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方案

本發明專利技術涉及一種監視和控制空閑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，其用于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，以便在對應于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，基于該直流信號確定或估計多相交流電機的定子繞組電阻，并由定子繞組電阻估計定子溫度。于是，溫度可通過到定子繞組的直流注入來控制和調節。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術至少部分地由基于美國能源部所授權合同No.DE-FC36-04GO14000的政府支持做出。政府可擁有本專利技術的一定權利。
本專利技術通常地涉及一種交流電機，更具體的，涉及一種用于交流電機熱保護的確定定子繞組電阻的系統和方法。
技術介紹
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，對于溫度的每10℃的增長，電機壽命減少50％。交流電機的熱保護不僅對于運行的電機很重要，對于去激勵(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于脫扣交流電機，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后的未完整冷卻發生積累，可能由于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于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，基于熱模型的和基于電機參數的溫度估計方法是兩種用于熱保護的技術?；跓崮Ｐ偷姆椒ㄊ褂秒姍C熱模型來估計定子繞組溫度。但是，由于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范圍之外。另外，由于冷卻條件的可能變化，熱參數不總是恒定的，可能需要對于各個具體冷卻條件下的各個電機進行識別。另外，即使對于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，或者依賴于感應加熱。并且，由于定子電阻相對較小，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。由于交流電機可能在定子繞組溫度在可接受范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于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。-->
技術實現思路
本專利技術提供一種系統和方法，用于遠程定子繞組電阻估計和用于空閑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。于是，能基于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，根據本專利技術的一個方面，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，其用于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，以便在對應于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，基于該直流信號確定多相交流電機的定子繞組電阻，并由定子繞組電阻估計定子溫度。根據本專利技術的另一個方面，用于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，向位于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，基于測量得到的直流信號確定定子繞組的電阻，并且基于所確定的電阻來計算定子繞組的溫度。根據本專利技術的另一個方面，用于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，每個供應線對應于感應電機的一相。軟啟動器還包括至少一個固態開關以及處理器，固態開關位于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，并基于直流電流來確定定子繞組的電阻。根據本專利技術的另一個方面，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，其對應于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。本專利技術的多種其它特征和優點由下面的詳細介紹和附圖明了。附圖說明附圖示出了當前設想的用于實現本專利技術的一優選實施例。在附圖中：附圖1是根據本專利技術的電機控制裝置的透視圖；附圖2是根據本專利技術一實施例的交流電機系統的示意圖，其包括用于直流注入的-->電機控制裝置；附圖3是根據本專利技術一實施例觸發如圖2所示的兩個開關以注入直流信號的圖；附圖4是根據本專利技術一實施例觸發如圖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是根據本專利技術一實施例用于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是根據本專利技術一實施例用于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是根據本專利技術一實施例用于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是根據本專利技術一實施例用于測量和控制交流電機溫度的技術。具體實施方式這里給出的本專利技術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，其用于監視交流(AC)電機的溫度并用于向之提供熱。例如，在一個實施例中，本專利技術在電機控制裝置或軟驅動器中實現。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中的每一個對于給定的軟啟動器10在構造上是相同的，并對應于到多相交流電機的多相輸入的一相。根據本專利技術的一個方面，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，定子繞組電阻用于確定定子繞組的溫度?；跍y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。盡管下面關于具有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，本專利技術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本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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，以便在對應于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；基于直流信號，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。

【技術特征摘要】
2008.12.22 US 12/341,0441.一種電機控制裝置，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，以便在對應于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；基于直流信號，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，每對固態開關對應于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并聯布置的晶閘管。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于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于周期性的交流信號；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，當多相交流電機處于靜止狀態時，致動所述多個開關裝置，從而由少于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于第二定子溫度閾值，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；基于所測量的直流信號，確定定子繞組的電阻；基于所確定的電阻，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：T^s=Ts0+(R^s-Rs0)μ&CenterDot...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B·陸，C·J·利布基，T·G·哈貝特勒，P·張，S·K·貝克爾，
申請(專利權)人：伊頓公司，
類型：發明
國別省市：美國;US