專利名稱：用于啟動單相感應(yīng)電動機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于啟動電動機的方法，該電動機包括兩個供電導(dǎo)體，用于至少部分和/或至少有時驅(qū)動所述電動機，其中，在啟動所述電動機的啟動周期的啟動間隔期間，將用于驅(qū)動所述電動機的電流的頻率設(shè)置為至少一個頻率并且隨后為所述電動機的操作頻率。本發(fā)明進一步涉及用于電動機的控制器單元。最后，本發(fā)明涉及電動機設(shè)備，尤其涉及單相感應(yīng)電動機設(shè)備。
背景技術(shù)：
這樣的電動機在本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)是熟知的并被用于將電能轉(zhuǎn)換為機械能。取決于特定任務(wù)的情況和要求，使用不同類型的電動機。一種經(jīng)常發(fā)生的具體要求是，以可變速度(旋轉(zhuǎn)速度)驅(qū)動電動機的可能性。另一要求是電動機的長壽命和簡單結(jié)構(gòu)。兩個要求在減少最初成本以及整個壽命的成本是有用的。所謂的感應(yīng)電動機廣泛地用于實現(xiàn)所述要求。原則上，感應(yīng)電動機具有殼體形的轉(zhuǎn)子，其中殼體內(nèi)的電導(dǎo)體通常是短路的。通過借助于定子施加旋轉(zhuǎn)磁場引起轉(zhuǎn)子的運動。出于此目的，通常將多相交流電流(所謂的旋轉(zhuǎn)電流)施加于定子內(nèi)的不同電線圈。將每相電流連接到定子中的電線圈的不同組之一。以創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)磁場的方式將電線圈的不同組以及電相連接并布置。取決于旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度，電動機的轉(zhuǎn)子將以不同速度運行。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度將與由定子所生成的磁場的旋轉(zhuǎn)速度大致相同。然而，將發(fā)生小落后(slip)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度相比于磁場的旋轉(zhuǎn)速度稍微減少。為了實現(xiàn)感應(yīng)電動機的不同旋轉(zhuǎn)速度，需要向電動機提供可變頻率的恰當相移旋轉(zhuǎn)電流。現(xiàn)在，通過使用電變頻器可以容易地且相對不貴地提供這樣的旋轉(zhuǎn)電流。然而，有時存在如下要求:僅期望兩條用于向電動機供應(yīng)電能的電源線。當要升級現(xiàn)有機器時，此要求頻繁地發(fā)生。這里，發(fā)生標準、兩相電動機(認為是固定轉(zhuǎn)速的)要被可變電動機替換的要求。在這樣的情況下，提供額外電導(dǎo)體通常過于昂貴和/或有問題或完全不可能。在這樣的情況下，可以使用所謂的兩相感應(yīng)電動機。為了能夠從兩相電流中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，通常使用兩組獨立的電線圈(所謂的繞組)，即主繞組和輔助繞組。為了生成兩個繞組之間的相移，需要平移(部分)電流的相位的電部件。通常，此任務(wù)使用電容器。這樣，通過在定子上恰當組裝主繞組和輔助繞組，可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以便可以將電動機從停止狀態(tài)啟動。單相感應(yīng)電動機的巨大缺點是，在啟動階段期間(特別是在零或非常低的轉(zhuǎn)速)，除非做出特殊預(yù)防措施，否則電動機具有非常低的阻抗并因此產(chǎn)生極高的電流。根據(jù)本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，在啟動階段期間，對電動機的電繞組頻繁地串聯(lián)引入安全電阻。這樣，可以避免電源上的過熱效應(yīng)和過高負載。
然而，仍然存在另一問題。因為最大生成扭矩是電流和轉(zhuǎn)子速度兩者的函數(shù)，所以最初扭矩相對低。因此，安全電阻不允許被過于限制。一般，為了最初供應(yīng)電動機，提供是電動機的標稱電流大約五倍的電流，以便實現(xiàn)用于電動機的快速和可靠啟動的足夠高的扭矩。然而，這樣需要構(gòu)建比標稱操作所需更大的電動機的多個部分。當然，這增加了這樣的電動機的重量和成本。在US4，999，560A1中公開了這樣的多相感應(yīng)電動機和用于啟動所述電動機的優(yōu)選方法的示例。然而，在所述文獻中描述的技術(shù)系統(tǒng)嚴格地限于多相電動機。此外，為了驗證成功啟動電動機需要額外傳感器。因此，仍然存在對電動機的需要，尤其是具有較輕重量并且可以更加可靠地啟動的兩相感應(yīng)電動機。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供改進的電動機。本發(fā)明解決此目的。建議執(zhí)行用于啟動電動機的方法，所述電動機包括用于至少部分和/或至少有時驅(qū)動所述電動機的兩個電源導(dǎo)體，其中，在用于啟動所述電動機的啟動周期的啟動間隔期間，以如下方式將用于驅(qū)動所述電動機的電流的頻率設(shè)為設(shè)置為至少一個頻率以及隨后設(shè)置為所述電動機的操作頻率:在啟動間隔期間和/或在啟動周期期間，至少一個所述頻率是至少部分和/或至少有時高于所述操作頻率的。通過電動機的設(shè)計可以(至少部分和/或至少有時)確定電動機的操作頻率。例如，以下設(shè)計參數(shù)可以對電動機的操作頻率具有(至少部分)影響:供電頻率(通常是50Hz或60Hz ;這樣，在時間的拉伸時段內(nèi)，即在以標準操作速度操作電動機的時間內(nèi)，可以繞過變頻器);電動機的長期機械速度限制(可以由機械力、熱效應(yīng)、電源限制、設(shè)計參數(shù)等影響)；電動機驅(qū)動的負載的要求；震動限制(特別是使用電動機的環(huán)境);電動機的負載的功率要求；和/或其他限制和/或要求。當然，為了確定電動機的操作頻率，也可以使用任何以其他方式要求和/或期望的和/或給出的電動機的轉(zhuǎn)速。借助“啟動間隔”的措詞，通常在做出電動機的獨特啟動努力(effort)期間表示時間間隔。通常從關(guān)閉狀態(tài)(例如，停止狀態(tài))到操作狀態(tài)地進行啟動努力，其中，不需要確保將實現(xiàn)操作狀態(tài)。此外，操作狀態(tài)不需要必須是“充分”操作狀態(tài)，其中，電動機的速度已經(jīng)基本上達到電動機的期望的操作速度。憑借“啟動周期”的措詞，通常意味著周期，其中，積極地(positively)將電動機從關(guān)閉狀態(tài)(例如,停止狀態(tài))帶回操作狀態(tài),并且其中,確認操作狀態(tài)的完成。在大部分啟動努力中，啟動間隔和啟動周期將基本互相等冋。然而，在一定比例的情況下，啟動周期可能包括兩個或甚至更多個啟動間隔。在特定情況下，啟動間隔可能超出兩個或更多個啟動周期也是可以的。憑借電源導(dǎo)體，基本上包括傳輸電能的每個裝置，其中，通常以如下方式設(shè)計和布置各個導(dǎo)體:電能的消耗可以至少有時和/或至少部分由所述電導(dǎo)體滿足。優(yōu)選地，電動機將僅包括兩個電源導(dǎo)體(其中，要以邏輯的方式明白，使得單個電源導(dǎo)體可以設(shè)計為兩個平行導(dǎo)線等)。當然，這不排除額外電導(dǎo)體的存在，該額外電導(dǎo)體可以用于傳輸控制信號、測量數(shù)據(jù)、對其他耗電器件的供電等?？梢越柚诨旧厦總€裝置提供電流。特別是，可以以各種頻率提供電流，優(yōu)選地是從基本連續(xù)的頻譜取得的頻率(甚至更優(yōu)選比達到50Hz、75Hz、IOOHz、200Hz、500Hz、Ik Hz,2k Hz,5k Hz、IOk Hz、15k Hz和/或20k相對寬的范圍)。然而，也可以將電流限制于相對少量不同、獨特的頻率。因此，僅使用兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個或十個不同、獨特的頻率是可能的。在初始啟動過程期間使用相對高的頻率，可以減少流入(部分)電動機的電流的量。這是因為通常阻抗隨著頻率上升，從而在較高頻率產(chǎn)生的電流較低。在啟動間隔和/或啟動周期期間此效果特別有用，特別是當電動機仍然處于停止狀態(tài)或正在緩慢地旋轉(zhuǎn)。以如下方式優(yōu)選地執(zhí)行該方法，其中，至少部分和/或至少有時將所述電動機作為單相感應(yīng)電動機操作，其中，所述單相感應(yīng)電動機優(yōu)選地包括至少一個主繞組和/或至少一個輔助繞組和/或至少一個電容器件。使用這樣的設(shè)計，在絕大多數(shù)情況下，可以使用非常少量的電導(dǎo)體和/或最少量的適配(特別是當替代單相感應(yīng)電動機和/或定速電動機)執(zhí)行該方法。作為示例，如果使用利用兩條電線供應(yīng)的電動機的機器必須升級到變速機器，則這樣的兩相感應(yīng)電動機通常容易用作之前電動機的采用(drop in)解決方案。通常，在這樣的情況下，控制設(shè)備和/或電源設(shè)備(例如，變頻器等)必須遠離兩相感應(yīng)電動機放置。然而，當使用本發(fā)明時一般沒問題并且可以容易地完成而不以不方便的方式修改現(xiàn)有機器。通過使用單相感應(yīng)電動機包括至少一個主繞組和/或至少一個輔助繞組和/或至少一個電容器件的設(shè)計，通常可以靠其自身啟動各個電動機，即，不需要使用單獨的機械啟動源等。進一步，提出在所述啟動間隔和/或所述啟動周期期間，快速地至少部分和/或至少有時改變頻率，優(yōu)選地基本上立即改變，特別是到高于所述操作頻率的第一頻率。這樣，通?？梢?，有時甚至是相當大地，縮短完整啟動間隔和/或完整啟動周期的長度。此外，通過此方法通常可以避免相對高電流流過電動機(或其部分)的機制(regime)。這對于當電動機仍然停止或是在非常低的轉(zhuǎn)速時的低頻區(qū)域尤其正確?？商娲鼗蝾~外地，也可以以如下方式執(zhí)行該方法:在所述啟動間隔和/或在所述啟動周期期間，特別是從高于所述操作頻率的第一頻率緩慢地至少部分和/或至少有時改變頻率到所述電動機的操作頻率和/或追趕頻率，特別是線性地、類似S形地和/或類似條樣(spline-like)地改變。使用這樣緩慢改變的機制，通常易于(甚至可能)進行額外任務(wù)，類似進行一些測量。作為示例，對驗證電動機的旋轉(zhuǎn)是否已經(jīng)啟動使用這些測量?？梢曰蛑苯?例如，通過使用用于檢測電動機的旋轉(zhuǎn)的傳感器)或間接地(例如，通過使用驅(qū)動電動機的電流的某些電動機效果)進行此測量。當然，可以額外地和/或可替代地使用不同傳感器和/或效果。追趕頻率通常低于電動機的操作頻率。通常，追趕頻率是與電動機的實際電動機速度大約相同量級(或者甚至是基本相同)。在達到追趕頻率之后，可以繼續(xù)啟動過程，其中，以標準U/f方法(或其他合適的方法)進一步加速電動機到其操作頻率。此外，建議以如下方式執(zhí)行該方法:至少所述第一頻率是電動機的操作頻率的接近兩倍和/或被選擇以便電動機基本上產(chǎn)生增加的、優(yōu)選的最大輸出扭矩。相比于僅呈現(xiàn)有限扭矩的情況(例如，類似以標準操作頻率啟動的電動機)，具有感應(yīng)電動機的增加的、優(yōu)選地高輸出扭矩，甚至更加優(yōu)選的最大輸出扭矩，電動機的啟動將更加可能。此外，可以通常，有時甚至是相當大地減少啟動間隔的長度和/或啟動周期的長度。第一實驗已經(jīng)顯示選擇第一頻率為電動機的通常操作頻率的大約兩倍高通常以相對低(額外)的努力提供非常好的和高效的啟動過程。特別是，流過電動機的電流可以通常限制在可接受的水平。然而，甚至更好地，也可以甚至更好地適用第一頻率對電動機的操作頻率的比率。甚至可以以如下方式設(shè)置第一頻率:可以使用電動機的共振效應(yīng)(或者，如果施加以不同方式確定的第一頻率，則等效地以發(fā)生共振效應(yīng)的方式設(shè)計電動機)。特別是，共振效應(yīng)可以是振蕩電路(更特別的是由電容器和輔助繞組和/或主繞組形成的LC電路)的共振。這樣，可以實現(xiàn)特別有利的啟動行為。此外，建議以如下方式執(zhí)行該方法:以電流限制模式至少部分和/或至少有時驅(qū)動所述電動機，優(yōu)選地以最大容許電流限制模式。這樣，對電動機的快速和/或可靠啟動可以使用電動機和/或電流供應(yīng)部件的最大設(shè)計極限。當然，快速和可靠啟動二者是有利的。應(yīng)當注意到，通常進行“基礎(chǔ)”啟動方法需要的電和電子部件將一般足以執(zhí)行該方法的此優(yōu)選實施例。當然，可能需要包括一些額外部件以(更好地)執(zhí)行該方法的此建議實施例。然而，額外設(shè)備可以通常限于比較低的水平。需要注意到，電流限制模式的允許電流不可能僅指電動機所提出的電流限制，而是額外地和/或替代地指其他部件(類似電源單元、變頻器(特別是功率晶體管)等)所提出的電流限制。使用這樣的電流限制模式可以具有如下效果:可以僅憑自身(即，或多或少獨立于其他參數(shù))最優(yōu)化電壓和頻率(并且假定甚至更多參數(shù))。這通常產(chǎn)生操作性優(yōu)勢。特別是，這將通常導(dǎo)致超過固定U/f的現(xiàn)有算法的優(yōu)勢。可以實現(xiàn)該方法的甚至更優(yōu)選的實施例，如果在啟動間隔和/或啟動周期期間，至少部分和/或至少有時將頻率降低到基本上實際電動機轉(zhuǎn)動速度和/或低于電動機的操作頻率的頻率。使用此實施例，通?？赡芊e極地驗證電動機的啟動是否實際上發(fā)生。第一實驗已經(jīng)示出，如果降低頻率(特別是近似與電動機的實際轉(zhuǎn)動頻率相同的頻率)，通過電動機的電流顯著下降。在電動機的實際轉(zhuǎn)動頻率或接近該頻率，通?？梢杂^察到甚至電流的局部最小值，可以特別好地將其用于驗證目的(或其他目的)。此頻率與上述追趕頻率基本上相同。優(yōu)選地，以如下方式執(zhí)行該方法:如果目前啟動周期和/或目前啟動間隔不成功，則開始另一啟動周期和/或另一啟動間隔。如果以如下方式執(zhí)行該方法，則可以實現(xiàn)本發(fā)明的進一步優(yōu)選的實施例:特別是通過測量由所述電動機消耗的電流檢查啟動周期和/或啟動間隔的成功。如果此檢查產(chǎn)生肯定的輸出(即，電動機已經(jīng)積極啟動)，則可以使用此信息以終止啟動周期和/或啟動間隔。也可以使用此信息以開始“結(jié)束周期”，以例如，進一步從追趕速度加速電動機到標準操作速度。此外，此信息可以用于被傳送到其他控制單元和/或傳送到機器的操作員。另一方面，如果該檢查產(chǎn)生消極(negative)結(jié)果(B卩，電動機尚未啟動)則此信息可以被用于開始另一啟動間隔和/或用于開始另一啟動周期，以向操作員傳送錯誤信號標記和/或傳送該信息。另外和/或可替代地，如果在沒有成功的情況下已經(jīng)進行了一定數(shù)量的啟動周期和/或啟動間隔，則此信息可以被用于關(guān)閉整個機器。這是因為后者的情況通常是某些地方有問題的良好指示。例如，可以呈現(xiàn)機械塊并且啟動電動機的持續(xù)努力可能導(dǎo)致?lián)p害機器。當然，超時條件也可以被用于開始這樣的關(guān)閉。特別是在不同的啟動周期和/或不同的啟動間隔之間，如果改變在啟動周期期間和/或在啟動間隔期間內(nèi)使用的頻率和/或使用的電壓和/或使用的時間間隔和/或使用的斜坡時間，則可以實現(xiàn)該方法的額外的和/或可替代的另一優(yōu)選實施例。這樣，一般來說，你可以具有特別快速的啟動過程。作為示例，可以將第一啟動間隔選擇為非常短，具有在僅90%的情況中電動機被實際啟動的(不利)效果。現(xiàn)在，如果未啟動電動機，則開始更長的、第二啟動間隔，其中，在基本上全部的情況下，啟動電動機。這當然花費更多時間，比如需要第一啟動間隔的四倍時間。然而，一般來說，與在所有情況下將選擇更長“安全”長度的啟動間隔的情形相比，總的啟動時間降低了。此外，建議用于電動機的控制單元，優(yōu)選地是包括至少一個變頻器的控制單元，其中，以如下方式設(shè)計并布置所述控制器單元:它至少部分和/或至少有時根據(jù)之前的描述執(zhí)行方法。通過類比，這樣的控制器單元將示出前述優(yōu)勢和特征。當然，可以以之前描述的意思修改該控制單元?？刂破鲉卧獌?yōu)選地是“獨立”單元(當然，其中電動機自身可以是獨立單元的部分)。這樣，控制器單元可以作為單獨單元售出，特別是對于改造現(xiàn)有機器而言。此外，建議電動機設(shè)備，特別是單相感應(yīng)電動機設(shè)備，其中，所述電動機設(shè)備包括前面描述的設(shè)計的至少一個控制器單元和/或其中以如下方式設(shè)計和布置所述電動機設(shè)備:它至少部分和/或至少有時根據(jù)之前的描述執(zhí)行方法。當然，通過類比，電動機設(shè)備將示出前述優(yōu)勢和特性。此外，所述電動機設(shè)備可以以前述意思修改。


當閱讀本發(fā)明的可能實施例的下列描述時，本發(fā)明及其優(yōu)勢將變得更加顯而易見，本發(fā)明將參考附圖描述，附圖示出:圖1:用于控制單相感應(yīng)電動機的電源的控制器的優(yōu)選實施例的示意圖；圖2:用于單相感應(yīng)電動機的典型實施例的示意圖；圖3:用于啟動單相感應(yīng)電動機的方法的第一實施例；圖4:用于啟動單相感應(yīng)電動機的方法的第二實施例。
具體實施例方式在圖2中，在示意圖中示出單相感應(yīng)電動機I的典型實施例。單相感應(yīng)電動機I包括轉(zhuǎn)子2，其可旋轉(zhuǎn)地布置在單相感應(yīng)電動機I的外殼內(nèi)。由與輔助繞組4結(jié)合的主繞組3所生成的旋轉(zhuǎn)磁場引起轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)動(由轉(zhuǎn)子2內(nèi)的彎箭頭所指示)。主繞組3以及輔助繞組4兩者構(gòu)成單相感應(yīng)電動機I的定子的主要部分。因為單相感應(yīng)電動機I僅包括用于其電源的兩條電線5、6，所以必須引入特定設(shè)備用于在主繞組3和輔助繞組4之間生成相移，由此使得能夠生成旋轉(zhuǎn)磁場。典型地用電容器7實現(xiàn)此特定設(shè)備一正如本示例中所作的，如圖2所示。以如下方式選擇電容器7的電容量:主繞組3和輔助繞組4之間的相移彼此充分地移開，特別是當單相感應(yīng)電動機I從停止位置啟動時。在圖1中，使用單相感應(yīng)電動機I作為布置8的部分，包括單相感應(yīng)電動機1、機械負載9和控制器單元10。在本實施例中，機械負載是泵9。例如，該泵9可以用于將水泵出水井或泵出存儲罐。然而，可以等效地采用不同類型的機械負載。在圖1中，在左側(cè)，描繪單相感應(yīng)電動機I的控制單元10。該控制單元10由布置在公共外殼11 (這由圖1中的虛線指示)中的若干子單元12、13、14、15構(gòu)成。當然，也可以對控制單元10的至少一些子單元12、13、14、15提供單獨外殼和/或在某種程度上彼此獨立地布置至少一些子單元12、13、14、15。正如從圖1可見，僅由兩條電線5、6完成控制器10和單相感應(yīng)電動機I之間的電連接。這樣，可以將單相感應(yīng)電動機I用于替代例如之前使用的已現(xiàn)有機器中的恒速電動機。在此情況下，此替代將引入在不同速度驅(qū)動泵9的可能性，這顯然是有利的。
在控制器單元10的當前示出的實施例中，基本上描繪了四個子單元12、13、14、15:電子控制器12、電流控制器13、變頻器14和電流傳感器15。恰當?shù)脑挘呻娦盘柧€16互連不同的子單元。該信號線16可以(一部分)是模擬型和/或(一部分)是數(shù)字型。當然，也可能將至少一些信號線16設(shè)計為公共數(shù)據(jù)總線等。電子控制器12執(zhí)行主要控制任務(wù)。在當前描述的實施例中，將電子控制器12設(shè)計為單一印刷板電子計算機單元。該電子控制器包括用于接收必要數(shù)據(jù)以及用于傳送控制信號的若干接口。除了已經(jīng)提及的導(dǎo)向或來自控制器單元10的其他部件的信號線16之夕卜，電子控制器12包括輸入線17，通過該輸入線17可以輸入命令信號等(并可以假定可以輸出狀態(tài)信號等)。電子控制器12以執(zhí)行如圖3和圖4所示的啟動周期的方式編程?？梢砸运鼉H能執(zhí)行一種類型的啟動周期的方式編程。此外，可能的是，當用戶通過輸入線17請求時，電子控制器12能夠執(zhí)行兩者(或者其他和/或額外的啟動方法)。第一輸入信號經(jīng)由信號線16之一傳送到電流控制器13。電流控制器13比較目標值(如電子控制器12所提出)與實際值(如電流傳感器15所測量)?；谠摫容^，生成通過信號線16傳送到變頻器14的輸出信號。變頻器14不僅從電流控制器13也直接從電子控制器12接收信號?；旧?，電子控制器12確定將要由變頻器14輸出的頻率，而從電流控制器13接收的信號基本上確定輸出信號的電壓和/或輸出信號的占空比(duty cycle)。變頻器14的輸出信號形成電源，將該電源通過電纜5、6傳送到單相感應(yīng)電動機I。在當前示出的實施例中，在變頻器14中包括放大器。然而，也可以提供至少一些放大器作為獨立部件。用電流傳感器15測量通過電線5、6的實際電流并將其反饋到電流控制器13。此夕卜，將所測量的值向電子控制器12自身傳送。這樣，電子控制器12能夠確定例如單相感應(yīng)電動機I的啟動是否已經(jīng)成功。在圖3中，示出用于啟動單相感應(yīng)電動機I的啟動序列(start-up sequence)的第一可能實施例。在該圖中，一起示出三個圖:頻率圖18、電壓圖19和電流圖20。在每個圖中，在橫坐標21上繪制演變時間，而在縱坐標22上示出各個參數(shù)的值(B卩，頻率、電壓和電流)。在h，按電子控制器12請求的那樣，通過將fMf設(shè)置為fstart來開始啟動序列(啟動間隔)，fref表示頻率的參考值。在本示例中，將頻率fraf設(shè)為單相感應(yīng)電動機I的正常操作頻率f 的兩倍。在相同的時間tl，電子控制器12命令電流控制器13將電流I斜升(rampup)到所允許的最大電流1_。為了能夠經(jīng)由電流傳感器15來使用一些反饋，電流控制器13將緩慢斜升電壓U_tMl，以增加電流I到單相感應(yīng)電動機I。一旦在t2通過單相感應(yīng)電動機I的實際電流達到最大值，就通過限制驅(qū)動電壓Ucontrol來禁止電流的進一步增加。與之并行地，單相感應(yīng)電動機I的轉(zhuǎn)子2將開始旋轉(zhuǎn)，這可以從頻率圖18中看到。這里，繪制單相感應(yīng)電動機I的轉(zhuǎn)子2的實際旋轉(zhuǎn)頻率fMtOT。在此初始階段期間，從h開始(且在t3結(jié)束)，可以由單相感應(yīng)電動機I產(chǎn)生的扭矩相對高，從而甚至具有連接到單相感應(yīng)電動機I的機械負載(即，泵9)也可以啟動單相感應(yīng)電動機I。然而，當用標稱運行頻率frun驅(qū)動單相感應(yīng)電動機I時，由于較高的頻率fMf，轉(zhuǎn)子2可以實現(xiàn)的實際旋轉(zhuǎn)頻率fMtOT低于正常旋轉(zhuǎn)頻率。在設(shè)定的時間(其以充分高的安全余量選擇，從而實際上啟動單相感應(yīng)電動機I的概率充分高)之后，頻率將斜降(ramp down)到“追趕頻率” feateh。選擇此值以接近轉(zhuǎn)子頻率fMtOT，單相感應(yīng)電動機I在初始啟動階段期間將達到該轉(zhuǎn)子頻率frotor。在此斜降過程之后，單相感應(yīng)電動機I的轉(zhuǎn)子2將在捕獲時間〖4追趕上。這里，轉(zhuǎn)子2開始跟隨驅(qū)動電流的頻率。這可以通過由單相感應(yīng)電動機I抽取(draw)(并由電流傳感器15測量)的電流I的顯著減少來檢測?？梢栽趫D3的電流圖20中看到此行為?？梢栽谠陔妷簣D19的t4附近看到的小峰值是控制方法的假象(artefact)。一旦已經(jīng)追趕上單相感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子2，啟動序列就根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)繼續(xù)“正?！眴有蛄校谠摖顟B(tài)下，將頻率f緩慢地從f；atc;h斜升到正常運行頻率f ，在正常操作期間以該頻率f_驅(qū)動單相感應(yīng)電動機I。特別地，以恒定比率U/f完成此斜升。在t5,頻率f；ef的參考值最終達到正常操作頻率f.。單相感應(yīng)電動機I的轉(zhuǎn)子2以輕微延遲跟隨。因為這對于感應(yīng)電動機是正常的，所以相比于驅(qū)動頻率，轉(zhuǎn)子2示出輕微的落后。此行為是由于單相感應(yīng)電動機I的設(shè)計并且是正常的。上面描述的示例的頻率設(shè)置為 ..=30Ηζ，fcatch=15Hz以及fstart=60Hz。在圖4中，示出了 圖3所示的用于單相感應(yīng)電動機I的啟動方法的實施例的修改。這里，為了解釋該方法而僅示出電子控制器12的輸出頻率fMf。初始地，在，將參考頻率fMf設(shè)為fstart (例如，60Hz)。已經(jīng)達到啟動頻率fstart (其中，在單相感應(yīng)電動機I中生成相當高的扭矩)，然而，頻率不保持在該值上。相反，實際上控制單元10立即開始降低參考頻率fMf到追趕頻率fMtc;h。在所選的實施例中，選擇S形斜坡。然而，也可以選擇不同形狀的斜坡。此外，能夠在h和第一降低過程之間引入短時間延遲。在t2,單相感應(yīng)電動機I的追趕頻率fratc;h由參考頻率fMf達到?，F(xiàn)在，檢查單相感應(yīng)電動機I是否已經(jīng)啟動(并且達到充分高的旋轉(zhuǎn)速度)。如果此啟動已經(jīng)被驗證，則初始啟動間隔結(jié)束并且初始化頻率的“正?！毙鄙?參見圖3中的時間間隔t4到t5).
然而,如果已經(jīng)檢測到單相感應(yīng)電動機I尚未啟動(和/或未獲得充分高的旋轉(zhuǎn)速度)，則在t2開始第二啟動間隔?，F(xiàn)在，由電子控制器12設(shè)置的參考頻率fMf再次被設(shè)為啟動頻率fstart?，F(xiàn)在將此啟動頻率fstart保持某一時間間隔，在當前示出的示例中，是0.5秒。在此保持間隔結(jié)束時，在t3，將參考頻率fMf再次降低到追趕頻率featc;h。一旦此追趕頻率已經(jīng)在t4達到，則再次檢查單相感應(yīng)電動機I是否已經(jīng)實際上啟動。再一次，如果單相感應(yīng)電動機I的啟動已經(jīng)確認，則開始根據(jù)圖3中的扒和t5之間的時間間隔的“正?！毙鄙龣C制。然而，如果啟動又一次未成功，則在t4開始另一啟動間隔。現(xiàn)在，當再次降低參考頻率fMf時，將啟動頻率fstart保持一秒直到t5。在滿足停止條件之前，繼續(xù)此啟動方案。可以從外部參數(shù)導(dǎo)出此停止條件(例如，單相感應(yīng)電動機I中的溫度傳感器)。此外，可以使用內(nèi)部參數(shù)，例如，超時條件或最小電流Is_，其中，如果所測量的電流低于Istop的所述值，則啟動周期停止。通過(內(nèi)部)電流傳感器15可以確定實際電流。如圖3所示，應(yīng)當提及的是，可以將這些停止條件應(yīng)用于實施例。雖然已經(jīng)例示并且關(guān)于其特定實施例描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當認識至IJ，可以做出對此發(fā)明的各種修改而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于啟動電動機的方法，所述電動機包括用于至少部分和/或至少有時驅(qū)動所述電動機的兩個電源導(dǎo)體，其中，在啟動所述電動機的啟動周期的啟動間隔期間，將用于驅(qū)動所述電動機的電流的頻率(fMf)設(shè)置為至少一個頻率(fstart)并且隨后設(shè)置為所述電動機的操作頻率(f_)，其中，在啟動間隔期間和/或在啟動周期期間，至少一個所述頻率Cfstart)至少部分和/或至少有時高于所述操作頻率(f )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少部分和/或至少有時將所述電動機作為單相感應(yīng)電動機操作，其中，所述單相感應(yīng)電動機優(yōu)選地包括至少一個主繞組和/或至少一個輔助繞組和/或至少一個電容器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述啟動間隔和/在或所述啟動周期期間，快速地至少部分和/或至少有時改變頻率(U到、優(yōu)選地基本上立即改變到特別是高于所述操作頻率(U的第一頻率(fstart)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述啟動間隔和/或在所述啟動周期期間，特別是從高于所述操作頻率的第一頻率(fstart)至少部分和/或至少有時緩慢地改變，特別是線性地、類似S形地和/或類似樣條地改變頻率(fMf)到所述電動機的操作頻率(f.)和/或追趕頻率(fMtc;h)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，至少所述第一頻率(fstart)近似是電動機的操作頻率(f_)的兩倍和/或被選擇以便電動機基本上產(chǎn)生增強優(yōu)選最大輸出扭矩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，至少部分和/或至少有時以電流限制模式，優(yōu)選地以最大容許電流限制模式(1_)，驅(qū)動所述電動機。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在啟動間隔期間和/或在啟動周期期間，至少部分和/或至少有時將頻率(fMf)基本上降低到實際電動機轉(zhuǎn)動速度(fMtOT)和/或低于電動機的操作頻率(f )的頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，特別是通過測量由所述電動機消耗的電流(I)來檢查啟動周期和/或啟動間隔的成功。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，如果當前啟動間隔和/或當前啟動周期未成功，則開始另一啟動間隔和/或另一啟動周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在啟動間隔期間和/或在啟動周期期間內(nèi)，特別是在不同的啟動間隔之間和/或在不同的啟動周期之間，所使用的頻率(f)和/或所使用的電壓(U)和/或所使用的時間間隔和/或所使用的斜坡時間變化。
11.一種用于電動機的控制器單元，優(yōu)選的控制器單元包括至少一個變頻器，其中，以如下方式設(shè)計并布置所述控制器單元:它至少部分和/或至少有時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1的方法。
12.—種電動機設(shè)備，特別是單相感應(yīng)電動機設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求10所述和/或以如下方式設(shè)計和布置的至少一個控制器單元:至少部分和/或至少有時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于啟動電單相感應(yīng)電動機(1)的方法(19)，其中，在用于啟動所述電動機(1)的啟動周期的啟動間隔期間，用于驅(qū)動所述電動機(1)的電流的頻率(fref)被設(shè)置為第一頻率(fstart)，并且隨后設(shè)置為電動機(1)的操作頻率(frun)，其中，第一頻率(fstart)高于操作頻率(frun)。
文檔編號H02P1/42GK103201942SQ201180037667
公開日2013年7月10日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者T.丹斯加亞德, R.愛姆森, F.倫蓋努, R.芬克, L.波塞爾森, M.D.基德, W.J.格諾, M.R.帕徹, G.T.巴塞二世 申請人:丹佛斯動力電子股份公司, 斯塔利特工業(yè)股份有限公司