專利名稱：異步電機和依靠變頻器操作異步電機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異步電機，其依靠變頻器操作。為了驅(qū)動重負載工具，通 常使用異步電機，其依靠變頻器(雙向離子變頻器)操作。與傳統(tǒng)的動力 工具相比，本發(fā)明提供的優(yōu)勢是明顯地提高堅固性和由于完全地避免滑動 接觸而延長使用壽命，并且在減少損耗的同時產(chǎn)生較高負荷。那種動力工
具也稱為"HF工具"。通常它們以諸如大約200到300赫茲(Hertz)的額定 頻率和諸如200伏特(Volts)的額定電壓操作。
背景技術(shù)：
一個或者多個異步電機可以通過一個變頻器(主要是靜態(tài)變頻器)操作。
通常，異步電機在其被接通的時刻開始運行。然而，在很少的情況下， 可能發(fā)生異步電機沒有啟動或者沒有正確地啟動。對于大電機特別地可能 發(fā)生，主要是在冬天，電機是冷的，并且例如由于稠密的油脂而增加的電 阻需要被克服。這隨后導致非常高的電流輸入，并且在某些情況下?lián)p壞轉(zhuǎn) 子。
為了避免啟動問題，傳統(tǒng)的系統(tǒng)通常以變頻器的最初低頻率和低電壓 啟動。然而，當使用這種異步電機時，例如，用于驅(qū)動角研磨機(其主要 的應用)，這導致制動扭矩，當研磨機已經(jīng)被斷開但仍然運行時，其在某 種情況下可能導致研磨輪的松動。另外，由于總是以變頻器的低頻和低電 壓啟動，啟動過程總是相對慢，以使電機只能逐漸地增加速度。
US6， 320, 286 Bl公開了一種在其外殼中具有整體地的異步電機和變'
頻器的動力工具。變頻器通過微處理器為基礎的控制器控制，平穩(wěn)地啟動。 這意味著電機總是以低頻率和低電壓啟動，并且然后逐漸地增加速度。
這是確保異步電機啟動的一個基本的方式，雖然這種啟動在多數(shù)情況 下導致多余的時間損耗，當工廠中有大量HF工具被使用時，導致勞動生產(chǎn)率受限制。并且還有遇到的上面所述制動效果的基本問題，即，當接通角 研磨機而其仍然未運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供改進的方法用于通過變頻器操作異步電機，其允 許盡可能地安全操作異步電機。特別地在異步電機的啟動階段避免問題。 而且，本發(fā)明將提供一種異步電機，其依靠變頻器安全和快捷地啟動。最 后，本發(fā)明將一種提供裝配有這種異步電機的動力工具。
這個目的通過依靠變頻器操作異步電機的方法來實現(xiàn)，其中，當異步 電機在預定時間期限內(nèi)不運行時，變頻器的開始頻率和/或開始電壓被降 低，直到電流下降到低于啟動階段的最大可容許的電流值時，并且其中所 述頻率和/或電壓然后被再一次升高，直到異步電機開始運行。
本發(fā)明的目的還通過裝配有變頻器的異步電機實現(xiàn)，具有控制單元， 設計為當異步電機在預定時間之內(nèi)沒有運行時降低變頻器的開始頻率和/ 或開始電壓，直到電流下降到低于運行階段期間可容許的最大電流值，并 且然后再一次增加所述頻率和/或電壓直到異步電機開始運行。
本發(fā)明目的還通過裝配有這種異步電機的動力工具實現(xiàn)。
本發(fā)明的目的優(yōu)選地以這種方式實現(xiàn)，即當接通時立即開始運行，并 且異步電機盡可能快地加速到其空載速度的情況。當在其接通的時刻電機 仍然運行時，在異步電機被用于驅(qū)動例如角研磨機的研磨機的情況，電機 的突然制動和任何研磨輪松動的危險被避免。
然而，當在預定時間框架之內(nèi)電機沒有開始運行時，然后變頻器的頻 率和/或電壓被降低直到電流已經(jīng)下降到可容許的最大值，其然后啟動電 機的初始啟動，此后，變頻器的頻率和/或電壓以限定的方式被再一次增 加到其額定值，直到達到異步電機的空載速度。
優(yōu)選地，變頻器以其額定頻率操作。在這種情況下，異步電機將盡可 能快地加速，并且同時，當接通仍然運行的異步電機時電機的制動將被避 免。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的進一步方案，當異步電機在預定時間期限內(nèi)沒有 啟動時，電流被限制到變頻器的最大可容許的電流，并且在預定時間的結(jié)束處，使變頻器的較低的開始頻率和/或幵始電壓降低，直到電流已經(jīng)達 到低于啟動階段中可容許的最大電流值。
優(yōu)選地，所述頻率和電壓通過電壓-頻率斜坡被降低，直到電流己經(jīng) 達到低于可容許的最大電流值。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的進一步方案， 一旦電流己經(jīng)降低到低于可容許的 最大電流值，所述頻率和電壓通過電壓-頻率斜坡再一次增加，直到達到 額定頻率和額定電壓。
以這種方式，即使異步電機最初在預定期間時間內(nèi)沒有運行的情況 下，異步電機也可以保證最快的啟動。
這種異步電機用于需要特別地高的堅固性和動力的動力工具有優(yōu)勢。 雖然根據(jù)本發(fā)明的異步電機適合于任何種類的動力工具，諸如鉆孔電機、 鋸、螺紋轉(zhuǎn)子、直角研磨機等等， 一個有優(yōu)勢的應用是用于角研磨機。
另外，重啟鎖定可以被提供用于異步電機。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一個實施方式，當變頻器在輸出處的電流超過預
定閾值時，在輸出處的頻率和電壓被連續(xù)地降低，直到電流已經(jīng)再一次下
降低于閾值，然后電流和頻率被連續(xù)地再一次升高直到達到最大閾值。
優(yōu)選地，使降低頻率和電流的過程慢于隨后的升高過程。
這個特征便于限制變頻器的動力輸出。用于如在過載的情況下的變頻
器的自保護的自動切斷功能是不需要的。使用者因而能夠連續(xù)工作，并且
自己能夠降低負載。使用者由于速度減小而感覺動力限制，并且因而能夠
自己習慣于降低動力以防止過載。
應理解，本發(fā)明的上述以及下面將解釋的特征可以不僅用于所述的各
自的結(jié)合，也用在其他結(jié)合或單獨使用，都沒有脫離本發(fā)明的范圍。


而且，參照附圖，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將詳細地在一些優(yōu)選的實施方
式中說明如下。在附圖中
圖l示出根據(jù)本發(fā)明的異步電機的不同啟動階段的流程圖； 圖2a)顯示頻率f、電流I、速度n作為時間t的函數(shù)的曲線圖，用于異
步電機在時間t。和額定頻率f^處被接通并開始立即運行的情況；圖2b)顯示與圖2a)相似的曲線圖，不同在于用于異步電機在其被接通
的時間處仍然停止的情況；
圖2c)顯示與圖2b)相似的曲線圖，不同在于用于異步電機艱難啟動的 情況，從而，變頻器的頻率f和電壓U開始降低直到電流輸入I下降低于每 個啟動階段中的最大可容許電流I。；
圖3顯示說明具有根據(jù)本發(fā)明的異步電機的雙手角研磨機，和關(guān)聯(lián)的
外部靜態(tài)變頻器；禾口
圖4顯示在過載情況中電流、速度、頻率和電壓的曲線圖。
具體實施例方式
圖l示出了具有靜態(tài)變頻器的動力工具的操作的流程圖。 變頻器FU優(yōu)選地配置為靜態(tài)變頻器，作為外部單元的驅(qū)動，優(yōu)選地與 一個變頻器通過合適的電纜接頭連接?；旧希欢粋€變頻器也可以連 接到多個異步電機。
以下，參照圖l詳細地說明根據(jù)本發(fā)明用于啟動異步電機的方法。 在開始時間處，變頻器FU首先被接通(塊100)。系統(tǒng)然后在分支101 處開始等待，直到異步電機ASM被斷開。當異步電機ASM被接通(電機電流 Iasm〉0)吋，系統(tǒng)通過環(huán)路返回到塊100。然而，當異步電機ASM沒有被接通 時，系統(tǒng)執(zhí)行狀態(tài)"變頻器接通和異步電機關(guān)閉"(塊102)。變換器在頻 率f=f ^和電壓U二U(^)處操作。
因此，通過塊100和分支101實現(xiàn)重啟鎖定。
接著，異步電機ASM被接通(塊103)。此后，系統(tǒng)在分支104處査詢， 電流I是否低于用于異步電機的啟動階段的最大可容許的電流I。。啟動階段 期間最大可容許的電流I。可以等于例如異步電機空載電流的1. 5倍。如果 1〈1 ，這最后導致FU狀態(tài)"在Pf^和l^U^處負載操作和ASM空載操作"，
即，異步電機以額定空載速度和額定空載電壓操作。
當時間t仍然低于預定時間期限t,(優(yōu)選3秒)時，這個事實在接下來 的分支105處被查詢，環(huán)路引導回到查詢104。當電流I仍然大于Io和時間t 變得大于ti時，分支105引到塊106，其意味著從頻率f"a f^開始，即額 定空載速度和電壓Usta^Uu,)，在接下來的塊107中，電壓和頻率通過U， f斜坡(ramp)以預定方式被降低。
接下來的步驟是査詢108，詢問電流在啟動階段期間是否變得低于可 容許的電流I。。如果回答是否定的，系統(tǒng)在下面分支109査詢頻率f是否小 于/等于變頻器FU的最小頻率f。，例如50Hz。如果回答為否，分支轉(zhuǎn)回到 如在塊107中所示以降低電壓和頻率。如果在下面的分支108處，電流I低 于在啟動階段期間最大可容許的電流(1〈1。)，在下面的塊110中產(chǎn)生向上 的斜坡，其中頻率f和電壓以限定的方式增加。開始頻率f^"對應實際頻率
f。開始電壓lLan對應f' lknn/ f^的比值。
U，f斜坡110繼續(xù)運行向上直到最后，在塊111處，異步電機己經(jīng)完全 地啟動，轉(zhuǎn)子以f二f^(額定頻率)和電壓對應空載(額定)電壓lk，運行。 根據(jù)圖l的流程圖可能遇到的不同可能狀態(tài)，參照圖2a)至2c)說明如下。
圖2a)顯示正常情況，其中靜止的異步電機ASM被接通，同時變頻器 以額定頻率f^和電壓U^n,)運行。電機開始緩慢地運行，即轉(zhuǎn)子以速度n 運動，其逐漸地加速達到空載速度n。。電流I逐漸地升高，直到達到變頻器 最大可容許的電流I自，然后開始被限制在最大值I,，并且作為轉(zhuǎn)子增加 速度的結(jié)果而最后下降，從而低于可容許的啟動電流I。的電流I在時間 ti(例如3秒)之前已經(jīng)達到，并且最后在平穩(wěn)的空載操作中下降到均勻的 較低值。
圖2b)顯示相應的情況為當異步電機被接通時，在接通的時間處其仍 然在運行。由于轉(zhuǎn)子的慣性，異步電機以某個速度n連續(xù)運行。在異步電 機ASM被接通的時間t。處，同時變頻器FU以頻率fw自運行。這加速轉(zhuǎn)子， 從而速度升高到空載速度n。。電流I開始升高，開始超過可容許的啟動電流 I。，但是下降到時間t,(例如3秒)達到低于I。的值，直到最后以低于Ic的
連續(xù)空載電流I設置。
變頻器FU以其額定頻率運行，沒有突然的制動發(fā)生，即使當異步電機 運行結(jié)束。而是，速度將逐漸地增加達到額定空載速度n()。這在異步電機 使用中是重要的(例如驅(qū)動角研磨機的情況中)。由于，與現(xiàn)有技術(shù)相反， 本發(fā)明在這種情況下防止任何突然制動，并且因此防止研磨輪的卡裝系統(tǒng) 的任何松動。圖2c)現(xiàn)在顯示異步電機沒有立即地開始的情況。變頻器FU以其額定 頻率F^例如300HZ操作。電流I從異步電機ASM被接通時間t?？焖俚厣?，
直到達到變頻器可容許的最大電流I,。電流被限制在所述最大電流I,。 現(xiàn)在速度n逐漸地增加，由于異步電機運行困難，雖然到時間t，只有相對 小的速度n升高。在時間t,處，電流I仍然遠高于異步電機啟動階段的可容 許的最大電流值I。，并且被限制到I,。在時間t,處開始跟隨向下U， f斜坡， 即頻率f和電壓U被以限定的方式降低，直到最后電流已經(jīng)下降到異步電機 遠行階段可容許的最大電流值I。。從那個時間，電機沿著向上U， f斜坡進 一步加速，即頻率f以限定的方式再一次增速達到額定頻率f^，而同時電 壓增加到額定電壓lk,而頻率達到額定頻率，速度n相應地升高到額定速 度n。。同時，電流I下降到低于I。的值，直到達到連續(xù)電流I。這完成異步 電機的啟動階段。
圖3顯示動力工具的示意圖，其通過變頻器以上述的方式操作。 一般
用附圖標記ll表示的動力工具是兩手操作的角研磨機，具有容納具有轉(zhuǎn)子 14的異步電機12的外殼13，異步電機12通過齒輪驅(qū)動工具，在本實施方式 中是研磨輪20。兩手操作的角研磨機必須被兩手同時握住，例如使用側(cè)手 柄16和后手柄18。開關(guān)可以結(jié)合在側(cè)手柄16和后手柄18中，以確保電機的 開始僅在兩個手柄16， 18被同時握緊時是可能的。異步電機12通過電纜接 頭22由變頻器24補給。微處理器基礎控制單元26用作變頻器24的控制。通 常，變頻器24被提供380V的三相交流電流。
圖4示出的曲線圖說明在過載情況中電流I、電壓U、頻率f和速度n的 狀態(tài)。
當異步電機消耗的電流L'f超過預定閾值L時，頻率f和電流I自動地并 連續(xù)地降低，直到電流I值下降再一次低于閾值Ic。
頻率f和電流Lff然后再一次增速，最大到閾值。升高頻率和電流優(yōu)選 地發(fā)生的比之前的降低過程更快。
以這種方式有可能不用過載切斷變頻器24，而是，過載情況通過速度
明顯地下降而給使用者信號，從而，使用者可以自己以合適的方式降低負 載。
權(quán)利要求
1.一種依靠變頻器(24)操作異步電機(12)的方法，其中，當所述異步電機(12)在已經(jīng)被接通以后沒有開始運行時，所述變頻器(24)的開始頻率fstart和開始電壓Ustart中的至少一個值降低，直到電流I下降到啟動階段可容許的最大電流I0值以下的值，并且然后，所述至少一個值再一次升高直到所述異步電機(12)開始運行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，在所述異步電機被接通的時間處，所述變頻器以頻率fN^操作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，當所述異步電機(12)在預定 時間期限t4,內(nèi)沒有開始運行時，電流I被限制到所述變頻器最大可容許電 流I-I,，并且當達到t,時，所述變頻器降到較低的開始頻率f自和較低的 開始電壓U^中的至少一個值，直到所述電流I低于運行階段可容許的最大電流lo。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其中，當所述異步電機(12)在 預定的時間期間t-t,內(nèi)沒有啟動時，所述頻率和所述電壓通過電壓-頻率斜 坡降低，直到電流I低于最大電流Io。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中， 一旦所述電流I己經(jīng)降低到低于 最大電流Io的值時，所述頻率和所述電壓通過電壓頻率斜坡增加，直到達 到額定頻率fk^和額定電壓Uw^。
6. 根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，當在所述變頻器(24)輸出處的電流I超過預定閾值Ic時，在輸出處的頻率和電壓連續(xù)地降低直到 電流已經(jīng)再一次下降在閾值IG以下，并且其中所述電流和所述頻率然后再一次連續(xù)地升高直到最大達到閾值IC3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述頻率和所述電流的降低過 程慢于隨后的升高過程。
8. —種異步電機，具有變頻器(24)和控制單元(26)，設計為，當所述 異步電機(12)被啟動時其在預定時間框架t^內(nèi)沒有開始運行，然后所述變 頻器(24)降到較低的開始頻率f;^和較低的開始電壓Uaan中的至少一個值， 直到電流I下降到低于運行階段可容許的最大電流I。以下，并且此后，所述至少一個值將再一次增加，直到所述異步電機(12)開始運行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的異步電機，其中，所述控制單元(26)被設計， 以使當異步電機(12)在預定時間t-t,之內(nèi)沒有開始運行時，電流I被限制到 變頻器的最大可容許的電流=1 ^，并且當達到t,時，變頻器(24)開始頻率fkrt和開始電壓UsM的至少一個值將降低，直到電流I低于運行階段可容許的最大電流Io。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的異步電機，其中，所述控制單元(26)被 設計，以使當異步電機(12)在預定時間t,之內(nèi)沒有開始運行時，所述變頻 器(24)的頻率和電壓將通過電壓-頻率斜坡而被降低，直到電流I低于最大 電流Io。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的異步電機，其中，所述控制單元(26)被設 計，以使一旦電流己經(jīng)下降到最大電流Io以下時，當所述異步電機(12)在 預定時間t-t,之內(nèi)沒有開始運行時，所述變頻器(24)的頻率和電壓通過電壓-頻率斜坡而增加，直到達到額定頻率fN^和額定電壓UN^。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至11所述的異步電機，具有用于電機接通階段的 重啟鎖定(100, 101)。
13. 根據(jù)上述任何一項權(quán)利要求所述的異步電機，其中，所述控制單 元(26)被設計，以使當在所述變頻器(24)輸出處的電流I超過預定閾值lG時，在輸出處的頻率和電壓將連續(xù)地降低，直到電流已經(jīng)再一次下降到閾值I(3以下，然后所述電流和所述頻率將被連續(xù)地再一次升高，直到最大達到閾值lG。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的異步電機，其中，所述控制單元(26)被設計以使所述頻率和所述電流的降低過程慢于隨后的升高過程。
15. —種包括根據(jù)權(quán)利要求8至14任何一項所述的異步電機(12)的動力工具。
全文摘要
本發(fā)明公開一種異步電機和用于依靠變頻器啟動異步電機的方法。變頻器以額定頻率(f_Nenn)開始，并且然后，當異步電機在預定期間t＝t₁內(nèi)沒有啟動時，變頻器(24)降低到較低的開始頻率f_start和/或開始電壓U_start，直到電流I下降到啟動階段可容許的最大電流1₀以下，并且然后，頻率f和/或電壓U被再一次升高直到異步電機開始運行。
文檔編號H02K17/02GK101527534SQ20091011857
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者克里斯托夫·邁爾 申請人:C.& E.泛音有限公司