專利名稱：用于在起動(dòng)期間給多相電動(dòng)機(jī)供電的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在起動(dòng)階段給多相電動(dòng)機(jī)供電的方法和裝置，該裝置包括一變壓器，該變壓器的輸出端連接至母線上，該母線連接該電動(dòng)機(jī)和其他耗電裝置，所述的電動(dòng)機(jī)本身消耗的有功功率大于或等于可用電功率的20%。
當(dāng)前在企業(yè)中，常使用氣體分離設(shè)備給工廠提供象壓縮空氣、氧氣、氬氣等各種流體。這樣的工廠一般具有一臺(tái)大功率電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)由三相電流饋電，用于驅(qū)動(dòng)一臺(tái)產(chǎn)生8巴壓力的壓縮空氣的空氣壓縮機(jī)，例如，在此之后，從該壓縮空氣中開(kāi)始進(jìn)行上述氣體的分離。
由電網(wǎng)饋電的主變壓器輸出到連接電動(dòng)機(jī)的母線，以及所要討論的工廠中安裝的其他耗電裝置。因?yàn)槠涔β室话阍?0MW數(shù)量級(jí)上，所以壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)消耗了變壓器輸出的可用功率的大部分，大于該功率的20%，常常達(dá)到50%或更多。
可以理解的是，這種電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)存在問(wèn)題，特別是當(dāng)電網(wǎng)呈現(xiàn)低短路功率時(shí)。在該前提下，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)會(huì)減少母線上的有效電壓到這樣的電壓水平(例如小于正常電壓的15%或更小)，以致阻礙或擾亂其他耗電裝置的運(yùn)行。
另外，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需的時(shí)間是所驅(qū)動(dòng)的裝置的慣量之和以及其端子上有效電壓的函數(shù)。在起動(dòng)期間，人們能在與這些慣量總和成正比的階段期間發(fā)現(xiàn)對(duì)電流的強(qiáng)烈需求。這種大電流導(dǎo)致線圈系統(tǒng)中熱的釋放，然而該線圈系統(tǒng)是絕熱的，該釋放必然受到盡可能縮短起動(dòng)時(shí)間的限制，該起動(dòng)時(shí)間值典型地在15和40秒之間。
為了做到這一點(diǎn)，目前使用兩種方法。根據(jù)第一種技術(shù)，人們給在起動(dòng)期間饋給電動(dòng)機(jī)的電壓和電流頻率之間的關(guān)系規(guī)定一恒定值，以這樣的方式，在任何給定時(shí)間中，電動(dòng)機(jī)僅接收起動(dòng)所必需的功率，所以不出現(xiàn)升溫的運(yùn)行條件。不幸的是，該方法意味著使用笨重和昂貴的電力電子元件。
根據(jù)另一種方法，為電動(dòng)機(jī)配有專用的自耦變壓器，該變壓器安裝在主變和電動(dòng)機(jī)之間。在起動(dòng)期間，以從自耦變壓器汲取的降低的電壓給電動(dòng)機(jī)供電，來(lái)避免對(duì)與母線相連的其他耗電裝置運(yùn)行的干擾，但是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)持續(xù)時(shí)間增加到從發(fā)熱觀點(diǎn)上講不能允許的值。因?yàn)槭褂妙~外的自耦變壓器，該解決方案具有另外的缺點(diǎn)它昂貴，增加了額外的電壓降(在自耦變壓器上)，最后，在起動(dòng)期間的功耗大于最小起動(dòng)功率。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種在起動(dòng)階段向多相電動(dòng)機(jī)饋電的方法，它提供了一種不昂貴的方法，并且僅耗用電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所必要的能量。
在閱讀以下說(shuō)明之后，將變得顯而易見(jiàn)的本發(fā)明的上述和其他目的能用這樣的方法獲得，即一種通過(guò)一變壓器給多相電動(dòng)機(jī)饋電的方法，該變壓器輸出端接到一母線上，該電動(dòng)機(jī)和另外的耗電裝置連接該母線，所述的電動(dòng)機(jī)本身使用大于或等于可用電功率的20%。該方法值得注意的是，在該電動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段的至少一部分期間，用降低的電壓給該電動(dòng)機(jī)供電，該電壓取自變壓器次級(jí)繞組的中間抽頭。
由于這種布置，在起動(dòng)期間傳統(tǒng)上所用的自耦變壓器就不必要了。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)秀特征，選擇每個(gè)中間抽頭上的變壓器變化，使電壓比Ub/Ua和Um/Ua二者都分別大于預(yù)定的值，Um、Ub、Ua分別是起動(dòng)階段母線上的電壓、起動(dòng)期間電動(dòng)機(jī)端子上的電壓、和電動(dòng)機(jī)及其它耗電裝置的性能所要求的電壓。下面可以看到，用這種方法，人們能限制在母線上所觀測(cè)到的電壓降，從而用這種方法不干擾其他耗電裝置的運(yùn)行，所以這些確保了以充足的電壓給電動(dòng)機(jī)供電，來(lái)克服在很短時(shí)間內(nèi)作用在其輸出軸上的慣量，因而避免了所有發(fā)熱問(wèn)題。
在某些特定的情況下，如上所述的根據(jù)本發(fā)明的方法可被更進(jìn)一步的改進(jìn)。
即，例如，當(dāng)電網(wǎng)具有不適于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的特征時(shí)的情況(這是低的短路功率或規(guī)定電壓上出現(xiàn)小的壓降的情況)，或當(dāng)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器有極大的功率要求時(shí)的情況(這具有大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和/或高反扭矩的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的情況)。
具體的優(yōu)點(diǎn)是提供至少一個(gè)輔助的氣動(dòng)起動(dòng)設(shè)備(如用一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成)，它直接以機(jī)械形式，由氣體釋放所產(chǎn)生的能量提供給電機(jī)。
這種氣體例如可以是空氣、氮?dú)猓部梢允侨魏纹渌m于工業(yè)設(shè)施貯存的氣體。
僅僅在起動(dòng)狀態(tài)的第一部分期間把該氣動(dòng)輔助起動(dòng)設(shè)備投入運(yùn)行，所以允許把電動(dòng)機(jī)的速度帶入其正常速度的某確定百分比X%內(nèi)。
可以理解的是，在起動(dòng)狀態(tài)的第一階段，電動(dòng)機(jī)僅經(jīng)該輔助裝置提供動(dòng)力。
在起動(dòng)狀態(tài)的剩余部分期間(直到達(dá)到正常速度)，根據(jù)上述的本發(fā)明的方法，該電動(dòng)機(jī)經(jīng)一臺(tái)變壓器來(lái)饋電(在變壓器中間抽頭上取得降低了的電壓)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在起動(dòng)狀態(tài)的剩余部分(第二階段)期間，由該輔助設(shè)備和該變壓器提供的組合能源給電動(dòng)機(jī)饋送能量，這意味著在起動(dòng)狀態(tài)的整個(gè)階段上始終使用該輔助設(shè)備。
對(duì)于本領(lǐng)域普通專業(yè)技術(shù)人員來(lái)講，顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明的輔助起動(dòng)裝置根據(jù)所要求的性能，可由許多基本起動(dòng)設(shè)備組成。
本發(fā)明還涉及用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的供電裝置，包括第一供電導(dǎo)體，該導(dǎo)體將電動(dòng)機(jī)連接到變壓器次級(jí)繞組的端子，該裝置包括第二導(dǎo)體，該導(dǎo)體將電動(dòng)機(jī)與變壓器這些繞組的中間抽頭連接，以及換向裝置，用來(lái)通過(guò)第二導(dǎo)體選擇這些中間抽頭與電動(dòng)機(jī)的連接，并在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)階段期間斷開(kāi)第一導(dǎo)體。
參閱以下說(shuō)明及相應(yīng)的附圖，可了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的供電裝置的示意圖;
圖2是圖1裝置的等效電路圖，它用于說(shuō)明本發(fā)明的方法。
現(xiàn)參見(jiàn)附圖中的圖1，它表示了本發(fā)明的供電裝置，例如用來(lái)自配電網(wǎng)R的三相電流供電。主變壓器T的初級(jí)線圈連接到電網(wǎng)R，該變壓器的次級(jí)繞組在母線J上輸出電流，母線J連接到各種耗電裝置(未示出)上，象在工廠或其它工業(yè)設(shè)施中的一種耗電設(shè)備，以及一臺(tái)如上所述的電動(dòng)機(jī)M，例如用于驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)。如前面所述的，本發(fā)明尤其適用于電動(dòng)機(jī)M汲取占該設(shè)備組總可用功率的大部分，如該功率的20%或更多之時(shí)的情況，例如，象這樣的情況，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)在工業(yè)設(shè)施中采用的構(gòu)成氣體分離設(shè)備一部分的空氣壓縮機(jī)，在該工業(yè)設(shè)施中安裝了其他耗電設(shè)備。
在穩(wěn)定狀態(tài)中，電動(dòng)機(jī)M通過(guò)第一導(dǎo)體母線L1直接由母線J饋電，例如由三相斷路器構(gòu)成的換向裝置DJ1被布置在母線L1的導(dǎo)體上。以這樣的供電直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)呈現(xiàn)上述的所有缺點(diǎn)，使連接到母線J的其他耗電裝置的運(yùn)行受到干擾。
根據(jù)本發(fā)明，可避免現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)此必須依賴昂貴裝置的缺點(diǎn)，而是采用在主變壓器T本身次級(jí)繞組的中間抽頭(P1、P2、P3)上取得的降低了的電壓，在起動(dòng)階段的至少一部分期間內(nèi)給電動(dòng)機(jī)M供電，來(lái)避免上述缺點(diǎn)。很清楚，這種供電方法很經(jīng)濟(jì)，它僅要求第二導(dǎo)體L2的母線在起動(dòng)階段有選擇地把電動(dòng)機(jī)M連接到變壓器T的所述中間抽頭上。
很清楚，變壓器T次級(jí)繞組上的中間抽頭(P1、P2、P3)的位置必須以這樣的方式來(lái)選擇，即由這些抽頭饋電的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)不能導(dǎo)致母線上的電壓降到比某個(gè)值低的值，這個(gè)值是維持其它耗電設(shè)備運(yùn)行的極限值。設(shè)定這些耗電設(shè)備在給定電壓Ua上正常運(yùn)行。設(shè)置起動(dòng)階段母線上的電壓為Ub，則應(yīng)滿足以下關(guān)系式Ub/Ua＞KK是一常量。
如果，假如目前的情況下，設(shè)定耗電裝置是在15%最大值的供電壓降中可運(yùn)行的話，則可選擇K＝0.85。
該不等式設(shè)立了第一個(gè)關(guān)系式，它包括變壓器T的變化tr0，這時(shí)它在中間抽頭P1、P2、P3上輸出。實(shí)際上，如果參照?qǐng)D2中所表達(dá)的等效電路，其中ZR、ZT、ZM分別是網(wǎng)絡(luò)、變壓器T和電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)狀態(tài)期間的阻抗，則可寫(xiě)成Ub/Ua＝(Zm/t2r0)/(Zr+Zt+Zm/t2r0) (1)
在此，以tr0值代入第一不等式，以及由設(shè)計(jì)者必須確定的中間抽頭位置代入該不等式。
另外，為了限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)持續(xù)時(shí)間，以及它的發(fā)熱，在起動(dòng)狀態(tài)期間施加的電壓Um必須大于一預(yù)定值，在該預(yù)定值以下，認(rèn)為克服制動(dòng)其輸出軸慣量的必要時(shí)間太長(zhǎng)，由關(guān)系式(2)表達(dá)該約定Um/Ua＝(Ub×tr0)/Ua＞K′(2)K′是常量，例如可選擇K′＝0.65。
對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)講剩下的就是，通過(guò)成功的試驗(yàn)確定tr0的值，同時(shí)滿足上述的關(guān)系式(1)和(2)。例如，設(shè)計(jì)者可嘗試tr0的值在0.55和0.75之間的范圍，最好是在0.6和0.65之間的范圍內(nèi)。
下面描述根據(jù)本發(fā)明方法的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程，其中在起動(dòng)狀態(tài)中只用變壓器給電動(dòng)機(jī)供電(不采用任何輔助設(shè)備)。如圖1中所示，由三相斷路DJ2構(gòu)成的換向裝置被設(shè)置在母線L2的導(dǎo)體上。在起動(dòng)時(shí)，在斷路器DJ1打開(kāi)時(shí)，閉合該三相斷路器DJ2。然后電動(dòng)機(jī)的定時(shí)或速度計(jì)類的轉(zhuǎn)速確定裝置接續(xù)控制DJ2的打開(kāi)和DJ1的閉合，從而建立起電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)供電?？梢韵胂笥呻妱?dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)的軸可承受電壓上的有限壓降，例如100毫秒內(nèi)。
如果不是這種情況，在起動(dòng)狀態(tài)的后段，在斷路器DJ2打開(kāi)之前斷路器DJ1閉合，然后在母線的第二導(dǎo)體L2上接入電感S1，S2，S3，可限制這些導(dǎo)體上的短路電流，因?yàn)榇渭?jí)繞組的一部分輸出電流流過(guò)這些電感。DJ1的閉合控制DJ2的打開(kāi)，促使電動(dòng)機(jī)持續(xù)加速直到達(dá)到正常速度。
目前顯而易見(jiàn)的是，實(shí)際上本發(fā)明提供了上述的優(yōu)點(diǎn)。此外還應(yīng)注意到，本發(fā)明不使用自耦變壓器，使網(wǎng)絡(luò)的短路功率不受影響，在短路功率相對(duì)小時(shí)，這是特別優(yōu)異的，因?yàn)椴怀渥愕亩搪饭β什豢赡苁闺妱?dòng)機(jī)起動(dòng)。此外，本發(fā)明允許以最小的消耗確保電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
在短路功率小的地方的設(shè)施中，通常的起動(dòng)自耦變壓器必須具有近似主變壓器的特性，來(lái)限制在起動(dòng)狀態(tài)期間由其阻抗導(dǎo)致的壓降和網(wǎng)絡(luò)上的短路功率的下降。本發(fā)明可節(jié)省對(duì)這種自耦變壓器的高投資。
權(quán)利要求
1.一種從變壓器(T)提供電力給多相電動(dòng)機(jī)的方法，該變壓器(T)輸出端接到母線(J)上，電動(dòng)機(jī)(M)以及其它耗電裝置連接到該母線上，所述的電動(dòng)機(jī)本身汲取可用電功率的至少20%的有功功率，其特征在于，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段的至少一部分上，采用取自該變壓器次級(jí)繞組中間抽頭(P1、P2、P3)的降低后的電壓供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在每個(gè)中間抽頭上的變壓器的變化(tr0)被這樣選擇，使電壓比Ub/Ua和Um/Ua每個(gè)都大于預(yù)定的相關(guān)電壓值，Ub、Um和Ua分別是起動(dòng)期間母線的電壓，起動(dòng)期間電動(dòng)機(jī)端子上的電壓，和由確立電動(dòng)機(jī)性能和其他耗電裝置性能所決定的應(yīng)賦予的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，這樣選擇所述比例滿足Ub/Ua＞0.85Um/Ua＞0.65
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一個(gè)的方法，其特征在于，在起動(dòng)狀態(tài)的第二部分期間，通過(guò)所述的變壓器給電動(dòng)機(jī)饋電，在第二部分之前的起動(dòng)狀態(tài)的第一部分期間，電動(dòng)機(jī)至少由一臺(tái)氣動(dòng)輔助起動(dòng)設(shè)備饋送動(dòng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在所述起動(dòng)狀態(tài)的第一部分的尾端，電動(dòng)機(jī)的速度在其正常速度的20%和50%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于，在起動(dòng)狀態(tài)的所述第二部分期間，電動(dòng)機(jī)只由所述的變壓器饋電。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于，在起動(dòng)狀態(tài)的所述第二部分期間，電動(dòng)機(jī)由變壓器和所述的氣動(dòng)輔助起動(dòng)設(shè)備聯(lián)合提供能量饋送動(dòng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7的任一個(gè)的方法，其特征在于，所述的氣動(dòng)輔助起動(dòng)設(shè)備是燃?xì)廨啓C(jī)。
9.實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一個(gè)的方法的供電裝置，包括第一供電導(dǎo)體(L1)，它把電動(dòng)機(jī)(M)連接到變壓器(T)的次級(jí)繞組的端子上，其特征在于，它包括第二電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體(L2)，從這些繞組的中間抽頭(P1、P2、P3)給電動(dòng)機(jī)供電，以及換向裝置(DJ1、DJ2)，用來(lái)有選擇地通過(guò)第二導(dǎo)體(L2)把這些中間抽頭與電動(dòng)機(jī)(M)相連，并在至少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)的一部分期間斷開(kāi)第一導(dǎo)體(L1)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)狀態(tài)的尾端，接在第二導(dǎo)體上的換向裝置(DJ2)在接在第一導(dǎo)體上的換向裝置(DJ1)閉合之后打開(kāi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，它包括與設(shè)置在第二導(dǎo)體(L2)上的換向裝置(DJ2)串連布置的短路電流限制電感(S1、S2、S3)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11之一的裝置，其特征在于，它包括至少一個(gè)輔助氣動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于，所述裝置是一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)。
全文摘要
通過(guò)變壓器(T)給電動(dòng)機(jī)供電，該變壓器(T)輸出端接到母線(J)上，該母線上接有電動(dòng)機(jī)(M)和其它耗電裝置，電動(dòng)機(jī)本身消耗可用電動(dòng)率的20％或更多的有功功率，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段的至少一部分上，該電動(dòng)機(jī)由取自變壓器(T)的次級(jí)繞組中間抽頭(P
文檔編號(hào)H02P1/28GK1113618SQ9510389
公開(kāi)日1995年12月20日 申請(qǐng)日期1995年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月15日
發(fā)明者維茲尼·馬克, 莫里?！と麪柸?申請(qǐng)人:喬治·克勞德方法的研究開(kāi)發(fā)空氣股份有限公司