一种异步启动永磁同步电动机的启动结构设置及方法与流程

本发明涉及一种异步启动永磁同步电动机的启动结构设置及方法。

背景技术：

随着社会的进步和发展，人类对于低碳环保的要求与时俱增，稀土永磁电动机因其高效的性能越来越广泛地被应用在各机械制造行业，其应用主要分为大两类，变频控制驱动和异步启动同步运行两类，其后者也称为自启动永磁电机。针对自启动永磁电机，也就是异步启动同步运行永磁电机不能采用星三角降压启动方式，因为永磁同步电机的工作方式在设计上均采用星形接法工作，如果采用三角形接法工作，则三次谐波高，同时，因三次谐波所产生的谐波电压和谐波电流直接影响到电机的效率和工作性能，直接导致永磁电机的效率低和工作性能差的特点，因为绕组采用星形接法工作的永磁电机，在启动时无法使用星三角降压启动法，因此对于大功率电机的启动就存在启动瞬间电流冲击大的问题，这种冲击电流直接反向冲击永磁磁场，从而导致永磁体失磁现象发生，造成电机无法正常工作，目前对于感应电动机的降压启动有如下五种方式：1、星三角降压启动方式，采用此方法只能应用在三角形接法的绕组运行方式，同时还不能满足长时间的启动工作时间，无法应用在异步启动永磁同步电动机上；2串接电抗器方法，这种方法体积大成本高，对于批量使用的行业很难得到应用推广；3、串接电阻法，这种方法应用不方便，电阻易发热，存在安全隐患，限制了应用推广；4、延边三角形法，这中方法只能应用在三角形接法运行的电动机，无法应用于自启动永磁同步的启动；5、晶闸管软启动方法，这种方法占用空间大，成本高。因而开发一种体积小、成本低、安全可靠的异步同步电动机及其启动设置及方法，是目前应解决的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用变化自启动永磁电机绕组结构进行合理的设计组合的一种低电流、转速提升平稳的启动组合结构。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种异步启动永磁同步电动机的启动结构设置及方法，包括相绕组多组独立绕组的组合、继电器、延时开关、异步启动永磁同步电动机主体。所述的异步启动永磁同步电动机主体设置有两组独立存在的相绕组，两组绕组以九根引出线U1、U2、U3、V1、V2、V3、W1、W2、W3引出异步启动永磁同步电动机外部，相绕组的九根引出线和控制系统组合成一组合设置主体，在控制系统的组合作用下，使异步启动永磁同步电动机形成三步骤启动结构，有其对应的不同结构设置的启动运行结构组合方式，所述的异步启动永磁同步电动机三步骤不同结构组合的启动运行结构方式是：第一步骤（图1），U、V、W三相各设置有二组绕组，U相绕组1的头部是U1，尾部是U2，绕组2的头部是U3，尾部是O1，V相绕组3的头部是V1，尾部是V2，V相绕组4的头部是V3，尾部是O1，W相绕组5的头部是W1，尾部是W2，W相绕组6的头部是W3，尾部是O1，在控制器作用下，绕组1的头部U1和三相电源U相相接，绕组1的尾部U2和绕组2的头部U3相接，绕组2的尾部为O1点，绕组3的头部V1和三相电源V相相接，尾部V2和绕组4的头部V3相接，尾部接口为O1点，绕组5的头部W1和三相电源W相相接，绕组5的尾部W2和绕组6的头部W3相接，尾部为O1点，O1点为绕组2、4、6的尾部，形成公共连接点，组合成一种高相电阻多匝数的星形接法启动结构，U相绕组匝数为绕组1加绕组2匝数，V相绕组匝数为绕组3加绕组4匝数，W相绕组匝数为绕组5加绕组6匝数，该结构方式组合实现了异步启动永磁同步电动机的低电流相绕组大电阻的星形绕组启动方式的第一步骤；启动的第二步骤结构方式为图2，绕组1的头部U1和绕组2的头部U3相接，外接三相电源U相，绕组1的尾部U2和O2相接，绕组2的尾部为O1；绕组3的头部V1和绕组4的头部V3相接，外接三相电源V相，绕组3的尾部V2和O2相接，绕组4的尾部为O1；绕组5的头部W1和绕组6的头部W3相接，外接三相电源W相，绕组5的尾部W2和O2相接，绕组6的尾部为O1，O1、O2点为公共连接点，这组组合形成一组少匝数低电阻的双星形绕组组合启动结构，其每相绕组匝数是第一步骤相绕组匝数的一半，而绕组截面积是第一步骤启动方式截面积的二倍；启动的第三步骤的三相绕组结构方式、接法和启动的第二步骤相同，该步骤为异步启动永磁同步电动机的低电流启动的延续步骤，是异步启动永磁同步电动机从异步和同步切换步骤，也就是从启动向运行的切换。

进一步的，所述的一种异步启动永磁同步电动机的启动结构设置及方法，其控制系统结构是由电源开关QF、时间继电器KT、继电器KM1、KM2、KM3、KM4、开机按扭SB2、停机按钮SB1、保险装置FU和一种特制的由九根绕组引出线端的异步启动永磁同步电动机的组合设置而成。图3为控制系统，三相电源W、V、U和电源开关QF进电方相接，出电方QFW、QFV、QFU和继电器KM1的进电方A、B、C相接，在电源开关QF和继电器KM1中间，下面控制电路结构以一个电回路进行论述：电路V相由接点18和停机按钮SB1进电方相接，停机按钮SB1的出电方和接点20相接，同时分别和开机按钮SB2的进电方、继电器KM1的自锁触头6的进电方相接，开机按钮SB2的出电方连接接点21，继电器KM1自锁触头6的出电方连接接点22，接点21和接点22相连接，继电器KM1的线圈13的进电方连接接点21，继电器KM1的线圈13的出电方连接接点26，继电器KM3的常闭点11的进电方连接接点22，出电方和继电器KM4的常闭点12的进电方相连接，继电器KM4的常闭点12的出电方和接点23相接，继电器KM2的常闭点9的进电方和接点22相接，继电器KM2的常闭点9的出电方和接点24相接，时间继电器KT常闭点7的进电方和接点23相连接，时间继电器KT的常闭点7的出电方和继电器KM2的线圈14的进电方相连接，继电器KM2的线圈14的出电方和接点26相连接，时间继电器KT的线圈17的进电方和接点23相连接，时间继电器KT的线圈17的出电方和接点26相连接，时间继电器KT的常开点8的进电方和接点24相连接，时间继电器KT的常开点8的出电方和接点25相连接，继电器KM3的常开点10的进电方和接点24相连接，继电器KM3的常开点10的出电方和接点25相连接，继电器KM3的线圈15的进电方和接点25相连接，继电器KM3的线圈15的出电方和接点26相连接，继电器KM4的线圈16的进电方和接点25相连接，继电器KM4的线圈16的出电方和接点26相连接，保险装置FU的出电方和U相相接于接点19，保险装置FU的进电方和接点26相连接，继电器KM1的进电方A、B、C三相电源和电源开关QF的出电方三相电源QFU、QFV、QFW相对应连接，继电器KM1的出电方三相电源KM1U1、KM1V1、KM1W1分别和接点27、28、29相对应连接，异步启动永磁同步电机的三相电源引出线U1、V1、W1分别和接点27、28、29对应连接，继电器KM3的进电方三相电源a、b、c分别和接点27、28、29相接，继电器KM3的出电方KM3U3、KM3V3、KM3W3的分别和接点33、34、35对应连接，异步启动永磁同步电动机的引出线U3、V3、W3 和接点33、34、35对应连接，继电器KM2的KM2U3、KM2V3、KM2W3分别和接点33、34、35对应连接，继电器KM2的三相电源KM2Wa、KM2Vb、KM2Uc分别和接点30、31、32对应连接，继电器KM4的三相电源KM4U2、KM4V2、KM4W2分别和接点30、31、32对应连接，继电器KM4的三相出电端连接于O2点，且三相相接，异步启动永磁同步电机的三根引出线W2、V2、U2和接点30、31、32对应连接。

本发明的优点：1、本发明对异步启动永磁同步电动机的启动采用星形绕组三步骤低电流平稳升速启动，第一步骤为低电流多匝数星形绕组的启动，第二步骤为高转矩少匝数星形绕组的切换启动，第三步骤为进入额定点工作电流同步运转速度的异步切换同步运行的启动——运行方式，该方法在第一步骤启动时依据公式：IST=IKW/IST，式中IST为启动电流，IKW为功电流，IST为启动时总漏阻抗，IST= ，RST为启动时总电阻，XST为启动时总漏抗，XST依据电动设计电参数所定，对每单台电机而言为不变值，且占有比例小，经15KW-2级的三相异步电动机而言，XST=0.1162，RST=R1+R2，R1为绕组直流电阻，由绕组的电阻率、绕组截面积和匝数所确定，R2为感抗，由匝数确定，截面积大，R1和R2相对高，截面积小R1大，电阻率由材料而定，很明确加多匝数，减小线径，R1和R2明显加大。根据15KW-2级的三相异步电动机而言，额定电压为380V，频率50HZ状态下额定点工作，则采用图1方式星形绕组直接启动，由设计参数得IST1===0.544；采用图2方式星形绕组少截面积加倍匝数启动方式则IST2===1.7，则IST1=0.544，IST2=1.7，IST2是IST1的3.12倍，则采用图1方式星形绕组的截面积是图2方式星形绕组截面积的一半，而匝数是图1方式星形绕组的一倍，启动电流可下降3.12倍，这样对于异步启动永磁同步电动机而言，启动瞬间的冲击电流就较小，这样定子所产生的瞬间感应磁场的磁冲击相对于永磁转子的磁冲击就较小，就不会发生磁冲击退磁现象，有效地保证了异步启动永磁同步电动机正常稳定工作，对永磁铁而言，瞬间的强磁冲击会导致永磁体的失磁现象发生；2、采用星形绕组三步骤启动法，可使启动过程转速相对平稳上升，特别在第一步骤阶段由于采用多匝数，相绕组的方案允许较长时间的进行第一步骤的加速区工作而异步启动永磁同步电动机温升不高，如果星三角启动，则不允许启动初始时的低速时间太长，否则电机定子温升会急增，同时星形绕组启动和星形绕组运行有效地保证了异步启动永磁同步电动机的电机高效性能，减少因永磁体的励磁，气隙磁场导致的谐波和环流，造成永磁电机性能下降。且该技术方案实际应用成本低，体积小，故障率低，安全可靠，有效地解决了大功率异步启动永磁同步电动机的启动现有存在的技术问题。

附图说明

图1为星形接法启动绕组图。

图2为星形接法运行绕组图。

图3为控制系统图。

具体实施方式

本技术方案为三步骤星形绕组接法异步启动永磁同步电动机的低电流转速平稳升速的启动运行方法，启动第一步骤电机绕组采用图1星形相绕组匝数为运行时星形接法相绕组匝数的一倍，启动时星形接法相绕组截面积为运行时星形接法相绕组的一半，当转速达到200~300转时，在控制系统图3的作用下，异步启动永磁同步电机工作绕组切换到第二步骤状态。图2，星形接法启动相绕组匝数为第一步骤星形接法相绕组的一半，而星形接法相绕组截面积为第一步骤星形接法相绕组截面积的一倍，此时工作阶段转速平稳上升，启动力矩加大，当转速上升致同步转速的93~96%，力矩大于异步启动永磁同步电动机设计额定工作力矩时，进入第三步骤，自动切换到同步运行步骤，实现低电流启动，高效运行，达到体积小成本低的目的。其具体工作控制步骤如下：启动时，电源开关QF闭合，按下开机按扭SB2，继电器KM1线圈13，继电器KM2线圈14，时间继电器KT线圈17通电，KM1自锁触头6闭合，松开SB2，此时继电器KM1总触头闭合，A和KM1U1、B和KM1V1、C和KM1W1导通，继电器KM2主触头闭合，KM2Ua和KM2U3导通，KM2Vb和KM2V3导通，KM2Wc和KM2W3导通，形成星形接法启动绕组（图1）组合方式驱动异步启动永磁同步电动机启动，实现了第一步骤——低电流启动;在延时继电器KT线圈17导通后，KT延时断开的动断触头7延时分断，继电器KM2线圈14失电断开，继电器KM2常闭点9则闭合，KT延时闭合的动合触头8延时闭合，继电器KM3、KM4线圈15和16导通，继电器KM3常开点10闭合，此时主电路上继电器KM1、KM3、KM4工作，其对应的主触头均闭合，继电器KM3的常闭点11、继电器KM4的常闭点12均断开，继电器KM2的线圈14断电不工作，对应的主触头断开，时间继电器KT的线圈17断电，继电器完成工作，异步启动永磁同步电动机按双星形接法运行图（图2）状况工作，主电路上继电器KM1工作主触头闭合，电机绕组引出线U1、V1、W1获得三相电源，继电器KM3主触头闭合，a和KM3U3导通，b和KM3V3导通，c和KM3W3导通，继电器KM4主触头闭合，KM4U2、KM4V2、KM4W2的公共点O2导通，异步启动永磁同步电动机进入异步运行绕组工作状况，此状态切入瞬间，异步启动永磁电动机还是处于启动工作状态，只是由于此时相绕组匝数相对于切换前星形接法启动绕组（图1）工作状况下减少一半，绕组导线截面积增加一倍，此时异步启动永磁电动机扭力急增，转速也瞬间提高。当转速达同步转速的93%~96%时，转矩大于额定工作点转矩时，自动切换到永磁同步工作，实现了异步启动永磁同步电动机的正常运行，完成了启动的第二步骤。本发明所述的异步启动永磁同步电动机从启动到运行为三步骤：第一步骤为星形绕组多匝数异步低电流启动的结构设置，当转速达到200~400转时，进入第二步骤采用切换绕组方式进入双星形绕组异步高转矩的启动，当转速达到同步额定转速93~96%，转矩大于额定转矩时，进入第三步骤，异步向同步自动切换同步运行，实现异步启动永磁同步电动机的低电流启动平衡升速高效运行的效果。