專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由多相交流電(AC)，特別是三相交流電，來(lái)供電的電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
美國(guó)專(zhuān)利No.4 363 985公開(kāi)了一種電動(dòng)機(jī)，其通過(guò)使用一種切換系統(tǒng)使得能夠改變電動(dòng)機(jī)的繞組特性，該切換系統(tǒng)使得能夠在三角形接法和星形接法下進(jìn)行工作，在三角形接法中，三相中的每一相的繞組單元均串聯(lián)連接，而在星形接法中，三相中的每一相的繞組單元均并聯(lián)連接。還描述了其他實(shí)施例，例如，其中各相的繞組單元既包括串聯(lián)單元又包括并聯(lián)單元的多種接法。
歐洲專(zhuān)利EP 0 923 192公開(kāi)了通過(guò)改變繞組單元的接法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的特性的方法。圖1和圖2中再現(xiàn)了第一示例。
在第一接法中，如圖1所示，與低速相對(duì)應(yīng)，從相應(yīng)的電源點(diǎn)U1、V1或W1向任一相的所有繞組單元串聯(lián)供電。
在第二接法中，如圖2所示，與高速相對(duì)應(yīng)，從相應(yīng)的中間點(diǎn)U2、V2和W2向連接至中性點(diǎn)的繞組單元供電。
圖3和圖4中示出了第二示例。在該示例中，在高速時(shí)，從三角形接法的中間點(diǎn)X2、Y2和Z2進(jìn)行供電。
在這些示例中，未供電的繞組單元在未連接的端子處感應(yīng)出額外電壓，該額外電壓被附加到在被供電的繞組單元上感應(yīng)出的電壓上。
這種額外電壓要求對(duì)于給定的絕緣，將繞組單元的匝數(shù)限定為可接受的值。
歐洲專(zhuān)利EP 0 923 192公開(kāi)了一種對(duì)于以下問(wèn)題的解決方案以相同匝數(shù)來(lái)構(gòu)造所有繞組單元，以及使電動(dòng)機(jī)工作在與四種不同設(shè)置相對(duì)應(yīng)的四種工作模式下，這四種不同設(shè)置為·三角形接法且各相的繞組單元并聯(lián)的高速設(shè)置；·星形接法且各相的繞組單元并聯(lián)的中高速設(shè)置；·三角形接法且各相的繞組單元串聯(lián)的中低速設(shè)置；以及·星形接法且各相的繞組單元串聯(lián)的低速設(shè)置。
歐洲專(zhuān)利EP 0 923 192中提出的解決方案并非完全令人滿意。從一種設(shè)置切換到另一種設(shè)置將導(dǎo)致各相的電阻的變化，由此導(dǎo)致由于焦耳效應(yīng)而引起的損耗的變化。
這會(huì)導(dǎo)致不希望的溫度變化，并且某些相在高溫下工作而其他相在較低的溫度下工作，在這種情況下，很難長(zhǎng)時(shí)間地保持電動(dòng)機(jī)的絕緣級(jí)別，例如，變得對(duì)濕度更加敏感。
存在以下需求從能夠在相對(duì)大的速度范圍內(nèi)工作并且能夠以可靠的也可能是簡(jiǎn)化的方式工作的電動(dòng)機(jī)受益。
術(shù)語(yǔ)“電動(dòng)機(jī)(machine)”應(yīng)該廣義地來(lái)理解，例如，不僅涵蓋旋轉(zhuǎn)部分，而且涵蓋用于控制旋轉(zhuǎn)部分的電子和機(jī)電部分。
還存在對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)進(jìn)行改善的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明特別旨在部分或完全地滿足這些需求。
本發(fā)明提供了一種多相電動(dòng)機(jī)，例如三相電動(dòng)機(jī)，其中每一相都包括至少兩個(gè)繞組單元，該電動(dòng)機(jī)包括切換系統(tǒng)，該切換系統(tǒng)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)，并被構(gòu)造用于將所述繞組單元切換到以下接法中的一種或另一種·第一接法，其中各相的所有繞組單元都被串聯(lián)供電，并且這些繞組單元的端子之間的電壓相加；以及·第二接法，其中對(duì)于各相，只對(duì)某些繞組單元供電，并且其中，對(duì)于各相，至少一個(gè)未供電的繞組單元具有與至少一個(gè)其他繞組單元相連接的第一端子以及未連接的第二端子，第二端子的電位通過(guò)第一端子的電位減去由所述未供電的繞組單元感應(yīng)出的電壓而給出。
該切換系統(tǒng)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)，至少一個(gè)繞組單元可以具有僅與所述切換系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)的端子電連接的端子。
通過(guò)本發(fā)明，該電動(dòng)機(jī)可以在相對(duì)較大的速度范圍內(nèi)工作，例如，以基本上恒定的功率進(jìn)行工作。
本發(fā)明使得可以在只對(duì)某些繞組單元供電時(shí)避免產(chǎn)生額外電壓。
所述電動(dòng)機(jī)可以包括位于一個(gè)相的兩個(gè)連續(xù)繞組單元之間的至少一個(gè)中間點(diǎn)；該中間點(diǎn)與繞組單元之一之間的至少一個(gè)第一開(kāi)關(guān)；以及連接至該中間點(diǎn)和電源引入線(inlet)的至少一個(gè)第二開(kāi)關(guān)。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，第二開(kāi)關(guān)閉合，反之亦然，因此每一相都可以只與第一和第二開(kāi)關(guān)相關(guān)聯(lián)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，該切換系統(tǒng)使得所述繞組單元能夠切換到以下接法中的任意一種·其中各相的繞組單元被串聯(lián)供電的星形接法；·其中各相的繞組單元被串聯(lián)供電的三角形接法；·其中各相中的繞組單元中只有某些被供電的星形接法；以及·其中各相中的繞組單元中只有某些被供電的三角形接法。
在一個(gè)實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)的各相只有兩個(gè)繞組單元。
每一相的繞組單元都可選地具有相同的匝數(shù)。
所述電動(dòng)機(jī)可包括至少一個(gè)傳感器(例如，光電傳感器)，用于感測(cè)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述電動(dòng)機(jī)是由變頻控制器控制的異步電動(dòng)機(jī)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述切換系統(tǒng)包括多個(gè)半導(dǎo)體電力(electronicpower)開(kāi)關(guān)，從而使得能夠更快速地進(jìn)行切換。
在啟動(dòng)階段，繞組單元可以按照星形接法串聯(lián)連接。
另一方面，本發(fā)明提供了一種對(duì)如上限定的電動(dòng)機(jī)供電的方法，該方法包括以下步驟·首先在各相的所有繞組單元均被例如按照其中各相的所有繞組單元均串聯(lián)的星形接法進(jìn)行供電情況下，使該電動(dòng)機(jī)工作，直至第一切換速度；以及
·當(dāng)速度超過(guò)第一切換速度時(shí)，使繞組單元進(jìn)行切換，以只對(duì)各相的某些繞組單元供電。
舉例來(lái)說(shuō)，可以將第一切換速度選擇為使得在將要達(dá)到所述第一切換速度時(shí)，該電動(dòng)機(jī)中的通量基本上為額定通量的一半。
舉例來(lái)說(shuō)，第一切換速度基本上等于基本速度的兩倍。于是，該通量就落在例如額定通量的0.4至0.6倍的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一種實(shí)現(xiàn)中，所述方法包括以下步驟·在各相的繞組單元以星形接法串聯(lián)電連接并且均被供電的情況下，使所述電動(dòng)機(jī)工作，直至第一切換速度；·從第一切換速度直到第二切換速度，使所述電動(dòng)機(jī)在所述繞組單元以三角形接法串聯(lián)電連接的情況下進(jìn)行工作；·從第二切換速度直到第三切換速度，使所述電動(dòng)機(jī)在星形接法下只對(duì)各相的某些繞組進(jìn)行供電的同時(shí)進(jìn)行工作；以及·從第三切換速度開(kāi)始以及更高速度下，使所述電動(dòng)機(jī)在三角形接法下按照只對(duì)各相的某些繞組供電的方式進(jìn)行工作。
本發(fā)明還提供了一種包括如上限定的電動(dòng)機(jī)的起重機(jī)設(shè)備。
本發(fā)明還旨在使得能夠在保留所使用組件的同時(shí)從一種接法轉(zhuǎn)換到另一種接法，而不會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生明顯振動(dòng)。
因此，在另一方面，本發(fā)明提供了一種包括用于滿足此目的的電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)的每一相包括至少兩個(gè)繞組單元，所述控制系統(tǒng)包括·第一接觸器，其具有一組主開(kāi)關(guān)(也稱(chēng)為觸點(diǎn))，每個(gè)主開(kāi)關(guān)都用于連接至一個(gè)相的第一繞組單元和第二繞組單元，使得當(dāng)這些主開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，各相的第一繞組單元和第二繞組單元串聯(lián)連接；·第二接觸器，其具有一組主開(kāi)關(guān)，當(dāng)這些主開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，可以使得在該電動(dòng)機(jī)的各個(gè)相中流動(dòng)的電流繞過(guò)各相的第一繞組單元；以及·磁滯比較器，用于在該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變得小于下限速度時(shí)，使第一接觸器的主開(kāi)關(guān)閉合，并使第二接觸器的主開(kāi)關(guān)打開(kāi)，而在該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變得大于比所述下限速度大的上限速度時(shí)，使第一接觸器的主開(kāi)關(guān)打開(kāi)，并使第二接觸器的主開(kāi)關(guān)閉合。
所述控制系統(tǒng)還可以包括第三接觸器，其使得能夠選擇性地對(duì)第一接觸器和第二接觸器中的一個(gè)或另一個(gè)進(jìn)行供電，從而不能對(duì)二者同時(shí)供電。
所述控制系統(tǒng)可被設(shè)置為對(duì)所述第一接觸器和第二接觸器的主開(kāi)關(guān)何時(shí)被同時(shí)打開(kāi)進(jìn)行檢測(cè)。
所述控制系統(tǒng)可以包括帶有存儲(chǔ)器的變頻控制器，該存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)適于低速的至少一組工作參數(shù)和適于高速的一組工作參數(shù)。
該變頻控制器可被設(shè)置為在第一接觸器和第二接觸器的主開(kāi)關(guān)同時(shí)打開(kāi)后，用另一組工作參數(shù)來(lái)替代用于低速下進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的所述一組工作參數(shù)，反之亦然。
第一接觸器和第二接觸器可包括輔助開(kāi)關(guān)，所述輔助開(kāi)關(guān)被設(shè)置為使得在第一接觸器的主開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，第二接觸器的主開(kāi)關(guān)不能閉合，反之亦然。
輔助開(kāi)關(guān)例如可以與第三接觸器的開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接。
第一、第二和第三接觸器可以是機(jī)電或電子組件，例如絕緣柵雙級(jí)晶體管(IGBT)或其他半導(dǎo)體。
術(shù)語(yǔ)“開(kāi)關(guān)”不應(yīng)被狹義地理解。
所述控制系統(tǒng)可被設(shè)置為使得能夠從三角形接法轉(zhuǎn)換為星形接法，反之亦然。
例如，所述電動(dòng)機(jī)最初可以是其中所有繞組單元均被供電的星形接法，隨后轉(zhuǎn)換到仍為星形接法但其中只有一部分繞組單元被供電的接法，然后轉(zhuǎn)換到其中繞組單元不再以星形接法進(jìn)行供電而是以三角形接法進(jìn)行供電的接法。這使得在必要時(shí)可以進(jìn)一步增大工作范圍。
本發(fā)明還提供了一種使連接至控制系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作的方法，該控制系統(tǒng)具有第一接觸器和第二接觸器，所述第一接觸器在閉合時(shí)用于對(duì)該電動(dòng)機(jī)的各相中的兩個(gè)繞組單元進(jìn)行串聯(lián)連接，所述第二接觸器在閉合時(shí)用于使電流繞過(guò)各相中的繞組單元之一，在該方法中·當(dāng)該電動(dòng)機(jī)處于加速階段時(shí)
·一旦電動(dòng)機(jī)的速度變得大于上限速度，則使用以適于低速的第一組參數(shù)進(jìn)行工作的變頻控制器來(lái)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)；·打開(kāi)第一接觸器和第二接觸器；·使用適于高速的一組參數(shù)來(lái)替換適于低速的所述一組參數(shù)；·使第一接觸器保持打開(kāi)；以及·閉合第二接觸器，使得僅繞組單元之一被供電；而·當(dāng)該電動(dòng)機(jī)處于減速階段時(shí)·一旦電動(dòng)機(jī)的速度變得小于下限速度，則使用以適于高速的一組參數(shù)進(jìn)行工作的變頻控制器來(lái)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)；·打開(kāi)第一接觸器和第二接觸器；·使用適于低速的一組參數(shù)來(lái)替換適于高速的所述一組參數(shù)；·使第二接觸器保持打開(kāi)；以及·閉合第一接觸器，使得各相的兩個(gè)繞組單元都被串聯(lián)供電。
可以執(zhí)行該方法來(lái)從如上面所限定的第一接法轉(zhuǎn)換為第二接法。
另一方面，本發(fā)明提供了一種多相電動(dòng)機(jī)，例如三相電動(dòng)機(jī)，其中每一相都僅包括兩個(gè)繞組單元，并且包括切換系統(tǒng)，該切換系統(tǒng)用于作為轉(zhuǎn)速和/或通量的函數(shù)將構(gòu)成繞組的單元切換為以下接法中的至少一種·第一接法，其中對(duì)于每一相，所有繞組單元都通過(guò)閉合狀態(tài)下使繞組單元互連的第一開(kāi)關(guān)而被串聯(lián)供電；以及·第二接法，其中對(duì)于每一相，從位于所述相的兩個(gè)連續(xù)繞組單元之間的中間點(diǎn)以及所述中間點(diǎn)和電源引入線之間的至少一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，只對(duì)某些繞組單元供電，在該第二接法中，所述第二開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)而第一開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)，而在第一接法中，第二開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)，每一相只與第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)相關(guān)聯(lián)。


通過(guò)閱讀以下對(duì)本發(fā)明的非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述并參照附圖，可以更好地理解本發(fā)明，附圖中
圖1到4，如上描述，表示現(xiàn)有技術(shù)；圖5和圖6是裝配有根據(jù)本發(fā)明制造的電動(dòng)機(jī)的設(shè)備的示例的框圖；圖7示出了該電動(dòng)機(jī)的繞組單元的接法的示例；圖8類(lèi)似于圖7，但繞組單元具有不同接法；圖9給出了功率如何作為轉(zhuǎn)速的函數(shù)而變化的一個(gè)示例；圖10和圖11示出了繞組單元的接法的其他示例；圖12示出了在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中功率如何作為轉(zhuǎn)速的函數(shù)而變化；圖13和14示出了繞組單元的接法的其他示例；圖15類(lèi)似于圖5和圖6，示出了該電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備的變型例；圖16示出了該電動(dòng)機(jī)的一相的繞組單元和相關(guān)接觸器；圖17和圖18示出了接觸器開(kāi)關(guān)的設(shè)置的示例；以及圖19和20是給出了接觸器的工作順序的示例的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖5示出了包括電動(dòng)機(jī)的設(shè)備，例如起重機(jī)，其包括由變頻控制器2供電的電動(dòng)機(jī)1，例如異步電動(dòng)機(jī)。
在所描述的示例中，電動(dòng)機(jī)1的定子針對(duì)每一相都具有多個(gè)繞組單元。
該設(shè)備還具有切換系統(tǒng)3，其使得電動(dòng)機(jī)1的各繞組單元可以例如作為轉(zhuǎn)速和/或通量的函數(shù)在多種接法之間切換。
該設(shè)備可以包括用于對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行感測(cè)的傳感器4。
舉例來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)1可連接至絞盤(pán)5，但它也可驅(qū)動(dòng)任何其他機(jī)械構(gòu)件，而不會(huì)因此超出本發(fā)明的范圍。
在所描述的示例中，變頻控制器2和切換系統(tǒng)3以獨(dú)立的框的形式被示出，例如，對(duì)應(yīng)于獨(dú)立的電子卡(electronic card)，但是將這些單元組合在單個(gè)電子卡內(nèi)也不會(huì)超出本發(fā)明的范圍。
可選地，切換系統(tǒng)3可以為遠(yuǎn)程的，例如其可以位于可選地固定在電動(dòng)機(jī)1上的機(jī)柜或機(jī)殼中。
圖5中示出的傳感器4與變頻控制器2相連接，但是如圖6所示，由切換系統(tǒng)3接收來(lái)自傳感器4的信息并未超出本發(fā)明的范圍。
切換系統(tǒng)3和變頻控制器2可交換信息，從而控制器2可以知道繞組單元的接法，并且可以相應(yīng)地對(duì)電動(dòng)機(jī)1進(jìn)行控制。
電源2可以包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器中包含了電動(dòng)機(jī)1在可通過(guò)切換系統(tǒng)3實(shí)現(xiàn)的繞組單元的不同接法時(shí)的特性。
控制器2可接收表示設(shè)定點(diǎn)速度的信息。
舉例來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)1具有3個(gè)相a、b和c，并且對(duì)于這些相，具有各自的繞組單元10和11、20和21，以及30和31，如圖7所示。
切換系統(tǒng)3例如包括相a的開(kāi)關(guān)41和51；相b的開(kāi)關(guān)42和52；以及相c的開(kāi)關(guān)43和53。因此，每一相都與第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)相關(guān)聯(lián)。
開(kāi)關(guān)41、42和43分別設(shè)置在對(duì)應(yīng)相的多個(gè)繞組單元中的兩個(gè)之間。繞組單元10、20和30包括與切換系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)41、42和43的端子之一單獨(dú)電連接的各自的端子10b、20b和30b。
開(kāi)關(guān)51、52和53首先連接至相應(yīng)的中間點(diǎn)60、61和62，然后連接至與電源的相U、V和W相連接的相應(yīng)電源引入線70、71和72。
開(kāi)關(guān)41、42和43分別連接至中間點(diǎn)60、61和62。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)1以圖7的接法開(kāi)始工作時(shí)，其速度v可以從0增大至基本速度v0，如圖9所示。
在高于基本速度v0時(shí)，如果想要獲得在基本恒定的功率P1下的操作，則控制器2的電壓限制可能要求電動(dòng)機(jī)通量與其速度成比例地減小。
舉例來(lái)說(shuō)，切換系統(tǒng)3被設(shè)置為，當(dāng)達(dá)到第一切換速度V1(例如，基本上對(duì)應(yīng)于基本速度v0的兩倍)時(shí)，該切換系統(tǒng)從圖7的其中開(kāi)關(guān)41、42和43閉合而開(kāi)關(guān)51、52和53打開(kāi)的接法切換到圖8的接法。
在該接法中，開(kāi)關(guān)41、42和43打開(kāi)，而開(kāi)關(guān)51、52和53閉合。于是，只有連接至中性點(diǎn)N的繞組單元11、21和31被供電。這使得可以增加通量并在高于第一切換速度v1的情況下以基本恒定的功率P1進(jìn)行工作。
此外，繞組單元10、20和30由各自的第一端子10a、20a和30a保持在各自的電源電位U、V和W上，并且它們各自的第二端子10b、20b和30b處的電位接近于中性點(diǎn)N的電位，這與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)有所不同，在該現(xiàn)有技術(shù)中，未供電的繞組單元的端子上感應(yīng)出的電壓添加到被供電的繞組單元的電壓上。
例如，對(duì)于相a，中間點(diǎn)60處的電壓相對(duì)于中性點(diǎn)N來(lái)說(shuō)為a1，并且繞組單元的端子10b的電位是a1-a2，此電位接近于中性點(diǎn)N的電位。在現(xiàn)有技術(shù)中，未連接的端子10b的電位是a1+a2。
當(dāng)希望在基本恒定的功率下獲得兩個(gè)以上的工作范圍時(shí)，如圖9所示，例如，可以提供具有未示出的其他開(kāi)關(guān)的切換系統(tǒng)3，并且當(dāng)速度超過(guò)第一切換速度v1時(shí)，將該切換系統(tǒng)設(shè)置為從圖7的星形接法轉(zhuǎn)變?yōu)閳D10的三角形接法，在該三角形接法中，每一相的繞組單元都串聯(lián)電連接。
當(dāng)速度達(dá)到第二切換速度v2時(shí)，切換系統(tǒng)3可被設(shè)置為將繞組單元切換到圖8的接法，以在基本恒定的功率下工作。
當(dāng)速度超過(guò)第三切換速度v3時(shí)，切換系統(tǒng)3可使繞組單元成為圖11的三角形接法，在該三角形接法中，只有某些繞組單元被供電，開(kāi)關(guān)51、52和53閉合，而開(kāi)關(guān)41、42和43打開(kāi)。
圖12示出了對(duì)于單獨(dú)采用的每一種接法，功率如何作為轉(zhuǎn)速的函數(shù)而變化的示例。
可選地，各相中的開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換可以是同時(shí)的。
例如，開(kāi)關(guān)41可在開(kāi)關(guān)51閉合的瞬間打開(kāi)，反之亦然。切換也可以是準(zhǔn)同時(shí)的。
該電動(dòng)機(jī)的每一相可具有兩個(gè)以上的繞組單元，舉例來(lái)說(shuō)，圖13示出了每一相具有三個(gè)繞組單元的電動(dòng)機(jī)，即對(duì)于相a，兩個(gè)繞組單元10和11分別與開(kāi)關(guān)41和51、44和54，以及第三繞組單元12相關(guān)聯(lián)；對(duì)于相b，兩個(gè)繞組單元20和21分別與開(kāi)關(guān)42和52、45和55，以及第三繞組單元22相關(guān)聯(lián)；而對(duì)于相c，繞組單元30和31分別與開(kāi)關(guān)43和53、46和56，以及第三繞組單元32相關(guān)聯(lián)。
在圖13的示例中，繞組單元被設(shè)置為星形接法，而在圖14的示例中，繞組單元被設(shè)置為三角形接法。
可以對(duì)各開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，以使該電動(dòng)機(jī)能夠工作于第一工作階段，其中對(duì)于各相，繞組單元都為串聯(lián)，此后，隨著速度增大，僅對(duì)某些繞組單元供電。
因此，在圖13的示例中，該電動(dòng)機(jī)可以工作于第二工作階段，其中開(kāi)關(guān)41、42和43打開(kāi)，開(kāi)關(guān)51、52和53閉合，開(kāi)關(guān)44、45和46閉合，然后工作于第三工作階段，其中開(kāi)關(guān)44、45和46打開(kāi)，而開(kāi)關(guān)54、55和56閉合。
在所示的所有示例中，開(kāi)關(guān)都可以是機(jī)電開(kāi)關(guān)和/或半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)，根據(jù)要切換的功率，每個(gè)開(kāi)關(guān)都可以包括串聯(lián)和/或并聯(lián)的多個(gè)組件。
本發(fā)明并不限于起重機(jī)設(shè)備，也適用于機(jī)床，用來(lái)進(jìn)行卷入或卷出，進(jìn)行推進(jìn)等。
本發(fā)明并不限于當(dāng)速度大于基本速度時(shí)以基本恒定的功率進(jìn)行工作。例如，工作可涉及多個(gè)功率級(jí)別，其中在與一速度范圍相關(guān)聯(lián)的每一級(jí)別內(nèi)功率都是基本恒定的。
可以使用圖15中所示類(lèi)型的控制系統(tǒng)100來(lái)執(zhí)行從第一接法到第二接法的轉(zhuǎn)換，反之亦然，該控制系統(tǒng)100既包括繞組單元切換系統(tǒng)，又包括例如通過(guò)傳感器4來(lái)接收表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信息的變頻控制器。
控制系統(tǒng)100可以接收表示設(shè)定點(diǎn)速度的信息，并且可以可選地安裝在該電動(dòng)機(jī)上。
舉例來(lái)說(shuō)，該電動(dòng)機(jī)的每一相可以具有兩個(gè)繞組單元E1和E2，如圖16所示，所有相的繞組單元被組織為星形接法或三角形接法。
舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于相a，繞組單元E1和E2分別對(duì)應(yīng)于圖10的繞組單元10和11。
控制系統(tǒng)100具有第一接觸器KM1和第二接觸器KM2。第一接觸器KM1包括第一組主開(kāi)關(guān)102，而第二接觸器KM2包括第二組主開(kāi)關(guān)103。
舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于相a，主開(kāi)關(guān)102和103分別對(duì)應(yīng)于圖10的開(kāi)關(guān)41和51。
當(dāng)?shù)谝唤佑|器KM1未被供電(打開(kāi))時(shí)，主開(kāi)關(guān)102打開(kāi)。
當(dāng)?shù)诙佑|器KM2未被供電(打開(kāi))時(shí)，主開(kāi)關(guān)103打開(kāi)。
在所描述的示例中，控制系統(tǒng)100包括由開(kāi)關(guān)104控制的第三接觸器KM3，如圖17所示。
接觸器KM3具有常開(kāi)型的開(kāi)關(guān)105(也就是說(shuō)，當(dāng)接觸器KM3未被供電時(shí)，它是打開(kāi)的)和常閉型的開(kāi)關(guān)106(也就是說(shuō)，當(dāng)接觸器KM3未被供電時(shí)，它是閉合的)。
從圖17中可以看出，接觸器KM1和KM2具有分別與接觸器KM3的開(kāi)關(guān)105和106串聯(lián)電連接的輔助開(kāi)關(guān)107和108。
當(dāng)開(kāi)關(guān)106和108閉合時(shí)，接觸器KM1被供電(閉合)，而當(dāng)開(kāi)關(guān)105和107閉合時(shí)，接觸器KM2被供電(閉合)。
開(kāi)關(guān)107是常閉型的，即，當(dāng)接觸器KM1未被供電時(shí)它是閉合的，而開(kāi)關(guān)108同樣是常閉型的，當(dāng)接觸器KM2未被供電時(shí)是閉合的。
接觸器KM1和KM2的輔助開(kāi)關(guān)110和111(都是常開(kāi)型的)并聯(lián)電連接，因此使得控制系統(tǒng)100能夠檢測(cè)何時(shí)接觸器KM1和KM2均未被供電。
在本實(shí)施例中，控制系統(tǒng)100包括磁滯比較器，該磁滯比較器根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是小于或大于下限速度vb還是小于或大于上限速度vh，而對(duì)各接觸器KM1、KM2和KM3的操作起作用。
變頻控制器包括存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有分別與在低速下工作和在高速下工作相關(guān)聯(lián)的多組工作參數(shù)。
下面假定變頻控制器以用于與低速相對(duì)應(yīng)的操作的那組參數(shù)來(lái)進(jìn)行工作，并且繞組單元E1和E2被串聯(lián)供電。
在加速階段中，如圖19所示，控制系統(tǒng)在步驟120檢測(cè)到轉(zhuǎn)速超過(guò)上限速度vh。
控制系統(tǒng)100隨后使開(kāi)關(guān)104閉合，從而在步驟121向接觸器KM3供電，并使開(kāi)關(guān)106打開(kāi)，從而在步驟122斷開(kāi)對(duì)接觸器KM1的供電。
控制系統(tǒng)100通過(guò)均打開(kāi)的開(kāi)關(guān)110和111檢測(cè)到接觸器KM1的打開(kāi)。該控制系統(tǒng)在步驟124中采用與高速相對(duì)應(yīng)的那組工作參數(shù)。
此后，在步驟125，因?yàn)榻佑|器KM3被供電并且接觸器KM1打開(kāi)，所以接觸器KM2閉合，從而使得開(kāi)關(guān)107閉合。
因?yàn)橹鏖_(kāi)關(guān)103閉合而主開(kāi)關(guān)102打開(kāi)，所以停止向每一相中的繞組單元E2供電。
在減速階段，假定變頻控制器以適于高速的那組參數(shù)進(jìn)行工作，而且主開(kāi)關(guān)102打開(kāi)，主開(kāi)關(guān)103閉合。
在步驟130中，控制系統(tǒng)100檢測(cè)到速度已降低到下限速度以下，并且當(dāng)停止向接觸器KM3供電時(shí)，在步驟131打開(kāi)開(kāi)關(guān)104。
這使得開(kāi)關(guān)105和106改變狀態(tài)，開(kāi)關(guān)105和開(kāi)關(guān)106閉合。由于開(kāi)關(guān)105打開(kāi)，所以在步驟132停止向接觸器KM2供電。
在接觸器KM1和KM2未被供電的情況下，該狀態(tài)在步驟133被開(kāi)關(guān)110和111檢測(cè)到，所以變頻控制器在步驟133中采用適于低速的那組工作參數(shù)。
由于接觸器KM2未被供電，所以開(kāi)關(guān)108閉合，并且在步驟134向接觸器KM1供電，因此使得在各相中主開(kāi)關(guān)102都閉合，而主開(kāi)關(guān)103都打開(kāi)。繞組單元E1和E2串聯(lián)電連接。
上述操作順序使得可以在開(kāi)關(guān)為機(jī)電開(kāi)關(guān)時(shí)，避免在這些開(kāi)關(guān)的電觸點(diǎn)處產(chǎn)生火花，此外，可以在沒(méi)有噪聲并且不使電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的情況下從第一接法轉(zhuǎn)換到第二接法，反之亦然。
例如，對(duì)于每一相具有兩個(gè)繞組單元的電動(dòng)機(jī)，在三角形接法中，例如下限速度可為800轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)，上限速度可為1790rpm。電動(dòng)機(jī)例如可以在大約0至750rpm的范圍內(nèi)以恒定的扭矩工作，并且在例如750rpm到3600rpm的范圍內(nèi)以45千瓦(KW)的恒定功率工作。
本發(fā)明使得可以使用非超尺寸的變頻控制器。
除非被指定為相反的意思，否則術(shù)語(yǔ)“包括(comprising)”應(yīng)被理解為與“包括至少一個(gè)”同義。
權(quán)利要求
1.一種多相電動(dòng)機(jī)，例如三相電動(dòng)機(jī)，其中，每一相都包括至少兩個(gè)繞組單元，該電動(dòng)機(jī)包括切換系統(tǒng)，該切換系統(tǒng)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)，并被設(shè)置用于將所述繞組單元切換為以下接法中的一種或另一種·第一接法，其中各相的所有繞組單元都被串聯(lián)供電，并且這些繞組單元的端子之間的電壓(a1，a2)相加；以及·第二接法，其中對(duì)于各相，只對(duì)某些繞組單元供電，并且其中，對(duì)于各相，至少一個(gè)未供電的繞組單元(10；20；30)具有與至少一個(gè)其他繞組單元(11；21；31)相連接的第一端子(10a；20a；30a)以及未連接的第二端子(10b；20b；30b)，所述第二端子的電位通過(guò)所述第一端子的電位減去由所述未供電的繞組單元(10；20；30)感應(yīng)出的電壓(a2)而給出，至少一個(gè)繞組單元具有僅與所述切換系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)的端子電連接的端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，其中各相的繞組單元串聯(lián)連接的所述接法是星形接法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述切換系統(tǒng)(3)使得能夠?qū)⑺隼@組單元切換為以下接法中的任意一種·其中各相的繞組單元被串聯(lián)供電的星形接法；·其中各相的繞組單元被串聯(lián)供電的三角形接法；·其中各相中的繞組單元中只有某些繞組單元被供電的星形接法；以及·其中各相中的繞組單元中只有某些繞組單元被供電的三角形接法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)包括位于一個(gè)相的兩個(gè)連續(xù)繞組單元之間的至少一個(gè)中間點(diǎn)(60；61；62)；所述中間點(diǎn)與所述繞組單元中的一個(gè)之間的至少一個(gè)第一開(kāi)關(guān)(41；42；43)；以及連接至所述中間點(diǎn)和電源引入線(70；71；72)的至少一個(gè)第二開(kāi)關(guān)(51；52；53)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述電動(dòng)機(jī)的各相只有兩個(gè)繞組單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，各相的繞組單元具有相同的匝數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述電動(dòng)機(jī)包括使得能夠感測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的至少一個(gè)傳感器(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述電動(dòng)機(jī)是異步的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，在開(kāi)始階段，所述繞組單元以星形接法串聯(lián)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)是包括控制系統(tǒng)(100)的電動(dòng)機(jī)，該控制系統(tǒng)包括所述切換系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括第一接觸器(KM1)，該第一接觸器具有一組主開(kāi)關(guān)(102)，每一個(gè)主開(kāi)關(guān)都用于連接至一個(gè)相的第一繞組單元和第二繞組單元，使得當(dāng)這些主開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，各相的第一繞組單元和第二繞組單元串聯(lián)連接；第二接觸器(KM2)，該第二接觸器具有一組主開(kāi)關(guān)(103)，這些主開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)，使得流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的各相的電流繞過(guò)各相的第一繞組單元；以及磁滯比較器，用于在所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變得小于下限速度(vb)時(shí)，使所述第一接觸器的主開(kāi)關(guān)(102)閉合，并使所述第二接觸器的主開(kāi)關(guān)打開(kāi)，而在所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于比所述下限速度大的上限速度(Vh)時(shí)，使所述第一接觸器的主開(kāi)關(guān)(102)打開(kāi)，并使所述第二接觸器的主開(kāi)關(guān)閉合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述控制系統(tǒng)包括第三接觸器(KM3)，該第三接觸器用于選擇性地對(duì)所述第一接觸器和第二接觸器(KM1，KM2)中的一個(gè)或另一個(gè)進(jìn)行供電，以使得所述接觸器(KM1，KM2)不能全部同時(shí)閉合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述控制系統(tǒng)被設(shè)置用于檢測(cè)所述第一接觸器和第二接觸器的主開(kāi)關(guān)(102，103)何時(shí)全部同時(shí)打開(kāi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述控制系統(tǒng)包括具有存儲(chǔ)器的變頻控制器，該存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)適于低速的至少一組工作參數(shù)和適于高速的一組工作參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述變頻控制器被設(shè)置為，在所述第一接觸器和第二接觸器的主開(kāi)關(guān)(102，103)同時(shí)打開(kāi)的情況下，使用另一組工作參數(shù)來(lái)替代用于在低速下進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的一組工作參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述第一接觸器和第二接觸器具有多個(gè)輔助開(kāi)關(guān)，所述輔助開(kāi)關(guān)被設(shè)置為使得在所述第一接觸器的主開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所述第二接觸器的主開(kāi)關(guān)不能閉合，反之亦然。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的特征在于，所述輔助開(kāi)關(guān)(107，108)與所述第三接觸器的開(kāi)關(guān)(105，106)串聯(lián)連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)，其中，所述控制系統(tǒng)被安裝在所述電動(dòng)機(jī)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)，其中，所述控制系統(tǒng)還被設(shè)置為使得能夠從三角形接法轉(zhuǎn)換為星形接法，反之亦然。
19.一種用于對(duì)根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)供電的方法，該方法包括首先在各相的所有繞組單元均被供電的情況下，使所述電動(dòng)機(jī)工作，直至第一切換速度；以及當(dāng)速度超過(guò)所述第一切換速度時(shí)，使所述繞組單元進(jìn)行切換，以只對(duì)各相的某些繞組單元供電。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法包括在所述繞組單元以星形接法串聯(lián)電連接的情況下，使所述電動(dòng)機(jī)工作，直至第一切換速度；以及當(dāng)速度超過(guò)所述第一切換速度時(shí)，使所述繞組單元進(jìn)行切換，以只對(duì)各相的某些繞組單元供電。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，該方法包括在各相的繞組單元以星形接法串聯(lián)電連接并且均被供電的情況下，使所述電動(dòng)機(jī)工作，直至第一切換速度；從所述第一切換速度直到第二切換速度，使所述電動(dòng)機(jī)在所述繞組單元以三角形接法串聯(lián)電連接的情況下進(jìn)行工作；從所述第二切換速度直到第三切換速度，使所述電動(dòng)機(jī)在星形接法下在只對(duì)各相的某些繞組進(jìn)行供電的同時(shí)進(jìn)行工作；以及從所述第三切換速度開(kāi)始以及在更高速度下，使所述電動(dòng)機(jī)在三角形接法下按照只對(duì)各相的某些繞組供電的方式進(jìn)行工作。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述第一切換速度是基本速度的兩倍。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，將要達(dá)到所述第一切換速度時(shí)的通量是額定通量的一半。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述電動(dòng)機(jī)是根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)機(jī)并且包括控制系統(tǒng)(100)，該控制系統(tǒng)包括第一接觸器(KM1)和第二接觸器(KM2)，所述第一接觸器在閉合時(shí)用于在所述電動(dòng)機(jī)的各相中串聯(lián)連接兩個(gè)繞組單元，所述第二接觸器在閉合時(shí)使得電流繞過(guò)各相中的所述繞組單元之一，在所述方法中·當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)處于加速階段時(shí)·一旦所述電動(dòng)機(jī)的速度變得大于作為上限速度的所述第一切換速度，則使用以適于低速的第一組參數(shù)進(jìn)行工作的變頻控制器來(lái)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)；·打開(kāi)所述第一接觸器和第二接觸器(KM1，KM2)；·使用適于高速的一組參數(shù)來(lái)替換適于低速的所述一組參數(shù)；·使所述第一接觸器(KM1)保持打開(kāi)；以及·閉合所述第二接觸器(KM2)，使得僅所述繞組單元之一被供電；而·在所述電動(dòng)機(jī)減速的階段中·一旦所述電動(dòng)機(jī)的速度變得小于下限速度，則使用以適于高速的所述一組參數(shù)進(jìn)行工作的變頻控制器來(lái)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)；·打開(kāi)所述第一接觸器和第二接觸器；·使用適于低速的一組參數(shù)來(lái)替換適于高速的所述一組參數(shù)；·使所述第二接觸器(KM2)保持打開(kāi)；以及·閉合所述第一接觸器(KM1)，使得各相的兩個(gè)繞組單元都被串聯(lián)供電。
25.一種用于電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)(100)，該電動(dòng)機(jī)的每一相具有至少兩個(gè)繞組單元(E1，E2)，所述控制系統(tǒng)包括第一接觸器(KM1)，該第一接觸器具有一組主開(kāi)關(guān)(102)，每一個(gè)主開(kāi)關(guān)都連接至一個(gè)相的第一繞組單元和第二繞組單元，使得當(dāng)這些主開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，各相的第一繞組單元和第二繞組單元串聯(lián)連接；第二接觸器(KM2)，該第二接觸器具有一組主開(kāi)關(guān)(103)，這些主開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)，使得在所述電動(dòng)機(jī)的各相中流動(dòng)的電流繞過(guò)各相的第一繞組單元(E1)；以及磁滯比較器，用于在所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變得小于下限速度(vb)時(shí)，使所述第一接觸器的主開(kāi)關(guān)(102)閉合，并使所述第二接觸器的主開(kāi)關(guān)打開(kāi)，而在所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于比所述下限速度大的上限速度(Vh)時(shí)，使所述第一接觸器的主開(kāi)關(guān)(102)打開(kāi)，并使所述第二接觸器的主開(kāi)關(guān)閉合。
26.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)的起重機(jī)設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及多相電動(dòng)機(jī)，例如三相電動(dòng)機(jī)，其中每一相都包括至少兩個(gè)繞組單元，電動(dòng)機(jī)包括切換系統(tǒng)，切換系統(tǒng)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)，并被設(shè)置用于將繞組單元切換為以下接法中之一第一接法，其中各相的所有繞組單元都被串聯(lián)供電，并且這些繞組單元的端子之間的電壓(a
文檔編號(hào)H02K11/00GK1949636SQ20061013222
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者貝諾伊特·文森特 申請(qǐng)人:莫特斯·帕提