監視和控制去激勵交流電機中定子繞組溫度的系統和方法

2023-06-12 03:21:26 2

專利名稱：監視和控制去激勵交流電機中定子繞組溫度的系統和方法
技術領域：
本發明通常地涉及一種交流電機，更具體的，涉及一種用於交流電機熱保護的確 定定子繞組電阻的系統和方法。
背景技術：
熱保護是監視電機狀況的重要方面，因為電機故障常常與定子繞組絕緣的熱應力 有關。通常這樣估計在可接受的定子繞組溫度極限以上，對於溫度的每10°C的增長，電機 壽命減少50%。 交流電機的熱保護不僅對於運行的電機很重要，對於去激勵(de-energized)的 電機也很重要。在很多應用中，交流電機周期性地去激勵，以便允許電機在下次啟動前冷 卻。同時，如果電機過熱，過負荷繼電器可被用於脫扣交流電機，以便保護電機繞組。如果 電機被過負荷繼電器脫扣，在電機能被再次啟動前典型地需要一定量的時間。或者，此恢復 時間可能太過保守且工作時間損失，或者，恢復時間可能太短且每次停機之後的未完整冷 卻發生積累，可能由於過熱導致對繞組絕緣的過早損壞。交流電機定子繞組絕緣的過熱保護只是熱保護的一個方面。當電機停機時，定子 繞組溫度可下降到環境溫度以下，導致定子繞組、電刷以及其他間隔(compartment)上的 結露。這種結露在某些應用中對電機壽命可能是有害的。為了防止結露或水分蓄積，可能 希望進行電機繞組預熱，以便將定子繞組溫度保持在環境溫度以上。當前，為熱保護目的而使用用於確定定子繞組溫度的多種方法和機制。除了直接 定子繞組溫度測量以外，基於熱模型的和基於電機參數的溫度估計方法是兩種用於熱保護 的技術。基於熱模型的方法使用電機熱模型來估計定子繞組溫度。但是，由於熱參數變化 和熱參數識別的困難性，這些方法的準確度可能會落在可接受的範圍之外。另外，由於冷卻 條件的可能變化，熱參數不總是恆定的，可能需要對於各個具體冷卻條件下的各個電機進 行識別。另外，即使對於給定電機確定熱模型或者溫度測量，現有的定子繞組加熱裝置使 用定子繞組的兩相加熱電機，允許定子繞組中的單一電流流通路徑。但是，這留下一相沒有 被加熱，或者依賴於感應加熱。並且，由於定子電阻相對較小，典型地需要大的電壓與電流 輸入來加熱電機。這種大的電壓與電流輸入可減少定子繞組的壽命。由於交流電機可能在定子繞組溫度在可接受範圍外的條件下或在定子繞組在過 高電壓和電流輸入下被加熱的條件下承受損壞，去激勵交流電機中定子繞組溫度的準確監 視和控制對於電機保護目的是有益的。因此，希望設計一種準確的、非侵入的方法來以高效的方式且不對電機添加進一 步的電阻地監視和控制去激勵交流電機中的定子繞組溫度。

發明內容
本發明提供一種系統和方法，用於遠程定子繞組電阻估計和用於空閒或停機狀態 下的感應電機熱保護的定子繞組加熱。電機控制裝置中的一系列開關的觸發能夠在電機控 制裝置的輸出中產生直流信號。對此直流信號進行分析以確定定子繞組電阻。於是，能基 於定子繞組的電阻確定定子繞組的溫度。開關能夠被控制以便將定子繞組加熱到希望的溫度。因此，根據本發明的一個方面，電機控制裝置包括一電路，該電路具有可連接到交 流電源的輸入和可連接到多相交流電機輸入端的輸出。該電路進一步包括多個開關裝置， 其用於控制多相交流電機的端子電壓和電流流動；以及連接到該電路的控制器。該控制器 被配置為，致動所述多個開關裝置，以便在對應於到多相交流電機的輸入的電機控制裝置 的輸出中產生直流信號，基於該直流信號確定多相交流電機的定子繞組電阻，並由定子繞 組電阻估計定子溫度。根據本發明的另一個方面，用於監視和控制多相交流電機的方法包括這樣的步 驟配置具有多個開關裝置的電機控制裝置，以便調節到多相交流電機的電壓和電流。該方 法還包括這樣的步驟將電機控制裝置串聯布置在交流電源和多相交流電機之間，在溫度 估計模式中有選擇地運行電機控制裝置。在溫度估計模式中運行電機控制裝置還包括，向 位於多相電機的兩相中的每一相的開關裝置傳送其中具有觸發角的門極驅動信號，由此， 觸發該開關裝置，以便向由多相交流電機的兩相形成的電流路徑引入直流信號，測量被引 入多相交流電機的直流信號，基於測量得到的直流信號確定定子繞組的電阻，並且基於所 確定的電阻來計算定子繞組的溫度。根據本發明的另一個方面，用於控制從交流電源到具有定子繞組的感應電機的電 壓和電流傳輸的軟啟動器包括多個供應線，每個供應線對應於感應電機的一相。軟啟動器 還包括至少一個固態開關以及處理器，固態開關位於所述多個供應線中的每一個上，以調 節到感應電機的相電流和電機線電壓。處理器被編程為同時觸發在所述多個供應線中兩個 的每一個上的所述至少一個固態開關中的一個以注入直流電流，並基於直流電流來確定定 子繞組的電阻。根據本發明的另一個方面，電機控制裝置電氣連接到多相交流電機。電機控制裝置包括至少一個固態開關，其對應於多相交流電機的每相，以控制電流流動和端子電壓。電 機控制裝置還包括控制器，其被配置為觸發多相交流電機的兩相中的每一相上的固態開 關，以便將直流信號注入由所述兩相構成的電流路徑。該控制器還被配置為有選擇地觸發 附加的固態開關，以使多相交流電機的兩相中的每一相上被觸發的固態開關在多相電機的 相之間交替，由此向多相交流電機的各相注入具有基本相同量值的直流信號。本發明的多種其它特徵和優點由下面的詳細介紹和附圖明了。


附圖示出了當前設想的用於實現本發明的一優選實施例。在附圖中附圖1是根據本發明的電機控制裝置的透視圖；附圖2是根據本發明一實施例的交流電機系統的示意圖，其包括用於直流注入的電機控制裝置；附圖3是根據本發明一實施例觸發如圖2所示的兩個開關以注入直流信號的圖；附圖4是根據本發明一實施例觸發如圖2所示的多個開關以注入直流信號以及加 熱定子繞組的圖；附圖5是根據本發明一實施例用於直流注入的電機控制裝置的直流等效電路的 示意圖；附圖6是根據本發明一實施例用於直流注入的電機控制裝置的直流等效電路的 另一示意圖；附圖7是根據本發明一實施例用於直流注入的電機控制裝置的直流等效電路的 另一示意圖；附圖8是根據本發明一實施例用於測量和控制交流電機溫度的技術。
具體實施例方式這裡給出的本發明的實施例涉及一種遠程且無傳感器定子繞組電阻估計系統和 方法，其用於監視交流(AC)電機的溫度並用於向之提供熱。例如，在一個實施例中，本發明 在電機控制裝置或軟碟機動器中實現。軟啟動器10如附圖1所示，包括在電機連接端或負載 端16上具有進氣口 14的蓋組件12。類似的進氣口 18設置在軟啟動器10的電源端或線 路端20。蓋組件12還容納了電子控制器22。軟啟動器10還包括底部組件24以容納各個 開關組件26、28、30。開關組件26-30中的每一個對於給定的軟啟動器10在構造上是相同 的，並對應於到多相交流電機的多相輸入的一相。根據本發明的一個方面，軟啟動器的開關組件中的一對開關的致動受到控制以產 生直流信號，其在交流電機中的每相中是可被測量的。分析此直流信號以確定定子繞組電 阻，定子繞組電阻用於確定定子繞組的溫度。基於測量得到的定子繞組的溫度，軟啟動器中 的一對開關的致動可進一步受到控制以便向交流電機提供熱。儘管下面關於具有Y形布置 連接的繞組的三相交流電機進行介紹，應當認識到，本發明的實施例也包括具有多種連接 形式(例如三角形布置)的繞組的其他多相電機。這些多種類型的交流電機各自的開關的 致動能受到修改，以便將直流信號注入電機的各相。參見附圖2，示出了根據本發明一實施例的三相交流電機，且其一般地用參考標號40表示。如常規的，交流電機40由三個繞組42、44、46代表。在這種情況下，交流電機被 示為以Y形布置連接。可以明了，依據本發明的等效實施例，在不脫離本發明的範圍的情況 下，交流電機可作為替代地以三角形布置連接。交流電機40的定子繞組42-46通過電機端 子56、58、60上的對應的多相電源線50、52、54可操作地連接到交流電源48。如圖2所示，電機控制裝置62連接在交流電源48和交流電機40之間。如之前關 於圖1所介紹的，在本發明一示例性實施例中，電機控制裝置62包括軟啟動器，其被配置為 在啟動期間限制到交流電機40的暫態電壓和電流，產生「軟」電機啟動。軟啟動器62的基 本結構在圖2(即軟啟動器的電路)示為包括與每個電源線50-54或電源的每相相對應的 接觸器64、66、68。軟啟動器62還包括每個電源線50-54上的開關裝置70、72、74。在一個 示例性的實施例中，每個開關裝置70-74由一對反並聯的開關——例如晶閘管形式的固態 開關——構成，以便控制電流流動，並控制電機40的端子電壓。就是說，晶閘管對70包括晶閘管76、78，其極性相反並且對於電源線50並聯連接。同樣地，晶閘管對72包括晶閘管 80、82，其極性相反並且對於電源線52並聯連接。最後，晶閘管對74包括晶閘管84、86，其 極性相反並且對於電源線54並聯連接。在一優選實施例中，晶閘管76、80、84前嚮導通，晶 閘管78、82、86反嚮導通。可以明了，給定該裝置的最終用途，對於具體的電源線，晶閘管可 被設置成與二極體而不是與另一個晶閘管並聯。在任一上面描述的實施例中，兩個電源線 中的各個之上的晶間管能被控制，以便向交流電機40注入直流電壓和直流電流，如下面描 述的那樣。控制器或處理器88也被包括在軟啟動器62中，其被配置成通過門極驅動信號向 之的傳送來控制晶閘管76-86，以及控制接觸器64-68的斷開與閉合。在交流電機40的啟 動期間，軟啟動器62運行在「啟動」模式，在此期間，控制器88使得對應於電源線50-54的 一個或多於一個接觸器64-68斷開，這樣，電力從交流電源48經過晶間管對70-74，因而控 制施加於交流電機40的電流(並由此控制電壓)。在交流電機40的啟動之後，軟啟動器 62進入旁路模式，其中，控制器88使得每個電源線50-54上的接觸器64-68閉合，從而使得 電力散失最小化。旁路模式因此被認為是軟啟動器62和交流電機40的「正常」運行模式。根據本發明一實施例，控制器88進一步被編程為在門極驅動模式(即「溫度估計 模式」)中運行軟啟動器62，以便在交流電機40處於待機狀態或被關閉時向交流電機40 的每個端子56-60注入直流信號。如附圖2所示，在溫度估計模式中 ，控制器88運行，以便 斷開所有接觸器64-68。交流電機40的一個相——例如相a——通過不致動或觸發晶閘管 76,78保持斷開，同時，其它兩相的每一相的一個晶閘管——例如晶閘管76、78——被致動 或觸發，以便產生直流信號的電流路徑。這種方式的晶閘管76、78的運行將直流信號注入 交流電機40。對於每個直 流注入周期，通過位於電流路徑內的包括在軟啟動器62中的電壓 和電流傳感器90、92、94，可測量和確定此直流信號。基於測量得到的直流信號，定子電阻能被計算為 其中，vd。和id。分別代表交流電機40的兩線的相間(即線間)電壓ν和相電流i 中的直流信號，k為由交流電機的結構決定的常數。也就是說，對於具有平衡且相等的繞組 電阻的三相交流電機，k= 1/2。但是，對於其它多相電機，或者對於替代布置中的繞組，k 可具有不同的值。另外，還可設想，如果希望的話，相間電壓和相電流可在任意兩相或全部 三相之間測量。也就是說，所注入的直流信號可在交流電機40的所有相中感生和測量。基於由直流信號注入估計得到的Rs，可監視定子繞組溫度Ts。Rs變化與Ts變化線 性成比例，如 其中，Tstl和Rstl代表室溫下的Ts和Rs ；力和或是由直流注入估計得到的Ts和Rs ； μ 是電阻率的溫度係數。—旦電壓和電流中的直流信號vd。和id。被確定，定子電阻Rs能根據公式1來估計， 於是，定子繞組溫度Ts能實時地根據公式2基於所確定的Rs得到監視。在本發明一實施例 中，控制器88(圖2)被配置為如果定子繞組溫度落在預定閾值之下則產生警告(例如，可聽的或可視的警告)。該警告允許操作人員採取希望的動作，例如啟動交流電機40。或者， 該警告可自動觸發控制器88進入加熱模式，如下面詳細討論的那樣。
控制器88也非對稱地控制發送到晶閘管對70-74的門極驅動信號，以調節其開關 時間。在一實施例中，控制器88運行，以便在相間電壓的下降過零點之前的特定觸發角—— 例如α—同步地觸發一個前嚮導通的晶閘管76、80、84以及一個反嚮導通的晶閘管78、 82、86。由於當選定的晶閘管被觸發導通時相間電壓是正的，電流將開始流動。在相間電壓 的過零點之後的特定觸發角例如α上，電流將下降至0，兩個被觸發的晶閘管自動關斷。這 樣，電流流動大約2α的時間，直流信號可被注入到兩個相中。所注入的直流電流的量值可 通過調節觸發角α而受到控制。當晶閘管80、86以α (例如，α < 30° )的觸發角100 被觸發時，電機線電壓96(vd。)和相電流98(ib)的波形示例如圖3所示。圖4示出了當控制器88 (圖2)被用於加熱交流電機40的定子繞組時對於所有相 的相間電壓102的波形以及對於相a的電流104的波形。在一實施例中，控制器88周期性 地觸發所有晶間管76-86，調整觸發角α 100，這樣，所有三相定子繞組被注入相同量值的 直流電流。通過調整觸發角α，直流電流量值可得到控制，因此，定子繞組的溫度可得到控 制。在一優選實施例中，每個晶間管76-86在每個周期導通一次，以提供對於定子繞組每相 的均勻的加熱。如圖4所示，每當兩個晶閘管在觸發角α 100上被觸發時，產生電流路徑。 觸發角α 100可被控制在希望的範圍內，例如在0度和60度之間，以便保持每次不多於兩 相中的到電源48的連接。由於在給定時間不多於兩相被連接到電源48，交流電機40不會 啟動。現在參照附圖4，結合附圖5-7，示出了在電機系統運行在加熱器(heater)模式時 晶閘管76-86的控制。如圖4所示，對於每一注入，接觸器64-68被保持為斷開，兩個晶閘 管在電源48的對應的相間電壓的下降過零點之前的觸發角α 100上被觸發。例如，在Vab 的下降過零點之前的觸發角α 100上，晶閘管76、80被觸發，以便向a相和b相注入直流電 壓vab,d。以及直流電流ia,d。。為便於理解，代表晶閘管76、82的這種控制的直流等效電路在 圖5中示出。相c斷開並且直流電壓vab,d。以及直流電流ia,d。被注入到由供電線50、52構 成的迴路中。再次參照附圖4，在Vbe的下降過零點之前，晶閘管80、86在下一個角度α 100上 被觸發，以便向相b和相c注入直流電壓vb。,d。和直流電流ib,d。。代表晶閘管80、86的這種 控制的直流等效電路如圖6所示。相a斷開且直流電壓vb。,d。和直流電流ib,d。被注入到由 供電線52、54構成的迴路中。再次參照附圖4，在v。a&下降過零點之前，晶閘管78、84在觸發序列的最後在角度 α 100上被觸發，以便向相c和相a注入直流電壓v。a, dc和直流電流i。, d。。代表晶閘管78、 84的這種控制的直流等效電路如圖7所示。相b保持斷開且直流電壓v。a,d。和直流電流i。， d。被注入到由供電線54、50構成的迴路中。如圖4所示，所有六個晶閘管76-86在每個周期被觸發一次，每相的電機定子繞組 在每個周期兩次被注入電流(一次是正電流，一次是負電流)。由於所有六個晶閘管76-86 的周期性運行，被注入到電機40的直流信號接近周期性的交流信號。根據本發明的一個方面，當交流電機處於停止或關閉狀態時的定子繞組溫度可根 據如圖8所示的技術(technique) 106得到監視和調節。技術106監視定子繞組的溫度並通過控制所注入直流信號的頻率或量值將定子繞組保持在目標溫度之上，例如超過環境溫 度或者冷凝溫度幾度。根據本發明一示例性實施例，定子繞組溫度可通過在溫度估計模式 和加熱模式之間交替而得到監視和控制。技術106開始於步驟108，並確定電機是否正在運行。如果電機正在運行110，技 術106可進入視情況可選的電機運行子程序112。在子程序112中，技術106進入電機運行 溫度估計模式114，其中，技術106確定電機溫度。在步驟116中，電機溫度被分析。如果電 機溫度低於最大電機運行溫度118，技術106在返回到步驟108之前進行到第一個視情況可 選的時間延遲120。如果電機溫度高於最大電機運行溫度122，技術106在步驟124中關閉 電機，並進行到電機空閒估計模式126，其在下面更為詳細地討論。如果電機在步驟124或步驟108之後被關閉或處於待機模式128，進入電機空閒溫 度估計模式126以確定定子繞組溫度。在步驟130中，直流信號被注入到定子繞組。直流 信號的量值在接下來的132中計算。在步驟134中，計算繞組電阻。技術106接著在步驟 136中計算繞組溫度。在本發明一實施例中，公式1可用於在步驟134中計算繞組電阻，公 式2可用於在步驟136中計算繞組溫度。接著，技術106向溫度資料庫138報告計算得到 的繞組電阻和溫度。在步驟140中，技術106確定繞組溫度是否在目標溫度之上。在一優選實施例中， 目標溫度可為定子繞組的冷凝溫度或環境溫度。如果繞組溫度高於目標溫度142，技術106 在返回步驟108之前進入第二個視情況可選的時間延遲144。甚至如果電機溫度低於目標 溫度，技術106可進入視情況可選的步驟146，以確定在預定時間段內電機定子繞組溫度是 否被設計為下降到目標溫度以下。如果繞組溫度沒有被設計為下降到目標溫度148以下， 技術106繼續到視情況可選的時間延遲144並返回到步驟108。但是，如果繞組溫度低於目標溫度150或繞組溫度被設計為下降到低於目標溫度 152，技術106進入電機加熱器模式154。在電機加熱器模式154期間，技術106查詢溫度數 據庫以得到在步驟126-138期間確定的當前定子繞組溫度，並且計算將定子繞組加熱到目 標溫度以上所需要的加熱參數156。加熱參數可包括晶閘管觸發角、觸發頻率以及觸發持續 時間。技術106於是使用加熱參數來注入直流信號158。在步驟158的直流注入之後，技術 106在步驟126中再次進入溫度估計模式並進行步驟130-138，以確定所注入的直流信號是 否充分地加熱了定子繞組。對於公開的方法和設備，技術上的貢獻在於，其提供了用於確定定子繞組電阻和 用於在空閒或關閉狀態的交流電機熱保護的加熱定子繞組的控制器實現的技術。該技術控 制電機控制裝置中的一系列開關的開關時間，以便在與到交流電機的輸入對應的電機控制 裝置的輸出中產生直流信號，並由直流信號確定定子繞組電阻。定子繞組溫度也能基於定 子繞組電阻來確定，且所述一系列開關的開關時間可受到控制，以便對定子繞組進行加熱。
因此，根據本發明的一個方面，電機控制裝置包括這樣的電路其具有可連接到交 流電源的輸入和可連接到多相交流電機輸入端的輸出。該電路進一步包括多個開關裝置， 用於控制多相交流電機中的電流流動和端子電壓；連接到該電路的控制器。該控制器被配 置成，致動所述多個開關裝置，以便在對應於到多相交流電機的輸入的電機控制裝置的輸 出中產生直流信號，基於該直流信號確定多相交流電機的定子繞組電阻，由定子繞組電阻 估計定子溫度。
根據本發明的另一個方面，一種用於監視和控制多相交流電機的方法包括這樣的 步驟配置具有多個開關裝置的電機控制裝置，以便調節到多相交流電機的電壓和電流。該 方法還包括這樣的步驟將電機控制裝置配置為串聯在交流電源和多相交流電機之間，有 選擇地在溫度估計模式中運行電機控制裝置。在溫度估計模式中運行電機控制裝置還包 括將其中具有觸發角的門極驅動信號傳送到位於多相交流電機的兩相中的每一相上的開 關裝置，由此，觸發開關裝置以便將直流信號引入到由多相交流電機的兩相形成的電流路 徑，測量被引入多相交流電機的直流信號，基於測量得到的直流信號確定定子繞組的電阻， 並基於所確定的電阻來計算定子繞組的溫度。
根據本發明的另一個方面，用於控制從交流電源到具有定子繞組的感應電機的電 壓和電流的傳輸的軟啟動器包括多個供應線，每個供應線對應感應電機的一相。軟啟動器 還包括至少一個固態開關，其設置在所述多個供應線的每一個上，以便調節到感應電機的 電機線電壓和相電流；處理器。處理器被編程為同時觸發所述多個供應線的兩個中的每一 個上的所述至少一個固態開關中的一個，以便注入直流電流並基於直流電流來確定定子繞 組的電阻。根據本發明的另一個方面，電機控制裝置電氣連接到多相交流電機。電機控制裝 置包括至少一個固態開關，其對應於多相交流電機的每相，以控制電流流動和端子電壓。電 機控制裝置還包括控制器，其被配置成觸發多相交流電機的兩相中的每一相上的固態開 關，以便將直流信號注入到由該兩相構成的電流路徑。該控制器還被配置成有選擇地觸發 附加的固態開關，使得在多相交流電機的兩相中的每一相上被觸發的固態開關在多相電機 的相之間交替，由此向交流電機的每一相注入具有基本相等量值的直流信號。以優選實施例的形式介紹了本發明，應當明了，除之前記載的以外，等價方式、替 代方式以及修改是可行的，並且包含在所附權利要求的範圍之內。
權利要求
一種電機控制裝置，包括電路，其具有可連接到交流電源的輸入和可連接到多相交流電機的輸入端的輸出，該電路包括多個開關裝置，其控制多相交流電機的端子電壓和電流流動；以及連接到該電路的控制器，其被配置成致動所述多個開關裝置，以便在對應於到多相交流電機的輸入的電機控制裝置的輸出中產生直流信號；基於直流信號，確定多相交流電機的定子繞組電阻；以及由定子繞組電阻，估計定子溫度。
2.根據權利要求1的電機控制裝置，其中，所述多個開關裝置的每一個包括一對固態 開關，其中，每對固態開關對應於多相交流電機的一相，且其中，控制器致動第一對固態開 關中的第一固態開關和第二對固態開關中的第二固態開關。
3.根據權利要求2的電機控制裝置，其中，每對固態開關包括一對反並聯布置的晶閘管。
4.根據權利要求2的電機控制裝置，其中，控制器被配置為有選擇地致動第一和第二 固態開關，且其中，第一和第二固態開關分別對應於交流電機的第一相和第二相。
5.根據權利要求4的電機控制裝置，其中，控制器被配置為在相間電壓的下降過零點 之前的觸發角上向第一和第二固態開關傳送門極驅動信號，從而致動第一和第二固態開關。
6.根據權利要求5的電機控制裝置，其中，控制器進一步被配置為在相同的觸發角上向第一和第二固態開關傳送門極驅動信號；以及控制第一和第二固 態開關的觸發角，以改變直流信號的量值。
7.根據權利要求2的電機控制裝置，其中，控制器進一步被配置為，在多相交流電機的 一個周期中，有選擇地致動所述多個開關裝置的每一個中的固態開關的每一個，使得被致 動的固態開關對在多相交流電機的相之間交替。
8.根據權利要求7的電機控制裝置，其中，在多相交流電機的一個周期中有選擇地致 動各個固態開關向多相交流電機的每相中注入直流信號，所注入的直流信號近似於周期性 的交流信號；且其中，控制器被進一步配置為，修改周期性交流信號的量值，以便調整定子溫度。
9.根據權利要求8的電機控制裝置，其中，控制器被進一步配置為，控制開關裝置對的 觸發角，從而改變周期性交流信號的量值。
10.根據權利要求1的交流控制裝置，其中，控制器被進一步配置為 將所估計的定子溫度與第一定子溫度閾值進行比較；以及如果所估計的定子溫度在第一定子溫度閾值之下，在多相交流電機的一個周期中，有 選擇地致動所述多個開關裝置中的每一個，從而注入直流信號。
11.根據權利要求1的交流控制裝置，其中，該控制器被配置為，當多相交流電機處於 靜止狀態時，致動所述多個開關裝置，從而由少於多相交流電機的所有相的相產生電流路徑。
12.根據權利要求1的交流控制裝置，其中，控制器被進一步配置為將所估計的定子溫度與第二定子溫度閾值進行比較； 如果所估計的定子溫度高於第二定子溫度閾值，將交流電機保持在靜止狀態。
13.一種監視和控制多相交流電機的方法，包括配置具有多個開關裝置的電機控制裝置，以便調節到多相交流電機的電壓和電流； 將電機控制裝置布置為串聯在交流電源和多相交流電機之間； 有選擇地在溫度估計模式中運行電機控制裝置，其中，在溫度估計模式中運行電機控 制器包括將具有觸發角的門極驅動信號傳送到多相交流電機的兩相中的每一個上的開關裝置， 從而觸發開關裝置，以便將直流信號引入由多相交流電機的兩相構成的電流路徑； 測量被引入多相交流電機的直流信號； 基於所測量的直流信號，確定定子繞組的電阻； 基於所確定的電阻，計算定子繞組的溫度。
14.根據權利要求13的方法，其中，計算定子繞組溫度包括根據下式計算定子繞組溫度 其中，Tstl和Rstl分別代表定子繞組溫度和室溫下的定子繞組電阻；或為所確定的定子繞 組電阻；μ為電阻率的溫度係數。
15.根據權利要求13的方法，其中，將門極驅動信號傳送到兩相中的每一個上的開關 裝置包括，在希望的觸發角上將門極驅動信號傳送到兩相上的每個開關裝置中的一對晶閘 管中的一個。
16.根據權利要求13的方法，進一步包括修改門極驅動信號的希望的觸發角，從而控 制直流信號的量值。
17.根據權利要求13的方法，進一步包括，將計算的定子繞組溫度與預先確定的定子繞組溫度閾值進行比較；以及 如果計算的定子繞組溫度低於預先確定的定子繞組溫度閾值，則以加熱器模式運行電 機控制裝置。
18.根據權利要求13的方法，其中，配置具有所述多個開關裝置的電機控制裝置包括 配置電機控制裝置，該電機控制裝置具有在多相交流電機的第一相、第二相和第三相的每 相上的開關裝置；且其中，以加熱器模式運行電機控制裝置包括有選擇地觸發第二相和第三相的每個上的開關裝置，以便在其中引入直流信號； 有選擇地觸發第一相和第三相的每個上的開關裝置，以便在其中引入直流信號；以及 有選擇地觸發第一相和第二相的每個上的開關裝置，以便在其中引入直流信號。
19.根據權利要求13的方法，其中，以加熱器模式運行電機控制裝置將周期性的直流 信號引入到第一、第二以及第三相的每一個，從而將交流信號引入多相交流電機並均勻地 加熱多相交流電機的每個繞組。
20.根據權利要求19的方法，其中，以加熱器模式運行電機控制裝置還包括基於計算 的定子繞組溫度來控制注入到多相交流電機的交流信號的量值，從而控制多相交流電機的繞組的發熱。
21.一種控制從交流電源到具有定子繞組的感應電機的電壓和電流傳輸的軟起動器， 該軟啟動器包括多個供應線，每個供應線對應於感應電機中的一相；至少一個固態開關，其位於所述多個供應線的每一個上，以調節到感應電機的電機線 電壓和相電流；以及處理器，其被編程為同步地觸發至少兩個固態開關以注入直流電流，每個固態開關在所述多個供應線中至 少兩個的一個上；以及基於直流電流，確定定子繞組的電阻。
22.根據權利要求21的軟啟動器，其中，處理器進一步被編程為 基於所確定的定子繞組電阻，確定定子繞組溫度；確定定子繞組溫度是否在定子繞組溫度閾值之下；以及如果定子繞組溫度在定子繞組溫度閾值之下，則有選擇地觸發所述至少一個固態開關 中的每一個，從而使得具有觸發的固態開關的所述多個供應線中的兩個在感應電機的相之 間循序交替。
23.根據權利要求22的軟起動器，其中，處理器進一步被編程為，基於所述多個固態開 關中每一個的有選擇的觸發，向感應電機的每相注入量值相同的直流電流，所注入的直流 信號近似於注入到感應電機的相的交流電流。
24.根據權利要求23的軟啟動器，其中，處理器進一步編程為，控制交流電流的量值， 從而調節定子繞組溫度。
25.根據權利要求21的軟起動器，其中，位於所述多個供應線的每一個上的所述至少 一個固態開關包括以反並聯配置布置的兩個固態開關。
26.根據權利要求21的軟啟動器，其中，處理器在所述多個供應線的各個之間交替兩 個固態開關的同步觸發，從而加熱三相電機的各相。
27.—個電氣連接到多相交流電機的電機控制裝置，該電機控制裝置包括對應於多相交流電機的各相的至少一個固態開關，用於控制電流流動和端子電壓；以及控制器，其被配置為觸發多相交流電機的兩相中的每一相上的固態開關，以便向由所述兩相構成的電流路 徑注入直流信號；以及有選擇地觸發附加固態開關，使得在多相交流電機的兩相中的每一相上被觸發的固態 開關在多相交流電機的相之間交替，由此向多相交流電機的每相注入具有基本相同量值的直流信號。
全文摘要
本發明涉及一種監視和控制空閒狀態下的交流電機中的定子繞組溫度的系統和方法。該系統包括一電路，其具有可連接到交流電源的輸入和可連接到多相交流電機輸入的輸出。該電路進一步包括多個開關裝置，其用於控制多相交流電機的端子電壓和電流流動；連接到該電路的控制器。該控制器被配置為，致動所述多個開關裝置，以便在對應於到多相交流電機的輸入的電機控制裝置的輸出中產生直流信號，基於該直流信號確定或估計多相交流電機的定子繞組電阻，並由定子繞組電阻估計定子溫度。於是，溫度可通過到定子繞組的直流注入來控制和調節。
文檔編號H02P23/10GK101841300SQ20091100027
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月22日 優先權日2008年12月22日
發明者B·陸, C·J·利布基, P·張, S·K·貝克爾, T·G·哈貝特勒 申請人:伊頓公司