发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种三相异步电动机、控制装置及控制方法,以实现三相异步电动机的节能。具体技术方案如下:
第一方面,本申请实施例提供了一种三相异步电动机,所述三相异步电动机包括:三相异步电动机本体和控制装置;所述三相异步电动机本体包括三个电感,所述控制装置包括主控电路和三个开关电路;
所述电感、所述开关电路和输入电源依次连接;所述主控电路与所述三个开关电路连接;
所述主控电路,用于控制所述三个开关电路依次开启,以使所述输入电源与所述三个电感间依次形成通路,所述主控电路控制每个所述开关电路开启的初始时刻,该开关电路的输入电流低于该开关电路的维持电流。
可选的,所述主控电路包括处理器,每个所述开关电路均包括脉冲变压器和可控硅;
所述处理器、所述脉冲变压器和所述可控硅依次连接,所述电感、所述可控硅和所述输入电源依次连接;
所述处理器,用于依次向三个所述脉冲变压器发送第一控制信号,所述处理器向每个所述脉冲变压器发送所述第一控制信号的时刻,该脉冲变压器连接的可控硅的输入电流低于该脉冲变压器连接的可控硅的维持电流;
所述脉冲变压器,用于根据所述第一控制信号,向所述可控硅发送脉冲信号;
所述可控硅,用于根据所述脉冲信号,使所述输入电源与所述电感间形成通路。
可选的,所述主控电路还包括:第一电压传感器和第一电流传感器;
所述处理器、所述第一电压传感器和所述输入电源依次连接,所述处理器、所述第一电流传感器和所述输入电源依次连接;
所述第一电压传感器,用于采集每个所述可控硅的输入电压;
所述第一电流传感器,用于采集每个所述可控硅的输入电流;
所述处理器,还用于根据每个所述可控硅的输入电压和输入电流,确定每个所述可控硅的开启时间;对于每个所述可控硅,当该可控硅的输入电压达到第一预设电压阈值时,开始计时,当计时达到该可控硅的开启时间,向该可控硅连接的脉冲变压器发送第一控制信号。
可选的,所述处理器,具体用于:
确定每个所述可控硅的输入电流相对于输入电压的滞后时间;将所述滞后时间作为开启时间,并沿使每个所述可控硅的输入电流减小的方向,调整每个所述可控硅的开启时间;对于每个所述可控硅,当调整开启时间后的输入电流与调整开启时间前的输入电流的差值大于预设电流差值时,按照调整前的开启时间,向该可控硅连接的脉冲变压器发送触发信号。
可选的,所述主控电路还包括:第二电压传感器和第二电流传感器;
所述处理器、所述第二电压传感器和所述电感依次连接,所述处理器、所述第二电流传感器和所述电感依次连接;
所述第二电压传感器,用于采集每个所述可控硅的输出电压;
所述第二电流传感器,用于采集每个所述可控硅的输出电流;
所述处理器,还用于在每个所述可控硅的输出电压高于第二预设电压阈值,每个所述可控硅的输出电流高于预设电流阈值时,向每个所述脉冲变压器发送第二控制信号;
所述脉冲变压器,还用于根据所述第二控制信号,停止向所述可控硅发送脉冲信号。
可选的,每个所述开关电路还包括压敏电阻;所述脉冲变压器、所述压敏电阻和所述可控硅的输出端依次连接。
第二方面,本申请实施例提供了一种控制装置,应用于三相异步电动机,所述三相异步电动机还包括三相异步电动机本体,所述三相异步电动机本体包括三个电感;所述控制装置包括主控电路和三个开关电路;所述三相异步电动机本体包括三个电感、所述开关电路和输入电源依次连接;所述主控电路与所述三个开关电路连接;
所述主控电路,用于控制所述三个开关电路依次开启,以使所述输入电源与所述三个电感间依次形成通路,所述主控电路控制每个所述开关电路开启的初始时刻,该开关电路的输入电流低于该开关电路的维持电流。
可选的,所述主控电路包括处理器,每个所述开关电路均包括脉冲变压器和可控硅;
所述处理器、所述脉冲变压器和所述可控硅依次连接,所述电感、所述可控硅和所述输入电源依次连接;
所述处理器,用于依次向三个所述脉冲变压器发送第一控制信号,所述处理器向每个所述脉冲变压器发送所述第一控制信号的时刻,该脉冲变压器连接的可控硅的输入电流低于该脉冲变压器连接的可控硅的维持电流;
所述脉冲变压器,用于根据所述第一控制信号,向所述可控硅发送脉冲信号;
所述可控硅,用于根据所述脉冲信号,使所述输入电源与所述电感间形成通路。
可选的,所述主控电路还包括:第一电压传感器和第一电流传感器;
所述处理器、所述第一电压传感器和所述输入电源依次连接,所述处理器、所述第一电流传感器和所述输入电源依次连接;
所述第一电压传感器,用于采集每个所述可控硅的输入电压;
所述第一电流传感器,用于采集每个所述可控硅的输入电流;
所述处理器,还用于根据每个所述可控硅的输入电压和输入电流,确定每个所述可控硅的开启时间;对于每个所述可控硅,当该可控硅的输入电压达到第一预设电压阈值时,开始计时,当计时达到该可控硅的开启时间,向该可控硅连接的脉冲变压器发送第一控制信号。
可选的,所述处理器,具体用于:
确定每个所述可控硅的输入电流相对于输入电压的滞后时间;将所述滞后时间作为开启时间,并沿使每个所述可控硅的输入电流减小的方向,调整每个所述可控硅的开启时间;对于每个所述可控硅,当调整开启时间后的输入电流与调整开启时间前的输入电流的差值大于预设电流差值时,按照调整前的开启时间,向该可控硅连接的脉冲变压器发送触发信号。
可选的,所述主控电路还包括:第二电压传感器和第二电流传感器;
所述处理器、所述第二电压传感器和所述电感依次连接,所述处理器、所述第二电流传感器和所述电感依次连接;
所述第二电压传感器,用于采集每个所述可控硅的输出电压;
所述第二电流传感器,用于采集每个所述可控硅的输出电流;
所述处理器,还用于在每个所述可控硅的输出电压高于第二预设电压阈值,每个所述可控硅的输出电流高于预设电流阈值时,向每个所述脉冲变压器发送第二控制信号;
所述脉冲变压器,还用于根据所述第二控制信号,停止向所述可控硅发送脉冲信号。
可选的,每个所述开关电路还包括压敏电阻;所述脉冲变压器、所述压敏电阻和所述可控硅的输出端依次连接。
第二方面,本申请实施例提供了一种控制方法,应用于三相异步电动机,所述三相异步电动机包括三相异步电动机本体和控制装置,所述三相异步电动机本体包括三个电感;所述控制装置包括主控电路和三个开关电路;所述三相异步电动机本体包括三个电感、所述开关电路和输入电源依次连接;所述主控电路与所述三个开关电路连接;所述方法包括:
所述主控电路控制所述三个开关电路依次开启,以使所述输入电源与所述三个电感间依次形成通路,所述主控电路控制每个所述开关电路开启的初始时刻,该开关电路的输入电流低于该开关电路的维持电流。
本申请实施例有益效果:
本申请实施例提供的技术方案中,主控电路控制三个开关电路依次开启,以使输入电源与三个电感间依次形成通路。对于每个开关电路,主控电路控制该开关电路开启的初始时刻,该开关电路的输入电流低于该开关电路的维持电流。因此,每个开关电路必然存在尝试开启,而未成功的情况。这种情况下,三相异步电动机本体包括的电感就会形成一个反电势,反电势的电压可以达到原加载在开关电路上的电压2倍。该反电势加载在三相异步电动机本体上,可增大三相异步电动机本体的瞬时电压,进而使得瞬时磁通量就会越大。在三相异步电动机的输出力矩不变的情况下,必然降低三相异步电动机的输入电流,从而达到了节能的目的。
当然,实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
为实现三相异步电动机的节能,本申请实施例提供了一种三相异步电动机,如图1所示,该三相异步电动机包括:三相异步电动机本体11和控制装置12;三相异步电动机本体11包括三个电感111,控制装置12包括主控电路121和三个开关电路122;电感111、开关电路122和输入电源依次连接;主控电路121与三个开关电路122连接。
这种情况下,主控电路121,用于控制三个开关电路122依次开启,以使输入电源与三个电感111间依次形成通路,主控电路121控制每个开关电路122开启的初始时刻,该开关电路122的输入电流低于该开关电路122的维持电流。
本申请实施例中,如图1所示,输入电源包括三相,分别为U相、V相和W相。三相异步电动机的每相输入电压之间存在相位差。基于此,主控电路121控制三个开关电路122依次开启。开关电路122开启后,开关电路122所在线路形成通路。例如,如图1中,主控电路121先开启U相上的开关电路122,再开启V相上的开关电路122,之后开启W相上的开关电路122。以U相为例,U相上的开关电路122开启后,U相的输入电源与电感111之间形成通路。
开关电路122的维持电流为维持开关电路122开启的输入电流。当开关电路122的输入电流大于等于开关电路122的维持电流时,开关电路122才能维持开启的状态。
本申请实施例中,三相异步电动机是电感负载,电流的变化是滞后电压的变化的。对于每个开关电路122,主控电路121控制该开关电路122开启的初始时刻,该开关电路122的输入电流低于该开关电路122的维持电流。因此,当尝试开启开关电路122时的输入电流不会马上大于开关电路122的维持电流,每个开关电路122必然存在尝试开启,而未成功的情况。
这种情况下,三相异步电动机本体11包括的电感111就会形成一个反电势,反电势的电压可以达到原加载在开关电路122上的电压2倍。如图2所示的交流电波形图中,加载在三相异步电动机本体11上的原电压为540V。利用本申请实施例提供的方案,在A和B两点处加载上了反电势。该反电势加载在三相异步电动机本体11上,可增大三相异步电动机本体11的瞬时电压,进而使得瞬时磁通量就会增大。例如,每秒达到300次的瞬时电压,以及瞬时磁通量增大。
实际应用中,三相异步电动机的设计公式如下:U=4.44fWΦ。其中,U表示有效电压,f表示交流电的频率,W表示线圈匝数,Φ表示磁通量。如果上述U用瞬时值表示,则只需要将时间函数考虑进去。对于一台三相异步电动机,其线圈匝数W和交流电的频率f固定不变。这种情况下,当三相异步电动机的瞬时电压增大的情况下,三相异步电动机的瞬时磁通量也会增加。
此外,三相异步电动机的力矩公式如下:T=CT*Φ*Ia。其中,T表示三相异步电动机的输出力矩,CT表示转矩常数,Φ表示磁通量,Ia表示有效电流。如果上述Ia用瞬时值表示,则只需要将时间函数考虑进去。对于一台三相异步电动机,当负载固定,也就是,输出力矩T固定的情况下,由于CT为常数,因此,当瞬时磁通量增加时,瞬时电流将会减小。
基于上述三相异步电动机的工作原理,结合本申请实施例中可使得瞬时磁通量增大,在三相异步电动机的输出力矩不变的情况下,必然会降低三相异步电动机的输入电流,从而达到了节能的目的,降低三相异步电动机的工作温度。
开关电路的输入电流的波形如图3所示。后续,主控电路121持续控制开关电路122开启,开关电路122的输入电流在某一时刻会大于等于开关电路122的维持电流。进而开关电路122保持开启状态。
在本申请的一个实施例中,主控电路121可以包括处理器1211,每个开关电路122均包括脉冲变压器1221和可控硅1222。其中,处理器1211、脉冲变压器1221和可控硅1222依次连接,电感111、可控硅1222和输入电源依次连接。如图4所示。图4中仅以U相上的开关电路122为例进行说明。V相和W相上的开关电路122与U相上的开关电路122相同,此处不做具体说明。
处理器1211,用于依次向三个脉冲变压器1221发送第一控制信号,处理器1211向每个脉冲变压器1221发送第一控制信号的时刻,该脉冲变压器1221连接的可控硅1222的输入电流低于该脉冲变压器1221连接的可控硅1222的维持电流;
脉冲变压器1221,用于根据第一控制信号,向可控硅1222发送脉冲信号;
可控硅1222,用于根据脉冲信号,使输入电源与电感111间形成通路。
本申请实施例中,每个开关电路122均包括脉冲变压器1221和可控硅1222,因此,三相异步电动机包括三个脉冲变压器1221和三个可控硅1222。处理器1211依次向三个脉冲变压器发送第一控制信号。该第一控制信号用于指示脉冲变压器1221向可控硅1222发送脉冲信号。其中,处理器1211向每个脉冲变压器1221发送第一控制信号的时刻,可以理解为:主控电路121控制每个开关电路122开启的初始时刻。
脉冲变压器1221根据来自处理器1211的第一控制信号,向可控硅1222发送脉冲信号。该脉冲信号用于开启可控硅1222。可控硅1222接收到来自脉冲变压器1221的脉冲信号后,根据脉冲信号,试图开启,使输入电源与电感111间形成通路。
本申请实施例中,为了实现可控硅1222的精准控制,确保三相异步电动机的三相输出电压保持一致,上述脉冲变压器1221可采用频率高于预设频率阈值的高频脉冲变压器。预设频率阈值可以根据实际需求进行设定。例如,预设频率阈值可以为50KHz、60KHz等。
在本申请的一个实施例中,如图5所示,主控电路121还可以包括:第一电压传感器1212和第一电流传感器1213。处理器1211、第一电压传感器1212和输入电源依次连接,处理器1211、第一电流传感器1213和输入电源依次连接。其中,第一电压传感器1212,用于采集每个可控硅1222的输入电压;第一电流传感器1213,用于采集每个可控硅1222的输入电流;
这种情况下,处理器1211,还可以用于根据每个可控硅1222的输入电压和输入电流,确定每个可控硅1222的开启时间;对于每个可控硅1222,当该可控硅1222的输入电压达到第一预设电压阈值时,开始计时,当计时达到该可控硅1222的开启时间,向该可控硅1222连接的脉冲变压器1221发送第一控制信号。
其中,第一预设电压阈值可以为零。也就是,当输入电压过零时,开始计时。第一预设电压阈值还可以为其他的值。对此不进行限定。
一个示例中,处理器1211,具体可以用于确定每个可控硅1222的输入电流相对于输入电压的滞后时间;将滞后时间作为开启时间,并沿使每个可控硅1222的输入电流减小的方向,调整每个可控硅的开启时间;对于每个可控硅1222,当调整开启时间后的输入电流与调整开启时间前的输入电流的差值大于预设电流差值时,按照调整前的开启时间,向该可控硅1222连接的脉冲变压器1221发送触发信号。
以U相的输入电源为例进行说明。第一电压传感器1212采集的U相可控硅1222的输入电压的波形,以及第一电流传感器1213采集的U相可控硅1222的输入电流的波形,如图6所示。U相可控硅1222的输入电流相对于输入电压的滞后时间为Tc。处理器1211将滞后时间Tc作为开启时间,并沿使U相可控硅1222的输入电流减小的方向,调整U相可控硅1222的开启时间。
当调整开启时间后的输入电流与调整开启时间前的输入电流的差值大于预设电流差值时,也就是,调整后的电流突然增大,说明三相异步电动机当前的输出力矩无法满足负载的需求,三相异步电动机出现阻断,无法正常运行。处理器1211可确定按照调整前的开启时间,控制可控硅1222的开启,三相异步电动机的输入电压达到峰值,三相异步电动机达到最为节能的状态。
例如,在三相异步电动机空载时,电流滞后电压的时间(即滞后时间Tc)最大。电流过零的时间越接近电压峰值的时间,即5毫秒(ms)。因为,交流电的频率为50Hz,正向电压峰值在5ms,反向电压的峰值在15ms。
输入电流过零时可控硅1222关断。在三相异步电动机空载时,当输入电流过零,可控硅1222关断后,逐步增大可控硅1222的开启时间,直至开启时间达到5毫秒左右。该毫秒这个值的确定,需要检测三相异步电动机的输入电流在逐步减小时不会突然增大为止。
假设,三相异步电动机空载时,电流滞后电压的时间为Tc1。在三相异步电动机正常运行中,如果处理器1211基于可控硅1222的输入电压和输入电流,检测到当前Tc与Tc1的差值在增大时,说明三相异步电动机的负载在增加。
这时,处理器1211会逐步减小可控硅1222的开启时间,增大可控硅1222的输出电压,直到当前Tc与Tc1的差值稳定不再变化。这是为了保证电机在不同负载时,保证将最大反电势加入到电机电压中,而且同时保证电机正常运行。
在本申请的一个实施例中,如图7所示,主控电路121还可以包括:第二电压传感器1214和第二电流传感器1215。处理器1211、第二电压传感器1214和电感111依次连接,处理器1211、第二电流传感器1215和电感111依次连接。其中,第二电压传感器1214,用于采集每个可控硅1222的输出电压;第二电流传感器1215,用于采集每个可控硅1222的输出电流。
这种情况下,处理器1211,还可以用于在每个可控硅1222的输出电压高于第二预设电压阈值,每个可控硅的输出电流高于预设电流阈值时,向每个脉冲变压器1221发送第二控制信号。脉冲变压器1221,还可以用于根据第二控制信号,停止向可控硅1222发送脉冲信号。
本申请实施例中,以U相可控硅1222为例进行说明。在U相可控硅1222的输出电压高于第二预设电压阈值,U相可控硅1222的输出电流高于预设电流阈值时,说明三相异步电动机出现阻断,为保护三相异步电动机,延长三相异步电动机的使用寿命,向U相脉冲变压器1221发送第二控制信号。U相脉冲变压器1221根据第二控制信号,停止向U相可控硅1222发送脉冲信号。
由于U相脉冲变压器1221停止向U相可控硅1222发送脉冲信号,因此,U相可控硅1222关断。
在本申请的一个实施例中,如图8所示,每个开关电路122还可以包括压敏电阻1223;脉冲变压器1221、压敏电阻1223和可控硅1222的输出端依次连接。基于压敏电阻1223,可以有效防止输入电压过高,进而延长三相异步电动机。
结合上述三相异步电动机,本申请实施例还提供了一种具体的三相异步电动机的部署示意图,如图9所示。图9中,脉冲变压器1221为高频脉冲变压器,该脉冲变压器1221中集成了第一电压传感器、第一电流传感器、第二电压传感器和第二电流传感器,以便处理器1211对可控硅的开启进行控制。本申请实施例中,通过可控硅控制三相异步电动机的输入电压,利用三相异步电动机的反电势增加输入到三相异步电动机本体的峰值电压,从而逐步使三相异步电动机的磁通量增强,进而达到降低了三相异步电动机的运行电流,并提高了三相异步电动机运行效率,达到三相异步电动机的节能目的,并降低三相异步电动机的工作温度,延长三相异步电动机的使用寿命。
本申请实施例中,均以U相的电路为例进行说明。V相和W相的电路与U相的电路相同。
基于上述三相异步电动机,本申请实施例还提供了一种控制方法,如图10所示,该控制方法应用于三相异步电动机,三相异步电动机包括三相异步电动机本体和控制装置,三相异步电动机本体包括三个电感;控制装置包括主控电路和三个开关电路;三相异步电动机本体包括三个电感、开关电路和输入电源依次连接;主控电路与三个开关电路连接。
步骤S101,主控电路控制三个开关电路依次开启,以使输入电源与三个电感间依次形成通路,主控电路控制每个开关电路开启的初始时刻,该开关电路的输入电流低于该开关电路的维持电流。
在本申请的一个实施例中,主控电路可以包括处理器,每个开关电路均可以包括脉冲变压器和可控硅;处理器、脉冲变压器和可控硅依次连接,电感、可控硅和输入电源依次连接;
处理器依次向三个脉冲变压器发送第一控制信号,处理器向每个脉冲变压器发送第一控制信号的时刻,该脉冲变压器连接的可控硅的输入电流低于该脉冲变压器连接的可控硅的维持电流;
脉冲变压器根据第一控制信号,向可控硅发送脉冲信号;
可控硅根据脉冲信号,使输入电源与电感间形成通路。
在本申请的一个实施例中,主控电路还可以包括:第一电压传感器和第一电流传感器;处理器、第一电压传感器和输入电源依次连接,处理器、第一电流传感器和输入电源依次连接;
第一电压传感器采集每个可控硅的输入电压;
第一电流传感器采集每个可控硅的输入电流;
处理器根据每个可控硅的输入电压和输入电流,确定每个可控硅的开启时间;对于每个可控硅,当该可控硅的输入电压达到第一预设电压阈值时,开始计时,当计时达到该可控硅的开启时间,向该可控硅连接的脉冲变压器发送第一控制信号。
在本申请的一个实施例中,处理器确定每个可控硅的输入电流相对于输入电压的滞后时间;将滞后时间作为开启时间,并沿使每个可控硅的输入电流减小的方向,调整每个可控硅的开启时间;对于每个可控硅,当调整开启时间后的输入电流与调整开启时间前的输入电流的差值大于预设电流差值时,按照调整前的开启时间,向该可控硅连接的脉冲变压器发送触发信号。
在本申请的一个实施例中,主控电路还可以包括:第二电压传感器和第二电流传感器;处理器、第二电压传感器和电感依次连接,处理器、第二电流传感器和电感依次连接;
第二电压传感器采集每个可控硅的输出电压;
第二电流传感器采集每个可控硅的输出电流;
处理器在每个可控硅的输出电压高于第二预设电压阈值,每个可控硅的输出电流高于预设电流阈值时,向每个脉冲变压器发送第二控制信号;
脉冲变压器根据第二控制信号,停止向可控硅发送脉冲信号。
在本申请的一个实施例中,每个开关电路还包括压敏电阻;脉冲变压器、压敏电阻和可控硅的输出端依次连接。
本申请实施例提供的技术方案中,主控电路控制三个开关电路依次开启,以使输入电源与三个电感间依次形成通路。对于每个开关电路,主控电路控制该开关电路开启的初始时刻,该开关电路的输入电流低于该开关电路的维持电流。因此,每个开关电路必然存在尝试开启,而未成功的情况。这种情况下,三相异步电动机本体包括的电感就会形成一个反电势,反电势的电压可以达到原加载在开关电路上的电压2倍。该反电势加载在三相异步电动机本体上,可增大三相异步电动机本体的瞬时电压,进而使得瞬时磁通量就会越大。在三相异步电动机的输出力矩不变的情况下,必然降低三相异步电动机的输入电流,从而达到了节能的目的。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于方法实施例而言,由于其基本相似于三相异步电动机实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见三相异步电动机实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的较佳实施例,并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本申请的保护范围内。