单元。控制单元根据电源电压同步信号和磁极初始位置信号生成控制信号。控制单元根据输入信号判断电源电压通入异步起动永磁电机三相绕组形成的磁场与转子永磁磁场间的瞬态夹角，当夹角达到设定的电角度且转矩为驱动性质的转矩时输出高电平。设定的电角度为10°～20°电角度，可根据电机的性能和负载调节。当控制信号为高电平时，控制晶体管T饱和导通，接触器KM的线圈得电，从而接触器KM的主三联常开触点KM1闭合，异步起动永磁电机绕组接入工频交流电源，异步起动永磁电机起动。同时接触器KM的辅助常开触点KM2闭合，接触器KM的线圈自锁得电，异步起动永磁电机保持通电起动运行。异步起动永磁电机需要停机时，断开手动三联开关KA，异步起动永磁电机断电停机。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种提高异步起动永磁电机起动能力的装置，包括异步起动永磁电机和手动三联开关KA，其特征在于：还包括接触器KM、控制电路以及安装于异步起动永磁电机的转子上的编码器，异步起动永磁电机依次通过接触器KM的主三联常开触点KM1以及手动三联开关KA与三相工频电源相连；控制电路包括电源电压同步信号采集电路、控制单元、整流电路、控制晶体管T、接触器KM的线圈以及接触器KM的辅助常开触点KM2，整流电路的输入端以及电源电压同步信号采集电路的输入端连接于接触器KM的主三联常开触点KM1和手动三联开关KA之间，整流电路用于对电源电压同步信号采集电路、控制单元、控制晶体管T和接触器KM的线圈供电，电源电压同步信号采集电路的输出信号送入控制单元，编码器将磁极初始位置信号送入控制单元，控制单元的输出端与控制晶体管T的基极相连，控制晶体管T的集电极与接触器KM的线圈相连，接触器KM的辅助常开触点KM2并联设置于控制晶体管T的集电极和发射极之间。
2.一种如权利要求1所述的提高异步起动永磁电机起动能力的装置的方法，其特征在于：手动将接入三联开关KA合上，电源接通时刻控制电路上电，电源电压同步信号采集电路的信号送入控制单元，编码器把磁极初始位置信号送入控制单元；控制单元根据输入信号判断电源电压通入异步起动永磁电机三相绕组形成的磁场与转子永磁磁场间的瞬态夹角，当夹角达到设定的电角度且转矩为驱动性质的转矩时输出高电平；当控制信号为高电平时，控制晶体管T饱和导通，接触器KM的线圈得电，从而接触器KM的主三联常开触点KM1闭合，异步起动永磁电机绕组接入工频交流电源，异步起动永磁电机起动；同时接触器KM的辅助常开触点KM2闭合，接触器KM的线圈自锁得电，异步起动永磁电机保持通电起动运行；异步起动永磁电机需要停机时，断开手动三联开关KA，异步起动永磁电机断电停机。
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