專利名稱：用于啟動(dòng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方法，該電動(dòng)機(jī)包括兩個(gè)供電導(dǎo)體，用于至少部分和/或至少有時(shí)驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)，其中，在啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)周期的啟動(dòng)間隔期間，將用于驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的電流的頻率設(shè)置為至少一個(gè)頻率并且隨后為所述電動(dòng)機(jī)的操作頻率。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于電動(dòng)機(jī)的控制器單元。最后，本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)設(shè)備，尤其涉及單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)備。
背景技術(shù)：
這樣的電動(dòng)機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)。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(dòng)電動(dòng)機(jī)的可能性。另一要求是電動(dòng)機(jī)的長壽命和簡單結(jié)構(gòu)。兩個(gè)要求在減少最初成本以及整個(gè)壽命的成本是有用的。所謂的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)廣泛地用于實(shí)現(xiàn)所述要求。原則上，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(chǎng)引起轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)。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(chǎng)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(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子將以不同速度運(yùn)行。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度將與由定子所生成的磁場(chǎng)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(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度稍微減少。為了實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的不同旋轉(zhuǎn)速度，需要向電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的恰當(dāng)相移旋轉(zhuǎn)電流?，F(xiàn)在，通過使用電變頻器可以容易地且相對(duì)不貴地提供這樣的旋轉(zhuǎn)電流。然而，有時(shí)存在如下要求:僅期望兩條用于向電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電能的電源線。當(dāng)要升級(jí)現(xiàn)有機(jī)器時(shí)，此要求頻繁地發(fā)生。這里，發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)、兩相電動(dòng)機(jī)(認(rèn)為是固定轉(zhuǎn)速的)要被可變電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)。為了能夠從兩相電流中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，通常使用兩組獨(dú)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(gè)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(dāng)組裝主繞組和輔助繞組，可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以便可以將電動(dòng)機(jī)從停止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)。單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的巨大缺點(diǎn)是，在啟動(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)階段期間，對(duì)電動(dòng)機(jī)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(fù)載。
然而，仍然存在另一問題。因?yàn)樽畲笊膳ぞ厥请娏骱娃D(zhuǎn)子速度兩者的函數(shù)，所以最初扭矩相對(duì)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(dòng)機(jī)，提供是電動(dòng)機(jī)的標(biāo)稱電流大約五倍的電流，以便實(shí)現(xiàn)用于電動(dòng)機(jī)的快速和可靠啟動(dòng)的足夠高的扭矩。然而，這樣需要構(gòu)建比標(biāo)稱操作所需更大的電動(dòng)機(jī)的多個(gè)部分。當(dāng)然，這增加了這樣的電動(dòng)機(jī)的重量和成本。在US4，999，560A1中公開了這樣的多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和用于啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的優(yōu)選方法的示例。然而，在所述文獻(xiàn)中描述的技術(shù)系統(tǒng)嚴(yán)格地限于多相電動(dòng)機(jī)。此外，為了驗(yàn)證成功啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)需要額外傳感器。因此，仍然存在對(duì)電動(dòng)機(jī)的需要，尤其是具有較輕重量并且可以更加可靠地啟動(dòng)的兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明解決此目的。建議執(zhí)行用于啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方法，所述電動(dòng)機(jī)包括用于至少部分和/或至少有時(shí)驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)電源導(dǎo)體，其中，在用于啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)周期的啟動(dòng)間隔期間，以如下方式將用于驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的電流的頻率設(shè)為設(shè)置為至少一個(gè)頻率以及隨后設(shè)置為所述電動(dòng)機(jī)的操作頻率:在啟動(dòng)間隔期間和/或在啟動(dòng)周期期間，至少一個(gè)所述頻率是至少部分和/或至少有時(shí)高于所述操作頻率的。通過電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)可以(至少部分和/或至少有時(shí))確定電動(dòng)機(jī)的操作頻率。例如，以下設(shè)計(jì)參數(shù)可以對(duì)電動(dòng)機(jī)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(shí)間的拉伸時(shí)段內(nèi)，即在以標(biāo)準(zhǔn)操作速度操作電動(dòng)機(jī)的時(shí)間內(nèi)，可以繞過變頻器);電動(dòng)機(jī)的長期機(jī)械速度限制(可以由機(jī)械力、熱效應(yīng)、電源限制、設(shè)計(jì)參數(shù)等影響)；電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的要求；震動(dòng)限制(特別是使用電動(dòng)機(jī)的環(huán)境);電動(dòng)機(jī)的負(fù)載的功率要求；和/或其他限制和/或要求。當(dāng)然，為了確定電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。借助“啟動(dòng)間隔”的措詞，通常在做出電動(dòng)機(jī)的獨(dú)特啟動(dòng)努力(effort)期間表示時(shí)間間隔。通常從關(guān)閉狀態(tài)(例如，停止?fàn)顟B(tài))到操作狀態(tài)地進(jìn)行啟動(dòng)努力，其中，不需要確保將實(shí)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(dòng)機(jī)的速度已經(jīng)基本上達(dá)到電動(dòng)機(jī)的期望的操作速度。憑借“啟動(dòng)周期”的措詞，通常意味著周期，其中，積極地(positively)將電動(dòng)機(jī)從關(guān)閉狀態(tài)(例如,停止?fàn)顟B(tài))帶回操作狀態(tài),并且其中,確認(rèn)操作狀態(tài)的完成。在大部分啟動(dòng)努力中，啟動(dòng)間隔和啟動(dòng)周期將基本互相等冋。然而，在一定比例的情況下，啟動(dòng)周期可能包括兩個(gè)或甚至更多個(gè)啟動(dòng)間隔。在特定情況下，啟動(dòng)間隔可能超出兩個(gè)或更多個(gè)啟動(dòng)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(gè)裝置，其中，通常以如下方式設(shè)計(jì)和布置各個(gè)導(dǎo)體:電能的消耗可以至少有時(shí)和/或至少部分由所述電導(dǎo)體滿足。優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)將僅包括兩個(gè)電源導(dǎo)體(其中，要以邏輯的方式明白，使得單個(gè)電源導(dǎo)體可以設(shè)計(jì)為兩個(gè)平行導(dǎo)線等)。當(dāng)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(hào)、測(cè)量數(shù)據(jù)、對(duì)其他耗電器件的供電等。可以借助于基本上每個(gè)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(dá)到50Hz、75Hz、IOOHz、200Hz、500Hz、Ik Hz,2k Hz,5k Hz、IOk Hz、15k Hz和/或20k相對(duì)寬的范圍)。然而，也可以將電流限制于相對(duì)少量不同、獨(dú)特的頻率。因此，僅使用兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、九個(gè)或十個(gè)不同、獨(dú)特的頻率是可能的。在初始啟動(dòng)過程期間使用相對(duì)高的頻率，可以減少流入(部分)電動(dòng)機(jī)的電流的量。這是因?yàn)橥ǔＷ杩闺S著頻率上升，從而在較高頻率產(chǎn)生的電流較低。在啟動(dòng)間隔和/或啟動(dòng)周期期間此效果特別有用，特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)仍然處于停止?fàn)顟B(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(shí)將所述電動(dòng)機(jī)作為單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)操作，其中，所述單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)優(yōu)選地包括至少一個(gè)主繞組和/或至少一個(gè)輔助繞組和/或至少一個(gè)電容器件。使用這樣的設(shè)計(jì)，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(dāng)替代單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和/或定速電動(dòng)機(jī))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(dòng)機(jī)的機(jī)器必須升級(jí)到變速機(jī)器，則這樣的兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常容易用作之前電動(dòng)機(jī)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(yuǎn)離兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)放置。然而，當(dāng)使用本發(fā)明時(shí)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(jī)器。通過使用單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)包括至少一個(gè)主繞組和/或至少一個(gè)輔助繞組和/或至少一個(gè)電容器件的設(shè)計(jì)，通?？梢钥科渥陨韱?dòng)各個(gè)電動(dòng)機(jī)，即，不需要使用單獨(dú)的機(jī)械啟動(dòng)源等。進(jìn)一步，提出在所述啟動(dòng)間隔和/或所述啟動(dòng)周期期間，快速地至少部分和/或至少有時(shí)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，通常可以，有時(shí)甚至是相當(dāng)大地，縮短完整啟動(dòng)間隔和/或完整啟動(dòng)周期的長度。此外，通過此方法通?？梢员苊庀鄬?duì)高電流流過電動(dòng)機(jī)(或其部分)的機(jī)制(regime)。這對(duì)于當(dāng)電動(dòng)機(jī)仍然停止或是在非常低的轉(zhuǎn)速時(shí)的低頻區(qū)域尤其正確。可替代地或額外地，也可以以如下方式執(zhí)行該方法:在所述啟動(dòng)間隔和/或在所述啟動(dòng)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(shí)改變頻率到所述電動(dòng)機(jī)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(jī)制，通常易于(甚至可能)進(jìn)行額外任務(wù)，類似進(jìn)行一些測(cè)量。作為示例，對(duì)驗(yàn)證電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)是否已經(jīng)啟動(dòng)使用這些測(cè)量?？梢曰蛑苯?例如，通過使用用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)的傳感器)或間接地(例如，通過使用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流的某些電動(dòng)機(jī)效果)進(jìn)行此測(cè)量。當(dāng)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(dòng)機(jī)的操作頻率。通常，追趕頻率是與電動(dòng)機(jī)的實(shí)際電動(dòng)機(jī)速度大約相同量級(jí)(或者甚至是基本相同)。在達(dá)到追趕頻率之后，可以繼續(xù)啟動(dòng)過程，其中，以標(biāo)準(zhǔn)U/f方法(或其他合適的方法)進(jìn)一步加速電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的操作頻率的接近兩倍和/或被選擇以便電動(dòng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)操作頻率啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī))，具有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)將更加可能。此外，可以通常，有時(shí)甚至是相當(dāng)大地減少啟動(dòng)間隔的長度和/或啟動(dòng)周期的長度。第一實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示選擇第一頻率為電動(dòng)機(jī)的通常操作頻率的大約兩倍高通常以相對(duì)低(額外)的努力提供非常好的和高效的啟動(dòng)過程。特別是，流過電動(dòng)機(jī)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(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jì)電動(dòng)機(jī))。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(shí)現(xiàn)特別有利的啟動(dòng)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(shí)驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)，優(yōu)選地以最大容許電流限制模式。這樣，對(duì)電動(dòng)機(jī)的快速和/或可靠啟動(dòng)可以使用電動(dòng)機(jī)和/或電流供應(yīng)部件的最大設(shè)計(jì)極限。當(dāng)然，快速和可靠啟動(dòng)二者是有利的。應(yīng)當(dāng)注意到，通常進(jìn)行“基礎(chǔ)”啟動(dòng)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(shí)施例。當(dāng)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(shí)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(dòng)機(jī)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(dú)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(shì)。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(shì)?？梢詫?shí)現(xiàn)該方法的甚至更優(yōu)選的實(shí)施例，如果在啟動(dòng)間隔和/或啟動(dòng)周期期間，至少部分和/或至少有時(shí)將頻率降低到基本上實(shí)際電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和/或低于電動(dòng)機(jī)的操作頻率的頻率。使用此實(shí)施例，通?？赡芊e極地驗(yàn)證電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是否實(shí)際上發(fā)生。第一實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出，如果降低頻率(特別是近似與電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同的頻率)，通過電動(dòng)機(jī)的電流顯著下降。在電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)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(yàn)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(dòng)周期和/或目前啟動(dòng)間隔不成功，則開始另一啟動(dòng)周期和/或另一啟動(dòng)間隔。如果以如下方式執(zhí)行該方法，則可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例:特別是通過測(cè)量由所述電動(dòng)機(jī)消耗的電流檢查啟動(dòng)周期和/或啟動(dòng)間隔的成功。如果此檢查產(chǎn)生肯定的輸出(即，電動(dòng)機(jī)已經(jīng)積極啟動(dòng))，則可以使用此信息以終止啟動(dòng)周期和/或啟動(dòng)間隔。也可以使用此信息以開始“結(jié)束周期”，以例如，進(jìn)一步從追趕速度加速電動(dòng)機(jī)到標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(dòng)機(jī)尚未啟動(dòng))則此信息可以被用于開始另一啟動(dòng)間隔和/或用于開始另一啟動(dòng)周期，以向操作員傳送錯(cuò)誤信號(hào)標(biāo)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(jìn)行了一定數(shù)量的啟動(dòng)周期和/或啟動(dòng)間隔，則此信息可以被用于關(guān)閉整個(gè)機(jī)器。這是因?yàn)楹笳叩那闆r通常是某些地方有問題的良好指示。例如，可以呈現(xiàn)機(jī)械塊并且啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的持續(xù)努力可能導(dǎo)致?lián)p害機(jī)器。當(dāng)然，超時(shí)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(dòng)周期和/或不同的啟動(dòng)間隔之間，如果改變?cè)趩?dòng)周期期間和/或在啟動(dòng)間隔期間內(nèi)使用的頻率和/或使用的電壓和/或使用的時(shí)間間隔和/或使用的斜坡時(shí)間，則可以實(shí)現(xiàn)該方法的額外的和/或可替代的另一優(yōu)選實(shí)施例。這樣，一般來說，你可以具有特別快速的啟動(dòng)過程。作為示例，可以將第一啟動(dòng)間隔選擇為非常短，具有在僅90%的情況中電動(dòng)機(jī)被實(shí)際啟動(dòng)的(不利)效果?，F(xiàn)在，如果未啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，則開始更長的、第二啟動(dòng)間隔，其中，在基本上全部的情況下，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。這當(dāng)然花費(fèi)更多時(shí)間，比如需要第一啟動(dòng)間隔的四倍時(shí)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(dòng)間隔的情形相比，總的啟動(dòng)時(shí)間降低了。此外，建議用于電動(dòng)機(jī)的控制單元，優(yōu)選地是包括至少一個(gè)變頻器的控制單元，其中，以如下方式設(shè)計(jì)并布置所述控制器單元:它至少部分和/或至少有時(shí)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(shì)和特征。當(dāng)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(dú)立”單元(當(dāng)然，其中電動(dòng)機(jī)自身可以是獨(dú)立單元的部分)。這樣，控制器單元可以作為單獨(dú)單元售出，特別是對(duì)于改造現(xiàn)有機(jī)器而言。此外，建議電動(dòng)機(jī)設(shè)備，特別是單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)備，其中，所述電動(dòng)機(jī)設(shè)備包括前面描述的設(shè)計(jì)的至少一個(gè)控制器單元和/或其中以如下方式設(shè)計(jì)和布置所述電動(dòng)機(jī)設(shè)備:它至少部分和/或至少有時(shí)根據(jù)之前的描述執(zhí)行方法。當(dāng)然，通過類比，電動(dòng)機(jī)設(shè)備將示出前述優(yōu)勢(shì)和特性。此外，所述電動(dòng)機(jī)設(shè)備可以以前述意思修改。


當(dāng)閱讀本發(fā)明的可能實(shí)施例的下列描述時(shí)，本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)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(dòng)機(jī)的電源的控制器的優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖2:用于單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的典型實(shí)施例的示意圖；圖3:用于啟動(dòng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的方法的第一實(shí)施例；圖4:用于啟動(dòng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的方法的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在圖2中，在示意圖中示出單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I的典型實(shí)施例。單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I包括轉(zhuǎn)子2，其可旋轉(zhuǎn)地布置在單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(chǎng)引起轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)動(dòng)(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(dòng)機(jī)I的定子的主要部分。因?yàn)閱蜗喔袘?yīng)電動(dòng)機(jī)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(chǎng)。典型地用電容器7實(shí)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(dāng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I從停止位置啟動(dòng)時(shí)。在圖1中，使用單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I作為布置8的部分，包括單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)1、機(jī)械負(fù)載9和控制器單元10。在本實(shí)施例中，機(jī)械負(fù)載是泵9。例如，該泵9可以用于將水泵出水井或泵出存儲(chǔ)罐。然而，可以等效地采用不同類型的機(jī)械負(fù)載。在圖1中，在左側(cè)，描繪單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dāng)然，也可以對(duì)控制單元10的至少一些子單元12、13、14、15提供單獨(dú)外殼和/或在某種程度上彼此獨(dú)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(dòng)機(jī)I之間的電連接。這樣，可以將單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I用于替代例如之前使用的已現(xiàn)有機(jī)器中的恒速電動(dòng)機(jī)。在此情況下，此替代將引入在不同速度驅(qū)動(dòng)泵9的可能性，這顯然是有利的。
在控制器單元10的當(dāng)前示出的實(shí)施例中，基本上描繪了四個(gè)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(dāng)?shù)脑挘呻娦盘?hào)線16互連不同的子單元。該信號(hào)線16可以(一部分)是模擬型和/或(一部分)是數(shù)字型。當(dāng)然，也可能將至少一些信號(hào)線16設(shè)計(jì)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(dāng)前描述的實(shí)施例中，將電子控制器12設(shè)計(jì)為單一印刷板電子計(jì)算機(jī)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(hào)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(hào)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(hào)等(并可以假定可以輸出狀態(tài)信號(hào)等)。電子控制器12以執(zhí)行如圖3和圖4所示的啟動(dòng)周期的方式編程?？梢砸运鼉H能執(zhí)行一種類型的啟動(dòng)周期的方式編程。此外，可能的是，當(dāng)用戶通過輸入線17請(qǐng)求時(shí)，電子控制器12能夠執(zhí)行兩者(或者其他和/或額外的啟動(dòng)方法)。第一輸入信號(hào)經(jīng)由信號(hào)線16之一傳送到電流控制器13。電流控制器13比較目標(biāo)值(如電子控制器12所提出)與實(shí)際值(如電流傳感器15所測(cè)量)?；谠摫容^，生成通過信號(hào)線16傳送到變頻器14的輸出信號(hào)。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(hào)?；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(hào)基本上確定輸出信號(hào)的電壓和/或輸出信號(hào)的占空比(duty cycle)。變頻器14的輸出信號(hào)形成電源，將該電源通過電纜5、6傳送到單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I。在當(dāng)前示出的實(shí)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(dú)立部件。用電流傳感器15測(cè)量通過電線5、6的實(shí)際電流并將其反饋到電流控制器13。此夕卜，將所測(cè)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(dòng)機(jī)I的啟動(dòng)是否已經(jīng)成功。在圖3中，示出用于啟動(dòng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I的啟動(dòng)序列(start-up sequence)的第一可能實(shí)施例。在該圖中，一起示出三個(gè)圖:頻率圖18、電壓圖19和電流圖20。在每個(gè)圖中，在橫坐標(biāo)21上繪制演變時(shí)間，而在縱坐標(biāo)22上示出各個(gè)參數(shù)的值(B卩，頻率、電壓和電流)。在h，按電子控制器12請(qǐng)求的那樣，通過將fMf設(shè)置為fstart來開始啟動(dòng)序列(啟動(dòng)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(dòng)機(jī)I的正常操作頻率f 的兩倍。在相同的時(shí)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(dòng)機(jī)I。一旦在t2通過單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I的實(shí)際電流達(dá)到最大值，就通過限制驅(qū)動(dòng)電壓Ucontrol來禁止電流的進(jìn)一步增加。與之并行地，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)I的轉(zhuǎn)子2的實(shí)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(dòng)機(jī)I產(chǎn)生的扭矩相對(duì)高，從而甚至具有連接到單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I的機(jī)械負(fù)載(即，泵9)也可以啟動(dòng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I。然而，當(dāng)用標(biāo)稱運(yùn)行頻率frun驅(qū)動(dòng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I時(shí)，由于較高的頻率fMf，轉(zhuǎn)子2可以實(shí)現(xiàn)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)頻率fMtOT低于正常旋轉(zhuǎn)頻率。在設(shè)定的時(shí)間(其以充分高的安全余量選擇，從而實(shí)際上啟動(dòng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)I在初始啟動(dòng)階段期間將達(dá)到該轉(zhuǎn)子頻率frotor。在此斜降過程之后，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I的轉(zhuǎn)子2將在捕獲時(shí)間〖4追趕上。這里，轉(zhuǎn)子2開始跟隨驅(qū)動(dòng)電流的頻率。這可以通過由單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I抽取(draw)(并由電流傳感器15測(cè)量)的電流I的顯著減少來檢測(cè)。可以在圖3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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子2，啟動(dòng)序列就根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)繼續(xù)“正常”啟動(dòng)序列，在該狀態(tài)下，將頻率f緩慢地從f；atc;h斜升到正常運(yùn)行頻率f ，在正常操作期間以該頻率f_驅(qū)動(dòng)單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(dá)到正常操作頻率f.。單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I的轉(zhuǎn)子2以輕微延遲跟隨。因?yàn)檫@對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是正常的，所以相比于驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)I的設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)I的啟動(dòng)方法的實(shí)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(dá)到啟動(dòng)頻率fstart (其中，在單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I中生成相當(dāng)高的扭矩)，然而，頻率不保持在該值上。相反，實(shí)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(shí)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(shí)間延遲。在t2,單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I的追趕頻率fratc;h由參考頻率fMf達(dá)到?，F(xiàn)在，檢查單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I是否已經(jīng)啟動(dòng)(并且達(dá)到充分高的旋轉(zhuǎn)速度)。如果此啟動(dòng)已經(jīng)被驗(yàn)證，則初始啟動(dòng)間隔結(jié)束并且初始化頻率的“正?！毙鄙?參見圖3中的時(shí)間間隔t4到t5).
然而,如果已經(jīng)檢測(cè)到單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I尚未啟動(dòng)(和/或未獲得充分高的旋轉(zhuǎn)速度)，則在t2開始第二啟動(dòng)間隔。現(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(dòng)頻率fstart。現(xiàn)在將此啟動(dòng)頻率fstart保持某一時(shí)間間隔，在當(dāng)前示出的示例中，是0.5秒。在此保持間隔結(jié)束時(shí)，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(dá)到，則再次檢查單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I是否已經(jīng)實(shí)際上啟動(dòng)。再一次，如果單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I的啟動(dòng)已經(jīng)確認(rèn)，則開始根據(jù)圖3中的扒和t5之間的時(shí)間間隔的“正?！毙鄙龣C(jī)制。然而，如果啟動(dòng)又一次未成功，則在t4開始另一啟動(dòng)間隔?，F(xiàn)在，當(dāng)再次降低參考頻率fMf時(shí)，將啟動(dòng)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(dòng)方案?？梢詮耐獠繀?shù)導(dǎo)出此停止條件(例如，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)I中的溫度傳感器)。此外，可以使用內(nèi)部參數(shù)，例如，超時(shí)條件或最小電流Is_，其中，如果所測(cè)量的電流低于Istop的所述值，則啟動(dòng)周期停止。通過(內(nèi)部)電流傳感器15可以確定實(shí)際電流。如圖3所示，應(yīng)當(dāng)提及的是，可以將這些停止條件應(yīng)用于實(shí)施例。雖然已經(jīng)例示并且關(guān)于其特定實(shí)施例描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)至IJ，可以做出對(duì)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(dòng)電動(dòng)機(jī)的方法，所述電動(dòng)機(jī)包括用于至少部分和/或至少有時(shí)驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)電源導(dǎo)體，其中，在啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)周期的啟動(dòng)間隔期間，將用于驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)的電流的頻率(fMf)設(shè)置為至少一個(gè)頻率(fstart)并且隨后設(shè)置為所述電動(dòng)機(jī)的操作頻率(f_)，其中，在啟動(dòng)間隔期間和/或在啟動(dòng)周期期間，至少一個(gè)所述頻率Cfstart)至少部分和/或至少有時(shí)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(shí)將所述電動(dòng)機(jī)作為單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)操作，其中，所述單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)優(yōu)選地包括至少一個(gè)主繞組和/或至少一個(gè)輔助繞組和/或至少一個(gè)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(dòng)間隔和/在或所述啟動(dòng)周期期間，快速地至少部分和/或至少有時(shí)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(dòng)間隔和/或在所述啟動(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的操作頻率(f_)的兩倍和/或被選擇以便電動(dòng)機(jī)基本上產(chǎn)生增強(qiáng)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(shí)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(dòng)所述電動(dòng)機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在啟動(dòng)間隔期間和/或在啟動(dòng)周期期間，至少部分和/或至少有時(shí)將頻率(fMf)基本上降低到實(shí)際電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度(fMtOT)和/或低于電動(dòng)機(jī)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(cè)量由所述電動(dòng)機(jī)消耗的電流(I)來檢查啟動(dòng)周期和/或啟動(dòng)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(dāng)前啟動(dòng)間隔和/或當(dāng)前啟動(dòng)周期未成功，則開始另一啟動(dòng)間隔和/或另一啟動(dòng)周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在啟動(dòng)間隔期間和/或在啟動(dòng)周期期間內(nèi)，特別是在不同的啟動(dòng)間隔之間和/或在不同的啟動(dòng)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(shí)間間隔和/或所使用的斜坡時(shí)間變化。
11.一種用于電動(dòng)機(jī)的控制器單元，優(yōu)選的控制器單元包括至少一個(gè)變頻器，其中，以如下方式設(shè)計(jì)并布置所述控制器單元:它至少部分和/或至少有時(shí)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1的方法。
12.—種電動(dòng)機(jī)設(shè)備，特別是單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)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(jì)和布置的至少一個(gè)控制器單元:至少部分和/或至少有時(shí)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(dòng)電單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(1)的方法(19)，其中，在用于啟動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)(1)的啟動(dòng)周期的啟動(dòng)間隔期間，用于驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)(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(dòng)機(jī)(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(hào)H02P1/42GK103201942SQ201180037667
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:丹佛斯動(dòng)力電子股份公司, 斯塔利特工業(yè)股份有限公司