CN1549439A

CN1549439A - 电动机驱动系统

Info

Publication number: CN1549439A
Application number: CNA031313639A
Authority: CN
Inventors: 高本靖久; 郎; 石田一郎
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-11-24

Abstract

提供一种适于驱动启动转矩大的感应电动机的电动机驱动系统。通过从商用电源(1)开始向将初级绕组连接成三角形的感应电动机(10)供电，使感应电动机(10)启动，在启动完成后，将所述初级绕组切换为星形连接，接着，切换为从输出相位与商用电源(1)的电压相位同步的交流电压的VVVF变换器(6)供电，之后，从VVVF变换器(6)提供感应电动机(10)期望的电压、频率的交流电压。

Description

电动机驱动系统

技术领域

本发明涉及一种驱动作为织布机等产业机械的动力源的感应电动机用的电动机驱动系统。

背景技术

图3是表示这种电动机驱动系统现有例的电路结构图，1是商用电源，2是由变换器主电路21和变换器控制电路22构成的变压变频(VVVF)变换器，3是电磁接触器，4是感应电动机，5是由感应电动机4驱动的负载。

在图3所示电动机驱动系统中，首先，使VVVF变换器2启动，一旦完成启动，则接通电磁接触器3，使感应电动机4启动。在启动时，通过变换器控制电路22的控制动作，VVVF变换器2输出允许最低电压、允许最低频率的交流电压，因此，感应电动机4也以低速开始旋转。

接着，通过变换器控制电路22的控制动作，VVVF变换器2使电压、频率从上述允许最低电压、允许最低频率的电流电压缓慢增大，最终感应电动机4输出期望的电压、频率的交流电压，从而，以感应电动机4的期望转数旋转，负载5变为运转状态。

发明所解决的问题

根据图3所示现有电动机驱动系统，在使作为负载5的产业机械启动时，在感应电动机4必需大的启动转矩的情况下，虽可通过从VVVF变换器2向感应电动机4流入对应于该启动转矩的输出电流来启动，但此时，构成VVVF变换器2的变换器主电路21还必需具备流出对应于上述启动转矩的输出电流的电流额定，因此，该VVVF变换器2的额定输出容量变为基于额定输出电压和对应于上述启动转矩的输出电流之积的值，与上述产业机械变为运转状态时的VVVF变换器2的输出容量相比，例如变为数倍以上，结果，存在所谓电动机驱动系统、即VVVF变换器2大型化、成本上升的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决上述问题，尤其是可使VVVF变换器小型、廉价的电动机驱动系统。

解决问题的手段

在第1发明的电动机驱动系统中，其特征在于：首先，从商用电源开始向初级绕组三角形连接的感应电动机供电，使该感应电动机启动，在上述感应电动机启动完成后，在从上述商用电源供电的同时，将该感应电动机的初级绕组的连接从三角形连接切换为星形连接，接着，将从上述商用电源供电、初级绕组为星形连接的上述感应电动机切换到由输出相位事先与上述商用电源的电压相位同步的交流电压的变压变频变换器供电，之后，从上述变压变频变换器提供期望的电压、频率的交流电，驱动初级绕组为星形连接的上述感应电动机。

另外，第2发明的特征在于：在上述第1发明的电动机驱动系统中，将对上述感应电动机的供电从上述商用电源切换到上述变换器时的该变换器的输出电压设定得比该感应电动机在商用频率下的额定电压仅低规定值。

并且，在第3发明的电动机驱动系统，其特征在于：首先，从商用电源开始向初级绕组为三角形连接且带有速度传感器的感应电动机供电，使该感应电动机启动，同时，使从该商用电源供电的变压变频变换器输出输出频率对应于预定频率设定值的交流电压，根据来自上述速度传感器的检测信号，推测上述感应电动机达到对应于上述频率设定值的旋转速度的时刻，在变为上述推测时刻时，将对上述感应电动机的供电从上述商用电源切换到上述变压变频变换器，同时，将该感应电动机的初级绕组的连接从三角形连接切换到星形连接，之后，从上述变压变频变换器提供对应于上述频率设定值的输出频率或期望输出频率的交流电，同时，驱动初级绕组为星形连接的上述感应电动机。

根据本发明，通过从商用电源向初级绕组为三角连接的感应电动机供电，以较大的初级电流、即较大的启动转矩使上述感应电动机启动，在启动完成、且上述感应电动机的初级电流变小的时刻，将上述感应电动机的初级绕组的连接切换到星形连接，之后，通过从变压变频(VVVF)变换器供电，即使是上述感应电动机的负载必需大的启动转矩的电动机驱动系统，也可进一步减小上述VVVF变换器的输出容量。

附图说明

图1是表示本发明实施例1的电动机驱动系统的电路结构图。

图2是说明图1动作的波形图。

图3是表示现有例的电动机驱动系统的电路结构图。

图4是表示本发明实施例2的电动机驱动系统的电路结构图。

图5是说明图4动作的波形图。

符号说明：1商用电源；2 VVVF变换器；3电磁接触器；4感应电动机；5负载；6、6a VVVF变换器；7交流电抗器；8主开关电路；9三角形-星形(Δ-Y)切换器；10感应电动机；10a速度传感器；11、12顺序控制电路；21变换器主电路；22变换器控制电路；61变换器主电路；61a电流检测器62、63变换器控制电路；MC1、MC2电磁接触器。

具体实施方式

图1是表示本发明实施例1的电动机驱动系统的电路结构图，向与图3的现有例电路具有相同功能的部分标以相同符号。

即，在图1所示实施例的电路结构中，除商用电源1、负载5外，具备：由变换器主电路61和变换器控制电路62构成、可通过变换器控制电路62的控制动作输出相位与商用电源1的电压相位同步的交流电压的变压变频(VVVF)变换器6、交流电抗器7、由MC1、MC2的电磁接触器构成的主开关电路8、三角形-星形(Δ-Y)切换器9、开路制作初级绕组的感应电动机10、顺序控制电路11。

下面，参照图2所示波形图来说明图1所示电动机驱动系统的动作。

首先，在商用电源1确立状态的时刻T0，从顺序控制电路11发出切换信号，通过该切换信号，感应电动机10的初级绕组通过Δ-Y切换器9变为三角形(Δ)连接，保持该连接。

接着，在时刻T1，从顺序控制电路11发出接通信号，一旦通过该接通信号，使主开关电路8的电磁接触器MC1闭路，并保持，则从商用电源1开始供电的初级绕组为三角形连接的感应电动机10与负载5一起启动。

另外，在时刻T1，从顺序控制电路11向变换器控制电路62发出接通完成信号，通过该接通完成信号，VVVF变换器6启动，VVVF变换器6使电压、频率从允许最低电压、允许最低频率的交流电压缓慢增大，最终输出仅比感应电动机10在商用频率下的额定电压低后述规定值ΔV的电压和商用频率的交流电压，同时，在无负载状态下待机。

在感应电动机10启动完成后的时刻T2，从顺序控制电路11发出新的切换信号，通过该切换信号，Δ-Y切换器9从Δ连接开始经过一定停滞时间Δt1，切换为星形(Y)连接，从而感应电动机10的初级绕组的连接也从三角形连接切换成星形连接，同时继续从商有电源1向感应电动机10供电。

另外，在时刻T2，从顺序控制电路11向变换器控制电路62发出新的接通完成信号，通过该接通完成信号，由变换器控制电路62监视商用电源1的任一相的电压相位、和VVVF变换器6的输出电压对应上述商用电源1的相的电压相位，在两者的相位数周期一致的时刻，向顺序控制电路11发送同步完成信号。

由接收该同步完成信号的顺序控制电路11发出新的接通信号，通过该接通信号，主开关电路8使电磁接触器MC1开路，同时，在经过一定停滞时间Δt2(约10mS-20mS)的时刻T3，闭路电磁接触器MC2，并保持。

在上述的停滞时间Δt2的期间中，感应电动机10为空闲线状态，因此，感应电动机10发生该电动机的次级时间常数与负载5引起的残留电压。此时，将VVVF变换器6的输出电压作为在商用频率下的[额定电压-ΔV]，事先通过实验等求出使该输出电压与上述残留电压一致用的上述ΔV。

通过上述MC2的闭路，将向感应电动机10的供电从商用电源1切换到VVVF变换器6，但因为在从VVVF变换器6到感应电动机10的供电路径中设置交流电抗器7，和在VVVF变换器6的输出电压的相位与商用电源1的电压相位同步的状态下，设定为仅低上述ΔV的输出电压，所以可抑制在切换之后从VVVF变换器6流到初级绕组为星形连接的感应电动机10的冲击电流。另外，通过用感应电动机10的初级绕组的电感成分等来代替图示的交流电抗器7，所以可省略交流电抗器7。

另外，在上述时刻T3，从顺序控制电路11向变换器控制电路62发出新的接通完成信号，以该完成信号为起点，使开始向感应电动机10供电的VVVF变换器6的输出电压慢慢从商用频率下的上述“额定电压-ΔV”增大到“额定电压”。

并且，从时刻T4开始，通过变换器控制电路62，将驱动负载5的初级绕组为星形连接的感应电动机10要求的电压、频率的交流电压慢慢变更为VVVF变换器6的输出电压，负载5进入运转状态。

作为VVVF变换器6，包括变换器主电路61，通过二极管整流器和平滑电容器将商用电源1的交流电压变换为直流电压，并电桥连接将该直流电压变换为交流电压的晶体管与二极管的反并联电路；和变换器控制电路62，例如通过PWM控制来开关控制上述晶体管，使从变换器主电路61输出期望的电压、频率的交流电压。另外，可从变换器主电路61输出通过变换器控制电路62的控制动作而相位与商用电源1的电压相位同步的交流电压。

图4是表示本发明实施例2的电动机驱动系统的电路结构图，向与图1的实施例电路具有相同功能的部分标以相同符号。

即，在图4所示的电路结构中，与负载5一起，在感应电动机10上连接速度传感器10a，另外，具备顺序控制电路12来取代顺序控制电路11，并且，具备VVVF变换器6a来取代VVVF变换器6，VVVF变换器6a包括：变换器主电路61；检测变换器主电路61的输出电流的分流电阻等电流检测器61a；和变换器控制电路63，该变换器控制电路63具备：开关控制功能，为了根据预定的频率设定值(≤商用电源1的频率)和电流检测器61a的检测值，从变换器主电路61输出期望的频率、电压的交流电压，而开关控制构成变换器主电路61的各晶体管；和发送功率，根据从速度传感器10a得到的检测值，向顺序控制电路12发送接通、切换信号。

下面，参照图5所示波形图来说明图4所示电动机驱动系统的动作。

首先，在商用电源1确立状态的时刻T0，从顺序控制电路12发出切换信号，通过该切换信号，感应电动机10的初级绕组通过Δ-Y切换器9变为三角形(Δ)连接，保持该连接。

接着，在时刻T1，使VVVF变换器6a启动，该VVVF变换器6a通过变换器控制电路63的控制动作，根据预定的电压/频率(V/f)比，快速输出与预定该输出频率的频率设定值(≤商用电源1的频率)对应的交流电压，同时，根据来自该变换器控制电路63的接通、切换信号，从顺序控制电路12发出接通信号，通过该接通信号，使主开关电路8的电磁接触器MC1闭路，并保持，从而从商用电源1开始供电的初级绕组为三角形连接的感应电动机10与负载5一起启动。

另外，变换器控制电路63经速度传感器10a对如上所述在时刻T1启动的感应电动机10运算每次的旋转速度和加速度，根据这些运算结果，推测感应电动机10达到感应电动机10对应于上述频率设定值(≤商用电源1的频率)的旋转速度的时刻T2。

变为上述时刻T2时，从变换器控制电路63向顺序控制电路12发出接通、切换信号，开路主开关电路8的电磁接触器MC1，同时，Δ-Y切换器9将感应电动机10的初级绕组的连接从三角形连接切换成星形连接。并且经过一定的时限Δt1后，通过使主开关电路8的电磁接触器MC2闭路，将向感应电动机10的供电从商有电源1切换到变压变频变换器6a。

通过交流电抗器7、和经电流检测器61a的变换器控制电路63的限流动作(限制到变换器主电路61的额定输出电流值的150％左右)，抑制在向感应电动机10的供电切换到变压变频变换器6a之后的流向初级绕组为星形连接的感应电动机10的冲击电流。另外，通过用感应电动机10的初级绕组的电感成分等来代替图示的交流电抗器7，所以可省略交流电抗器7。

在时刻T3，从上述的动作说明可知，感应电动机10的旋转速度在对应于商用电源1的频率的值以下时，变为对应于上述频率设定值的值，但在要求的感应电动机10的旋转速度为对应于商用电源1的频率的值以上时，从时刻T3开始，通过变换器控制电路63，将驱动负载5的初级绕组为星形连接的感应电动机10要求的电压、频率的交流电压慢慢变更为VVVF变换器6a的输出电压，负载5进入运转状态。

利用商用电源1启动时的加速特性(速度斜率)随负载条件而不同，但根据该实施例2，通过推测感应电动机10从由速度传感器10a检测的旋转速度和加速度达到对应于频率设定值的旋转速度的时间，可自动地进行从商用电源1到VVVF变换器的切换。另外，根据实施例1，即使在频率设定值在商用电源1的频率以下的情况下，也必需在将感应电动机10暂时加速到商用频率之后，再减速到频率设定值，但根据实施例2，因为在频率设定值在商用电源1的频率以下的情况下，可使之直接达到该频率设定值，所以可缩短到达频率设定值的时间。

另外，从上述实施例1、2的动作说明可知，感应电动机10的连续额定值也可根据初级绕组为星形连接、且负载5运转时的值设定，另外，也可将三角形连接时必需的启动转矩设定为感应电动机10的短时间额定值。

发明效果

根据本发明，通过从商用电源向初级绕组为三角形连接的感应电动机供电，可以较大的初级电流、即较大的启动转矩(具体而言约为星形连接的3倍)来使上述感应电动机启动，在启动完成、且上述感应电动机的初级电流变小的时刻，将上述感应电动机的初级绕组的连接切换为星形连接，之后，通过从VVVF变换器供电，即使在感应电动机的负载必需大的启动转矩的电动机驱动系统中，也可进一步减小VVVF变换器的输出容量，可小型化、低价格化该电动机驱动系统整体。

Claims

1、一种电动机驱动系统，其特征在于：

首先，从商用电源开始向初级绕组三角形连接的感应电动机供电，使该感应电动机启动，

在所述感应电动机启动完成后，在从所述商用电源供电的同时，将该感应电动机的初级绕组的连接从三角形连接切换为星形连接，

接着，将从所述商用电源供电、初级绕组为星形连接的所述感应电动机切换到由输出相位事先与所述商用电源的电压相位同步的交流电压的变压变频变换器供电，

之后，从所述变压变频变换器提供期望的电压和频率的交流电，驱动初级绕组为星形连接的所述感应电动机。

2、根据权利要求1所述的电动机驱动系统，其特征在于：

将对所述感应电动机的供电从所述商用电源切换到所述变换器时的该变换器的输出电压设定得比该感应电动机在商用频率下的额定电压仅低规定值。

3、一种电动机驱动系统，其特征在于：

首先，从商用电源开始向初级绕组为三角形连接且带有速度传感器的感应电动机供电，使该感应电动机启动，同时，使从该商用电源供电的变压变频变换器输出输出频率对应于预定频率设定值的交流电压，

根据来自所述速度传感器的检测信号，推测所述感应电动机达到对应于所述频率设定值的旋转速度的时刻，

在变为所述推测时刻时，将对所述感应电动机的供电从所述商用电源切换到所述变压变频变换器，同时，将该感应电动机的初级绕组的连接从三角形连接切换到星形连接，

之后，从所述变压变频变换器提供对应于所述频率设定值的输出频率或期望输出频率的交流电，同时，驱动初级绕组为星形连接的所述感应电动机。