一种电机设备的缓冲控制电路及缓冲控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种电机设备的缓冲控制电路及缓冲控制方法，通过缓冲电阻电路实现电机设备M的启动运行，利用电阻对输入电压的分压作用，降低电机设备M的输入电压，从而降低电机设备M的输入电流，本发明采用缓冲电阻电路结构较简单，且保证了电机设备M的安全。
【专利说明】
一种电机设备的缓冲控制电路及缓冲控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及电力电子技术领域，更具体的，涉及一种电机设备的缓冲控制电路及 缓冲控制方法。
【背景技术】
[0002] 电机设备在使用时，如果直接工频(50Hz)启动，由于线电压压降过大会导致产生 的启动冲击电流会达到额定电流的七八倍，甚至更大，多次电流冲击将导致电机设备损坏 或引起前级断路器跳闸，因此需要软启动设备，如变频器等。变频器设备良好时，变频切工 频可以使用锁相切换方式，然而，在变频器设备损坏或无法应用变频器的场合，需要工频启 动或从变频切换至工频时，若不使用缓冲电路，同样会由于线电压压降过大而导致启动电 流过大，引起不良后果。因此，需要一定的缓冲控制措施，对冲击电流进行缓冲，避免电流冲 击对电机设备的损坏。
[0003] 目前，传统的工频启动或变频切换工频方式主要有两种:第一种方案是采用自耦 降压器隔离降压启动或切换的方式，如图1，在变频器支路被KM1、KM2切出后，将自耦降压器 QZB用KM3切入到电路中，通过降低启动时的输入电压来降低启动电流;第二种方案是采用 星三角降压连接启动或切换的方式，在启动或切换时将电机绕组接为三角形接法，降低相 电压为原来的1/#，从而使相电流减小至原来的1/3。但是第一种方式的自耦降压器设备复 杂，调压较困难，前级的保护电路复杂;第二种方式的星三角需要更改电机绕组连接方式， 连接较复杂，且均无法保证电机设备的安全。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种电机设备的缓冲控制电路及缓冲控制方法，以解决现 有技术中由于采用自耦降压器隔离降压启动或切换方式或采用星三角降压连接启动或切 换方式，结构较复杂，且无法保证电机设备的安全的问题。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：
[0006] 一种电机设备的缓冲控制电路，包括:开关KM3以及缓冲电阻电路，其中，
[0007]所述开关KM3的第一端用于连接三相输入电压，所述开关KM3的第二端与所述缓冲 电阻电路的第一端相连；
[0008] 所述缓冲电阻电路的第二端用于与电机设备相连。
[0009] 其中，所述缓冲电阻电路包括N个串联连接的缓冲电阻单元，其中N多1。
[0010]其中，所述缓冲电阻单元包括:缓冲电阻和接触器开关，且所述缓冲电阻和所述接 触器开关并联连接，所述缓冲电阻为Rl、R2···、Ri、…RN。
[0011]其中，所述缓冲电阻电路的阻值R为N个缓冲电阻串联的总阻值，其满足：
其中，In为电机额定电流，Un为电机额定线电压，R = R1+R2+…+ Ri+."+RN〇
[0012] 其中，所述N个缓冲电阻的各个电阻值满足：Rl :R2 : ··· :Ri : ··· :RN = 2n-1:…：2n -i+1.....9〇 ? ? Lt 〇
[0013]优选的，该缓冲控制电路还包括:变频器、开关KMl和开关KM2,其中，
[0014]所述开关KMl的第一端用于连接所述三相输入电压，所述开关KMl的第二端与所述 变频器的第一端相连；
[0015]所述变频器的第二端与所述开关KM2的第一端相连；
[0016]所述开关KM2的第二端用于与所述电机设备相连。
[0017] -种电机设备的缓冲控制方法，，应用于控制上述权利要求1至6中任一项所述的 缓冲控制电路，该方法包括：
[0018] 闭合所述开关KM3,通过所述缓冲电阻电路工频启动所述电机设备。
[0019] 优选的，所述闭合所述开关KM3,通过所述缓冲电阻电路工频启动所述电机设备具 体为：
[0020] 闭合所述开关KM3,将所述缓冲电阻电路中N个缓冲电阻单元接入电路中；
[0021] 依次在预设缓冲时间T1时刻闭合接触器开关KM3-i将第i个缓冲电阻单元切出，且 直至在预设时间Tn时刻将所述N个缓冲电阻单元全部从工频支路切出，其中l<i<N。
[0022] 优选的，在闭合所述开关KM3,通过所述缓冲电阻电路工频启动所述电机设备之 前，该方法包括：
[0023]判断所述变频器能否正常启动工作；
[0024]当所述变频器能正常启动时，闭合所述开关KMl和所述开关KM2，通过所述变频器 使用工频软启动所述电机设备；
[0025]当所述变频器不能正常启动时，闭合所述开关KM3,通过所述缓冲电阻电路工频启 动所述电机设备。
[0026] 优选的，所述预设缓冲时间
，.所述预设时间】
其中，所述Ts 为电机正常启动达到稳定转速的时间。
[0027] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了 一种电机设备的缓冲 控制电路及缓冲控制方法，通过缓冲电阻电路实现电机设备M的启动运行，利用电阻对输入 电压的分压作用，降低电机设备M的输入电压，从而降低电机设备M的输入电流，本发明采用 缓冲电阻电路结构较简单，且保证了电机设备M的安全。
【附图说明】
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0029] 图1为现有技术中自耦降压器隔离降压启动或切换原理及结构示意图；
[0030] 图2为本发明实施例公开的一种电机设备的缓冲控制电路示意图；
[0031] 图3为本发明实施例的一种缓冲控制电路实施例的示意图；
[0032] 图4为本发明实施例公开的另一种电机设备的缓冲控制电路的示意图；
[0033] 图5为本发明实施例公开的另一种电机设备的缓冲控制电路的示意图；
[0034] 图6为本发明实施例公开的一种电机设备的缓冲控制方法的流程示意图；
[0035]图7为本发明实施例公开的图6中步骤S601的具体流程示意图；
[0036]图8为本发明实施例公开的图6中步骤S601或图7步骤S701之前还包括的步骤流程 示意图；
[0037] 图9为本发明实施例公开的一种包括2个缓冲电阻单元的电机设备的缓冲控制电 路不意图；
[0038] 图10为本发明实施例中2个缓冲电阻单元的工频启动电流仿真波形图；
[0039]图11为本发明实施例中2个缓冲电阻单元的25Hz切换工频的电流仿真波形图； [0040]图12为49Hz切换工频的电流实验波形图；
[0041 ]图13为本发明实施例公开的一种包括3个缓冲电阻单元的电机设备的缓冲控制电 路不意图；
[0042]图14为本发明实施例中3个缓冲电阻单元的工频启动电流仿真波形图；
[0043]图15为本发明实施例中3个缓冲电阻单元的25Hz切换工频的电流仿真波形图。
【具体实施方式】
[0044]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045] 本发明要解决的问题是:针对【背景技术】中工频启动或切换方式连接复杂等不足， 结合降压启动或切换的方式，提出一种简单方便的工频启动或切换的缓冲控制电路及缓冲 控制方法，该控制方法的总体思路是:利用电阻对输入电压的分压作用，降低电机设备的输 入电压，从而降低电机设备的输入电流，保证电机设备的安全。
[0046] 请参阅附图2,图2为本发明实施例公开的一种电机设备的缓冲控制电路示意图。 如图2所示，本发明公开了一种电机设备的缓冲控制电路，适用于电机设备工频启动或变频 器控制后变频切换工频的控制，该电机设备的缓冲控制电路包括:开关KM3和缓冲电阻电 路，其中，开关KM3的第一端用于连接三相输入电压，开关KM3的第二端与缓冲电阻电路的第 一端相连;缓冲电阻电路的第二端用于与电机设备相连。
[0047] 本实施例提供的电机设备的缓冲控制电路，在电机设备的启动或切换时，闭合开 关KM3,将缓冲电阻电路接入电路中，利用缓冲电阻电路对输入电压的分压作用，降低电机 设备M的输入电压，从而降低电机设备M的输入电流，保证电机设备M的安全。
[0048] 请参阅附图3,图3为本发明实施例中提供的一种缓冲电阻电路实施例的示意图。 如图3所示，缓冲电阻电路包括N个缓冲电阻单元，且N个缓冲电阻单元串联连接;具体的，第 i个缓冲电阻单元包括:缓冲电阻Ri和接触器开关KM3-i，且缓冲电阻Ri和接触器开关KM3-i 并联连接，且缓冲电阻分别为Rl、R2，"、Ri、，"RN$*，N>l，l^a<N。
[0049 ] 在电机设备M通过KMl和缓冲电阻电路启动运行时，闭合开关KM3，将缓冲电阻电路 中的所有缓冲电阻单元接入电路中，保证电机设备M的输入电流足够小，从接入电路到等待 预设时间!^后，闭合接触器开关KM3-1，通过接触器开关KM3-1的短路回路将第1个缓冲电阻 单元从缓冲电路中切出去，按照KM3-2至KM3-N的顺序，依次在预设时间Ti时刻闭合接触器 开关KM3-i，即通过接触器开关KM3-i短路回路将第i个缓冲电阻单元切出去，直至在预设时 间Tn时刻将所述N个缓冲电阻单元全部从工频支路切出，即将所有N个缓冲电阻单元已经从 工频支路全部切出，电机设备M由工频电网控制运行。
[0050] 具体的，为了保证切换过程的平稳及控制的方便，需要每个单元切出的时间Ti遵 循下式原则：
[0051]
[0052]为了避免启动时间过短，启动过快，导致冲击电流较大，上述提及的预设时间TN， 即N个单元切出的总时间，应该满足下式原则：
[0053]
2
[0054] 即：Tn满足：Γγ 2 ，其中，Ts为电机正常启动达到稳定转速的时间。 3
[0055]另外，上述缓冲电阻电路的阻值R为N个缓冲电阻串联的总阻值，即：R = Rl +R2+…+ Ri+…+RN，为保证启动时或变频切换工频时对冲击电流影响较小，其应该满足以下算式：
[0056]
[0057] 其中，In为电机额定电流，Un为电机额定线电压。
[0058]同样，为了保证在切出缓冲电阻的过程中，冲击电流较小，N个缓冲电阻的各个电 阻值应该满足以下算式：
[0059]
[0000 ]斗、汉WTRIW，丨刀具·々Μ大??衣H力，TO _L· Jdi级Y T ?空制电路，适用于电机设备工频启动 或变频器控制后变频切换工频的控制，当N = 2或3时效果最好，当N= 1时，一个缓冲电阻的 切入会降低冲击电流，但由于缓冲电阻上的分压较大，切出时会产生较大的冲击电流，可以 通过增加缓冲电阻在工频电路中的作用时间，使得电机运行频率接近于工频时切出缓冲电 阻，此时能降低冲击电流，但此过程对缓冲电阻的功率要求较高；而当N多4时，虽然能达到 平滑过渡工频启动或切换过程，但单元较多，增加了系统的复杂性。
[0061 ] 如图4和图5所示，该电机设备的缓冲控制电路包括:开关ΚΜ3以及缓冲电阻电路， 其还包括:变频器、开关KMl和开关ΚΜ2，其中，
[0062]开关ΚΜ3的第一端用于连接三相输入电压，开关ΚΜ3的第二端与缓冲电阻电路的第 一端相连;缓冲电阻电路的第二端用于与电机设备相连。
[0063]开关KMl的第一端用于与三相输入电压相连，开关KMl的第二端与变频器的第一端 相连;变频器的第二端与开关ΚΜ2的第一端相连;开关ΚΜ2的第二端用于与电机设备相连。 [0064]工作原理:本实施例提供的电机设备的缓冲控制电路，在电机设备M通过变频器正 常启动时，KMl和ΚΜ2闭合，通过变频器软启动电机，保证电机设备M的输入电流较小且有较 大的启动转矩；当变频器突然损坏，需将运行中的电机设备M切入工频电网电压中时，可通 过本发明提供的缓冲控制电路，实现工频启动或者变频切换工频的缓冲控制，本发明利用 电阻对输入电压的分压作用，降低电机设备M的输入电压，从而降低电机设备M的输入电流， 本发明采用缓冲电阻电路结构较简单，且保证电机设备的安全。另外，当上述变频器不能正 常启动时，可以直接通过开关KM3和缓冲电阻电路实现电机设备M的工频启动。
[0065] 请参阅附图6,图6为本发明实施例公开的一种电机设备的缓冲控制方法的流程示 意图。如图6所示，本发明公开了一种电机设备的缓冲控制方法，该方法应用于控制缓冲控 制电路，该方法具体步骤包括如下：
[0066] S601、闭合开关KM3，通过缓冲电阻电路工频启动电机设备。
[0067]该方法在电机设备的工频启动时，将开关KM3闭合，通过缓冲电阻电路对输入电压 进行分压，降低电机设备的输入电压实现工频启动电机设备。
[0068]本实施例提供的电机设备的缓冲控制电路，在电机设备的启动或切换时，闭合开 关KM3,将缓冲控制电路接入电路中，利用缓冲电阻电路对输入电压的分压作用，降低电机 设备的输入电压，从而降低电机设备的输入电流，保证了电机设备的安全。
[0069]请参阅附图7，图7为本发明实施例中图6中步骤S601的具体流程示意图。如图7所 示，步骤S601为具体步骤包括：
[0070] S701、闭合开关KM3，将缓冲电阻电路中N个缓冲电阻单元接入电路中。
[0071] S702、依次在预设缓冲时间Ti时刻闭合接触器开关KM3_i将第i个缓冲电阻单元切 出，且直至在预设时间Tn时刻将N个缓冲电阻单元全部从工频支路切出，电机设备M由工频 电网控制运行，其中，彡N。
[0072] 具体的，为了保证切换过程的平稳及控制的方便，需要每个单元切出的时间1\满 足以下原则：
[0073]
[0074] 为了避免启动时间过短，启动过快，导致冲击电流较大，上述提及的预设时间TN， 即Tn为N个里元切出的总时间，应该满足以下原则：
[0075]
[0076] 即：Tn满足
$中，Ts为电机正常启动达到稳定转速的时间。
[0077] 本实施例提供的缓冲控制方法，通过缓冲电阻电路实现电机设备M的启动运行，利 用电阻对输入电压的分压作用，降低电机设备M的输入电压，依次将缓冲电阻切出电路中， 从而降低电机设备M的输入电流，本实施例采用缓冲电阻电路结构较简单，且保证了电机设 备M的安全。
[0078] 具体的，如图3和图4中描述的，在该缓冲控制电路还包括:变频器、开关KMl和开关 KM2时，请参阅附图8，图8为本发明实施例公开的图6中步骤S601或图7中步骤S701之前还包 括的步骤流程示意图。如图8所示，该方法在闭合所述开关KM3,通过所述缓冲电阻电路工频 启动所述电机设备之前还具体包括如下步骤：
[0079] S801、判断变频器能否正常启动工作，当变频器能正常启动时，进入步骤S802;当 变频器不能正常启动时，进入步骤S803。
[0080]上述缓冲控制电路的具体结构请参阅附图4和附图5所示。
[00811 S802、闭合开关KMl和开关KM2，通过变频器使用工频软启动电机设备。
[0082] 在判断结果得到变频器可以正常启动时，闭合开关KMl和开关KM2,通过变频器实 现使用工频软启动电机设备M，保证电机设备启动电流较小且有较大的启动转矩。
[0083] S803、闭合开关KM3，通过所述缓冲电阻电路工频启动所述电机设备。
[0084] 闭合开关KM3,将所有缓冲电阻单元接入电路中，保证启动电流或者切换电流足够 小，通过所述缓冲电阻电路工频启动所述电机设备。
[0085] 本实施例提供的缓冲控制方法，通过缓冲电阻电路实现电机设备M的启动运行，利 用电阻对输入电压的分压作用，降低电机设备M的输入电压，从而降低电机设备M的输入电 流，本实实施例采用缓冲电阻电路结构较简单，且保证了电机设备M的安全。
[0086] 下面举具体的例子说明该缓冲控制电路的应用情况：
[0087] 请参阅附图9,图9为本发明公开的一种包括2个缓冲电阻单元的电机设备的缓冲 控制电路的示意图，图9中的缓冲电阻电路包括两组缓冲电阻单元，在额定线电压101^、额 定功率IMff、额定电流71.2A三相异步电机中，根据上述几个公式计算得知，取Rl = 9.5 Ω，R2 2 =4 · 75 Ω，KM3-1 的切换时间T1 = 0 · 5s，KM3-2的切换时间T2 = I s，T2满足：Ts ; 50Hz工 一 3 频启动时的仿真图如图I 〇所示，电机设备M输入电流的最大值为图中电流波形的峰值，如图 所示，三相电流最大为额定电流的4.6倍;从变频25Hz切换至50Hz工频时的仿真图如图11所 示，电机设备M输入电流最大为图中电流波形的峰值，如图所示，三相电流最大为额定电流 的4.9倍;空载情况下，从变频49Hz切换50Hz工频的实验波形如图12所示，图12中右侧部分 直接显示的最大电平即为电机设备M输入电流的最大值，其电流最大为额定电流的4.5倍。
[0088] 请参阅附图13,图13为本发明公开的一种包括3个缓冲电阻单元的缓冲控制电路 示意图，图13中的缓冲电阻电路包括三组缓冲电阻单元，以线电压10KV、额定功率1MW、额定 电流71.2A三相异步电机中，根据上述几个公式计算得知，取R1 = 8Q，R2 = 4Q，R3 = 2Q， KM3-1的切换时间T1 = 0.4s，KM3-2的切换时间T2 = 0.8s，KM3-3的切换时间T3 = 1.2s，T3满足 Tr5仝^ 7"50Hz工频启动时的仿真图如图14所示，电机设备M输入电流的最大值为图中电流 波形的峰值，如图所示，三相电流的最大值为额定电流的4.6倍;从变频25Hz切换50Hz工频 时的仿真图如图15所示，电机设备M输入电流的最大值为图中电流波形的峰值，如图所示， 三相电流的最大值为额定电流的4.7倍。
[0089]根据上述仿真和实验结果可知，本发明的工频切换或启动方法能保证三相电流最 大值仅为额定电流的4.6倍左右，对比现有技术中工频启动或切换过程中达到额定电流八 九倍的冲击电流，本发明的冲击电流小很多，因此能很好地保证系统的安全性。
[0090] 综上所述，本发明公开了一种电机设备的缓冲控制电路及缓冲控制方法，适用于 电机设备工频启动或变频器控制后变频切换工频的控制，通过缓冲电阻电路实现电机设备 M的启动运行，利用电阻对输入电压的分压作用，降低电机设备M的输入电压，从而降低电机 设备M的输入电流，本发明采用缓冲电阻电路结构较简单，且保证了电机设备的安全。
[0091] 需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重 点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0092]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种电机设备的缓冲控制电路，其特征在于，包括:开关KM3W及缓冲电阻电路，其中， 所述开关KM3的第一端用于连接=相输入电压，所述开关KM3的第二端与所述缓冲电阻 电路的第一端相连； 所述缓冲电阻电路的第二端用于与电机设备相连。2. 根据权利要求1所述的缓冲控制电路，其特征在于，所述缓冲电阻电路包括N个串联 连接的缓冲电阻单元，其中N>1。3. 根据权利要求2所述的缓冲控制电路，其特征在于，所述缓冲电阻单元包括:缓冲电 阻和接触器开关，且所述缓冲电阻和所述接触器开关并联连接，所述缓冲电阻为R1、R2…、 Ri'...RN。4. 根据权利要求3所述的缓>由*含曲陆,瞧-Kf巧缓冲电阻电路的阻值R为N个 缓冲电阻串联的总阻值，其满足 ，其中，In为电机额定电流，Un为 电机额定线电压，R=R1+R化…+Ri+.''+RN。5. 根据权利要求4所述的缓冲控制电路，其特征在于，所述N个缓冲电阻的各个电阻值 满足:Rl:R2:...:Ri:...:RN=2N-V..:2N-i":...:2°。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的缓冲控制电路，其特征在于，还包括:变频器、开 关KMl和开关KM2,其中， 所述开关KMl的第一端用于连接所述S相输入电压，所述开关KMl的第二端与所述变频 器的第一端相连； 所述变频器的第二端与所述开关KM2的第一端相连； 所述开关KM2的第二端用于与所述电机设备相连。7. -种电机设备的缓冲控制方法，其特征在于，应用于控制上述权利要求1至6中任一 项所述的缓冲控制电路，该方法包括： 闭合所述开关KM3,通过所述缓冲电阻电路工频启动所述电机设备。8. 根据权利要求7所述的缓冲控制方法，其特征在于，所述闭合所述开关KM3，通过所述 缓冲电阻电路工频启动所述电机设备具体为： 闭合所述开关KM3,将所述缓冲电阻电路中N个缓冲电阻单元接入电路中； 依次在预设缓冲时间Tl时刻闭合接触器开关KM3-i将第i个缓冲电阻单元切出，且直至 在预设时间Tn时刻将所述N个缓冲电阻单元全部从工频支路切出，其中1《i《N。9. 根据权利要求7或8所述的缓冲控制方法，其特征在于，在闭合所述开关KM3，通过所 述缓冲电阻电路工频启动所述电机设备之前，该方法包括： 判断所述变频器能否正常启动工作； 当所述变频器能正常启动时，闭合所述开关KMl和所述开关KM2,通过所述变频器使用 工频软启动所述电机设备； 当所述变频器不能正常启动时，闭合所述开关KM3,通过所述缓冲电阻电路工频启动所 述电机设备。10. 根据权利要求8或9所述的缓冲控制方法，其特征在于，所述预设缓冲时间，其中，所述Ts为电机正常启动达到稳定转速的时间。
【文档编号】H02P1/34GK105915120SQ201610505816
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】李忠锋, 陈杰, 申大力
【申请人】苏州英威腾电力电子有限公司