一种电机重载启动的启动控制装置及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种电机重载启动的启动控制装置及其控制方法，启动控制装置包括第一接触器、第二接触器、热继电器、开关，和用于控制第一接触器与第二接触器通断的控制模块；所述开关的一端连接电源和控制模块，开关的另一端连接第一接触器和第二接触器的输入端，第一接触器的输出端连接电机，第二接触器的输出端通过热继电器连接电机。本发明在电机启动时由控制模块打开启动回路，电机启动一段时间后控制模块切换打开运行回路，使启动回路和运行回路相对独立且互不影响，既能避开电机启动时的大电流，又能简化了电路结构，其控制方式简单，能实现电路的过载和缺相保护，还大大节省了电机的启动控制成本。
【专利说明】一种电机重载启动的启动控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机启动【技术领域】，特别涉及一种电机重载启动的启动控制装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]电机拖动应用于各行各业，适用范围非常广泛。为了避免大功率电机启动时对电网的冲击，一般做法为功率< 22KW的小功率电机可以直接启动，功率> 22KW的电机需采用降压启动方式。小功率电机在需要重载启动时，为了让电机的保护器件在电机重载启动过程中能够避开电机重载启动时持续的较长时间的大电流，目前有以下几种解决方案:
请同时参阅图1至图4，其中的MF均表示为电机。从图1中可以看出，第一实施例采用空气开关QFl+交流接触器K Ml+的电子式热继电器FRl (采用CLASS 20级或CLASS 30级)作为直接启动的重载电机的启动和保护回路。从图2中可以看出，第二实施例采用电动机保护断路器QF2 (具备CLASS20或CLASS 30脱扣等级)+交流接触器KM2作为直接启动的重载电机的启动和保护回路。从图3中可以看出，第三实施例采用快速熔断器装置FUl+软启动器FCS (具有限流、旁路、缺相功能)+交流接触器KM3作为电机重载的启动和保护回路。从图4中可以看出，第四实施例采用快速熔断器装置FU2+变频器BPQ+交流接触器KM4作为电机重载的启动和保护回路。
[0003]以上4个实施例提供的启动和保护回路虽然能避开电机重载启动时持续较长时间的大电流，但它们的造价成本却比电机非重载启动应用时采用的启动和保护回路造价成本高得多。造价成本中最低的为第一实施例，第二、三实施例递增，第四实施例最高。第一实施例的造价虽然最低，但相比同功率电机非重载启动应用时所配置的电机启动和保护回路的造价成本，也高出很多。差价的根源在于采用的器件类型，如CLASS20级或CLASS30级的电子式热继电器与CLASS10级的热磁式热继电器，前者约为后者的15倍左右。在IlKW电机中，选用CLASS20等级的电子式热继电器的成本约为800-900元，而选用CLASS 10等级的热磁式热继电器的成本约为50-60元，造价相差巨大。第三实施例中采用的软启动器FCS，与第四实施例中采用变频器BPQ的价格也不相同，造价成本相差将更大且较高。
[0004]因而现有技术还有待改进和提高。
【发明内容】
[0005]鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电机重载启动的启动控制装置及其控制方法，以解决现有重载电机的启动和保护回路成本高的问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案:
一种电机重载启动的启动控制装置，其包括第一接触器、第二接触器、热继电器、开关，和用于控制第一接触器与第二接触器通断的控制模块；所述开关的一端连接电源和控制模块，开关的另一端连接第一接触器和第二接触器的输入端，第一接触器的输出端连接电机，第二接触器的输出端通过热继电器连接电机。[0007]所述的电机重载启动的启动控制装置中，所述第一接触器和第二接触器为交流接触器。
[0008]所述的电机重载启动的启动控制装置中，所述开关为空气开关。
[0009]所述的电机重载启动的启动控制装置中，所述热继电器为CLASS 10脱扣等级的热磁式热继电器。
[0010]所述的电机重载启动的启动控制装置中，所述控制模块包括微型继电器、时间继电器、启动按钮和停止按钮；所述微型继电器的第一常开触点并联在启动按钮的两端，启动按钮的一端通过停止按钮连接微型继电器的线圈的一端和时间继电器的线圈的一端，微型继电器的线圈的另一端连接时间继电器的线圈的另一端、电源和热继电器的触点的一端；热继电器的触点的另一端依次通过时间继电器的常闭触点、第一接触器的线圈、第二接触器的常闭触点连接微型继电器的第二常开触点的一端，热继电器的触点的另一端还依次通过时间继电器的常开触点、第二接触器的线圈、第一接触器的常闭触点连接微型继电器的第二常开触点的一端，所述微型继电器的第二常开触点的另一端连接启动按钮的另一端和开关的一端。
[0011]所述的电机重载启动的启动控制装置中，所述时间继电器为通电延时式时间继电器。
[0012]—种所述电机重载启动的启动控制装置的启动控制方法,其包括:
A、电机启动时控制第一接触器得电吸合且第二接触器断开，电源经过开关、第一接触器形成的启动回路给电机供电使电机运转；
B、预设时间达到时控制第二接触器得电吸合且第一接触器断开，电源经过开关、第二接触器、热继电器形成的运行回路给电机供电使电机运转。
[0013]所述的启动控制方法中,还包括步骤:
C、当接收到停止命令时，控制第一接触器和第二接触器断开，停止供电使电机停止运行。
[0014]所述的启动控制方法中，在步骤A、B中，还包括对热继电器的工作状态进行检测，当判断热继电器故障或断开时停止电机运行。
[0015]相较于现有技术，本发明提供的电机重载启动的启动控制装置及其控制方法，由第一接触器组成启动回路，由第二接触器、热继电器组成运行回路；在电机启动时由控制模块打开启动回路，电机启动一段时间后控制模块切换打开运行回路，使启动回路和运行回路相对独立且互不影响，既能避开电机启动时的大电流，又能简化了电路结构，其控制方式简单，能实现电路的过载和缺相保护，还大大节省了电机的启动控制成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为现有电机重载启动控制装置第一实施例的示意图。
[0017]图2为现有电机重载启动控制装置第二实施例的示意图。
[0018]图3为现有电机重载启动控制装置第三实施例的示意图。
[0019]图4为现有电机重载启动控制装置第四实施例的示意图。
[0020]图5为本发明电机重载启动的启动控制装置较佳实施例的示意图。
[0021]图6为本发明电机重载启动的启动控制装置的控制方法的方法流程图。【具体实施方式】
[0022]本发明提供一种电机重载启动的启动控制装置及其控制方法，主要针对功率小于22KW的电机在重载启动应用时，使用较佳类型的保护器件来减少对电机重载启动成本。本发明采用交流接触器(低成本)实现启动回路；交流接触器+CLASS10级(常规类型)的热磁式热继电器实现运行回路，既可以避开电机启动时的大电流，又可以给电机提供全程的短路保护，启动完毕后全程的过载和缺相保护功能，还大大节省了成本。
[0023]为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0024]请参阅图5，本发明提供的电机重载启动的启动控制装置包括第一接触器KM1、第二接触器KM2、热继电器FRl、开关QF，和用于控制第一接触器KMl与第二接触器KM2通断的控制模块10 ;所述开关QF的一端连接电源和控制模块10，开关QF的另一端连接第一接触器KMl和第二接触器KM2的输入端，第一接触器KMl的输出端连接电机MF，第二接触器KM2的输出端通过热继电器FRl连接电机MF。
[0025]其中，所述电机MF的功率小于22KW。也即是说，本发明提供的启动控制装置主要应用于小功率电机的重载启动保护。本实施例中，由第一接触器KMl形成启动回路，由第二接触器KM2和热继电器FRl形成运行回路，这两个回路相对独立且共用开关QF，由开关QF提供电源。
[0026]电机MF启动时，控制模块输出相应的控制信号使第一接触器KMl吸合，电流依次经过开关QF、第一接触器KMl至电机MF，使电机MF通电运转，同时第二接触器KM2处于断开状态。当电机MF启动预设时间后，控制信号改变使第一接触器KMl断开的同时使第二接触器KM2吸合，电流依次经过开关QF、第二接触器KM2、热继电器FRl至电机MF，使电机MF通电运转。
[0027]所述第一接触器KMl和第二接触器KM2均为交流接触器。为了节省成本，所述热继电器FRl可采用低成本CLASS10等级的热继电器。
[0028]本实施例采用的热继电器FRl能实现电机MF的过载和缺相保护，启动回路和运行回路均会对热继电器FRl的工作状态进行检测，以确保热继电器FRl故障或处于断开状态时，该启动控制装置可立即停止电机的运行。在具体实施时可采用CLASS 10脱扣等级的热磁式热继电器。该等级的热继电器成本比其他的等级的低很多(如CLASS 20级的需800-900元，CLASS 10级的需50-60元)，当电机启动完成后，CLASS 10脱扣等级的热磁式热继电器已经完全满足电机正常运行时的保护要求，因此，选择该类型的热继电器，不仅能大大减少了小功率电机重载启动控制装置的成本，而且能保证电机的正常工作。
[0029]为了实现电机MF的短路保护，较优地，所述开关QF采用空气开关，其能对电路的短路.严重过载等进行及时地保护，特别适用于电机应用。
[0030]控制模块10输出的控制信号需满足在电机MF启动至预设时间达到之前，第一接触器KMl吸合且第二接触器KM2断开，电机MF由启动回路供电；在预设时间达到后，切换为第一接触器KMl断开且第二接触器KM2吸合，电机MF由运行回路供电。由于小电机重载启动的时间一般在5秒左右内完成，所以所述预设时间一般大于5秒而小于10秒即可。该预设时间达到前电机MF启动时产生大电流，此时采用启动回路供电能让普通脱扣等级的热磁式热继电器顺利躲过该大电流，避免普通热继电器在电机启动时因过大电流而脱扣。
[0031]在具体实施时，所述控制信号需确保第一接触器KMl与第二接触器KM2在机械上互锁，即保证一个接触器吸合时，另一个接触器必定断开，避免电路短路。本发明提供控制模块10的一种实施方式，请继续参阅图5，所述控制模块10包括微型继电器、时间继电器、启动按钮SBl和停止按钮SB2 ;所述微型继电器的第一常开触点KA_N01并联在启动按钮SBl的两端，启动按钮SBl的一端通过停止按钮SB2连接微型继电器的线圈KA_QC的一端和时间继电器的线圈KT_QC的一端，微型继电器的线圈KA_QC的另一端连接时间继电器的线圈KT_QC的另一端、电源和热继电器FRl的触点FR1_H的一端；热继电器FRl的触点FR1_H的另一端依次通过时间继电器的常闭触点KT_NC、第一接触器KMl的线圈KM1_QC、第二接触器KM2的常闭触点KM2_NC连接微型继电器的第二常开触点KA_N02的一端，热继电器FRl的触点FR1_H的另一端还依次通过时间继电器的常开触点ΚΤ_Ν0、第二接触器KM2的线圈KM2_QC、第一接触器KMl的常闭触点KM1_NC连接微型继电器的第二常开触点KA_N02的一端，所述微型继电器的第二常开触点KA_N02的另一端连接启动按钮SBl的另一端和开关QF的一端。
[0032]当按下启动按钮SBl时，微型继电器KAl得电吸合，同时时间继电器开始计时，此时第一接触器KMl的线圈KM1_QC通电使第一接触器KMl的主触点吸合，第一接触器KMl工作；同时第一接触器KMl的常闭触点KM1_NC(也叫常闭辅助触点)断开，机械联锁在第一接触器KMl吸合时第二接触器KM2肯定断开。当时间继电器计时时间(即预设时间)达到后，时间继电器的常闭触点KT_NC断开，第一接触器KMl的线圈KM1_QC失电而使第一接触器KMl的主触点断开，第一接触器KMl的常闭触点KM1_NC闭合，时间继电器的常开触点ΚΤ_Ν0闭合，使第二接触器KM2的线圈KM2_QC通电，第二接触器KM2工作，第二接触器KM2的常闭触点KM2_NC(也叫常闭辅助触点)断开，机械联锁在第二接触器KM2吸合时第一接触器KMl肯定断开；从而实现启动回路与运行回路之间的切换。切换时间控制在10秒内完成，由于时间很短，对电机的过载和缺相保护基本不造成影响。
[0033]具体为:启动按钮SBl按下使时间继电器的线圈KT_QC和微型继电器的线圈KA_QC通电，时间继电器的常闭触点KT_NC闭合、时间继电器开始计；微型继电器的第一常开触点KA_N01和第二常开触点KA_N02均闭合，确保启动按钮SBl弹起后保持通电回路。同时，热继电器FRl的触点FR1_H闭合，由于时间继电器的常闭触点KT_NC闭合且其常开触点KT_NO断开，第一接触器KMl的线圈KM1_QC通电使第一接触器KMl工作，第二接触器KM2的线圈KM2_QC不通电则第二接触器KM2断开不工作。第一接触器KMl的常闭触点KM1_NC断开，第二接触器KM2的常闭触点KM2_NC闭合，在电路上形成机械互锁。此时由开关QF、第一接触器KMI形成的启动回路给电机MF供电，电机MF运转。
[0034]当预设时间达到后，时间继电器的常闭触点KT_NC断开且其常开触点ΚΤ_Ν0闭合，第一接触器KMl的线圈KM1_QC不通电使其触点KM1_NC闭合，第二接触器KM2的线圈KM2_QC通电使其触点KM2_NC断开，则第一接触器KMl断开，第二接触器KM2工作。此时由开关QF、第二接触器KM2、热继电器FRl形成的运行回路给电机MF供电，电机MF运转。
[0035]当停止按钮SB2按下时，整个控制模块断电，启动控制装置停止供电，电机MF停止运转。[0036]应当理解的是，上述控制模块10还可以有其他电路结构，只要能实现在电机启动时至预设时间之内，控制第一接触器KMl得电吸合且第二接触器KM2断开；在预设时间达到后控制第一接触器KMl断开且第二接触器KM2得电吸合的功能，这些电路结构都应在本发明的保护范围内。另外，控制模块10还可以采用软件程序控制实现上述功能，本发明对此不作限制。
[0037]基于上述的电机重载启动的启动控制装置，本发明还相应提供一种基于上述电机重载启动的启动控制装置的启动控制方法，请参阅图6,所述的启动控制方法包括:
S100、电机启动时控制第一接触器得电吸合且第二接触器断开，电源经过开关、第一接触器形成的启动回路给电机供电使电机运转；
S200、预设时间达到时控制第二接触器得电吸合且第一接触器断开，电源经过开关、第二接触器、热继电器形成的运行回路给电机供电使电机运转。
[0038]需要理解的是，本发明提供的启动控制方法是对现有小功率电机重载启动方法的改进。现有启动电路中仅有一条供电回路，为了能让相关的电机保护器件顺利躲过电机启动时的大电流、以及实现相应的保护功能，所选取的器件成本很高。本发明设计了两条供电回路 启动回路和运彳丁回路。米用的启动控制方法为:电机启动时控制成本较低的启动回路给电机供电，在预设时间达到时(此时大电流已消失)控制运行回路供电，这样既能节省成本，又能避免电机重载启动时的大电流对电机保护器件的冲击。
[0039]当接收到停止命令时，控制第一接触器和第二接触器同时断开，即可停止供电使电机停止运行。
[0040]为了确保启动控制装置的运行安全性，在进行步骤SlOO和S200时，均要对热继电器的工作状态进行检测，当判断热继电器故障或断开时停止电机运行。
[0041]综上所述，本发明提供的电机重载启动的启动控制装置及其控制方法中，由第一接触器组成启动回路，由第二接触器、热继电器组成运行回路；在电机启动时由低成本的第一接触器给电机供电，当预设时间达到后由运行回路对电机供电，对第一接触器和第二接触器进行机械上的互锁设计，避免电路短路，使启动回路和运行回路相对独立且互不影响，既能避开电机启动时的大电流对电机保护器件的冲击，又能简化电路结构，节省电机启动的控制成本。
[0042]另外，启动控制装置中的开关采用空气开关能实现短路保护，采用的CLASS 10脱扣等级的热磁式热继电器能实现电机的过载和缺相保护，启动回路和运行回路均采用成本较低的第一接触器和第二接触器进行自动切换，这些器件的成本较低，大大减少了现有电机的启动控制成本。
[0043]可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种电机重载启动的启动控制装置，其特征在于，包括第一接触器、第二接触器、热继电器、开关，和用于控制第一接触器与第二接触器通断的控制模块；所述开关的一端连接电源和控制模块，开关的另一端连接第一接触器和第二接触器的输入端，第一接触器的输出端连接电机，第二接触器的输出端通过热继电器连接电机。
2.根据权利要求1所述的电机重载启动的启动控制装置，其特征在于，所述第一接触器和第二接触器为交流接触器。
3.根据权利要求1所述的电机重载启动的启动控制装置，其特征在于，所述开关为空气开关。
4.根据权利要求1所述的电机重载启动的启动控制装置，其特征在于，所述热继电器为CLASS 10脱扣等级的热磁式热继电器。
5.根据权利要求1所述的电机重载启动的启动控制装置，其特征在于，所述控制模块包括微型继电器、时间继电器、启动按钮和停止按钮；所述微型继电器的第一常开触点并联在启动按钮的两端，启动按钮的一端通过停止按钮连接微型继电器的线圈的一端和时间继电器的线圈的一端，微型继电器的线圈的另一端连接时间继电器的线圈的另一端、电源和热继电器的触点的一端；热继电器的触点的另一端依次通过时间继电器的常闭触点、第一接触器的线圈、第二接触器的常闭触点连接微型继电器的第二常开触点的一端，热继电器的触点的另一端还依次通过时间继电器的常开触点、第二接触器的线圈、第一接触器的常闭触点连接微型继电器的第二常开触点的一端，所述微型继电器的第二常开触点的另一端连接启动按钮的另一端和开关的一端。
6.根据权利要求5所述的电机重载启动的启动控制装置，其特征在于，所述时间继电器为通电延时式时间继电器。
7.—种如权利要求1所述电机重载启动的启动控制装置的启动控制方法，其特征在于，包括: A、电机启动时控制第一接触器得电吸合且第二接触器断开，电源经过开关、第一接触器形成的启动回路给电机供电使电机运转； B、预设时间达到时控制第二接触器得电吸合且第一接触器断开，电源经过开关、第二接触器、热继电器形成的运行回路给电机供电使电机运转。
8.根据权利要求7所述的启动控制方法，其特征在于，还包括步骤: C、当接收到停止命令时，控制第一接触器和第二接触器断开，停止供电使电机停止运行。
9.根据权利要求7所述的启动控制方法，其特征在于，在步骤A、B中，还包括对热继电器的工作状态进行检测，当判断热继电器故障或断开时停止电机运行。
【文档编号】H02P1/26GK103532445SQ201310511135
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】邱育群, 原志锋, 潘锋, 张镇城, 谭志勇 申请人:广东申菱空调设备有限公司