TW483227B - Soft start device of three phase induction motor - Google Patents

Description

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修正_ 五、發明說明（1) 【發明背景】 本發明：：種二相感應馬達軟式啟動裝置，係矸 大量降低馬達電流並獲致較大之轉矩，同時可以設 定啟動所需之4間長度者。 按大馬j感應馬達之啟動會汲取相當大之電流，而 會對鄰近之電1糸統造成擾動，其瞬間之轉矩突波亦會造 成馬達承軸2曲二？輸帶磨損等。為降低啟動電流準位， 過去最常採ΐ ί : ί為：γ_ △啟•、自耦變壓器啟動與-次側阻抗調ς f動寺方式。it些方式均利用降低電壓方式 以降㈣動電k ’其約可將啟動電流降至額定電流之6倍 左右。然而缺點為可能無法啟動較重之㈣，而且需要相 當大之繼電器開關，不僅價格昂貴而且體積大。 W ϋ : : ί乃採用第1圖所示之交流電壓控制器，以 i#，士 βs π 3馬達壓之方式軟式啟動感應馬 ΐ，s d Ίί上繼電開關將SCR旁路，以降低SCR之 Μ =二莫、f 、$之停止則以相反程序進行，首先將SCR開 二S王CR二择將繼電開關跳脫由SCR承接馬達電流，再 。此方彳/加觸發角，以降低馬達端壓逐漸降低轉速 於繼電開關之導通是可以更加降低啟動電流’而且由 方式要小得多;^穩態下，因此其容量可較[△啟動 ，可以声加馬々 達轉矩以致於轉速之變化較為平滑 ^ 、、達以及其負載機械結構之壽命；（3 )較為省 二、=二人一些保護電路措施。然而其仍有幾點限 *务角逐漸改變電壓之方式所獲得之啟動轉矩

第5頁 2002.01.31.005 483227 __案號89107686_年月曰_修正 _ 五、發明說明（2) 仍太小，可能無法啟動重載，而且若觸發角之調整速度不 當的話，啟動電流仍然偏高，因此以何種方式改變觸發角 ，使馬達不僅可以重載啟動而且其啟動電流亦可以大幅降 低，乃相當具有價值；（2 )馬達之啟動路徑乃由轉矩-轉差 曲線之正斜率（不穩定區）進入負斜率區（穩定區），因此馬 達在接近穩態轉速附近之變化速率相當快，此處轉速之控 制困難；（3 )由於上述接近穩態轉速處之控制困難，最有 效之方式為使用轉速回授控制，然而轉速回授須在馬達處 加裝轉速器，對於用戶之安裝不便，而且價格亦較為昂 貴；如何不回授轉速亦能調整馬達啟動時間長度（rUn — up t i in e )為一相當具挑戰性的問題。 為使採用交流電壓控制器啟動之感應馬達可以在限制 啟動電流下獲得較大之啟動轉矩，並使轉矩為平穩進而使 知啟動日守間長度可以規劃，本發明提出一變壓配合變頻之 相位控制方式’使得感應馬達之啟動特性可以近似於採用 變頻為啟動者，如第2圖所示。當馬達端電壓（y )與其頻率 (f )之比值為定值時（在低轉速下需加一電壓補償以克服定 子壓降），其輸出轉矩（T)在額定轉速内可維持衡定。因此 若馬達啟動時侧保持額定下之比心二衡將在任口何此 轉速下均能獲得額定之轉矩。 所提變壓配合變頻之相位控制技術如第3圖所示，其 中實線波形為任-相之電流波形，虛線波形則為實線波形 之基本波成份。由於背對背之SCR開關可以分別被觸發， 因此可以個別控制每一相二SCR在其負責導通半週時之導

第6頁 2002.01.31.006 483227 案號 89107686 年 月 修正 五、發明說明（3) 通情況，將正負半週之導通與截止適當排列後，可以組成 基本波頻率如所標示之各個波形，達到變化頻率之目的。 另外，配合改變電壓使第3圖所得之電流振幅亦隨著頻率 之增加而加大，則可使得V / f為一定值。 應用第3圖之變壓與變頻啟動馬達之方式如第4圖所 示，其中虛線所示為理想之頻率變化，然而由於第3圖之 頻率變換為不連續，因此實際之頻率變化如實線所示，乃 以第3圖所列之各個頻率多段組合並趨近理想曲線而成。 在電壓方面，本發明乃採用相位控制且為閉迴路調整，第 4圖所列之電壓曲線乃為閉迴路調整電壓之命令設定。其 分為輕載、中載及重載等以啟動負載大小區分之曲線，其 目的為令使用者可以根據實際之使用狀況設定最佳之啟動 電壓。此外，當設定負載大小時，本發明亦連帶改變第4 圖中橫座標每格之時間設定，負載愈重者每格之時間愈長 ，反之愈輕者每格之時間愈短，亦即啟動時間長度可以隨 負載大小變化。 本發明裝置之構成如第5圖所示，電力電路部份除SCR 模組所組成之三相交流電壓控制器與三相繼電器外，尚包 含過電流保護之保險絲。在控制電路部份則以8 0 5 1單晶片 為基礎，配合一些類比與D/A電路組合而成。各部份之動 作原理如下： (1)變頻與變壓之相位控制 單晶片1中已預設第4圖所示之電壓命令與頻率曲線， 其根據負載大小設定電路2所設定之負載大小查閱所對應

第7頁 2002.01.31.007 483227 __案號 89107686____年月日_修正___ 五、發明說明（4) 之曲線’再經由D/A轉換器3產生所須之電壓命令v*，然後 輸入至電壓控制器4。電壓之調整為閉迴路，由整流濾波 電路5迴授並什异馬達端壓v a b之有效值v，再由採用比例 積分控制之電壓控制器將v *與v之誤差放大得到控制電壓 Vcon，然後輸入至相位控制電路6。另一方面，零交越偵 測電路7偵測三相相電壓之零交越點，用以提供相位控制 電路產生與各相電壓半波同相之鑛齒波Vramp，a、yramp，b 及Vramp，c ’再與Vcon比較產生各相SCR開關所需之觸發 角Tra、Trb及Trc。為進一步說明各部份之功能請參考第6 圖在馬達端電壓基本波頻率為1 20/6Hz下之波形，其僅顯 示a相以方便說明，其餘各相依此類推。上述之零交越偵 測電路亦用以提供單晶片各相電壓正負半週之同步訊號， 單晶片根據預設之頻率命令及此同步訊號產生各個SCR需 要導通之半週訊號P1〜P6。最後在SCr觸發電路中由Tra與 P1及P 2經過A N D閘及咼頻時脈調制、再經脈衝變壓器得到 SCR1及SCR2之觸發信號Trl及Tr2。 (2 )保護與指示電路 保護電路8迴授各個SCR之壓降以判斷SCR是否故障及 ，達是否過流，另外亦偵測輸入電壓是否過壓、輸入相序 疋否正確。當有以上任何一種情況出現時立即將scr觸發 電路9之致能信號停止，並通知單晶片錯誤訊息。單晶片 依據系統之操作狀態包括錯誤訊息控制燈號指示 燈號顯示。 (3 )系統整體之運作

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2002.01.31.008 483227 年 月 曰 案號 89107686 修正 五、發明說明（5) 如第7圖所示，電路之工作模式向八 模式及停止模式。在啟動模式下之啟^啟動模式、運轉 相繼電器為開啟狀態，感應馬達之端j間（Μ — Η)，二 制器所控制。當馬達完全啟動；之,2;全由交流電壓控 相繼電器導通’將馬達電流由交流電壓控制器轉移至三-相 繼電器。在t2時交流電壓控制器之觸發信號關閉，完成啟 動之程序。在馬達之運轉模式期間（t2_t3)，完全由繼電 器導通以獲致較低之導通損。 感應馬達之停止模式（13〜15 )則以相反並對稱於啟動 模式之程序進行。首先在承接期間（13 — 14 )，觸發交流電 壓控制器’在14時打開繼電器，將馬達電流交由交流電壓 控制器導通。在停止期間（t4-t5)，完全由交流電壓控制 控制馬達端壓使馬達停止運轉。在15時交流電壓控制器 之觸發信號關閉，完成馬達停止之程序。

$ 9頁 2002.01.31.009 483227 案號 89107686 _η 曰 修正 圖式簡單說明 第一圖為三相交流電壓控制器控制線路圖。 第二圖為電壓、頻率之曲線圖。 第三圖為變壓配合變頻之相位控制技術之電流波形（ 第四圖為電壓、時間之曲線圖。 第五圖為本發明裝置構成圖，其中（a)為電力電路部 分，（b)為控制電路部分。 第六圖為馬達端電壓之波形。 第七圖為電路之工作模式圖。 圖中： 10 單晶片 D/A轉換器 整流濾波電路 零交越偵測電路 S C R觸發電路 負載大小設定電路 電壓控制器 相位控制電路 ..保護電路 ..燈號指示電路

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Claims (1)

1. 483227 案號 89107686 '申請專利範圍 .月 曰 修正 、一種二相感應馬達軟式啟動裝置，其構成包含採用 甲凌體開關之交流電壓控制電路、穩態下旁路閘流體開關 之繼電器開關、過電流保護之保險絲、閘流體開關之驅動 電路以及微處理機單晶片為基礎之控制電路，其馬達在啟 動及停止期間由交流電壓控制器調整馬達端電壓，在穩態 運轉期間則由繼電器開關連接馬達與輸入電源。 2、如申請專利範圍第1項所述之三相感應馬達軟式啟 動裝置，其中，馬達之啟動與停止由交流電壓控制器採用 改變電壓配合改變頻率之方式進行，電壓之改變為利用閉 題路相位控制施行，頻率之改變則利用各相二SCR開關控 制所負責導通之正半週或負半週是否導通並加以組合形成 各式基本波頻率較電源頻率為低之波形，並隨著電壓之改 變採多段不連續頻率變換方式，使電壓與頻率之比值能夠 維持定值。 3、如申請專利範圍第1項所述之三相感應馬達軟式啟 動裝置，其中，根據馬達負載大小設定啟動電壓大小及其 變化之速率並連帶設定頻率之變化，以直接啟動各式大小 之負載並隨著負載大小自動調整馬達啟動與停止所需之時 間長度。

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