CN1201473C - 用于电动机起动器的热补偿控制器系统和热补偿方法 - Google Patents

用于电动机起动器的热补偿控制器系统和热补偿方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种电动机起动器热补偿控制器(10)，其中布置一个环境温度传感器(36)、附加的温度传感器(30、32、34)和一个微处理器(28)。该控制器(10)根据工作温度中的该变化(200)来调整该电动机起动器(12)的输出以便在环境温度升高时，或者在该装置的内阻随着温度升高而增加时，保持恒定的输出。为了调整输出，该系统提高满载安培载流容量(96)以便补偿温度升高。如果安培载流容量达到该装置的极限(98、108)，则防止该起动器(12)把该电动机(14)与电源接合，直到已经充分冷却(106)为止。

Description

用于电动机起动器的热补偿控制器系统和热补偿方法
技术领域
本发明一般来说涉及用于电动机起动器的控制系统，更确切地说涉及针对温度的提高来补偿电动机起动器的方法和装置。
背景技术
许多电气装置采用一种形式或另一种热保护。温度保护的最常见的形式之一包括采用热敏电阻，该热敏电阻是随着温度变化而改变阻值的对热敏感的电阻器。通常，该热敏电阻连接到一个电子监控电路，该电路设定成对一个预先确定的电阻值作出反应。当达到该电阻值时，该电子监控电路断开，或者接通，该温度保护电路，然后该温度保护电路转而切断该装置，大多数电气装置采用单个热敏电阻来保护。因而，所提供的保护的水平仅取决于该单个热敏电阻的布置。换句话说，该热保护实际上仅保护该装置的一小部分。在较大的装置中，在该热保护切断该装置之前，很多部件可能被损坏。用这样的系统时另一个问题在于，它们几乎不提供警告或者诊断该装置关机的原因方面的帮助。进而，在某些用途或过程中，电气装置不被关机是至关重要的。在这种过程中，将会希望在保持该过程运行的同时，有过热条件的某些指示。
热保护的另一种常见的方法是使用安装在该装置内的双金属元件或圆片以便断开或闭合一个电路。这种装置因形成物理结构的两种金属之间不同的热膨胀而随着受热改变形状。当该装置改变形状时，它对一个开关或者一组接点施加一个物理力，以便改变一个电路的状态。也就是说，当该双金属条状物变形到与指示过热条件的温度相对应的偏转点时，例如一个常开电路将闭合以便激活一个温度保护电路。此一形式的热保护需要针对每个装置通过用手弯曲或扭转来校准。进而，在进行现场调整之后精度是可疑的而且这种双金属装置通常在部件之间需要扩散连接，从而降低制造性，提高部件的成本，并且增加电气设备的总体尺寸。
一个带有热补偿的电气装置调整控制器的起动特性以便补偿附加的环境温度。此一补偿调整或增加该装置的输出以便补偿因为受热引起的该装置的增加的内阻。通常，这种温度补偿需要采用诸如前述双金属元件之类的机械部件，以便检测温度并相应地调整输出。由于热补偿范围比较窄，所以为了覆盖整个产品系列，需要若干种装置结构。进而，热补偿因为附加的部件而为装置的制造增加附加的成本。
希望有一种热补偿和保护方案，该方案消除对这些附加的部件的需要，以便避免针对不同的温度范围需要有产品变型。
发明内容
本发明提供一种电动机起动器热补偿和保护控制器，该控制器解决前述问题而不明显地增加整个系统的成本。
根据本发明，一种电动机起动器热补偿和保护控制器包括一个检测环境温度并提供一个指示电动机起动器的环境温度的环境温度信号的环境温度传感器，以及至少一个与电动机起动器中的导电汇流条热交换的电极温度传感器，该传感器产生一个指示该导电汇流条的温度的电极温度信号。一个处理器单元连接于该环境温度传感器和该至少一个电极温度传感器并且执行程序以便周期地采集环境温度和电极温度信号，从而确定电动机起动器的工作温度，并根据对环境温度和电极温度信号的周期性采集来监测电动机的工作温度中的任何变化。然后根据工作温度中的变化来调整电动机起动器输出，致使当工作温度提高时该电气装置的输出恒定。这避免为了在额定负载下工作必须把装置上的电气额定值确定成大于需要以便补偿附加的环境热量。
根据本发明的另一个方面，一种用于对电动机和电动机起动器的热保护的电动机起动器控制器包括一个用来检测环境温度并产生环境温度信号的环境温度传感器，以及一个用来检测电动机起动器中的电极温度并从中产生电极温度信号的电极温度传感器。设置一个存储器以便周期地储存环境温度和电极温度信号，并且采用一个处理器以便把当前的环境温度和电极温度信号与储存在存储器中的以前的环境温度和电极温度信号进行比较。该处理器还用来当当前的环境温度和电极温度条件引起以前的满载安培数调整因为内阻增加而不足以起动该电动机时，提高对电动机的满载安培数调整。
根据本发明的又一个方面，一种对电动机和电动机起动器热保护的方法包括周期地监测电动机起动器中的环境温度和每个电极的电极温度并记录该周期地监测的环境温度和电极温度的步骤。该过程包括接着把当前的环境温度和电极温度与以前记录的环境温度和电极温度进行比较并且如果该温度比较达到最大安全参数而满载安培数调整处于电动机极限则防止电动机起动。
附图说明
从以下详细描述和附图中，本发明的各种特征、目的和优点将会成为显而易见的。
附图图示当前仔细考虑的用来实施本发明的最佳形态。
在附图中：
图1是经由包含本发明的电动机起动器连接于三相电源的电动机的方框图。
图2是作为在图1的微处理器中执行程序的软件的程序框图。
图3是作为在图2的程序框图中调用的程序框图子程序。
具体实施方式
图1是根据本发明包括在控制连接于电源15的电动机14的电动机起动器12中的电动机起动器热保护和补偿控制器10的方框图。控制器10包括一个中央处理器单元28，诸如微处理器、微控制器、PLC、或用于电气信号处理的任何其他装置。电动机起动器热保护控制器10根据该装置12、环境、以及电动机14的工作温度，连同储存在存储器29中的备查表，来控制电动机起动器12的功能。
如图1中所示，本发明的控制器10在三相电动机起动器用途中被示出。以一种公知的方式，电动机起动器12中继传输从三相电源15到电动机14的功率，部分地通过控制线圈16、18和20，部分地通过控制一对通常固定于两个，以方框图的形式画成电极A22、电极B24和电极C26的导电汇流条之间的SCR(硅可控整流器)(未画出)。
电动机起动器热保护控制器10的微处理器28从一组温度传感器接受输入信号。在一个最佳实施例中，温度传感器30、32、34布置在每个电力电极A、B、C上。也就是说，温度传感器30与电力电极22热交换，温度传感器32与电力电极24热交换，而温度传感器34与电力电极26热交换。环境温度传感器36也布置在电动机起动器12内并连接于微处理器28。在一个最佳实施例中，环境温度传感器36布置在电极A与B之间或者电极B与C之间的罩组件中以便检测跨电极的和封闭电动机起动器12的壳体内的环境温度。
微处理器28还能够接受至少一个输入38，例如一个油浸开关(DIP开关Dip-switch)，它可以取代温度保护控制以便防止电动机在检测到故障时关机。该控制器能够在故障显示器40上指示并显示该故障。该取代特征通常仅用于其中为了保持过程的功能可以牺牲该电动机的关键过程中。
电动机起动器12还包括分别安装在每个电力电极22、24和26上的散热器42、44和46。每个电力电极22、24和26还分别有一个配套的风扇48、50和52，以便把空气抽入电动机起动器12的负载侧54，使空气流过每个散热器42、44和46，并把空气从电动机起动器12的线路侧56排出。微处理器28连接于风扇驱动器58，后者转而驱动风扇48、50和52。微处理器28还有用来控制线圈16、18和20的输出控制线60以及连接成控制每个电极22、24和26的SCR的输出控制线62。
电动机起动器12还可以用外部接插件连接到一个显示装置13，以便显示器13可以安装于电动机起动器12或者安装在远处。在内部，显示装置13连接于处理器28并且用来显示在热保护控制已经被激活之后到下一次电动机起动的时间，这将参照图2进一步述及。当故障显示器40通常只是一个报警灯时，显示装置13显示所计算的直到将允许下一次起动的时间，最好是一个数字读出器。
下面将参照图2～图3来描述该控制器的工作。参照图2，微处理器在一个开始指令64时执行程序，以便在起动电动机之前在66读取电动机起动器中的温度。Read_Temps是一个子程序并且在图2的主算法中被调用多次，并且现在将参照图3来加以描述。
如图3中所示，当Read_Temps子程序200被调用时，微处理器首先从第1温度传感器30读取电极A的温度202，并在把模拟信号转换成数字信号之后，把结果储存在存储器中204。然后读取电极B的温度206并从模拟信号转换成数字信号，并且在208把结果储存在存储器中。读取第3温度传感器34以便采集电极C的温度210然后作为数字值储存起来212。通过检测环境传感器36在214读取环境温度，该信号在216被转换和储存，而Read_Temps子程序返回到图2的主算法218。
回头参照图2，在66完成Read_Temps200算法之后，在68保存初始值并允许电动机起动70。也就是说，本发明的热保护控制器把电动机起动器的控制让给主控制器，后者不是本发明的对象。
一旦电动机在运行，电力电极的温度和环境温度在72被读取，并作为初始起动参数被储存74。处理器用由环境温度传感器36产生的环境温度信号为外部温度的轮廓(profile)建立模型76。环境温度信号还与电极温度信号合用以便为起动器温度建立摸型78和为电动机温度建立模型80，其结果以备查表的形式储存在存储器29中。电动机温度模型80包括一个冷却轮廊，该冷却轮是在电动机关机之后采集的，而且在正常冷却循环期间周期地读取温度。
外部环境模型是地理学上的地区温度、建筑物/区域位置以及工作日日历的函数，这些是最佳参数，但是在确定外部环境模型时也可以使用其他这类因素。起动器温度模型是三个电极温度传感器30、32和34，连同诸如起动器的机座尺寸、FLA(Full Load Amperage满载安培数)额定值、FLA持续时间、每小时要求的起动次数和每小时起动的持续时间之类技术条件的函数。此外，电动机的锁定转子计数(LRC)和电动机的LRC持续时间连同跳闸等级和所用的线径可能是起动器温度模型中的因数。电动机冷却轮廓包括许多与起动器相同的数据，诸如FLA和FLA持续时间、每小时起动次数、每小时起动持续时间、LRC和LRC持续时间、跳闸等级和所用线径。它还包括电动机的具体布置，如果与起动器不同的话，其中包括地理学上的地区和/或区域或者在建筑物中的布置，和每日电动机工作的时间。电动机制造技术条件也用于冷却模型，包括电动机使用率、电动机功率、以及电动机机座尺寸。
回头参照图2，在温度比较模块82中，起动器部件的温度和负载用来确定整个起动器系统的当前温度，该系统中温度的上升可以靠该系统来监测。一旦系统温度已经被确定，接下来处理器可以根据当前工作温度来确定电动机起动安培载流容量是否足够84。然后从存储器调用上一次成功起动的参数86。起动参数包括起动时间、起动温度、以及起动电流。然后处理器当考虑到来自上一次成功的起动的数据和当前的起动所需要的安培载流容量时，确定对于起动电动机来说是否安全88。如果确定起动器可以起动电动机88、90，则启用起动92。然而，如果处理器确定安培载流容量对于另一次起动不够用，94，则提高该装置的FLA96以便补偿因环境温度的上升引起的安培载流容量的损失。
然后该处理器在98检查以便保证起动器的FLA安培载流容量不超过电动机容量，如果所需要的安培载流容量不超过该装置的容量100，则启用该起动92，如果该起动将会超过此一阈值，则该处理器延迟该起动以便允许冷却106并设置热故障标记110，然后计算并显示充分冷却到允许下一次起动的时间112。然后读取温度114，并且该过程经由建模步骤76、78和80和比较步骤82、84循环，直到启用一次起动92为止。一旦该起动被启用92，该处理器检查以便看看起动器是否收到一个运行/起动指令100，如果尚未收到，则经由该过程的另一轮顺序继续循环。如果收到了一个运行/起动指令100、102，则允许起动该电动机70并在72读取温度，该过程重新开始。
因此，本发明包括一种对电动机和电动机起动器热保护的方法，该方法有着周期地监测电动机起动器中的环境温度和每个电极的电极温度，以及记录该周期地监测的环境温度和电极温度的步骤。该过程包括把当前的环境温度和电极温度与以前记录的环境温度和电极温度进行比较并且如果该温度比较达到最大安全参数而FLA调整处于电动机极限则防止电动机起动。
该方法还包括通过在冷却期间周期地监测环境温度和电极温度来跟踪电动机冷却，以及为外部环境、起动器温度和电动机温度建立模型的步骤。该方法包括如果未超过电动机的安培载流容量极限则提高FLA调整。如果超过该安培载流容量，则防止电动机起动，而且该方法包括显示冷却到允许起动所需要的时间。
本发明还包括用来对电动机和电动机起动器热保护的电动机起动器控制器，该控制器有着一个用来检测环境温度并从中产生环境温度信号的环境温度传感器，和一个用来检测电动机起动器中的一个电极的温度并从中产生电极温度信号的电极温度传感器。该控制器包括一个用来周期地储存环境温度和电极温度信号的存储器和一个用来把当前的环境温度和电极温度信号与储存在存储器中的以前的环境温度和电极温度信号进行比较的处理器。该处理器还用来当当前的环境温度和电极温度条件引起以前的FLA调整因为内阻增加而不足以起动该电动机时，提高对电动机的FLA调整。该环境温度传感器可能在存储器中包括一个备查表，该备查表中有针对给定的工作环境的工作温度范围。本发明还包括在电动机中用热电偶作为温度传感器，用于电动机的实时温度检测。
该处理器还对照装置极限检查FLA调整中的任何提高以便保证符合电动机和起动器的技术条件。该处理器还在该FLA调整超过一个安培载流容量额定值则防止电动机起动并且确定到下一次起动的时间，该控制器包括一个用来显示到下一次起动的时间的显示器。该控制器能够跟踪冷却时间并且直到存在安全起动条件为止防止电动机起动。
已经通过最佳实施例描述了本发明，应该指出，除了明确地说明的那些之外，等效物、变动和修改是可能的，并且处于所附权利要求书的范围之内。

Claims (18)

1、一种电动机起动器热补偿控制器(10、64)，包括：
一个检测环境温度并提供指示电动机起动器(12)周围的环境温度的环境温度信号的环境温度传感器(36)；
至少一个与电动机起动器(12)中的一个导电汇流条(22)热交换的产生指示该导电汇流条(22)的温度的电极温度信号的电极温度传感器(30)；
一个连接于该环境温度传感器(36)和该至少一个电极温度传感器(30)的处理器单元(28)，该处理器单元(28)执行程序以便：
周期地采集该环境温度信号和该电极温度信号(72、114)以便确定该电动机起动器(12)的工作温度；
根据该环境温度和电极温度信号的周期性采集来监测该工作温度中的变化(82)；以及
根据该工作温度中的该变化来调整该电动机起动器(12)的输出。
2、权利要求1的控制器(10、64)，还包括一个存储单元(29)，该存储单元有着至少一个储存温度数据的备查表。
3、权利要求2的控制器(10、64)，其中该至少一个备查表包括针对至少一个电动机(14)、一个电动机起动器(12)和一个环境条件的温度数据。
4、权利要求1的控制器(10、64)，其中该处理器单元还执行程序以便把电动机起动器温度(78、82)和负载温度(80、82)进行比较，确定电动机起动安培载流容量(88)是否足够，并且如果该电动机起动安培载流容量(88)不够用(94)则调整电动机满载安培数(96)。
5、权利要求1的控制器(10、64)，其中该处理器单元还执行程序以便调整电动机满载安培数(96)去补偿因环境温度、电动机温度和起动器温度中至少一个的升高引起的安培载流容量损失。
6、权利要求1的控制器(10、64)，其中该处理器单元还执行程序以便保证电动机满载安培数不超过电动机极限(98)。
7、权利要求1的控制器(10、64)，还包括至少一个连接于该处理器单元(28)的显示装置(13、40)，以便显示超过热条件的外部报警指示和冷却到下一次起动所需要的时间中的至少一个。
8、权利要求1的控制器，其特征在于：
电动机起动器(12)有三个电力电极(22、24、26)，每个电力电极在其上有一个散热器(42、44、46)和一个与该散热器(42、44、46)热交换的风扇(48、50、52)；
三个电极温度传感器(30、32、34)，每个传感器与电动机起动器(12)的一个电力电极(22、24、26)热交换并产生第1、第2和第3电极温度信号；而且
其中该处理器单元(28)还执行程序以便：
为外部环境温度建立模型(76)；
为起动器温度建立模型(78)；
为电动机温度建立模型(80)；
进行温度比较(82)；
进行电动机安培载流容量比较(84)；以及
根据以前的起动参数(86)保证安全的电动机起动条件(88)。
9、权利要求1的控制器(10、64)，其中该处理器单元(28)还执行程序以便：
通过周期地该取环境温度信号和电极温度信号来跟踪电动机冷却(72)并产生一个电动机温度模型(80)；
根据在电动机冷却期间该取(114)的该环境温度信号和该电极温度信号产生一个环境温度轮廓模型(76)和一个电极温度轮廓模型(76)；
对该环境温度轮廓模型(76)及该电极温度轮廓模型(76)进行比较(82)；以及
如果该环境温度轮廓模型(76)和该电极温度轮廓摸型(76)之一或两者超过安全起动条件(88)则产生一个维修指示(110)。
10、一种热保护电动机(14)并补偿电动机起动器(12)的方法，包括以下步骤：
周期地监测电动机起动器(12)中的环境温度和每个电极的电极温度(72、114)：
记录该周期地监测的环境温度和电极温度(74)；
把当前的环境温度和电极温度与以前记录的环境温度和电极温度进行比较(82、86)；以及
如果该温度比较达到最大安全参数(94)而满载安培数调整处于电动机极限(108)则防止电动机起动(106)。
11、权利要求10的方法，还包括以下步骤：
通过在电动机冷却期间周期地监测环境温度和电极温度(114)来跟踪电动机冷却(106)；以及
根据该跟踪为外部环境温度(76)、起动器温度(78)以及电动机温度(80)建立模型。
12、权利要求10的方法，还包括如果电动机(14)的安培载流容量极限未被超过(100)则提高满载安培数调整的步骤(96)。
13、权利要求10的方法，还包括显示冷却到允许下一次起动(88、90)所需要的时间的步骤(112)。
14、一种用来热保护电动机(14)和电动机起动器(12)的电动机起动器控制器(10、64)，包括：
一个用来检测环境温度并产生环境温度信号的环境温度传感器(36)；
一个用来检测该电动机起动器(12)中一个电极的温度并从中产生电极温度信号的电极温度传感器(30)；
一个用来周期地储存环境温度和电极温度信号的存储器(29)；
一个用来把当前的环境温度和电极温度信号与储存在存储器(29)中的以前的环境温度和电极温度信号进行比较，以及用来当当前的环境温度和电极温度条件引起以前的满载安培数调整因为内阻增加而不足以(94)起动该电动机(14)时，提高对电动机(14)的满载安培数调整的处理器单元(28)。
15、权利要求14的控制器(10、64)，其中还包括一个备查表(29)，该备查表其中有针对给定的工作环境的工作温度范围。
16、权利要求14的控制器(10、64)，其中该处理器单元(28)对照装置极限检查(98)满载安培数调整中的提高。
17、权利要求14的控制器(10、64)，其中如果该满载安培数调整超过安培载流容量额定值(98、108)该处理器单元(28)则防止电动机起动并且确定到下一次起动的时间(106)，而且该控制器(10、64)还包括一个用来显示到下一次起动的时间(112)的显示器(13)。
18、权利要求14的控制器(10、64)，其中该处理器单元(28)跟踪电动机冷却(114)并且直到存在安全条件(88、90)为止防止电动机起动。
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