本發(fā)明涉及一種異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)置及方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人類對(duì)于低碳環(huán)保的要求與時(shí)俱增，稀土永磁電動(dòng)機(jī)因其高效的性能越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用在各機(jī)械制造行業(yè)，其應(yīng)用主要分為大兩類，變頻控制驅(qū)動(dòng)和異步啟動(dòng)同步運(yùn)行兩類，其后者也稱為自啟動(dòng)永磁電機(jī)。針對(duì)自啟動(dòng)永磁電機(jī)，也就是異步啟動(dòng)同步運(yùn)行永磁電機(jī)不能采用星三角降壓?jiǎn)?dòng)方式，因?yàn)橛来磐诫姍C(jī)的工作方式在設(shè)計(jì)上均采用星形接法工作，如果采用三角形接法工作，則三次諧波高，同時(shí)，因三次諧波所產(chǎn)生的諧波電壓和諧波電流直接影響到電機(jī)的效率和工作性能，直接導(dǎo)致永磁電機(jī)的效率低和工作性能差的特點(diǎn)，因?yàn)槔@組采用星形接法工作的永磁電機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)無(wú)法使用星三角降壓?jiǎn)?dòng)法，因此對(duì)于大功率電機(jī)的啟動(dòng)就存在啟動(dòng)瞬間電流沖擊大的問(wèn)題，這種沖擊電流直接反向沖擊永磁磁場(chǎng)，從而導(dǎo)致永磁體失磁現(xiàn)象發(fā)生，造成電機(jī)無(wú)法正常工作，目前對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)有如下五種方式：1、星三角降壓?jiǎn)?dòng)方式，采用此方法只能應(yīng)用在三角形接法的繞組運(yùn)行方式，同時(shí)還不能滿足長(zhǎng)時(shí)間的啟動(dòng)工作時(shí)間，無(wú)法應(yīng)用在異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)上；2串接電抗器方法，這種方法體積大成本高，對(duì)于批量使用的行業(yè)很難得到應(yīng)用推廣；3、串接電阻法，這種方法應(yīng)用不方便，電阻易發(fā)熱，存在安全隱患，限制了應(yīng)用推廣；4、延邊三角形法，這中方法只能應(yīng)用在三角形接法運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，無(wú)法應(yīng)用于自啟動(dòng)永磁同步的啟動(dòng)；5、晶閘管軟啟動(dòng)方法，這種方法占用空間大，成本高。因而開(kāi)發(fā)一種體積小、成本低、安全可靠的異步同步電動(dòng)機(jī)及其啟動(dòng)設(shè)置及方法，是目前應(yīng)解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種采用變化自啟動(dòng)永磁電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)組合的一種低電流、轉(zhuǎn)速提升平穩(wěn)的啟動(dòng)組合結(jié)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)置及方法，包括相繞組多組獨(dú)立繞組的組合、繼電器、延時(shí)開(kāi)關(guān)、異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)主體。所述的異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)主體設(shè)置有兩組獨(dú)立存在的相繞組，兩組繞組以九根引出線U1、U2、U3、V1、V2、V3、W1、W2、W3引出異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)外部，相繞組的九根引出線和控制系統(tǒng)組合成一組合設(shè)置主體，在控制系統(tǒng)的組合作用下，使異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)形成三步驟啟動(dòng)結(jié)構(gòu)，有其對(duì)應(yīng)的不同結(jié)構(gòu)設(shè)置的啟動(dòng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)組合方式，所述的異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)三步驟不同結(jié)構(gòu)組合的啟動(dòng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)方式是：第一步驟（圖1），U、V、W三相各設(shè)置有二組繞組，U相繞組1的頭部是U1，尾部是U2，繞組2的頭部是U3，尾部是O1，V相繞組3的頭部是V1，尾部是V2，V相繞組4的頭部是V3，尾部是O1，W相繞組5的頭部是W1，尾部是W2，W相繞組6的頭部是W3，尾部是O1，在控制器作用下，繞組1的頭部U1和三相電源U相相接，繞組1的尾部U2和繞組2的頭部U3相接，繞組2的尾部為O1點(diǎn)，繞組3的頭部V1和三相電源V相相接，尾部V2和繞組4的頭部V3相接，尾部接口為O1點(diǎn)，繞組5的頭部W1和三相電源W相相接，繞組5的尾部W2和繞組6的頭部W3相接，尾部為O1點(diǎn)，O1點(diǎn)為繞組2、4、6的尾部，形成公共連接點(diǎn)，組合成一種高相電阻多匝數(shù)的星形接法啟動(dòng)結(jié)構(gòu)，U相繞組匝數(shù)為繞組1加繞組2匝數(shù)，V相繞組匝數(shù)為繞組3加繞組4匝數(shù)，W相繞組匝數(shù)為繞組5加繞組6匝數(shù)，該結(jié)構(gòu)方式組合實(shí)現(xiàn)了異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的低電流相繞組大電阻的星形繞組啟動(dòng)方式的第一步驟；啟動(dòng)的第二步驟結(jié)構(gòu)方式為圖2，繞組1的頭部U1和繞組2的頭部U3相接，外接三相電源U相，繞組1的尾部U2和O2相接，繞組2的尾部為O1；繞組3的頭部V1和繞組4的頭部V3相接，外接三相電源V相，繞組3的尾部V2和O2相接，繞組4的尾部為O1；繞組5的頭部W1和繞組6的頭部W3相接，外接三相電源W相，繞組5的尾部W2和O2相接，繞組6的尾部為O1，O1、O2點(diǎn)為公共連接點(diǎn)，這組組合形成一組少匝數(shù)低電阻的雙星形繞組組合啟動(dòng)結(jié)構(gòu)，其每相繞組匝數(shù)是第一步驟相繞組匝數(shù)的一半，而繞組截面積是第一步驟啟動(dòng)方式截面積的二倍；啟動(dòng)的第三步驟的三相繞組結(jié)構(gòu)方式、接法和啟動(dòng)的第二步驟相同，該步驟為異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的低電流啟動(dòng)的延續(xù)步驟，是異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)從異步和同步切換步驟，也就是從啟動(dòng)向運(yùn)行的切換。

進(jìn)一步的，所述的一種異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)置及方法，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是由電源開(kāi)關(guān)QF、時(shí)間繼電器KT、繼電器KM1、KM2、KM3、KM4、開(kāi)機(jī)按扭SB2、停機(jī)按鈕SB1、保險(xiǎn)裝置FU和一種特制的由九根繞組引出線端的異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的組合設(shè)置而成。圖3為控制系統(tǒng)，三相電源W、V、U和電源開(kāi)關(guān)QF進(jìn)電方相接，出電方QFW、QFV、QFU和繼電器KM1的進(jìn)電方A、B、C相接，在電源開(kāi)關(guān)QF和繼電器KM1中間，下面控制電路結(jié)構(gòu)以一個(gè)電回路進(jìn)行論述：電路V相由接點(diǎn)18和停機(jī)按鈕SB1進(jìn)電方相接，停機(jī)按鈕SB1的出電方和接點(diǎn)20相接，同時(shí)分別和開(kāi)機(jī)按鈕SB2的進(jìn)電方、繼電器KM1的自鎖觸頭6的進(jìn)電方相接，開(kāi)機(jī)按鈕SB2的出電方連接接點(diǎn)21，繼電器KM1自鎖觸頭6的出電方連接接點(diǎn)22，接點(diǎn)21和接點(diǎn)22相連接，繼電器KM1的線圈13的進(jìn)電方連接接點(diǎn)21，繼電器KM1的線圈13的出電方連接接點(diǎn)26，繼電器KM3的常閉點(diǎn)11的進(jìn)電方連接接點(diǎn)22，出電方和繼電器KM4的常閉點(diǎn)12的進(jìn)電方相連接，繼電器KM4的常閉點(diǎn)12的出電方和接點(diǎn)23相接，繼電器KM2的常閉點(diǎn)9的進(jìn)電方和接點(diǎn)22相接，繼電器KM2的常閉點(diǎn)9的出電方和接點(diǎn)24相接，時(shí)間繼電器KT常閉點(diǎn)7的進(jìn)電方和接點(diǎn)23相連接，時(shí)間繼電器KT的常閉點(diǎn)7的出電方和繼電器KM2的線圈14的進(jìn)電方相連接，繼電器KM2的線圈14的出電方和接點(diǎn)26相連接，時(shí)間繼電器KT的線圈17的進(jìn)電方和接點(diǎn)23相連接，時(shí)間繼電器KT的線圈17的出電方和接點(diǎn)26相連接，時(shí)間繼電器KT的常開(kāi)點(diǎn)8的進(jìn)電方和接點(diǎn)24相連接，時(shí)間繼電器KT的常開(kāi)點(diǎn)8的出電方和接點(diǎn)25相連接，繼電器KM3的常開(kāi)點(diǎn)10的進(jìn)電方和接點(diǎn)24相連接，繼電器KM3的常開(kāi)點(diǎn)10的出電方和接點(diǎn)25相連接，繼電器KM3的線圈15的進(jìn)電方和接點(diǎn)25相連接，繼電器KM3的線圈15的出電方和接點(diǎn)26相連接，繼電器KM4的線圈16的進(jìn)電方和接點(diǎn)25相連接，繼電器KM4的線圈16的出電方和接點(diǎn)26相連接，保險(xiǎn)裝置FU的出電方和U相相接于接點(diǎn)19，保險(xiǎn)裝置FU的進(jìn)電方和接點(diǎn)26相連接，繼電器KM1的進(jìn)電方A、B、C三相電源和電源開(kāi)關(guān)QF的出電方三相電源QFU、QFV、QFW相對(duì)應(yīng)連接，繼電器KM1的出電方三相電源KM1U1、KM1V1、KM1W1分別和接點(diǎn)27、28、29相對(duì)應(yīng)連接，異步啟動(dòng)永磁同步電機(jī)的三相電源引出線U1、V1、W1分別和接點(diǎn)27、28、29對(duì)應(yīng)連接，繼電器KM3的進(jìn)電方三相電源a、b、c分別和接點(diǎn)27、28、29相接，繼電器KM3的出電方KM3U3、KM3V3、KM3W3的分別和接點(diǎn)33、34、35對(duì)應(yīng)連接，異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的引出線U3、V3、W3 和接點(diǎn)33、34、35對(duì)應(yīng)連接，繼電器KM2的KM2U3、KM2V3、KM2W3分別和接點(diǎn)33、34、35對(duì)應(yīng)連接，繼電器KM2的三相電源KM2Wa、KM2Vb、KM2Uc分別和接點(diǎn)30、31、32對(duì)應(yīng)連接，繼電器KM4的三相電源KM4U2、KM4V2、KM4W2分別和接點(diǎn)30、31、32對(duì)應(yīng)連接，繼電器KM4的三相出電端連接于O2點(diǎn)，且三相相接，異步啟動(dòng)永磁同步電機(jī)的三根引出線W2、V2、U2和接點(diǎn)30、31、32對(duì)應(yīng)連接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明對(duì)異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)采用星形繞組三步驟低電流平穩(wěn)升速啟動(dòng)，第一步驟為低電流多匝數(shù)星形繞組的啟動(dòng)，第二步驟為高轉(zhuǎn)矩少匝數(shù)星形繞組的切換啟動(dòng)，第三步驟為進(jìn)入額定點(diǎn)工作電流同步運(yùn)轉(zhuǎn)速度的異步切換同步運(yùn)行的啟動(dòng)——運(yùn)行方式，該方法在第一步驟啟動(dòng)時(shí)依據(jù)公式：IST=IKW/IST，式中IST為啟動(dòng)電流，IKW為功電流，IST為啟動(dòng)時(shí)總漏阻抗，IST= ，RST為啟動(dòng)時(shí)總電阻，XST為啟動(dòng)時(shí)總漏抗，XST依據(jù)電動(dòng)設(shè)計(jì)電參數(shù)所定，對(duì)每單臺(tái)電機(jī)而言為不變值，且占有比例小，經(jīng)15KW-2級(jí)的三相異步電動(dòng)機(jī)而言，XST=0.1162，RST=R1+R2，R1為繞組直流電阻，由繞組的電阻率、繞組截面積和匝數(shù)所確定，R2為感抗，由匝數(shù)確定，截面積大，R1和R2相對(duì)高，截面積小R1大，電阻率由材料而定，很明確加多匝數(shù)，減小線徑，R1和R2明顯加大。根據(jù)15KW-2級(jí)的三相異步電動(dòng)機(jī)而言，額定電壓為380V，頻率50HZ狀態(tài)下額定點(diǎn)工作，則采用圖1方式星形繞組直接啟動(dòng)，由設(shè)計(jì)參數(shù)得IST1===0.544；采用圖2方式星形繞組少截面積加倍匝數(shù)啟動(dòng)方式則IST2===1.7，則IST1=0.544，IST2=1.7，IST2是IST1的3.12倍，則采用圖1方式星形繞組的截面積是圖2方式星形繞組截面積的一半，而匝數(shù)是圖1方式星形繞組的一倍，啟動(dòng)電流可下降3.12倍，這樣對(duì)于異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)而言，啟動(dòng)瞬間的沖擊電流就較小，這樣定子所產(chǎn)生的瞬間感應(yīng)磁場(chǎng)的磁沖擊相對(duì)于永磁轉(zhuǎn)子的磁沖擊就較小，就不會(huì)發(fā)生磁沖擊退磁現(xiàn)象，有效地保證了異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)正常穩(wěn)定工作，對(duì)永磁鐵而言，瞬間的強(qiáng)磁沖擊會(huì)導(dǎo)致永磁體的失磁現(xiàn)象發(fā)生；2、采用星形繞組三步驟啟動(dòng)法，可使啟動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)速相對(duì)平穩(wěn)上升，特別在第一步驟階段由于采用多匝數(shù)，相繞組的方案允許較長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行第一步驟的加速區(qū)工作而異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)溫升不高，如果星三角啟動(dòng)，則不允許啟動(dòng)初始時(shí)的低速時(shí)間太長(zhǎng)，否則電機(jī)定子溫升會(huì)急增，同時(shí)星形繞組啟動(dòng)和星形繞組運(yùn)行有效地保證了異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的電機(jī)高效性能，減少因永磁體的勵(lì)磁，氣隙磁場(chǎng)導(dǎo)致的諧波和環(huán)流，造成永磁電機(jī)性能下降。且該技術(shù)方案實(shí)際應(yīng)用成本低，體積小，故障率低，安全可靠，有效地解決了大功率異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)現(xiàn)有存在的技術(shù)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為星形接法啟動(dòng)繞組圖。

圖2為星形接法運(yùn)行繞組圖。

圖3為控制系統(tǒng)圖。

具體實(shí)施方式

本技術(shù)方案為三步驟星形繞組接法異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的低電流轉(zhuǎn)速平穩(wěn)升速的啟動(dòng)運(yùn)行方法，啟動(dòng)第一步驟電機(jī)繞組采用圖1星形相繞組匝數(shù)為運(yùn)行時(shí)星形接法相繞組匝數(shù)的一倍，啟動(dòng)時(shí)星形接法相繞組截面積為運(yùn)行時(shí)星形接法相繞組的一半，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到200~300轉(zhuǎn)時(shí)，在控制系統(tǒng)圖3的作用下，異步啟動(dòng)永磁同步電機(jī)工作繞組切換到第二步驟狀態(tài)。圖2，星形接法啟動(dòng)相繞組匝數(shù)為第一步驟星形接法相繞組的一半，而星形接法相繞組截面積為第一步驟星形接法相繞組截面積的一倍，此時(shí)工作階段轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，啟動(dòng)力矩加大，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升致同步轉(zhuǎn)速的93~96%，力矩大于異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)額定工作力矩時(shí)，進(jìn)入第三步驟，自動(dòng)切換到同步運(yùn)行步驟，實(shí)現(xiàn)低電流啟動(dòng)，高效運(yùn)行，達(dá)到體積小成本低的目的。其具體工作控制步驟如下：?jiǎn)?dòng)時(shí)，電源開(kāi)關(guān)QF閉合，按下開(kāi)機(jī)按扭SB2，繼電器KM1線圈13，繼電器KM2線圈14，時(shí)間繼電器KT線圈17通電，KM1自鎖觸頭6閉合，松開(kāi)SB2，此時(shí)繼電器KM1總觸頭閉合，A和KM1U1、B和KM1V1、C和KM1W1導(dǎo)通，繼電器KM2主觸頭閉合，KM2Ua和KM2U3導(dǎo)通，KM2Vb和KM2V3導(dǎo)通，KM2Wc和KM2W3導(dǎo)通，形成星形接法啟動(dòng)繞組（圖1）組合方式驅(qū)動(dòng)異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了第一步驟——低電流啟動(dòng);在延時(shí)繼電器KT線圈17導(dǎo)通后，KT延時(shí)斷開(kāi)的動(dòng)斷觸頭7延時(shí)分?jǐn)?，繼電器KM2線圈14失電斷開(kāi)，繼電器KM2常閉點(diǎn)9則閉合，KT延時(shí)閉合的動(dòng)合觸頭8延時(shí)閉合，繼電器KM3、KM4線圈15和16導(dǎo)通，繼電器KM3常開(kāi)點(diǎn)10閉合，此時(shí)主電路上繼電器KM1、KM3、KM4工作，其對(duì)應(yīng)的主觸頭均閉合，繼電器KM3的常閉點(diǎn)11、繼電器KM4的常閉點(diǎn)12均斷開(kāi)，繼電器KM2的線圈14斷電不工作，對(duì)應(yīng)的主觸頭斷開(kāi)，時(shí)間繼電器KT的線圈17斷電，繼電器完成工作，異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)按雙星形接法運(yùn)行圖（圖2）狀況工作，主電路上繼電器KM1工作主觸頭閉合，電機(jī)繞組引出線U1、V1、W1獲得三相電源，繼電器KM3主觸頭閉合，a和KM3U3導(dǎo)通，b和KM3V3導(dǎo)通，c和KM3W3導(dǎo)通，繼電器KM4主觸頭閉合，KM4U2、KM4V2、KM4W2的公共點(diǎn)O2導(dǎo)通，異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行繞組工作狀況，此狀態(tài)切入瞬間，異步啟動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)還是處于啟動(dòng)工作狀態(tài)，只是由于此時(shí)相繞組匝數(shù)相對(duì)于切換前星形接法啟動(dòng)繞組（圖1）工作狀況下減少一半，繞組導(dǎo)線截面積增加一倍，此時(shí)異步啟動(dòng)永磁電動(dòng)機(jī)扭力急增，轉(zhuǎn)速也瞬間提高。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)同步轉(zhuǎn)速的93%~96%時(shí)，轉(zhuǎn)矩大于額定工作點(diǎn)轉(zhuǎn)矩時(shí)，自動(dòng)切換到永磁同步工作，實(shí)現(xiàn)了異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，完成了啟動(dòng)的第二步驟。本發(fā)明所述的異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)到運(yùn)行為三步驟：第一步驟為星形繞組多匝數(shù)異步低電流啟動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到200~400轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)入第二步驟采用切換繞組方式進(jìn)入雙星形繞組異步高轉(zhuǎn)矩的啟動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步額定轉(zhuǎn)速93~96%，轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，進(jìn)入第三步驟，異步向同步自動(dòng)切換同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的低電流啟動(dòng)平衡升速高效運(yùn)行的效果。