CN1280978C - 电动机启动器和控制该电动机启动的方法 - Google Patents

Abstract

一种电动机启动器。该电动机启动器包括电动机；启动接触器、运行接触器、短路接触器和跃迁接触器，它们与电动机，和运行接触器，启动接触器，短路接触器和跃迁辅助接触器可操作地连在一起。该跃迁辅助接触器可操作地控制短路接触器的操作，而该短路辅助接触器操作地控制运行接触器的操作。

Description

电动机启动器和控制该电动机启动的方法

技术领域

本发明涉及控制三相电动机启动程序的改良方法和装置。本发明包括采用接触器辅助接触器、带有合适定时的启动器接触器的直接控制。具体而言，提供跃迁和短路辅助接触器，来分别机械地使短路接触器断开并把运行接触器接入。

背景技术

目前有多种型式的机电式的电动机启动器。电动机启动器是被用来把电动机从它的不带电状态加速到全速。所用启动器的类型有赖于所需启动和所需特性及控制布线的特性。

三角形接法(Wye delta)的启动器包括按几个步骤来形成加速电动机的四个接触器。第一步把切断电源的电动机形成Y形(星形)结构。在这Y形结构中，在电动机的各相上施加降低了的电压。这样使得其启动比把全部电压施加到电动机的各相上时较为缓和。在Y形结构中，施加在各相的电压是两线间的电压除以3的平方根。由于在各相上都施加了较小的电压，所以显现出较小的转矩和引起较小的电流。当电动机在该Y形三角形接法的结构中已被加速到它的最大值时，Y形三角形接法的启动器重新构筑电动机的各相，使得把两线间的全部电压加到电动机的各相。在各相上带有两线间全部电压的结构中，电动机将结束其加速而达到全速。在从Y形结构到三角形结构的跃迁中，启动器接通功率电阻来减缓从Y形接法到三角形结构的跃迁。

第二种类型的启动器是跨越线路的启动器。跨越线路的启动器包括单一的接触器，在接通电源时，它把两线间的全部电压施加到电动机的各相。随着施加两线间的全部电压，电动机加速到它的全速。

第三种类型的启动器是初级电抗/电阻型启动器。初级电抗/电阻启动器包括按两个步骤来形成加速电动机的两个接触器。第一步骤是要在线电压和电动机各相之间形成带有一系列电抗或电阻的未接通电源的电动机。在这结构中，在跨越在线的电抗或电阻上显现出一个电压降，从而把降低了的电压加到电动机上。随着这个降低了的电压，电动机在降低了的转矩和电流下加速。在这个结构中，当电动机已达到它的全部加速时，各接触器重新组合使得电抗或电阻短路而能把两线间的全部电压施加到电动机的各相上。于是电动机就加速到全速。

第四种类型的启动器是自动变压器启动器。自动变压器启动器包括按两个步骤来形成加速电动机的三个接触器。第一步骤是在通过在线电压和电动机的各相之间放一变压器把未接通电源的电动机形成处于降低了的电压的模式下。在这结构中，电动机通过由变压器产生的降低了的电压来加速，使得电动机以降低了的转矩和降低了的电流来加速。在这结构中，当电动机已经达到全部加速时，各接触器这样来重新组合使得变压器从电路上有效地被移去，以使两线间的全部电压能施加到电动机的各相上。随着电动机各相上加了两线间的全部电压，电动机加速到全速。

诸如在上面所描述的启动器的目的是把未接通电源的电动机加速到全速。根据启动器本身所需的特性把各种类型的启动器应用到各种特定的应用中。这些特性包括低电流牵曳或高转矩快加速启动。目前的大多数启动器采用接触器和它们的辅助接触器来做大部分的启动程序。例如，一种控制组件可触发Y形三角形接法的启动器的启动程序，且电动机在降低了的电压模式下加速之后，该组件会把跃迁激励到全部电压模式。在这个例子中，电动机从Y形接法到三角形接法程序的实际控制是单独由接触器的辅助接触器来控制的。要达到这个目的，在各辅助接触器和各接触器之间有大宗的控制接线。这些大宗的接线为制造和调试及排除带来了复杂的控制方案，且几乎没有功能上的灵活性。在第一代的电动机启动器中采用的是这种方法，这种启动器由American Standard公司的一个分公司，Trane公司作为它的UCP控制器的部件出售。此外，由于辅助接触器控制了跃迁程序，所以它们的定时和结构是严格要求的。已经从这些放弃调整或全部失效的辅助接触器上看到了可靠性的问题。一旦失效，由于它要求模拟全部启动程序，然后受到监控才能找到问题，所以该问题难以检测及排除。由于某些接触器由两个以上的辅助接触器所控制，所以往往只是正当在启动器全功率时监控不同的点时在多次尝试启动电动机时才能进行检测及排除。而在全功率时的启动器来检测及排除是非常危险的。

以前，要改进接触器控制的尝试曾包括通过启动器组件微控制器把接触器的直接控制结合进去。这导致较简单的控制布线，并在制造和检测及排除方面有好处。但却牺牲了性能。用辅助接触器来控制程序的原有方法的好处是，接触器定时反映了启动器的大小，且能为有最有效的程序打好基础。使用直接控制方法，必须容纳诸如对大而慢接触器最坏情况的定时。它导致在大多数启动器中具有不合适的定时且少有最佳启动特性。在第二代电动机启动器中采用这个方法，这种启动器由American Standard公司的一个分公司，Trane公司作为它UCP-2控制器成套设备的部件出售。

发明内容

用本发明的特性和优点来解决以前启动器所具有的问题是本发明的一个目的。

用本发明的特性和优点把传统辅助接触器控制启动程序和直接接触器控制的方法的优点结合起来以导致启动并加速电动机的一个改进的方法是本发明的一个目的。

用本发明的特性和优点使启动程序最优化是本发明的一个目的。而本发明的另一个目的是，用本发明的特性和优点来把少数几个关键辅助接触器放置在控制线路中，使得接触器定时适合于启动器的大小。

用本发明的特性和优点来简化用于电动机中启动器的控制布线是本发明的一个目的。而本发明的另一个目的是，用本发明的特性和优点通过使接触器和辅助接触器能直接控制来使布线减到最少，从而简化了启动器的制作装配。

用本发明的特性和优点能便于检测及排除电动机启动程序是本发明的一个目的。而本发明的另一个目的是，用本发明的特性和优点来提供简化的布线，使得控制布线图易于跟随、检测及排除。

用本发明的特性和优点，在电动机启动程序中支持检测及排除模式是本发明的一个目的。而本发明的另一个目的是，用本发明特性和优点来保证微控制器具有各接触器的直接控制，这样，各接触器可分别被激励以便于对问题区域快速识别。而本发明的另一个目的是，本发明特性和优点是在不启动电动机和在面板上没有线电压时完成的，因而形成一个较安全的检测及排除环境。

用本发明特性和优点来支持制作测试模式是本发明的一个目的，而本发明的另一个目的是，用本发明特性和优点来提供在启动程序中接触器的直接控制，使得制造者能容易地测试启动器来证明准确的布线。

用本发明特性和优点把电动机启动器对辅助接触器的依赖到最小是本发明的一个目的。而本发明的另一个目的是，本发明特性和优点中微控制器以这样的方式来操纵启动器，使只有电路系统中那些需要启动的部件才被启动。本发明的另一个目的是，本发明特性和优点不需要专门排好程序的辅助接触器，且至多不过是一个辅助接触器控制一个接触器，这样就易于找到并验明辅助接触器的事故。此外，本发明的另一个目的是，用本发明的特性和优点，在电动机启动程序中支持接触器测试模式。而本发明的另一个目的是，用本发明特性和优点来提供带有接触器直接控制的微控制器，以便有可能测定它们的状态，从而保证在启动程序时，接触器在启动一次启动前是正确地运作的，并进入运行模式。

用本发明特性和优点来提供用于启动电动机程序的可编程启动器是本发明的一个目的。而本发明的另一个目的是，本发明特性和优点是启动器组件对专用启动器类型是已被编程的，使得对各种不同类型启动器，可把微控制器程序定时调整到使性能最佳。

用本发明特性和优点来提供电动机启动程序迅速启动是本发明的一个目的。而本发明的另一个目的是，本发明特性和优点可使微控制器直接控制接触器，以便当启动程序进行时，能监控启动是怎样发生的。本发明的另一个目的是，用本发明特性和优点，通过如在需要时能让启动终止且通过专门认别有问题的区域引入精密地把该问题精确定位的诊断信号以加强对问题的探测。

用本发明特性和优点把在电动机启动程序中的电动机接触辅助接触器减到最小是本发明的一个目的。而本发明的另一个目的是，要用本发明特性和优点来使在传统的Y形三角形接法的启动器中所需的七个辅助接触器减少为只用四个辅助接触器的启动器配置。

用本发明特性和优点要在电动机启动程序中最佳化镀越电阻尺寸是一个目的。而另一个目的是，用本发明特性和优点来保证跃迁程序发生得尽可能地快，以便能让跃迁电阻传送比以前的各种设计中更低的额定能量。

用本发明特性和优点来提供电动机启动程序，其中接触器的实际大小决定了启动程序是如何快速地把电能加到电动机使其达到全速是一个目的。

本发明提供一种混合控制器，它把用硬导线布线的电动机启动程序的各方面与主要是由全电子控制的电动机启动程序的各方面结合起来。

本发明还提供一种电动机启动器，包括：电动机；启动接触器，运行接触器，短路接触器和跃迁接触器，所述各接触器可操作地与电动机连在一起；微控制器，可操作地连接到并控制启动接触器、运行接触器，短路接触器和跃迁接触器；接口继电器，可操作地在微控制器和各接触器之间互相连接并响应微控制器的命令控制各接触器位置；运行辅助接触器，启动辅助接触器，短路辅助接触器和跃迁辅助接触器；其中，跃迁辅助接触器可操作地控制短路接触器的操作，而其中短路辅助接触器操作地控制运行接触器的操作。

本发明也提供一种启动电动机的方法。该方法包括接通跃迁接触器；响应所述跃迁接触器的接通，造成跃迁辅助接触器把短路接触器断开；以及响应短路接触器的断开，造成短路辅助接触器接通运行接触器。

本发明另外又提供采用电动机启动程序的启动电动机的一种方法。该方法包括依次执行的下述步骤：接通启动接触器；断开该启动接触器；接通短路接触器；接通启动接触器；接通跃迁接触器；接通运行继电器；断开跃迁辅助接触器；通过断开跃迁辅助接触器，使得短路接触器断开；接通短路辅助接触器；接通运行接触器；以及断开跃迁接触器。

本发明还提供用于三相电动机的电动机启动器。该启动器包括：控制器；三相电动机；运行接触器，可操作地与电动机连接，且操作地能使电动机处于运行操作模式；启动接触器，操作地与电动机连接，且操作地能使电动机处于启动操作模式；跃迁接触器，操作地与电动机连接，且操作地能使启动操作模式跃迁到运行操作模式；短路接触器，操作地与电动机连接，且被操作地能使运行接触器短路；以及跃迁辅助接触器，物理连接到跃迁接触器，且与短路接触器在操作上关联以控制该短路接触器的可操作情况；短路辅助接触器，物理连接到短路接触器，且与运行接触器在操作上关联，以便控制运行接触器的可操作情况；跃迁继电器，与控制器和跃迁接触器互相连接，以便响应来自控制器的命令去控制跃迁接触器的可操作状态；短路继电器，与控制器和短路接触器在操作上关联，并响应来自控制器的命令，操作地能控制短路接触器的可操作状态；运行继电器，与控制器和运行接触器在操作上关联，并响应来自控制器的命令，能操作地控制运行接触器状态；以及启动继电器，与控制器和启动接触器在操作上关联，响应来自控制器的命令去控制启动接触器的操作状态。

附图说明

图1是根据本发明的电动机启动器的方块图；

图2是图1中电动机启动器的启动器和辅助连接的一般化的示意图；

图3是根据本发明的Y形三角形接法的程序定时示意图；

图4是限定图3中示意图的实际定时表。

具体实施方式

Marry的第5,563,469号美国专利和Earhart Jr等人的第5,883,486号美国专利是以前的启动器例子，已共同转让给本发明的受让人并通过引用结合在此。

图1示出根据本发明的机电式启动器装置10。该机电式启动器10包括微控制器12，接口继电器14，主电动机接触器辅助接触器16，电动机接触器18，以及电动机本身20。微控制器12直接把命令提供到接口继电器14。该接口继电器把命令提供到主电动机接触器辅助接触器16，且两者非直接和直接地提供到电动机接触器18。电动机接触器18控制电动机20。

本发明把启动器接触器直接控制的优点与通过采用主接触器各辅助接触器经启动程序某些部分的进行而来的适用定时的益处结合起来。

正如图1所示，启动器装置10包括四个主要部件：微控制器12，接口继电器14，电动机接触器辅助接触器16，以及电动机接触器18。来自微控制器12的控制线22驱动接口继电器14。接口继电器14与主电动机接触器辅助接触器16一起驱动电动机接触器18。接口继电器14为微控制器12输出提供一种方法来驱动电动机接触器18。

图2是示出按照Y形三角形接法启动器的本发明布线图30的一个较佳实施例。由于Y形三角形接法启动器采用最多的接触器，所以描述Y形三角形接法。不过，本发明被认为是可应用到所有的机电式启动器。简图30示出了电动机接触器18包括启动接触器32，运行接触器34，短路接触器36和跃迁接触器38。该简图也示出主电动机接触器辅助接触器16包括启动辅助接触器42，运行辅助接触器44，短路辅助接触器46和跃迁辅助接触器48。跃迁接触器38物理连接到跃迁辅助接触器48，使得跃迁辅助接触器48通过跃迁接触器38起作用。短路接触器36物理连接到短路辅助接触器46，这样，短路辅助接触器46跟随着短路接触器36的操作。运行接触器34连接到运行辅助接触器44，使得运行辅助接触器44跟随着运行接触器34的操作。最后，启动接触器32物理连接到启动辅助接触器42，使得启动辅助接触器42跟随着启动接触器32的操作。这些连接用线段40来示出。虽然它应用是根据在辅助接触器和主接触器间的物理连接，但在本领域的技术人员会认识到对机械的，电的，机电的，光纤光学的，和其它常规连接都是能满足的。对本应用来说，词量连接包含所有这样的改变。

已在前面的启动器上用过启动和运行辅助接触器42，44，但是跃迁和短路辅助接触器46，48却是新的。这些主辅助接触器46，48的采用，由于有跃迁功率电阻的接入，使得对这种大小的启动器从Y形接法到三角形接法的跃迁进行得尽可能的快。

这是通过具有前级接触器的辅助接触器按程序驱动下面一级的接触器而完成的。明确地说，跃迁接触器38的跃迁辅助接触器48切断短路接触器36的电源并把电动机20处于三角形接法的模式。这又反过来使得短路接触器36的辅助短路接触器46将运行接触器34接通电源。

图3示出根据本发明Y形三角形接法的程序定时，而图4则是包括限定这种启动的程序定时表。那个定时是根据一组部件而来的，而在本技术领域的技术人员定会认识到如果改变这些部件就会改变这定时。

Y形三角形接法的启动程序如下：

在启动前通过停止和启动接口继电器50，52的电源来接通启动接触器32，以证明没有电流。这步骤是预启动测试的一部分以证明专用接触器是处在它们的正常状态(C，D)。

接着，断开启动接触器32并接通短路接触器36以证明没有电流(E，F)。

再次接通启动接触器32，现在使得电动机的各相构成Y形连接模式，而电动机20正加速中。在这段时间中，监控运行辅助接触器44以保证它处于正常状态。如果不是，就有诊断信号引入而启动被终止(G)。

当电流幅度跌落到预定值以下时，较佳的是额定负载安培数RLA的85％，则电动机20被定为在这Y形接法模式中的完全加速(H)。

因此，跃迁接触器38被接通以把跃迁电阻接入这电路。同时，微控制器12接通了运行接口继电器54以把电源供给到运行接触器电路34。不过，由于短路辅助接触46是断开的，所以并不把运行接触器34接通。当跃迁接触器38接通时，跃迁辅助接触器48断开。断开跃迁辅助接触器48造成短路接触器36断开。现在各跃迁电阻与电动机各相串联。当短路接触器36断开时，短路辅助接触器接通。接通短路辅助接触器46造成运行接触器34接通。运行接触器34把跃迁电阻短路，在最短时间内把它们有效地从电路中除去。随着跃迁结束，跃迁接触器38被断开。于是，微控制器12证明了从现在并在整个运行的其余运行中，运行辅助接触器44是处在正常的接触状态(J.K.L)。

本发明根据唯一的接触器程序对Y形三角形接法的启动器作了限定。但是，在本领域中的普通技术人员会认识到本发明的程序，方法和装置对所有的机电式的启动器都可应用，并会认识到许多修改和变化是容易明白的。可以改变所用启动器的类型，正如可改变部件构造和总的定时那样。打算把所有这些修改和变化归纳到已提出权利要求的发明的精神和范围中。

为美国专利文件所确定的内容叙述于下列的权利要求中。

Claims (9)

1.一种电动机启动器，其特征在于，包括：

电动机；

启动接触器，运行接触器，短路接触器和跃迁接触器，所述各接触器可操作地与电动机连在一起；

微控制器，可操作地连接到并控制启动接触器、运行接触器，短路接触器和跃迁接触器；

接口继电器，可操作地在微控制器和各接触器之间互相连接并响应微控制器的命令控制各接触器位置；

运行辅助接触器，启动辅助接触器，短路辅助接触器和跃迁辅助接触器；

其中，跃迁辅助接触器可操作地控制短路接触器的操作，而其中短路辅助接触器操作地控制运行接触器的操作。

2.如权利要求1所述的电动机启动器，其特征在于，其中运行辅助接触器与运行接触器保持可操作的联络，其中启动辅助接触器与启动接触器保持可操作的联络，其中短路辅助接触器与短路接触器保持可操作的联络，而其中跃迁辅助接触器则与跃迁接触器保持可操作的联络。

3.如权利要求2所述的电动机启动器，其特征在于，所述短路接触器的物理特性决定电动机启动器的定时。

4.如权利要求1所述的电动机启动器，其特征在于，其中微控制器是可编程的。

5.一种启动电动机的方法，其特征在于，包括：

接通跃迁接触器；

响应所述跃迁接触器的接通，造成跃迁辅助接触器把短路接触器断开；以及

响应短路接触器的断开，造成短路辅助接触器接通运行接触器。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当启动按顺序进展时，由一微控制器监控启动各步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，包括如果在启动中探测到问题时，终止启动的步骤。

8.一种采用电动机启动程序来启动电动机的方法，其特征在于，该方法包括依次执行的下述步骤：

接通启动接触器；

断开该启动接触器；

接通短路接触器；

接通启动接触器；

接通跃迁接触器；

接通运行继电器；

断开跃迁辅助接触器；

通过断开跃迁辅助接触器，使得短路接触器断开；

接通短路辅助接触器；

通过接通短路辅助接触器，使得运行接触器接通；以及

断开跃迁接触器。

9.一种用于三相电动机的电动机启动器，其特征在于，包括：

控制器；

三相电动机；

运行接触器，可操作地与电动机连接，且操作地能使电动机处于运行操作模式；

启动接触器，操作地与电动机连接，且操作地能使电动机处于启动操作模式；

跃迁接触器，操作地与电动机连接，且操作地能使启动操作模式跃迁到运行操作模式；

短路接触器，操作地与电动机连接，且被操作地能使运行接触器短路；以及

跃迁辅助接触器，物理连接到跃迁接触器，且与短路接触器在操作上关联以控制该短路接触器的可操作情况；

短路辅助接触器，物理连接到短路接触器，且与运行接触器在操作上关联，以便控制运行接触器的可操作情况；

跃迁继电器，与控制器和跃迁接触器互相连接，以便响应来自控制器的命令去控制跃迁接触器的可操作状态；短路继电器，与控制器和短路接触器在操作上关联，并响应来自控制器的命令，操作地能控制短路接触器的可操作状态；运行继电器，与控制器和运行接触器在操作上关联，并响应来自控制器的命令，能操作地控制运行接触器状态；以及启动继电器，与控制器和启动接触器在操作上关联，响应来自控制器的命令去控制启动接触器的操作状态。

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