專利名稱：監(jiān)視和控制去激勵(lì)交流電機(jī)中定子繞組溫度的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常地涉及一種交流電機(jī)，更具體的，涉及一種用于交流電機(jī)熱保護(hù)的確 定定子繞組電阻的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
熱保護(hù)是監(jiān)視電機(jī)狀況的重要方面，因?yàn)殡姍C(jī)故障常常與定子繞組絕緣的熱應(yīng)力 有關(guān)。通常這樣估計(jì)在可接受的定子繞組溫度極限以上，對(duì)于溫度的每10°C的增長(zhǎng)，電機(jī) 壽命減少50%。 交流電機(jī)的熱保護(hù)不僅對(duì)于運(yùn)行的電機(jī)很重要，對(duì)于去激勵(lì)(de-energized)的 電機(jī)也很重要。在很多應(yīng)用中，交流電機(jī)周期性地去激勵(lì)，以便允許電機(jī)在下次啟動(dòng)前冷 卻。同時(shí)，如果電機(jī)過熱，過負(fù)荷繼電器可被用于脫扣交流電機(jī)，以便保護(hù)電機(jī)繞組。如果 電機(jī)被過負(fù)荷繼電器脫扣，在電機(jī)能被再次啟動(dòng)前典型地需要一定量的時(shí)間。或者，此恢復(fù) 時(shí)間可能太過保守且工作時(shí)間損失，或者，恢復(fù)時(shí)間可能太短且每次停機(jī)之后的未完整冷 卻發(fā)生積累，可能由于過熱導(dǎo)致對(duì)繞組絕緣的過早損壞。交流電機(jī)定子繞組絕緣的過熱保護(hù)只是熱保護(hù)的一個(gè)方面。當(dāng)電機(jī)停機(jī)時(shí)，定子 繞組溫度可下降到環(huán)境溫度以下，導(dǎo)致定子繞組、電刷以及其他間隔(compartment)上的 結(jié)露。這種結(jié)露在某些應(yīng)用中對(duì)電機(jī)壽命可能是有害的。為了防止結(jié)露或水分蓄積，可能 希望進(jìn)行電機(jī)繞組預(yù)熱，以便將定子繞組溫度保持在環(huán)境溫度以上。當(dāng)前，為熱保護(hù)目的而使用用于確定定子繞組溫度的多種方法和機(jī)制。除了直接 定子繞組溫度測(cè)量以外，基于熱模型的和基于電機(jī)參數(shù)的溫度估計(jì)方法是兩種用于熱保護(hù) 的技術(shù)?；跓崮Ｐ偷姆椒ㄊ褂秒姍C(jī)熱模型來估計(jì)定子繞組溫度。但是，由于熱參數(shù)變化 和熱參數(shù)識(shí)別的困難性，這些方法的準(zhǔn)確度可能會(huì)落在可接受的范圍之外。另外，由于冷卻 條件的可能變化，熱參數(shù)不總是恒定的，可能需要對(duì)于各個(gè)具體冷卻條件下的各個(gè)電機(jī)進(jìn) 行識(shí)別。另外，即使對(duì)于給定電機(jī)確定熱模型或者溫度測(cè)量，現(xiàn)有的定子繞組加熱裝置使 用定子繞組的兩相加熱電機(jī)，允許定子繞組中的單一電流流通路徑。但是，這留下一相沒有 被加熱，或者依賴于感應(yīng)加熱。并且，由于定子電阻相對(duì)較小，典型地需要大的電壓與電流 輸入來加熱電機(jī)。這種大的電壓與電流輸入可減少定子繞組的壽命。由于交流電機(jī)可能在定子繞組溫度在可接受范圍外的條件下或在定子繞組在過 高電壓和電流輸入下被加熱的條件下承受損壞，去激勵(lì)交流電機(jī)中定子繞組溫度的準(zhǔn)確監(jiān) 視和控制對(duì)于電機(jī)保護(hù)目的是有益的。因此，希望設(shè)計(jì)一種準(zhǔn)確的、非侵入的方法來以高效的方式且不對(duì)電機(jī)添加進(jìn)一 步的電阻地監(jiān)視和控制去激勵(lì)交流電機(jī)中的定子繞組溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，用于遠(yuǎn)程定子繞組電阻估計(jì)和用于空閑或停機(jī)狀態(tài) 下的感應(yīng)電機(jī)熱保護(hù)的定子繞組加熱。電機(jī)控制裝置中的一系列開關(guān)的觸發(fā)能夠在電機(jī)控 制裝置的輸出中產(chǎn)生直流信號(hào)。對(duì)此直流信號(hào)進(jìn)行分析以確定定子繞組電阻。于是，能基 于定子繞組的電阻確定定子繞組的溫度。開關(guān)能夠被控制以便將定子繞組加熱到希望的溫度。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，電機(jī)控制裝置包括一電路，該電路具有可連接到交 流電源的輸入和可連接到多相交流電機(jī)輸入端的輸出。該電路進(jìn)一步包括多個(gè)開關(guān)裝置， 其用于控制多相交流電機(jī)的端子電壓和電流流動(dòng)；以及連接到該電路的控制器。該控制器 被配置為，致動(dòng)所述多個(gè)開關(guān)裝置，以便在對(duì)應(yīng)于到多相交流電機(jī)的輸入的電機(jī)控制裝置 的輸出中產(chǎn)生直流信號(hào)，基于該直流信號(hào)確定多相交流電機(jī)的定子繞組電阻，并由定子繞 組電阻估計(jì)定子溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于監(jiān)視和控制多相交流電機(jī)的方法包括這樣的步 驟配置具有多個(gè)開關(guān)裝置的電機(jī)控制裝置，以便調(diào)節(jié)到多相交流電機(jī)的電壓和電流。該方 法還包括這樣的步驟將電機(jī)控制裝置串聯(lián)布置在交流電源和多相交流電機(jī)之間，在溫度 估計(jì)模式中有選擇地運(yùn)行電機(jī)控制裝置。在溫度估計(jì)模式中運(yùn)行電機(jī)控制裝置還包括，向 位于多相電機(jī)的兩相中的每一相的開關(guān)裝置傳送其中具有觸發(fā)角的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由此， 觸發(fā)該開關(guān)裝置，以便向由多相交流電機(jī)的兩相形成的電流路徑引入直流信號(hào)，測(cè)量被引 入多相交流電機(jī)的直流信號(hào)，基于測(cè)量得到的直流信號(hào)確定定子繞組的電阻，并且基于所 確定的電阻來計(jì)算定子繞組的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于控制從交流電源到具有定子繞組的感應(yīng)電機(jī)的電 壓和電流傳輸?shù)能泦?dòng)器包括多個(gè)供應(yīng)線，每個(gè)供應(yīng)線對(duì)應(yīng)于感應(yīng)電機(jī)的一相。軟啟動(dòng)器 還包括至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)以及處理器，固態(tài)開關(guān)位于所述多個(gè)供應(yīng)線中的每一個(gè)上，以調(diào) 節(jié)到感應(yīng)電機(jī)的相電流和電機(jī)線電壓。處理器被編程為同時(shí)觸發(fā)在所述多個(gè)供應(yīng)線中兩個(gè) 的每一個(gè)上的所述至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)中的一個(gè)以注入直流電流，并基于直流電流來確定定 子繞組的電阻。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電機(jī)控制裝置電氣連接到多相交流電機(jī)。電機(jī)控制裝置包括至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)，其對(duì)應(yīng)于多相交流電機(jī)的每相，以控制電流流動(dòng)和端子電壓。電 機(jī)控制裝置還包括控制器，其被配置為觸發(fā)多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上的固態(tài)開 關(guān)，以便將直流信號(hào)注入由所述兩相構(gòu)成的電流路徑。該控制器還被配置為有選擇地觸發(fā) 附加的固態(tài)開關(guān)，以使多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上被觸發(fā)的固態(tài)開關(guān)在多相電機(jī)的 相之間交替，由此向多相交流電機(jī)的各相注入具有基本相同量值的直流信號(hào)。本發(fā)明的多種其它特征和優(yōu)點(diǎn)由下面的詳細(xì)介紹和附圖明了。


附圖示出了當(dāng)前設(shè)想的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例。在附圖中附圖1是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)控制裝置的透視圖；附圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的交流電機(jī)系統(tǒng)的示意圖，其包括用于直流注入的電機(jī)控制裝置；附圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例觸發(fā)如圖2所示的兩個(gè)開關(guān)以注入直流信號(hào)的圖；附圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例觸發(fā)如圖2所示的多個(gè)開關(guān)以注入直流信號(hào)以及加 熱定子繞組的圖；附圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于直流注入的電機(jī)控制裝置的直流等效電路的 示意圖；附圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于直流注入的電機(jī)控制裝置的直流等效電路的 另一示意圖；附圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于直流注入的電機(jī)控制裝置的直流等效電路的 另一示意圖；附圖8是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例用于測(cè)量和控制交流電機(jī)溫度的技術(shù)。
具體實(shí)施例方式這里給出的本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種遠(yuǎn)程且無傳感器定子繞組電阻估計(jì)系統(tǒng)和 方法，其用于監(jiān)視交流(AC)電機(jī)的溫度并用于向之提供熱。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明 在電機(jī)控制裝置或軟驅(qū)動(dòng)器中實(shí)現(xiàn)。軟啟動(dòng)器10如附圖1所示，包括在電機(jī)連接端或負(fù)載 端16上具有進(jìn)氣口 14的蓋組件12。類似的進(jìn)氣口 18設(shè)置在軟啟動(dòng)器10的電源端或線 路端20。蓋組件12還容納了電子控制器22。軟啟動(dòng)器10還包括底部組件24以容納各個(gè) 開關(guān)組件26、28、30。開關(guān)組件26-30中的每一個(gè)對(duì)于給定的軟啟動(dòng)器10在構(gòu)造上是相同 的，并對(duì)應(yīng)于到多相交流電機(jī)的多相輸入的一相。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，軟啟動(dòng)器的開關(guān)組件中的一對(duì)開關(guān)的致動(dòng)受到控制以產(chǎn) 生直流信號(hào)，其在交流電機(jī)中的每相中是可被測(cè)量的。分析此直流信號(hào)以確定定子繞組電 阻，定子繞組電阻用于確定定子繞組的溫度?；跍y(cè)量得到的定子繞組的溫度，軟啟動(dòng)器中 的一對(duì)開關(guān)的致動(dòng)可進(jìn)一步受到控制以便向交流電機(jī)提供熱。盡管下面關(guān)于具有Y形布置 連接的繞組的三相交流電機(jī)進(jìn)行介紹，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的實(shí)施例也包括具有多種連接 形式(例如三角形布置)的繞組的其他多相電機(jī)。這些多種類型的交流電機(jī)各自的開關(guān)的 致動(dòng)能受到修改，以便將直流信號(hào)注入電機(jī)的各相。參見附圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的三相交流電機(jī)，且其一般地用參考標(biāo)號(hào)40表示。如常規(guī)的，交流電機(jī)40由三個(gè)繞組42、44、46代表。在這種情況下，交流電機(jī)被 示為以Y形布置連接?？梢悦髁?，依據(jù)本發(fā)明的等效實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況 下，交流電機(jī)可作為替代地以三角形布置連接。交流電機(jī)40的定子繞組42-46通過電機(jī)端 子56、58、60上的對(duì)應(yīng)的多相電源線50、52、54可操作地連接到交流電源48。如圖2所示，電機(jī)控制裝置62連接在交流電源48和交流電機(jī)40之間。如之前關(guān) 于圖1所介紹的，在本發(fā)明一示例性實(shí)施例中，電機(jī)控制裝置62包括軟啟動(dòng)器，其被配置為 在啟動(dòng)期間限制到交流電機(jī)40的暫態(tài)電壓和電流，產(chǎn)生“軟”電機(jī)啟動(dòng)。軟啟動(dòng)器62的基 本結(jié)構(gòu)在圖2(即軟啟動(dòng)器的電路)示為包括與每個(gè)電源線50-54或電源的每相相對(duì)應(yīng)的 接觸器64、66、68。軟啟動(dòng)器62還包括每個(gè)電源線50-54上的開關(guān)裝置70、72、74。在一個(gè) 示例性的實(shí)施例中，每個(gè)開關(guān)裝置70-74由一對(duì)反并聯(lián)的開關(guān)——例如晶閘管形式的固態(tài) 開關(guān)——構(gòu)成，以便控制電流流動(dòng)，并控制電機(jī)40的端子電壓。就是說，晶閘管對(duì)70包括晶閘管76、78，其極性相反并且對(duì)于電源線50并聯(lián)連接。同樣地，晶閘管對(duì)72包括晶閘管 80、82，其極性相反并且對(duì)于電源線52并聯(lián)連接。最后，晶閘管對(duì)74包括晶閘管84、86，其 極性相反并且對(duì)于電源線54并聯(lián)連接。在一優(yōu)選實(shí)施例中，晶閘管76、80、84前向?qū)?，?閘管78、82、86反向?qū)ā？梢悦髁?，給定該裝置的最終用途，對(duì)于具體的電源線，晶閘管可 被設(shè)置成與二極管而不是與另一個(gè)晶閘管并聯(lián)。在任一上面描述的實(shí)施例中，兩個(gè)電源線 中的各個(gè)之上的晶間管能被控制，以便向交流電機(jī)40注入直流電壓和直流電流，如下面描 述的那樣?？刂破骰蛱幚砥?8也被包括在軟啟動(dòng)器62中，其被配置成通過門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)向 之的傳送來控制晶閘管76-86，以及控制接觸器64-68的斷開與閉合。在交流電機(jī)40的啟 動(dòng)期間，軟啟動(dòng)器62運(yùn)行在“啟動(dòng)”模式，在此期間，控制器88使得對(duì)應(yīng)于電源線50-54的 一個(gè)或多于一個(gè)接觸器64-68斷開，這樣，電力從交流電源48經(jīng)過晶間管對(duì)70-74，因而控 制施加于交流電機(jī)40的電流(并由此控制電壓)。在交流電機(jī)40的啟動(dòng)之后，軟啟動(dòng)器 62進(jìn)入旁路模式，其中，控制器88使得每個(gè)電源線50-54上的接觸器64-68閉合，從而使得 電力散失最小化。旁路模式因此被認(rèn)為是軟啟動(dòng)器62和交流電機(jī)40的“正常”運(yùn)行模式。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，控制器88進(jìn)一步被編程為在門極驅(qū)動(dòng)模式(即“溫度估計(jì) 模式”)中運(yùn)行軟啟動(dòng)器62，以便在交流電機(jī)40處于待機(jī)狀態(tài)或被關(guān)閉時(shí)向交流電機(jī)40 的每個(gè)端子56-60注入直流信號(hào)。如附圖2所示，在溫度估計(jì)模式中 ，控制器88運(yùn)行，以便 斷開所有接觸器64-68。交流電機(jī)40的一個(gè)相——例如相a——通過不致動(dòng)或觸發(fā)晶閘管 76,78保持?jǐn)嚅_，同時(shí)，其它兩相的每一相的一個(gè)晶閘管——例如晶閘管76、78——被致動(dòng) 或觸發(fā)，以便產(chǎn)生直流信號(hào)的電流路徑。這種方式的晶閘管76、78的運(yùn)行將直流信號(hào)注入 交流電機(jī)40。對(duì)于每個(gè)直 流注入周期，通過位于電流路徑內(nèi)的包括在軟啟動(dòng)器62中的電壓 和電流傳感器90、92、94，可測(cè)量和確定此直流信號(hào)。基于測(cè)量得到的直流信號(hào)，定子電阻能被計(jì)算為 其中，vd。和id。分別代表交流電機(jī)40的兩線的相間(即線間)電壓ν和相電流i 中的直流信號(hào)，k為由交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)決定的常數(shù)。也就是說，對(duì)于具有平衡且相等的繞組 電阻的三相交流電機(jī)，k= 1/2。但是，對(duì)于其它多相電機(jī)，或者對(duì)于替代布置中的繞組，k 可具有不同的值。另外，還可設(shè)想，如果希望的話，相間電壓和相電流可在任意兩相或全部 三相之間測(cè)量。也就是說，所注入的直流信號(hào)可在交流電機(jī)40的所有相中感生和測(cè)量?；谟芍绷餍盘?hào)注入估計(jì)得到的Rs，可監(jiān)視定子繞組溫度Ts。Rs變化與Ts變化線 性成比例，如 其中，Tstl和Rstl代表室溫下的Ts和Rs ；力和或是由直流注入估計(jì)得到的Ts和Rs ； μ 是電阻率的溫度系數(shù)?！╇妷汉碗娏髦械闹绷餍盘?hào)vd。和id。被確定，定子電阻Rs能根據(jù)公式1來估計(jì)， 于是，定子繞組溫度Ts能實(shí)時(shí)地根據(jù)公式2基于所確定的Rs得到監(jiān)視。在本發(fā)明一實(shí)施例 中，控制器88(圖2)被配置為如果定子繞組溫度落在預(yù)定閾值之下則產(chǎn)生警告(例如，可聽的或可視的警告)。該警告允許操作人員采取希望的動(dòng)作，例如啟動(dòng)交流電機(jī)40?；蛘?， 該警告可自動(dòng)觸發(fā)控制器88進(jìn)入加熱模式，如下面詳細(xì)討論的那樣。
控制器88也非對(duì)稱地控制發(fā)送到晶閘管對(duì)70-74的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以調(diào)節(jié)其開關(guān) 時(shí)間。在一實(shí)施例中，控制器88運(yùn)行，以便在相間電壓的下降過零點(diǎn)之前的特定觸發(fā)角—— 例如α—同步地觸發(fā)一個(gè)前向?qū)ǖ木чl管76、80、84以及一個(gè)反向?qū)ǖ木чl管78、 82、86。由于當(dāng)選定的晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)相間電壓是正的，電流將開始流動(dòng)。在相間電壓 的過零點(diǎn)之后的特定觸發(fā)角例如α上，電流將下降至0，兩個(gè)被觸發(fā)的晶閘管自動(dòng)關(guān)斷。這 樣，電流流動(dòng)大約2α的時(shí)間，直流信號(hào)可被注入到兩個(gè)相中。所注入的直流電流的量值可 通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角α而受到控制。當(dāng)晶閘管80、86以α (例如，α < 30° )的觸發(fā)角100 被觸發(fā)時(shí)，電機(jī)線電壓96(vd。)和相電流98(ib)的波形示例如圖3所示。圖4示出了當(dāng)控制器88 (圖2)被用于加熱交流電機(jī)40的定子繞組時(shí)對(duì)于所有相 的相間電壓102的波形以及對(duì)于相a的電流104的波形。在一實(shí)施例中，控制器88周期性 地觸發(fā)所有晶間管76-86，調(diào)整觸發(fā)角α 100，這樣，所有三相定子繞組被注入相同量值的 直流電流。通過調(diào)整觸發(fā)角α，直流電流量值可得到控制，因此，定子繞組的溫度可得到控 制。在一優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)晶間管76-86在每個(gè)周期導(dǎo)通一次，以提供對(duì)于定子繞組每相 的均勻的加熱。如圖4所示，每當(dāng)兩個(gè)晶閘管在觸發(fā)角α 100上被觸發(fā)時(shí)，產(chǎn)生電流路徑。 觸發(fā)角α 100可被控制在希望的范圍內(nèi)，例如在0度和60度之間，以便保持每次不多于兩 相中的到電源48的連接。由于在給定時(shí)間不多于兩相被連接到電源48，交流電機(jī)40不會(huì) 啟動(dòng)?，F(xiàn)在參照附圖4，結(jié)合附圖5-7，示出了在電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行在加熱器(heater)模式時(shí) 晶閘管76-86的控制。如圖4所示，對(duì)于每一注入，接觸器64-68被保持為斷開，兩個(gè)晶閘 管在電源48的對(duì)應(yīng)的相間電壓的下降過零點(diǎn)之前的觸發(fā)角α 100上被觸發(fā)。例如，在Vab 的下降過零點(diǎn)之前的觸發(fā)角α 100上，晶閘管76、80被觸發(fā)，以便向a相和b相注入直流電 壓vab,d。以及直流電流ia,d。。為便于理解，代表晶閘管76、82的這種控制的直流等效電路在 圖5中示出。相c斷開并且直流電壓vab,d。以及直流電流ia,d。被注入到由供電線50、52構(gòu) 成的回路中。再次參照附圖4，在Vbe的下降過零點(diǎn)之前，晶閘管80、86在下一個(gè)角度α 100上 被觸發(fā)，以便向相b和相c注入直流電壓vb。,d。和直流電流ib,d。。代表晶閘管80、86的這種 控制的直流等效電路如圖6所示。相a斷開且直流電壓vb。,d。和直流電流ib,d。被注入到由 供電線52、54構(gòu)成的回路中。再次參照附圖4，在v。a&下降過零點(diǎn)之前，晶閘管78、84在觸發(fā)序列的最后在角度 α 100上被觸發(fā)，以便向相c和相a注入直流電壓v。a, dc和直流電流i。, d。。代表晶閘管78、 84的這種控制的直流等效電路如圖7所示。相b保持?jǐn)嚅_且直流電壓v。a,d。和直流電流i。， d。被注入到由供電線54、50構(gòu)成的回路中。如圖4所示，所有六個(gè)晶閘管76-86在每個(gè)周期被觸發(fā)一次，每相的電機(jī)定子繞組 在每個(gè)周期兩次被注入電流(一次是正電流，一次是負(fù)電流)。由于所有六個(gè)晶閘管76-86 的周期性運(yùn)行，被注入到電機(jī)40的直流信號(hào)接近周期性的交流信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，當(dāng)交流電機(jī)處于停止或關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的定子繞組溫度可根 據(jù)如圖8所示的技術(shù)(technique) 106得到監(jiān)視和調(diào)節(jié)。技術(shù)106監(jiān)視定子繞組的溫度并通過控制所注入直流信號(hào)的頻率或量值將定子繞組保持在目標(biāo)溫度之上，例如超過環(huán)境溫 度或者冷凝溫度幾度。根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例，定子繞組溫度可通過在溫度估計(jì)模式 和加熱模式之間交替而得到監(jiān)視和控制。技術(shù)106開始于步驟108，并確定電機(jī)是否正在運(yùn)行。如果電機(jī)正在運(yùn)行110，技 術(shù)106可進(jìn)入視情況可選的電機(jī)運(yùn)行子程序112。在子程序112中，技術(shù)106進(jìn)入電機(jī)運(yùn)行 溫度估計(jì)模式114，其中，技術(shù)106確定電機(jī)溫度。在步驟116中，電機(jī)溫度被分析。如果電 機(jī)溫度低于最大電機(jī)運(yùn)行溫度118，技術(shù)106在返回到步驟108之前進(jìn)行到第一個(gè)視情況可 選的時(shí)間延遲120。如果電機(jī)溫度高于最大電機(jī)運(yùn)行溫度122，技術(shù)106在步驟124中關(guān)閉 電機(jī)，并進(jìn)行到電機(jī)空閑估計(jì)模式126，其在下面更為詳細(xì)地討論。如果電機(jī)在步驟124或步驟108之后被關(guān)閉或處于待機(jī)模式128，進(jìn)入電機(jī)空閑溫 度估計(jì)模式126以確定定子繞組溫度。在步驟130中，直流信號(hào)被注入到定子繞組。直流 信號(hào)的量值在接下來的132中計(jì)算。在步驟134中，計(jì)算繞組電阻。技術(shù)106接著在步驟 136中計(jì)算繞組溫度。在本發(fā)明一實(shí)施例中，公式1可用于在步驟134中計(jì)算繞組電阻，公 式2可用于在步驟136中計(jì)算繞組溫度。接著，技術(shù)106向溫度數(shù)據(jù)庫(kù)138報(bào)告計(jì)算得到 的繞組電阻和溫度。在步驟140中，技術(shù)106確定繞組溫度是否在目標(biāo)溫度之上。在一優(yōu)選實(shí)施例中， 目標(biāo)溫度可為定子繞組的冷凝溫度或環(huán)境溫度。如果繞組溫度高于目標(biāo)溫度142，技術(shù)106 在返回步驟108之前進(jìn)入第二個(gè)視情況可選的時(shí)間延遲144。甚至如果電機(jī)溫度低于目標(biāo) 溫度，技術(shù)106可進(jìn)入視情況可選的步驟146，以確定在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)電機(jī)定子繞組溫度是 否被設(shè)計(jì)為下降到目標(biāo)溫度以下。如果繞組溫度沒有被設(shè)計(jì)為下降到目標(biāo)溫度148以下， 技術(shù)106繼續(xù)到視情況可選的時(shí)間延遲144并返回到步驟108。但是，如果繞組溫度低于目標(biāo)溫度150或繞組溫度被設(shè)計(jì)為下降到低于目標(biāo)溫度 152，技術(shù)106進(jìn)入電機(jī)加熱器模式154。在電機(jī)加熱器模式154期間，技術(shù)106查詢溫度數(shù) 據(jù)庫(kù)以得到在步驟126-138期間確定的當(dāng)前定子繞組溫度，并且計(jì)算將定子繞組加熱到目 標(biāo)溫度以上所需要的加熱參數(shù)156。加熱參數(shù)可包括晶閘管觸發(fā)角、觸發(fā)頻率以及觸發(fā)持續(xù) 時(shí)間。技術(shù)106于是使用加熱參數(shù)來注入直流信號(hào)158。在步驟158的直流注入之后，技術(shù) 106在步驟126中再次進(jìn)入溫度估計(jì)模式并進(jìn)行步驟130-138，以確定所注入的直流信號(hào)是 否充分地加熱了定子繞組。對(duì)于公開的方法和設(shè)備，技術(shù)上的貢獻(xiàn)在于，其提供了用于確定定子繞組電阻和 用于在空閑或關(guān)閉狀態(tài)的交流電機(jī)熱保護(hù)的加熱定子繞組的控制器實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。該技術(shù)控 制電機(jī)控制裝置中的一系列開關(guān)的開關(guān)時(shí)間，以便在與到交流電機(jī)的輸入對(duì)應(yīng)的電機(jī)控制 裝置的輸出中產(chǎn)生直流信號(hào)，并由直流信號(hào)確定定子繞組電阻。定子繞組溫度也能基于定 子繞組電阻來確定，且所述一系列開關(guān)的開關(guān)時(shí)間可受到控制，以便對(duì)定子繞組進(jìn)行加熱。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，電機(jī)控制裝置包括這樣的電路其具有可連接到交 流電源的輸入和可連接到多相交流電機(jī)輸入端的輸出。該電路進(jìn)一步包括多個(gè)開關(guān)裝置， 用于控制多相交流電機(jī)中的電流流動(dòng)和端子電壓；連接到該電路的控制器。該控制器被配 置成，致動(dòng)所述多個(gè)開關(guān)裝置，以便在對(duì)應(yīng)于到多相交流電機(jī)的輸入的電機(jī)控制裝置的輸 出中產(chǎn)生直流信號(hào)，基于該直流信號(hào)確定多相交流電機(jī)的定子繞組電阻，由定子繞組電阻 估計(jì)定子溫度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于監(jiān)視和控制多相交流電機(jī)的方法包括這樣的 步驟配置具有多個(gè)開關(guān)裝置的電機(jī)控制裝置，以便調(diào)節(jié)到多相交流電機(jī)的電壓和電流。該 方法還包括這樣的步驟將電機(jī)控制裝置配置為串聯(lián)在交流電源和多相交流電機(jī)之間，有 選擇地在溫度估計(jì)模式中運(yùn)行電機(jī)控制裝置。在溫度估計(jì)模式中運(yùn)行電機(jī)控制裝置還包 括將其中具有觸發(fā)角的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送到位于多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上的開 關(guān)裝置，由此，觸發(fā)開關(guān)裝置以便將直流信號(hào)引入到由多相交流電機(jī)的兩相形成的電流路 徑，測(cè)量被引入多相交流電機(jī)的直流信號(hào)，基于測(cè)量得到的直流信號(hào)確定定子繞組的電阻， 并基于所確定的電阻來計(jì)算定子繞組的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，用于控制從交流電源到具有定子繞組的感應(yīng)電機(jī)的電 壓和電流的傳輸?shù)能泦?dòng)器包括多個(gè)供應(yīng)線，每個(gè)供應(yīng)線對(duì)應(yīng)感應(yīng)電機(jī)的一相。軟啟動(dòng)器 還包括至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)，其設(shè)置在所述多個(gè)供應(yīng)線的每一個(gè)上，以便調(diào)節(jié)到感應(yīng)電機(jī)的 電機(jī)線電壓和相電流；處理器。處理器被編程為同時(shí)觸發(fā)所述多個(gè)供應(yīng)線的兩個(gè)中的每一 個(gè)上的所述至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)中的一個(gè)，以便注入直流電流并基于直流電流來確定定子繞 組的電阻。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，電機(jī)控制裝置電氣連接到多相交流電機(jī)。電機(jī)控制裝 置包括至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)，其對(duì)應(yīng)于多相交流電機(jī)的每相，以控制電流流動(dòng)和端子電壓。電 機(jī)控制裝置還包括控制器，其被配置成觸發(fā)多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上的固態(tài)開 關(guān)，以便將直流信號(hào)注入到由該兩相構(gòu)成的電流路徑。該控制器還被配置成有選擇地觸發(fā) 附加的固態(tài)開關(guān)，使得在多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上被觸發(fā)的固態(tài)開關(guān)在多相電機(jī) 的相之間交替，由此向交流電機(jī)的每一相注入具有基本相等量值的直流信號(hào)。以優(yōu)選實(shí)施例的形式介紹了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)明了，除之前記載的以外，等價(jià)方式、替 代方式以及修改是可行的，并且包含在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電機(jī)控制裝置，包括電路，其具有可連接到交流電源的輸入和可連接到多相交流電機(jī)的輸入端的輸出，該電路包括多個(gè)開關(guān)裝置，其控制多相交流電機(jī)的端子電壓和電流流動(dòng)；以及連接到該電路的控制器，其被配置成致動(dòng)所述多個(gè)開關(guān)裝置，以便在對(duì)應(yīng)于到多相交流電機(jī)的輸入的電機(jī)控制裝置的輸出中產(chǎn)生直流信號(hào)；基于直流信號(hào)，確定多相交流電機(jī)的定子繞組電阻；以及由定子繞組電阻，估計(jì)定子溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)控制裝置，其中，所述多個(gè)開關(guān)裝置的每一個(gè)包括一對(duì)固態(tài) 開關(guān)，其中，每對(duì)固態(tài)開關(guān)對(duì)應(yīng)于多相交流電機(jī)的一相，且其中，控制器致動(dòng)第一對(duì)固態(tài)開 關(guān)中的第一固態(tài)開關(guān)和第二對(duì)固態(tài)開關(guān)中的第二固態(tài)開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電機(jī)控制裝置，其中，每對(duì)固態(tài)開關(guān)包括一對(duì)反并聯(lián)布置的晶閘管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電機(jī)控制裝置，其中，控制器被配置為有選擇地致動(dòng)第一和第二 固態(tài)開關(guān)，且其中，第一和第二固態(tài)開關(guān)分別對(duì)應(yīng)于交流電機(jī)的第一相和第二相。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電機(jī)控制裝置，其中，控制器被配置為在相間電壓的下降過零點(diǎn) 之前的觸發(fā)角上向第一和第二固態(tài)開關(guān)傳送門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而致動(dòng)第一和第二固態(tài)開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)控制裝置，其中，控制器進(jìn)一步被配置為在相同的觸發(fā)角上向第一和第二固態(tài)開關(guān)傳送門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及控制第一和第二固 態(tài)開關(guān)的觸發(fā)角，以改變直流信號(hào)的量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的電機(jī)控制裝置，其中，控制器進(jìn)一步被配置為，在多相交流電機(jī)的 一個(gè)周期中，有選擇地致動(dòng)所述多個(gè)開關(guān)裝置的每一個(gè)中的固態(tài)開關(guān)的每一個(gè)，使得被致 動(dòng)的固態(tài)開關(guān)對(duì)在多相交流電機(jī)的相之間交替。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電機(jī)控制裝置，其中，在多相交流電機(jī)的一個(gè)周期中有選擇地致 動(dòng)各個(gè)固態(tài)開關(guān)向多相交流電機(jī)的每相中注入直流信號(hào)，所注入的直流信號(hào)近似于周期性 的交流信號(hào)；且其中，控制器被進(jìn)一步配置為，修改周期性交流信號(hào)的量值，以便調(diào)整定子溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電機(jī)控制裝置，其中，控制器被進(jìn)一步配置為，控制開關(guān)裝置對(duì)的 觸發(fā)角，從而改變周期性交流信號(hào)的量值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的交流控制裝置，其中，控制器被進(jìn)一步配置為 將所估計(jì)的定子溫度與第一定子溫度閾值進(jìn)行比較；以及如果所估計(jì)的定子溫度在第一定子溫度閾值之下，在多相交流電機(jī)的一個(gè)周期中，有 選擇地致動(dòng)所述多個(gè)開關(guān)裝置中的每一個(gè)，從而注入直流信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的交流控制裝置，其中，該控制器被配置為，當(dāng)多相交流電機(jī)處于 靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，致動(dòng)所述多個(gè)開關(guān)裝置，從而由少于多相交流電機(jī)的所有相的相產(chǎn)生電流路徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的交流控制裝置，其中，控制器被進(jìn)一步配置為將所估計(jì)的定子溫度與第二定子溫度閾值進(jìn)行比較； 如果所估計(jì)的定子溫度高于第二定子溫度閾值，將交流電機(jī)保持在靜止?fàn)顟B(tài)。
13.一種監(jiān)視和控制多相交流電機(jī)的方法，包括配置具有多個(gè)開關(guān)裝置的電機(jī)控制裝置，以便調(diào)節(jié)到多相交流電機(jī)的電壓和電流； 將電機(jī)控制裝置布置為串聯(lián)在交流電源和多相交流電機(jī)之間； 有選擇地在溫度估計(jì)模式中運(yùn)行電機(jī)控制裝置，其中，在溫度估計(jì)模式中運(yùn)行電機(jī)控 制器包括將具有觸發(fā)角的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送到多相交流電機(jī)的兩相中的每一個(gè)上的開關(guān)裝置， 從而觸發(fā)開關(guān)裝置，以便將直流信號(hào)引入由多相交流電機(jī)的兩相構(gòu)成的電流路徑； 測(cè)量被引入多相交流電機(jī)的直流信號(hào)； 基于所測(cè)量的直流信號(hào)，確定定子繞組的電阻； 基于所確定的電阻，計(jì)算定子繞組的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，計(jì)算定子繞組溫度包括根據(jù)下式計(jì)算定子繞組溫度 其中，Tstl和Rstl分別代表定子繞組溫度和室溫下的定子繞組電阻；或?yàn)樗_定的定子繞 組電阻；μ為電阻率的溫度系數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，將門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送到兩相中的每一個(gè)上的開關(guān) 裝置包括，在希望的觸發(fā)角上將門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳送到兩相上的每個(gè)開關(guān)裝置中的一對(duì)晶閘 管中的一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括修改門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的希望的觸發(fā)角，從而控 制直流信號(hào)的量值。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括，將計(jì)算的定子繞組溫度與預(yù)先確定的定子繞組溫度閾值進(jìn)行比較；以及 如果計(jì)算的定子繞組溫度低于預(yù)先確定的定子繞組溫度閾值，則以加熱器模式運(yùn)行電 機(jī)控制裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，配置具有所述多個(gè)開關(guān)裝置的電機(jī)控制裝置包括 配置電機(jī)控制裝置，該電機(jī)控制裝置具有在多相交流電機(jī)的第一相、第二相和第三相的每 相上的開關(guān)裝置；且其中，以加熱器模式運(yùn)行電機(jī)控制裝置包括有選擇地觸發(fā)第二相和第三相的每個(gè)上的開關(guān)裝置，以便在其中引入直流信號(hào)； 有選擇地觸發(fā)第一相和第三相的每個(gè)上的開關(guān)裝置，以便在其中引入直流信號(hào)；以及 有選擇地觸發(fā)第一相和第二相的每個(gè)上的開關(guān)裝置，以便在其中引入直流信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，以加熱器模式運(yùn)行電機(jī)控制裝置將周期性的直流 信號(hào)引入到第一、第二以及第三相的每一個(gè)，從而將交流信號(hào)引入多相交流電機(jī)并均勻地 加熱多相交流電機(jī)的每個(gè)繞組。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，以加熱器模式運(yùn)行電機(jī)控制裝置還包括基于計(jì)算 的定子繞組溫度來控制注入到多相交流電機(jī)的交流信號(hào)的量值，從而控制多相交流電機(jī)的繞組的發(fā)熱。
21.一種控制從交流電源到具有定子繞組的感應(yīng)電機(jī)的電壓和電流傳輸?shù)能浧饎?dòng)器， 該軟啟動(dòng)器包括多個(gè)供應(yīng)線，每個(gè)供應(yīng)線對(duì)應(yīng)于感應(yīng)電機(jī)中的一相；至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)，其位于所述多個(gè)供應(yīng)線的每一個(gè)上，以調(diào)節(jié)到感應(yīng)電機(jī)的電機(jī)線 電壓和相電流；以及處理器，其被編程為同步地觸發(fā)至少兩個(gè)固態(tài)開關(guān)以注入直流電流，每個(gè)固態(tài)開關(guān)在所述多個(gè)供應(yīng)線中至 少兩個(gè)的一個(gè)上；以及基于直流電流，確定定子繞組的電阻。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的軟啟動(dòng)器，其中，處理器進(jìn)一步被編程為 基于所確定的定子繞組電阻，確定定子繞組溫度；確定定子繞組溫度是否在定子繞組溫度閾值之下；以及如果定子繞組溫度在定子繞組溫度閾值之下，則有選擇地觸發(fā)所述至少一個(gè)固態(tài)開關(guān) 中的每一個(gè)，從而使得具有觸發(fā)的固態(tài)開關(guān)的所述多個(gè)供應(yīng)線中的兩個(gè)在感應(yīng)電機(jī)的相之 間循序交替。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的軟起動(dòng)器，其中，處理器進(jìn)一步被編程為，基于所述多個(gè)固態(tài)開 關(guān)中每一個(gè)的有選擇的觸發(fā)，向感應(yīng)電機(jī)的每相注入量值相同的直流電流，所注入的直流 信號(hào)近似于注入到感應(yīng)電機(jī)的相的交流電流。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的軟啟動(dòng)器，其中，處理器進(jìn)一步編程為，控制交流電流的量值， 從而調(diào)節(jié)定子繞組溫度。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的軟起動(dòng)器，其中，位于所述多個(gè)供應(yīng)線的每一個(gè)上的所述至少 一個(gè)固態(tài)開關(guān)包括以反并聯(lián)配置布置的兩個(gè)固態(tài)開關(guān)。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的軟啟動(dòng)器，其中，處理器在所述多個(gè)供應(yīng)線的各個(gè)之間交替兩 個(gè)固態(tài)開關(guān)的同步觸發(fā)，從而加熱三相電機(jī)的各相。
27.—個(gè)電氣連接到多相交流電機(jī)的電機(jī)控制裝置，該電機(jī)控制裝置包括對(duì)應(yīng)于多相交流電機(jī)的各相的至少一個(gè)固態(tài)開關(guān)，用于控制電流流動(dòng)和端子電壓；以及控制器，其被配置為觸發(fā)多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上的固態(tài)開關(guān)，以便向由所述兩相構(gòu)成的電流路 徑注入直流信號(hào)；以及有選擇地觸發(fā)附加固態(tài)開關(guān)，使得在多相交流電機(jī)的兩相中的每一相上被觸發(fā)的固態(tài) 開關(guān)在多相交流電機(jī)的相之間交替，由此向多相交流電機(jī)的每相注入具有基本相同量值的直流信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)視和控制空閑狀態(tài)下的交流電機(jī)中的定子繞組溫度的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括一電路，其具有可連接到交流電源的輸入和可連接到多相交流電機(jī)輸入的輸出。該電路進(jìn)一步包括多個(gè)開關(guān)裝置，其用于控制多相交流電機(jī)的端子電壓和電流流動(dòng)；連接到該電路的控制器。該控制器被配置為，致動(dòng)所述多個(gè)開關(guān)裝置，以便在對(duì)應(yīng)于到多相交流電機(jī)的輸入的電機(jī)控制裝置的輸出中產(chǎn)生直流信號(hào)，基于該直流信號(hào)確定或估計(jì)多相交流電機(jī)的定子繞組電阻，并由定子繞組電阻估計(jì)定子溫度。于是，溫度可通過到定子繞組的直流注入來控制和調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H02P23/10GK101841300SQ20091100027
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者B·陸, C·J·利布基, P·張, S·K·貝克爾, T·G·哈貝特勒 申請(qǐng)人:伊頓公司