CN1685601A - 用于自动限流控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

电动机控制器包括用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关，以控制对电动机施加AC电源。传感器检测AC线电压。控制电路控制固态开关的操作。该控制电路在起动模式期间使开关电流直线上升，并且如果所检测到的电压下降到低于阈值量，则有选择地在该起动模式期间保持开关电流。

Description

用于自动限流控制的系统和方法

技术领域

本发明涉及电动机控制器，特别是用于自动限流控制的系统和方法。

背景技术

固态起动器/控制器已经被广泛应用于控制对AC感应电动机施加电源。传统的起动器/控制器(下文中简称为起动器或者控制器)使用固态开关来控制将AC线电压应用于电动机。该开关可以是闸流晶体管、例如可控硅整流器(SCR)或者三端双向可控硅开关元件。

电动机控制器的一种应用是作为升降机起动器。该升降机起动器可以被用于驱动液压升降机的泵。每次命令升降机罐笼运动时，起动器则必须起动电动机直到它达到工作速度并且然后在运行模式下运转。这种起动器可以只用于上升的方向，因为重力可以用于下降的方向。

升降机起动器最初以星形(Y)配置方式连接电动机绕组以起动电动机并且使其加速。然后绕组以三角形(delta)配置方式使用全电压进行重新连接。其他起动器改变固态开关的接通时间来使有固定连接的电动机电流斜线上升。已知的升降机起动器具有用于设置起动电流极限设置值的选择器开关。根据配置，该设置值从起动器额定电流的100％到450％是可调的。通常的原则是，设置值越高，则起动时间越短，而相反设置值越低，则起动时间越长。在升降机的应用中终端用户关心的是尽可能快地起动电动机而同时消除例如电压突降和下跌和接触或者开关瞬变现象的供电质量问题。已知的设计使用电流互感器来读取电动机的电流。在由数字信号处理器(DSP)中的模拟数字转换器读取之前电流被整流并且被过滤。由于过滤，线上电流和DSP接收到的实际信号之间存在延迟。

当供电系统被轻度加载时，在某些具有可变负载的升降机控制系统上负载可以在特殊的设置值情况下被加速而没有任何电压突降。当供电系统被加载到或者接近于它的容量时，例如在夏季月份期间当电力需求极高而灯火管制是平常的时候，同样的设置值可能引起线电压突降。在这种状况下通常将起动电流极限设置为上述较低的设置值。虽然这保证起动器将在最小电压波动的情况下起动负载，但是以较低电流起动将花费额外的时间。可以理解，如果起动器最初没有被正确设置，则可能要求返回到安装状态的重复过程，以进行另外的调整来消除电压突降。

采用备用发电机的起动器应用也会有相似的问题。当断开线路功率运行时，输入电压可能是可靠的并且允许起动电流超过起动器额定值的300％。然而，如果备用发电机正在对系统供电，则在电流极限设置值超过200％的情况下可以看到电压突降。为了在没有额外电压突降的情况下允许系统运行，当系统断开线路功率时，将不得不使用发电机的设置，即使每次起动时这将增加附加的不必要时间。

本发明的目的在于以新颖和简单的方式来解决上述问题中的一个或者多个。

发明内容

根据本发明，提供了用于电动机控制器中的自动限流控制的系统和方法。

概括地，根据本发明的一个方面，公开了一种电动机控制器系统，该电动机控制器系统包括用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关，以控制对电动机施加AC电源。传感器检测AC线电压。控制电路控制该固态开关的操作。该控制电路在起动模式期间使开关电流直线上升，并且如果所检测到的电压下降到低于阈值量，则有选择地在该起动模式期间保持开关电流。

本发明的一个特征在于，如果所检测到的电压下降到低于减小的阈值，则该控制电路在该起动模式期间减小开关电流。

本发明的另一个特征在于，如果所检测的电压恢复到高于该阈值量，则该控制电路在该起动模式期间重新开始开关电流的直线上升。该电流控制电路以减小的增加速率重新开始该开关电流的直线上升。

本发明的另一个特征在于，提供用于检测开关电流的电流传感器。

本发明的另一个特征在于，该固态开关包括SCR，以及调节起通角来控制开关电流。

根据本发明的另一方面，公开了一种电动机起动器系统，该电动机起动器系统包括用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关，以控制对电动机施加AC电源。电压传感器检测AC线电压。电流传感器检测开关电流。控制电路可操作地被连接到该电压传感器和该电流传感器上，用于在起动模式期间控制固态开关的操作。该控制电路在该起动模式期间使开关电流在预先选择的范围内直线上升，并且如果所检测到的电压下降到低于阈值量，则有选择地在该起动模式期间保持开关电流。

根据本发明的另一方面，公开了一种在电动机起动过程中限流的方法，该方法包括：提供用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关，以控制对电动机施加AC电源；检测AC线电压；检测开关电流；在电动机起动过程中通过该固态开关使电流直线上升；以及如果所检测到的电压下降到低于一个阈值，则有选择地在电动机起动过程中保持开关电流恒定。

从说明书和附图中将容易明白本发明的其他特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的电动机控制器的透视图；

图2是图1中的电动机控制器的方框图；

图3是图1中的电动机控制器以三角形(delta)配置方式与电动机连接的接线图；

图4是说明该电动机控制器的SCR的电流控制的曲线；

图5是说明由图2中的处理器实现的电动机起动限流控制模块的流程图；

具体实施方式

首先参照图1来说明固态电动机起动器/控制器20，其在下文中被简称为起动器或者控制器。控制器20的一种应用是作为升降机起动器。电动机控制器20可以被用来驱动液压升降机的泵。每次命令升降机罐笼运动时，电动机控制器20于是必须起动升降机电动机，直到它达到工作速度，然后在运行模式下运转。这种电动机控制器20可以只用于上升方向，因为重力可以用于下降方向。

电动机控制器20包括壳体22、散热片26和盖子28，该壳体22包括壳体底座24。电动机控制器20包括多个闸流晶体管形式的固态开关32，例如反向连接的可控硅整流器(SCR)对，参见图2。这里为了简单起见，SCR对被简称为SCR。也可以使用三端双向可控硅开关元件。SCR 32控制对三相电动机的三相AC线电压的施加。显然，如对本领域技术人员来说明显的是，不同数目的SCR 32能够用于控制不同数目的相。

将SCR 32安装在壳体20内的散热器26上。同样参照图2，控制电路34也被装入壳体20中。控制电路34控制SCR 32的操作。具体地，控制电路34包括例如数字信号处理器的可编程处理器36，用于命令SCR 32的操作。存储器38被连接到处理器36上并且存储程序和与SCR 32的操作有关的配置信息，如下所述。

处理器36被连接到三个接口电路40上，每个接口电路用于连接一个SCR 32。具体地，接口电路40包括用于驱动SCR 32的缓冲器电路和用于检测线电压与电动机端子电压的电压检测电路，其中电动机端子电压表示加在SCR 32两端的电压。电流互感器42检测每个SCR 32的电流并且被连接到电流检测电路44上。可以使用其他类型的电流传感器。电流检测电路44也被连接到处理器36上。

盖子22上的LCD显示器44(参见图1)被连接到处理器36上。使用显示器44来指示配置设置值、工作值、故障状态等等。用户可致动开关46被电气连接到处理器36上。用户可致动开关46由壳体盖子22上的致动器元件48致动，参见图1。具体地，开关46被用于在本地选择所存储的配置信息的参数。

参照图3，电路图说明了图2中的SCR 32以典型的三角形(delta)配置方式与电动机绕组的连接。例如，一个SCR 32被连接在第一相位线电压L1和第一个电动机端子T1之间。第一个电动机绕组W1以与SCR32串联的形式连接在电动机端子T1和另一个电动机端子T4之间。电流互感器42检测通过绕组W1的电流。故障接触FC1也以串联的形式连接。三角形(delta)配置的其他支路通常是相似的并且在本质上是传统的。显然，可以结合所公开的系统和方法使用其他电动机配置。

图2中的处理器36根据用于控制SCR 32的操作的控制程序来运行。具体地，按照传统方式控制每个SCR 32以满足电压和电流的要求。这通过改变SCR 32的起通角来完成。图4示出包括表示输入电流的曲线50的图解说明。垂直箭头52表示SCR 32的起通角。传统上，起通角52由处理器36控制来满足运行要求。为了减小电流，在图4中起通角52将被向右移动以减少传导时间。相反，为了增加电流，起通角52将被向左移动以增加传导时间，如众所周知的那样。在起动模式过程中，处理器36通过在某一规定用于满足预选的加速时间和加速转矩值的时间内逐渐增加起通角52直至选择起动电流极限设置值而使电流直线上升。通过调整起通SCR 32的延迟，处理器36可以保持该电平。当电动机速度增加时，电流开始减小。处理器36继续增加电压来补偿电流的减小。这在起动限流开关的设置规定当电动机开始加速时电动机的电压能以比电动机滑动电阻的下降快的速率增加时保持恒定的电流。随后在运行模式过程中控制电路34对电动机施加全压。

根据本发明，控制电路34使用电动机起动限流控制模块54(参见图2)，以在起动模式过程中提供自动限流控制。可使用用户可致动开关46或者外部配置装置的键盘来调节起动电流极限，或者以安培为单位在标准单元的115％-425％的范围内进行调节，或者在过载设置的150％-450％的百分比范围内进行调节。自动限流控制模块54每次起动时在一个例如为250毫秒的周期中使电流从115％或者150％的设置值直线上升到425％或者450％。在该直线上升过程中，处理器36利用电压检测电路40来监控输入线电压的幅度。如果线电压的幅度下降到低于选择阈值，则处理器36使电流极限设置值在它当前的直线上升值处保持不变。例如，该阈值可以基于在前两分钟内收集的平均输入功率的95％。如果所检测到的电压继续下降，则处理器36减小电流极限设置值直到电压不再下降或者达到两倍过载的最小设置值。如果在保持或者减小电流极限设置值后电压开始上升，则以前面的直线上升速率的四分之一向425％或者450％的设置值再次增加直线上升。如果电压再次下降，则处理器36基于输入电压如何反应来保持或者减小电流极限设置值。

参照图5，流程图说明电动机起动限流控制模块52的程序。每次起动由处理器36命令的操作时，该模块被启动。该模块从节点60开始，在该节点开始电流直线上升，如上所述。判定块62判断是否检测到电压突降。线电压的下降可以比预先确定的百分比大，例如上面所讨论的95％，或者比一个可调整的百分比大。这可以基于该系统的配置。如果没有电压突降，则控制器返回到块60以继续直线上升。如果电压突降被检测到，则控制进行到块64，该块将电流极限恒定保持在电压开始突降的点处。此后，判定块66判断电压电平是否恢复。如果恢复，则控制进行到块68，该块68减小增加速率并返回块60。结果是，电流直线上升恢复到最大设置值，虽然以减小的速率。显然，可以去除块68或者将其配置成保持原始的直线上升速率。

返回到判定块66，如果电压还没有恢复，则判定块70判断在电流极限设置值恒定保持在检测到第一次突降的点上的同时电压是否继续突降。如果是这样，则处理器36在块72减小电流极限设置值并且返回到块64。结果是，处理器36减小电流极限设置值，直到电压恢复到高于检测到的第一次突降的点的电平，或者可选地直到电流极限下降到过载设置值的200％。

使用限流控制模块54，在基于现有电源情况所允许的最小时间内使负载加速。通过使用这种起动模式，电动机控制器20能够通过调整电流极限来补偿弱线、应急发电机和最大负载条件，以在所有的条件下提供最快的起动时间。

因此可以理解的是描述了用于自动控制电动机控制器中的电流极限的新颖的系统和方法。本领域技术人员将理解的是，通过在此给出的教导，可以看到存在众多的与本发明相结合的替代或者等价方案。所以，本发明不受前述的示例性实施方式的限制，而仅仅受下述的权利要求书的限制。

Claims (21)

1.一种电动机控制器系统，包括：

用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关，以控制对电动机施加AC电源；

用于检测AC线电压的传感器；和

用于控制所述固态开关的操作的控制电路，所述控制电路在起动模式期间使开关电流直线上升，并且如果所检测到的电压下降到低于阈值量，则有选择地在所述起动模式期间保持开关电流。

2.按照权利要求1所述的电动机控制器系统，其中如果所检测到的电压下降到低于减小的阈值量，则所述控制电路在所述起动模式期间减小开关电流。

3.按照权利要求1所述的电动机控制器系统，其中如果所检测到的电压恢复到高于所述阈值量，则所述控制电路在所述起动模式期间重新开始所述开关电流的直线上升。

4.按照权利要求3所述的电动机控制器系统，其中所述控制电路以减小的增加速率重新开始所述开关电流的直线上升。

5.按照权利要求1所述的电动机控制器系统，另外包括用于检测开关电流的电流传感器。

6.按照权利要求1所述的电动机控制器系统，其中所述固态开关包括SCR，以及调节起通角来控制开关电流。

7.一种电动机起动器系统，包括：

用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关，以控制对电动机施加AC电源；

检测AC线电压的电压传感器；

检测开关电流的电流传感器；和

控制电路，可操作地被连接到所述电压传感器和所述电流传感器上，用于在起动模式期间控制所述固态开关的操作，所述控制电路在所述起动模式期间使开关电流在预先选择的范围内直线上升，并且如果所检测到的电压下降到低于阈值量，有选择地在所述起动模式期间保持开关电流。

8.按照权利要求7所述的电动机起动器系统，其中如果所检测到的电压下降到低于减小的阈值量，则所述控制电路在起动模式期间减小开关电流。

9.按照权利要求7所述的电动机起动器系统，其中如果所检测到的电压恢复到高于所述阈值量，则所述控制电路在起动模式期间重新开始所述开关电流的直线上升。

10.按照权利要求9所述的电动机起动器系统，其中所述控制电路以减小的增加速率重新开始所述开关电流的直线上升。

11.按照权利要求7所述的电动机起动器系统，其中所述固态开关包括SCR，以及调整起通角来控制开关电流。

12.一种电动机起动器系统，包括：

用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关装置，以控制对电动机施加AC电源；

用于检测AC线电压的电压检测装置；

用于检测开关电流的电流检测装置；和

起动控制装置，可操作地被连接到所述电压检测装置和所述电流检测装置上，用于在起动模式期间控制所述固态开关装置的操作，所述起动控制装置在所述起动模式期间使通过所述开关装置的电流直线上升，并且如果所检测到的电压下降到低于阈值量，则有选择地在起动模式期间保持开关装置的电流。

13.按照权利要求12所述的电动机起动器系统，其中如果所检测到的电压下降到低于减小的阈值量，则所述起动控制装置在所述起动模式期间减小开关装置的电流。

14.按照权利要求12所述的电动机起动器系统，其中如果所检测到的电压恢复到高于所述阈值量，则所述起动控制装置在所述起动模式期间重新开始所述开关装置的电流的直线上升。

15.按照权利要求14所述的电动机起动器系统，其中所述起动控制装置以减小的增加速率重新开始所述开关装置的电流的直线上升。

16.按照权利要求12所述的电动机起动器系统，其中所述固态开关装置包括SCR，以及调整起通角来控制电流。

17.一种在电动机起动过程中限流的方法，包括：

提供用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关，以控制对电动机施加AC电源；

检测AC线电压；

检测开关电流；

在电动机起动过程中使通过所述固态开关的电流直线上升；和

如果所检测到的电压下降到低于阈值，则有选择地在电动机起动过程中保持开关电流恒定。

18.按照权利要求17所述的方法，另外包括如果所检测到的电压下降到低于减小的阈值量，则在电动机起动模式期间减小开关电流。

19.按照权利要求17所述的方法，另外包括如果所检测到的电压恢复到高于所述阈值量，则在电动机起动过程中重新开始所述开关电流的直线上升。

20.按照权利要求17所述的方法，其中在电动机起动过程中重新开始所述开关电流的直线上升包括以减小的增加速率重新开始电流的直线上升。

21.一种升降机起动器，包括：

用于AC线和电动机端子之间的连接的固态开关，以控制对升降机施加AC电源；

用于检测AC线电压的电压传感器；

用于检测开关电流的电流传感器；和

控制电路，可操作地被连接到所述电压传感器和所述电流传感器上，用于控制在起动模式期间所述固态开关的操作，所述控制电路在所述起动模式期间使开关电流在预先选择的范围内直线上升，并且如果所检测到的电压下降到低于阈值量，则有选择地在所述起动模式期间保持开关电流。

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