用于基于電流導(dǎo)數(shù)同步的漸進式電動機啟動的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的領(lǐng)域是電動機領(lǐng)域，并且更具體的，是通過插入在電動機和供電電源之 間的漸進式啟動器系統(tǒng)（progressivestartersystem)來控制電動機的啟動。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)啟動電動機時，電動機對為其供電的電氣網(wǎng)絡(luò)提出電流要求。結(jié)果是，在網(wǎng)絡(luò)中 存在電壓降，這可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)某些敏感負(fù)載故障以及可能的減載（loadshedding)。
[0003] 為了避免這個問題，例如已經(jīng)由專利申請WOO1/89073A2得知，可以通過已知為軟 啟動器的漸進式啟動器系統(tǒng)將電動機間接連接到網(wǎng)絡(luò)，其中該軟啟動器使用受控開關(guān)來逐 漸增加施加到電動機的電壓的均方根值。
[0004] 在這種系統(tǒng)中，受控開關(guān)由半導(dǎo)體部件并且特別是晶閘管制成。因此，受控開關(guān)是 易損的，并且對切換期間施加到其上的瞬態(tài)電壓和電流敏感。
[0005] 經(jīng)常將單個漸進式啟動器系統(tǒng)用于連續(xù)啟動幾個電動機。所以很容易知道，啟動 器系統(tǒng)中的故障可能導(dǎo)致某些應(yīng)用中大量的生產(chǎn)損耗。
[0006] 由于在這些情況下施加到受控開關(guān)的瞬態(tài)電壓和電流的值，因此看起來重要的 是，增加這些啟動器系統(tǒng)的操作可靠性，并且尤其是增加其額定電壓大于500V或者甚至大 于1000V或者等于或大于5. 5kV的電動機啟動器夏天的操作可靠性。
[0007] 具體地，可以發(fā)現(xiàn)在閉合開關(guān)期間振蕩瞬態(tài)電流通過晶閘管?？梢越茷樽枘岣?頻正弦曲線的瞬態(tài)電流與晶閘管即將切換之前端子上的電壓成比例，申請人在專利申請 TO2013/038094A2中建議：晶閘管的閉合應(yīng)該控制在電流切斷之后在晶閘管端子上展現(xiàn) 的瞬態(tài)電壓最小的時間段中選擇的瞬時。該閉合因此可根據(jù)所謂的ga_a(伽馬）控制模 式來進行控制，其中閉合控制在通過晶閘管的電流過零改變之后的某個伽馬角，與所謂的 alpha(阿爾法）控制模式相反，在所謂的alpha控制模式中，閉合控制在電源的交流電壓過 零之后的某個alpha角。
[0008] 晶閘管端子處的電壓測量要求非常復(fù)雜的信號處理，尤其是高頻采樣以便檢測出 最小電壓值。此外，這種測量使得漸進式啟動器系統(tǒng)的框架設(shè)計更加復(fù)雜，因此增加了其成 本。還必須為電壓傳感器尋找空間，其也形成了絕緣限制。此外，在晶閘管端子處測量電壓 并不非常實用，尤其是在額定電壓等級在幾千伏特、幾個晶閘管串聯(lián)連接的應(yīng)用中。
[0009] 在現(xiàn)有的執(zhí)行g(shù)amma控制的應(yīng)用中，將常規(guī)磁芯型電流變壓器用于檢測電流何時 過零。這些變壓器感應(yīng)取決于電流頻率的相位偏差。難以對這種偏差進行精確補償，并且 事實上對過零出現(xiàn)的瞬時的真實檢測非常不精確（精確等級為100yS)。此外，這些傳感器 通常引起偏移，其也使得測量非常不精確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的主要目的在于改進尤其是根據(jù)申請人所提出的上述專利申請的電動機 啟動器控制的精確性。當(dāng)要求知道半導(dǎo)體阻斷的精確時刻時可以有利地使用本發(fā)明。
[0011] 對此，本發(fā)明公開了一種用于控制開關(guān)的方法，該開關(guān)從交流電壓源控制電動機 的電源線，該方法包括確定從該電源線上承載的電流的導(dǎo)數(shù)測量開始的開關(guān)閉合瞬時。
[0012] 該方法某些優(yōu)選的但是非限制性的方面是：
[0013]-確定閉合瞬時包括檢測電流導(dǎo)數(shù)過零的時刻，計算在電源線上循環(huán)的電流過零 之后、從其過零的所述瞬時開始的、在開關(guān)端子上出現(xiàn)的瞬態(tài)電壓的頻率；
[0014]-瞬態(tài)電壓的頻率對應(yīng)于矩形信號的頻率，該矩形信號的前沿與其中電流導(dǎo)數(shù)過 零的瞬時一致；
[0015]-確定閉合瞬時包括確定開關(guān)打開持續(xù)時間；
[0016]-閉合瞬時通過確定從電流導(dǎo)數(shù)過零的頻率開始的第一時間范圍來確定，該閉合 瞬時包括在該第一時間范圍內(nèi)，第一時間范圍可限定為包括滿足式：T. (k_x) <t_tw<T. (k+y)的所有瞬時t，其中。是開關(guān)打開瞬時，T是對應(yīng)于電流導(dǎo)數(shù)過零的頻率的時段，k是 1和自然數(shù)n之間的自然數(shù)，x和y是嚴(yán)格在0和1之間的周期；
[0017]-確定閉合瞬時包括確定從交流電源電壓過零隨后的觸發(fā)時間值開始的第二時間 范圍，該閉合瞬時出現(xiàn)在第一和第二時間范圍共同的瞬時上，第二時間范圍包括所有滿足 -a| <|的瞬時t，其中tv。是電源的交流電壓取消的時間，T是電流倒數(shù)過零的頻率 的倒數(shù)，a是在交流電源電壓過零之后的觸發(fā)時間值，a小于交流電源電壓的半個周期；
[0018] _在電源線上循環(huán)的電流導(dǎo)數(shù)由羅格夫斯基（Rogowski)傳感器進行測量。
[0019] 本發(fā)明包括一種用于電動機的啟動器系統(tǒng)，其包括從交流電壓源控制電動機電源 的開關(guān)，其特征在于：包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的硬件和/或軟件元件。其還涉及一 種計算機程序產(chǎn)品，包括用于采用根據(jù)本發(fā)明的方法確定開關(guān)閉合瞬時的程序代碼指令。
【附圖說明】
[0020] 本發(fā)明的其他方面、目的、優(yōu)點以及特征將在下面閱讀作為非限制性實施例并且 參考附圖給出的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述之后更加清楚，附圖中：
[0021] -圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個可能實施例的包括電動機的控制設(shè)備的裝置圖；
[0022] -圖2是集中在受控開關(guān)打開階段的時間曲線圖，其示出了通過開關(guān)的電流變化 以及開關(guān)下游側(cè)的電勢變化；
[0023]-圖3是集中在受控開關(guān)打開階段的時間曲線圖，其示出了通過開關(guān)的電流變化 以及通過開關(guān)的電流導(dǎo)數(shù)變化；
[0024]-圖4是集中在受控開關(guān)打開階段的時間曲線圖，其示出了開關(guān)下游的電勢變化 以及通過開關(guān)的電流的導(dǎo)數(shù)變化；
[0025]-圖5是集中在受控開關(guān)打開階段的時間曲線圖，其示出了開關(guān)下游側(cè)的電勢變 化以及其前沿與流過開關(guān)的電流導(dǎo)數(shù)過零的時刻對應(yīng)的矩形信號的變化；
[0026]-圖6是示出在受控開關(guān)切換為打開之后受控開關(guān)端子處的電壓變化的時間曲線 圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例。該裝置包括由電壓源1供電的電 動機7。電壓源1通過變壓器2連接到機架3,機架3為幾個并聯(lián)的柜體供電，圖1中僅示 出其中一個，柜體上是通過電動機啟動器系統(tǒng)5連接到電動機7的接觸器或斷路器4。
[0028] 接觸器設(shè)備9設(shè)置成與啟動器系統(tǒng)5并聯(lián)。一旦電動機7達(dá)到足夠的速度，其可 短路啟動器系統(tǒng)5。
[0029] 電動機是交流電動機類型，尤其是異步電動機類型。其是三相的。其額定電壓大 于380V，或者甚至大于1000V，或者甚至等于或大于5. 5kV。
[0030] 因此電動機通過電動機啟動器系統(tǒng)5連接到電網(wǎng)并且尤其是連接到電壓源1。電 動機啟動器系統(tǒng)5主要包括每條電動機電源線上的受控開關(guān)，例如三相電動機的三個電源 相上的每個電源相上的受控開關(guān)。受控開關(guān)可以是功率晶體管。有利的是，受控開關(guān)包括 晶閘管，尤其是兩個反向并聯(lián)安裝的晶閘管T1和T2。
[0031] 電動機啟動器系統(tǒng)5還包括與受控開關(guān)并聯(lián)安裝的緩沖電路，該緩沖電路由包括 電阻R和電容器C的串聯(lián)電路組成。
[0032] 電動機啟動器系統(tǒng)5還包括用于控制受控開關(guān)的設(shè)備6。在所示的情況下，控制設(shè) 備包括兩個輸出，各自輸入到晶閘管T1和T2中的一個的觸發(fā)門。因此，控制設(shè)備6可以產(chǎn) 生控制觸發(fā)晶閘管T1和T2的每個的開關(guān)的脈沖。
[0033] 控制設(shè)備6包括硬件和/或軟件元件，該元件被構(gòu)造成對于電壓源1的交流電壓 的每次改變，從電動機電源線上循環(huán)的電流（例如流過開關(guān)和RC緩沖電路的電流）的導(dǎo)數(shù) 的測量來確定閉合瞬時，并且被構(gòu)造成在該確定的閉合瞬時上激勵受控開關(guān)的閉合。該測 量通過連接在控制系統(tǒng)6和電動機7之間（更精確的是，在三相電動機的一條電源線上） 的電流導(dǎo)數(shù)測量傳感器8得到。該電流導(dǎo)數(shù)測量傳感器8典型地是羅格斯基傳感器。
[0034] 圖2示出通過開關(guān)的電流Ithy"st"(左軸；細(xì)線）和開關(guān)下游側(cè)上的電勢 Vdmmstraan(右軸；粗線）的變化。圖2集中在由電流Ithy"st"的取消所啟動的開關(guān)的打開階段 上。在開關(guān)打開階段期間，電勢Vd_s&_具有額定網(wǎng)絡(luò)頻率的分量，其可以像斷流持續(xù)時間 的DC分量那樣進行處理，并且該電勢具有頻率為額定網(wǎng)絡(luò)頻率幾倍高的瞬態(tài)和振蕩分量。
[0035] 圖3示出流過開關(guān)的電流Ithy"stOT(左軸；細(xì)線）以及該電流的導(dǎo)數(shù)di/dt(右軸； 粗線）的變化，仍然集中在受控開關(guān)的打開階段。
[0036] 圖4也集中在該開關(guān)的打開階段，并且示出了流過開關(guān)的電流Ithy"stcJ勺導(dǎo)數(shù)di/ dt(右軸，細(xì)線）以及開關(guān)下游的電勢Vd_s&_(左軸；粗線）的變化。這兩個信號幾乎相位 完全相反（相移180度）。精確的相移取決于這些信號的頻率以及RC緩