异步电机以及用于使异步电机运行的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种异步电机以及一种用于使异步电机运行的方法。
【背景技术】
[0002] 在交流电网上运行的异步电机为了产生旋转磁场而需要有相位差的至少两个电 压。为此，异步电机通常具有主绕组以及偏置90°的辅助绕组，其中，利用与辅助绕组串联 的电容器来实现相位差。
[0003] 相位差是电容器的电容和异步电机的转速的函数，并且决定该异步电机的工作 点。在错误的工作点上运行会造成运行故障以及对各构件和所属机器的损坏。因此，经常 需要在起动转速与额定转速之间在电机的启动阶段内改变电容器的电容，其中，电容的改 变通常如下来实现：
[0004] 1.异步电机借助起动电容器和运行电容器来运行，其中，起动电容器在启动过程 之后断开，或者
[0005] 2.异步电机仅借助起动电容器来运行，该起动电容器在启动过程之后断开。
[0006] 对于无干扰的电机运行来说，可供使用的扭矩必须保持既在起动电容器断开前又 在起动电容器断开后不久均比负载力矩明显更大。实践中，通常借助与电机转速有关的离 心力开关、与电机电流有关的电流继电器或者在预定义时间之后来使起动电容器断开。
[0007] 此外，由US 2007/0057647 A1已知一种方法，其中，确定辅助绕组的电压与主绕组 的电压之间的相位差，并且当该相位差超过预先给定值时使起动电容器断开。
[0008] 此外，由DE 600 24 487 T2已知一种具有主绕组、辅助绕组和起动电容器的用于 单相交流电感应电机的电机电路，其中，测量辅助绕组的电压，并且当测得的电压的一阶导 函数超过预先给定的阈值时，引入起动电容器的断开。
【发明内容】
[0009] 本发明的任务在于，以简化的电路和处理耗费来确保异步电机的无干扰的且保护 构件的运行。
[0010] 根据本发明，该任务通过权利要求1和14的特征来解决。
[0011] 对于根据本发明的用于使具有主绕组和辅助绕组的异步电机运行的方法，在使异 步电机起动之前将起动电容器与辅助绕组串联，通过如下方式来使该起动电容器在异步电 机起动之后在所确定的时刻断开，即，
[0012] -测量辅助绕组的电压，
[0013] -应用至少一个数学模型，该至少一个数学模型关于时间描绘辅助绕组的电压的 电压幅值并且包含电机启动过程的动态进程的至少一个特征值，其中
[0014] 根据该数学模型以及辅助绕组的所测得电压的幅值或有效值的变化曲线来确定 电机启动过程的动态进程的特征值，以及
[0015] -借助所确定的特征值来确定用于使起动电容器断开的时刻。
[0016] 根据本发明的异步电机具有主绕组、辅助绕组、起动电容器以及控制和调节装置， 其中，控制和调节装置与用于确定辅助绕组的所测得电压的幅值或有效值的变化曲线的电 压测量装置以及用于使起动电容器断开的断开装置相连接，其中，该控制和调节装置构造 成通过以下方式确定用于使起动电容器断开的时刻，即，
[0017] -测量辅助绕组的电压，
[0018] -应用至少一个数学模型，该至少一个数学模型关于时间描绘辅助绕组的电压的 电压幅值并且包含电机启动过程的动态进程的至少一个特征值，其中
[0019] 根据该数学模型以及辅助绕组所测得电压的幅值或有效值的变化曲线来确定电 机启动过程的动态进程的特征值，以及
[0020] -借助所确定的特征值来确定用于使起动电容器断开的时刻。
[0021] 通过仅测量和处理辅助绕组的电压，简化了电路和处理耗费。但可确定用于使起 动电容器断开的时刻，以使得确保异步电机的无干扰运行，并且避免对异步电机和所属设 备的可能损坏。通过采用关于时间描绘辅助绕组的电压的电压幅值的至少一个数学模型， 可无干扰且保护构件地确定用于使起动电容器断开的时刻。
[0022] 本发明的其它构造设计是从属权利要求的主题。
[0023] 较佳地，借助辅助绕组的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一阶和/或 其它阶导函数（d nUH/dtn)来确定特征值。
[0024] 根据较佳实施例，为了确定用于使起动电容器断开的时刻，确定并且考虑辅助绕 组的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一阶和二阶导函数（dU H/dt，d2UH/dt2)。
[0025] 此外，为了确定用于使起动电容器断开的时刻，可确定并且考虑辅助绕组的所测 得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一阶和二阶导函数（dU H/dt，d2UH/dt2)。
[0026] 根据本发明的另一变型，为了确定用于使起动电容器断开的时刻，可确定并且考 虑辅助绕组的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一阶、二阶和三阶导函数（dU H/ dt，d2UH/dt2, d3UH/dt3) 〇
[0027] 为了确定用于使起动电容器断开的时刻而采用的至少一个数学模型可特别由如 下的第一数学模型构成：
[0028] UH= U H ⑴-(UH〇0 _UH0) e t'T
[0029] 其中，UHQ是辅助电压（UH)在t = 0时的初始值，UH"是辅助电压（UH)在t =〇〇时 的终值。时间常数t是电机启动过程的动态进程的特征值。
[0030] 替代该第一数学模型或者除了该第一数学模型之外，还可应用如下的第二数学模 型：
【主权项】
1. 一种用于使具有主绕组（1)和辅助绕组（2)的异步电机运行的方法，其中，在所述异 步电机起动之前将起动电容器（4)与所述辅助绕组（2)串联，并且通过如下方式使所述起 动电容器在所述异步电机起动之后在所确定的时刻断开： -测量所述辅助绕组（2)的电压， -应用至少一个数学模型，所述数学模型关于时间描绘所述辅助绕组的电压的电压幅 值并且包含电机启动过程的动态进程的至少一个特征值，其中根据所述数学模型以及所述 辅助绕组的所测得电压的幅值或有效值的变化曲线来确定所述电机启动过程的动态进程 的所述特征值，以及 -借助所确定的特征值来确定用于使所述起动电容器（4)断开的所述时刻。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述辅助绕组的所测得的电压的幅值 或有效值的变化曲线的一阶和/或其它阶导函数（dnUH/dtn)来确定所述特征值。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个数学模型包括如下的第一数 学模型： Uh= U H ⑴-(Uh -UH0) e "τ 其中，Um是所述辅助电压（Uh)在t = 0时的初始值，Uhoo是所述辅助电压（Uh)在t = 0时的终值，且τ是所述第一数学模型的时间常数以及所述电机启动过程的动态进程的 所述特征值。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个数学模型包括如下的第二数 学模型：
其中，n>2, Uhci是所述辅助电压（Uh)在t = 0时的初始值，Uhoo是所述辅助电压（Uh)在 t =OO时的终值，且％是常数。
5. 如权利要求1、2和3所述的方法，其特征在于，为了确定用于使所述起动电容器（4) 断开的所述时刻，借助所述辅助绕组（2)的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一 阶和二阶导函数（dU H/dt，d2UH/dt2)来确定并且采用所述第一数学模型的时间常数τ。
6. 如权利要求1、2和4所述的方法，其特征在于，为了确定用于使所述起动电容器（4) 断开的所述时刻，借助所述辅助绕组（2)的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的 一阶和二阶导函数（dU H/dt，d2UH/dt2)来确定并且采用所述第二数学模型的至少一个拐点 (36)，所述拐点是所述电机启动过程的动态进程的所述特征值。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，借助所述辅助绕组（2)的所测得的电压的幅 值或有效值的变化曲线的一阶导函数（dU H/dt)的最大值或者借助所述辅助绕组（2)的所 测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的二阶导函数（d2U H/dt2)的负的过零点来确定所述 辅助绕组⑵的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的所述拐点。
8. 如权利要求1、2和4所述的方法，其特征在于，为了确定用于使所述起动电容器（4) 断开的所述时刻，还借助所述辅助绕组（2)的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的 一阶、二阶和三阶导函数（dU H/dt，d2UH/dt2，d3U H/dt3)来确定并且采用所述第二数学模型的 曲线转折点。
9. 如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，将超过或者低于所述辅助绕组（2)的所 测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的η阶导函数（dnUH/dtn)的预定义阈值用作为使所 述起动电容器（4)断开的标准。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定临界电机状态，使用所述辅助绕 组（2)的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一阶导函数（dU H/dt)，其中， -当所述辅助绕组（2)的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一阶导函数 (dUH/dt)在从所述异步电机（4)启动起的预定义时间段内未超过预定义阈值时，和/或 -当所述辅助绕组（2)的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一阶导函数 (dUH/dt)保持〈0达一预定义时间段时，达到临界电机状态。
11. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述辅助绕组（2)的所测得的电压的 幅值或有效值的变化曲线的初始值的时间变化，确定自所述起动电容器（4)起用起的电容 变化以及所述起动电容器（4)的剩余使用寿命。
12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述辅助绕组（2)的所测得的电压变 化曲线的终值的时间变化，确定自所述运行电容器（3)起用起的电容变化以及所述运行电 容器（3)的剩余使用寿命。
13. 如权利要求1到12所述的方法，其特征在于，将导函数（dUH/dt)转换为关于预定 义的时间跨度的值变化量（Uh2-Uhi)。
14. 一种具有主绕组（1)、辅助绕组（2)、起动电容器（4)以及控制和调节装置（7)的异 步电机，其中，所述控制和调节装置（7)与用于确定所述辅助绕组（2)的所测得电压的幅值 或有效值的变化曲线的电压测量装置（8)以及用于使所述起动电容器（4)断开的断开装置 相连接， 其特征在于，所述控制和调节装置（7)构造成根据权利要求1来确定用于使所述起动 电容器⑷断开的时刻。
15. 如权利要求14所述的异步电机，其特征在于，所述控制和调节装置（7)包括用于确 定所述辅助绕组（2)的所测得的电压的幅值或有效值的变化曲线的一阶和/或其它阶导函 数（d nUH/dtn)的装置以及用于根据所述辅助绕组（2)的所测得的电压的幅值或有效值的变 化曲线的一阶和/或其它阶导函数（d nUH/dtn)来确定使所述起动电容器（4)断开的时刻的 装置。
【专利摘要】本发明涉及一种异步电机以及一种用于使异步电机运行的方法。对于根据本发明的用于使具有主绕组和辅助绕组的异步电机运行的方法，在异步电机起动之前将起动电容器与辅助绕组串联，并且通过如下方式使该起动电容器在异步电机起动之后在所确定的时刻断开：测量辅助绕组的电压并且应用至少一个数学模型，该数学模型关于时间描绘辅助绕组的电压的电压幅值并且包含电机启动过程的动态进程的至少一个特征值，其中根据该数学模型以及辅助绕组的所测得电压的幅值或有效值的变化曲线来确定电机启动过程的动态进程的特征值，并且借助所确定的特征值来确定用于使起动电容器断开的时刻。
【IPC分类】H02P25-04
【公开号】CN104660146
【申请号】CN201410648390
【发明人】X·彭
【申请人】克利万工业-电子有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年11月14日
【公告号】DE102013112692A1, EP2874306A1, US20150137730