專利名稱：潛水電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于潛水泵的潛水電機(jī)。
背景技術(shù)：
將安裝了潛水電機(jī)的潛水泵放入泵槽池中，可以從泵槽池中向外輸送水 等流體。這些潛水電機(jī)通常通過(guò)公共電網(wǎng)的交流電運(yùn)行。這些潛水電機(jī)為異 步電機(jī)。為了啟動(dòng)或開(kāi)動(dòng)這種異歩電機(jī)需要采取特殊的措施。因此，在單相 異步電機(jī)中設(shè)置至少一個(gè)用于啟動(dòng)或開(kāi)動(dòng)電機(jī)的輔繞組。在起動(dòng)時(shí)，通過(guò)電 容(具有起動(dòng)電容的電容起動(dòng)電機(jī))或通過(guò)電阻(具有電阻補(bǔ)償相的電阻起 動(dòng)電機(jī))對(duì)這種輔繞組通電。公知的異步電機(jī)在用作潛水泵上的潛水電機(jī)時(shí)， 其起動(dòng)方法存在一定的缺點(diǎn)。
通過(guò)具有電阻的輔繞組起動(dòng)的電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，這會(huì)給潛水泵中的潛 水電機(jī)帶來(lái)不利。具有起動(dòng)電容的電機(jī)在用作潛水電機(jī)時(shí)的缺點(diǎn)是，在某些 應(yīng)用中電解電容不允許置于泵槽池中，因此，具有電解電容的起動(dòng)電子元件 必須放置在泵槽池外，這樣，提高了連接潛水電機(jī)的電纜接頭的費(fèi)用，特別 是除了泵槽池中的供電線路外還需要至少另外一條電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對(duì)潛水泵的潛水電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，該發(fā)明能夠提供高的起 動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并能夠省去用于電機(jī)起動(dòng)程序的電解電容。該目的是通過(guò)一種用于 潛水泵的潛水電機(jī)得以實(shí)現(xiàn)，該潛水電機(jī)具有權(quán)利要求l給出特征的，其優(yōu) 選的實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求給出。
本發(fā)明所涉及的用于潛水泵的潛水電機(jī)為單相異步電機(jī)，該電機(jī)包括用 于啟動(dòng)或發(fā)動(dòng)電機(jī)的主繞組和輔繞組。起動(dòng)后，可以斷開(kāi)輔繞組，或在電機(jī) 正常工作時(shí)，例如根據(jù)設(shè)有工作電容的電容起動(dòng)電機(jī)的類型，再對(duì)輔繞組通 電。本發(fā)明所涉及的潛水電機(jī)還設(shè)置有調(diào)節(jié)潛水電機(jī)啟動(dòng)程序的啟動(dòng)裝置。
該啟動(dòng)裝置由一個(gè)電子裝置構(gòu)成，該電子裝置至少具有一個(gè)在輔繞組電路上 的電子幵關(guān)。通過(guò)該電子開(kāi)關(guān)，可以控制起動(dòng)裝置在起始相位時(shí)輔繞組的通 電情況。該電子開(kāi)關(guān)可以由啟動(dòng)裝置操作的方式為輔繞組總是剛好在合適 的時(shí)間點(diǎn)根據(jù)潛水電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位置和供電電壓的相位被接通，由此確保輔 繞組總是在正確轉(zhuǎn)矩下以正確的相位被接通電流，使得轉(zhuǎn)矩脈沖作用到轉(zhuǎn)子 上，即通過(guò)轉(zhuǎn)子電磁場(chǎng)的角位置來(lái)調(diào)節(jié)電流，以此給轉(zhuǎn)子加速。為了操作電 子開(kāi)關(guān)，可以為該啟動(dòng)裝置設(shè)置自己的電子控制裝置或調(diào)節(jié)裝置，或者在操 控潛水電機(jī)的控制裝置或調(diào)節(jié)裝置上進(jìn)行集成。通過(guò)電子開(kāi)關(guān)有控制地給輔繞組接通電流能夠在較小起動(dòng)電流下增大 電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此外，不需要為電機(jī)的起動(dòng)程序設(shè)置電容，這就使得整個(gè) 啟動(dòng)裝置可以直接被設(shè)置在潛水電機(jī)上，即一起設(shè)置在泵槽池中。這樣就不 必將電路鋪設(shè)到置于泵槽池之外的啟動(dòng)裝置上。優(yōu)選為，調(diào)節(jié)主繞組電流的啟動(dòng)裝置還具有在主繞組電路上的電子開(kāi) 關(guān)。這樣不僅能夠在起動(dòng)過(guò)程中可操控地給輔繞組接通電，而且還可以根 據(jù)交流電壓的供電電壓的相位和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子位置或角位置給主繞組有 控制地接通電流，從而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并起動(dòng)電機(jī)。由此，進(jìn)一步改善起 動(dòng)程序。優(yōu)選為，在輔繞組電和/或主繞組電路中的電子開(kāi)關(guān)是三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)。優(yōu)選為，啟動(dòng)裝置設(shè)置為，在起動(dòng)潛水電機(jī)時(shí)它至少可以檢測(cè)到主繞組 和/或輔繞組感應(yīng)的相對(duì)電壓的特性值，并根據(jù)這些特性值調(diào)節(jié)主繞組和/或 輔繞組的電流。感應(yīng)的相對(duì)電壓取決于轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的角位置，所以感應(yīng) 相對(duì)電壓的特性值可以反映出轉(zhuǎn)子位置，并能夠根據(jù)這些特性值控制對(duì)輔繞 組和/或主繞組的電流，以便給轉(zhuǎn)子加速，從而確保電流始終能夠在轉(zhuǎn)子上產(chǎn) 生所期望的電機(jī)轉(zhuǎn)向作用的轉(zhuǎn)矩。進(jìn)一步優(yōu)選為，啟動(dòng)裝置設(shè)置為，它至少能夠檢測(cè)潛水電機(jī)供電電壓的 特性值并根據(jù)這些特性值調(diào)節(jié)主繞組和/或輔繞組的電流。特別是，啟動(dòng)裝置 檢測(cè)供電電壓的相位變化，在合適的時(shí)間點(diǎn)在合適的相位或合適的相位角給 主繞組和輔繞組通電，產(chǎn)生在所期望的方向上作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩，給轉(zhuǎn)子 加速。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式為，啟動(dòng)裝置設(shè)置為，在起動(dòng)潛水電機(jī) 時(shí)，該啟動(dòng)裝置接通輔繞組或主繞組(6)的電流，優(yōu)選接通主繞組(6)的電流，在檢測(cè)到供電電壓(34)過(guò)零點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選采用定時(shí)間隔式接通電流。但也可能的是，優(yōu)選首先給主繞組通電，另外也可以選擇首先為輔繞組通電 流。根據(jù)這種設(shè)計(jì)，在潛水電機(jī)停機(jī)狀態(tài)，先磁化轉(zhuǎn)子，再通過(guò)給主繞組和 /或輔繞組通電使其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在供電電壓剛過(guò)零點(diǎn)時(shí)通電，以確保通電在供 電電壓確定的相位進(jìn)行。通電可以以一定的時(shí)間間隔進(jìn)行，在這段時(shí)間間隔 后，再斷開(kāi)電流。也可能的是，持續(xù)給輔繞組通電，只通過(guò)輔繞組的電流進(jìn) 一歩調(diào)節(jié)起動(dòng)程序。進(jìn)一步的優(yōu)選為，啟動(dòng)裝置設(shè)置為，在起動(dòng)潛水電機(jī)時(shí)，該啟動(dòng)裝置在第一次接通(38)輔繞組(8)或主繞組(6)之后的供電電壓(34)的第二 個(gè)半周期中，以定時(shí)間隔的方式接通主繞組(6)或輔繞組(8)的電流，優(yōu) 選接通輔繞組的電流。在首先對(duì)一個(gè)繞組通電后，在所述的第二個(gè)半周期再 給另一個(gè)繞組通電。也就是說(shuō)，根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)子磁化的優(yōu)選實(shí)施方式，首先對(duì) 主繞組通電時(shí)，在第二個(gè)半周期，給輔繞組通電。如果根據(jù)其替換實(shí)施方式， 首先對(duì)輔繞組通電時(shí)，在第二個(gè)半周期，給主繞組通電。對(duì)此，第二個(gè)半周 期不必直接跟著首先對(duì)輔繞組通電的第一個(gè)半周期，也就是說(shuō)，第二個(gè)半周 期滯后一些時(shí)段。當(dāng)然，對(duì)輔繞組通電在時(shí)間上接近對(duì)主繞組通電，使得轉(zhuǎn) 子的磁化通過(guò)對(duì)主繞組通電還沒(méi)有衰變。這樣，通過(guò)對(duì)輔繞組通電且由于事 先對(duì)轉(zhuǎn)子的磁化，通過(guò)對(duì)主繞組通電對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。通過(guò)同樣根據(jù)周期或 供電電壓的相位在確定的時(shí)間點(diǎn)對(duì)輔繞組通電，使得經(jīng)調(diào)整后的磁場(chǎng)作用到 轉(zhuǎn)子上，在所希望的方向?qū)D(zhuǎn)子加速。只在確定的時(shí)間間隔對(duì)輔繞組通電， 而后斷電，使得轉(zhuǎn)矩脈沖作用到轉(zhuǎn)子上。優(yōu)選為，啟動(dòng)裝置設(shè)置為，在啟動(dòng)潛水電機(jī)時(shí)，在第一次接通主繞組和 輔繞組之后的供電電壓第三個(gè)半周期中，該啟動(dòng)裝置通過(guò)分析主繞組感應(yīng)的 相對(duì)電壓獲得與供電電壓相關(guān)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的角位置，并在檢測(cè)預(yù)定的角位置 時(shí)供電電壓的隨后第四個(gè)半周期中以定時(shí)間隔的方式接通主繞組(6)的電 流。實(shí)施分析的第三個(gè)半周期不必緊跟著第一次對(duì)主繞組通電的第一個(gè)半周 期和/或?qū)o繞組通電流的第二個(gè)半周期，也就是說(shuō)，第三個(gè)半周期滯后一些 吋段，其中時(shí)間間隔優(yōu)選這樣選擇，之前轉(zhuǎn)矩脈沖對(duì)轉(zhuǎn)子的作用還沒(méi)有衰變，
即轉(zhuǎn)子還沒(méi)有明顯減速。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的進(jìn)一步加速，重要的是給所述的主繞組 接通電流，這使得在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)確定的角位置與供電電壓的相位適應(yīng)，以便進(jìn) 一步的轉(zhuǎn)矩脈沖在確定的方向作用到轉(zhuǎn)子上且不再被減速。即轉(zhuǎn)子的角位置 這樣確定，在合適的瞬間和供電電壓合適的相位給輔繞組接通電流，再使得 轉(zhuǎn)子加速。對(duì)此優(yōu)選為，轉(zhuǎn)子場(chǎng)或轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的角位置不直接通過(guò)主線圈中感應(yīng)的相 對(duì)電壓檢測(cè)。對(duì)此，啟動(dòng)裝置檢測(cè)感應(yīng)的相對(duì)電壓的特性值大小。優(yōu)選只以 確定的時(shí)間間隔在第四個(gè)半周期對(duì)主繞組通電，而后再斷電，以在希望的方 向上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩脈沖。進(jìn)一步優(yōu)選為，啟動(dòng)裝置設(shè)置為，在隨后的半周期中接通主繞組的電流 后，以定時(shí)間隔的方式接通輔繞組的電流，在轉(zhuǎn)子上進(jìn)一步產(chǎn)生脈沖作用。根據(jù)上述以間隔的方式給主繞組和/或輔繞組接通電流的間隔時(shí)間應(yīng)等 于或小于供電電壓半周期的持續(xù)時(shí)間。這樣確保了電流總是經(jīng)過(guò)調(diào)整的相位 即以相同的符號(hào)接通電流，從而由線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)始終被調(diào)整，作用到轉(zhuǎn)子 上的轉(zhuǎn)矩也始終被調(diào)整且由此轉(zhuǎn)子沿所希望的方向旋轉(zhuǎn)。通過(guò)釆用三端雙向 可控硅開(kāi)關(guān)作為電子開(kāi)關(guān)很容易實(shí)現(xiàn)時(shí)間間隔的長(zhǎng)短，這是因?yàn)槿穗p向可 控硅開(kāi)關(guān)在接通后自動(dòng)在電流再過(guò)零點(diǎn)時(shí)再被斷開(kāi)，從而切斷相應(yīng)主繞組和 /或輔繞組的電流。進(jìn)一步優(yōu)選為，啟動(dòng)裝置在兩時(shí)間點(diǎn)內(nèi)分析主繞組中感應(yīng)的相對(duì)電壓。 這單獨(dú)通過(guò)檢測(cè)繞組即主繞組感應(yīng)的相對(duì)電壓確定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的角度位置，由 此可以省去監(jiān)測(cè)或分析輔繞組感應(yīng)的相對(duì)電壓。兩個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)能夠 準(zhǔn)確確定時(shí)間變化和感應(yīng)相對(duì)電壓的上升。也可以按相應(yīng)的方式在輔繞組中 檢測(cè)感應(yīng)的相對(duì)電壓。根據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方式為，啟動(dòng)裝置設(shè)置為，在滿足下面表示 相對(duì)于供電電壓相位角的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的預(yù)定角位置的三個(gè)條件時(shí)，啟動(dòng)裝置在 第四個(gè)半周期內(nèi)接通主繞組的電流。第一個(gè)條件是，在主繞組中感應(yīng)的相對(duì) 電壓的上升符號(hào)與供電電壓的符號(hào)相反。其檢測(cè)在上述第三個(gè)半周期中進(jìn) 行。第二個(gè)條件是，在供電電壓過(guò)零點(diǎn)后在第四個(gè)半周期中，在主繞組中感 應(yīng)的相對(duì)電壓符號(hào)與供電電壓的符號(hào)相同。第三個(gè)條件是，在第四個(gè)半周期 中，在主繞組中感應(yīng)的相對(duì)電壓的數(shù)值小于供電電壓的數(shù)值。通過(guò)第三個(gè)條件確保電壓具有合適的符號(hào)。通過(guò)上述三個(gè)條件檢驗(yàn)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)和供電電壓 的相位在接通主繞組電流時(shí)彼此是否處于所希望的關(guān)系，使得主繞組在合適 的時(shí)間點(diǎn)以合適的符號(hào)接通電流，產(chǎn)生在所希望的轉(zhuǎn)向上作用的轉(zhuǎn)矩。在上述的步驟中，供電電壓的第三個(gè)和第四個(gè)半周期優(yōu)選是兩個(gè)接續(xù)的 半周期。啟動(dòng)裝置還設(shè)置為，如果啟動(dòng)潛水電機(jī)的啟動(dòng)裝置未給出接通主繞組電 流所需要的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的角位置，對(duì)感應(yīng)相對(duì)電壓的分析將一直延續(xù)到給出預(yù) 定的角位置為止，而后接通主繞組的電流。這樣就可以保證啟動(dòng)裝置在任一 時(shí)刻檢測(cè)給出轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)正確角位置的合適時(shí)間點(diǎn)，而后接通主繞組的電流， 產(chǎn)生作用到轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩脈沖。啟動(dòng)裝置還優(yōu)選設(shè)置為，周期性地重復(fù)檢測(cè)預(yù)定角位置時(shí)對(duì)主繞組電流 的接通情況和優(yōu)選周期性地重復(fù)輔繞組電流的隨后接通情況，直到潛水電機(jī) 的啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。這樣，先后多次在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)子脈沖，加速轉(zhuǎn)子。其起動(dòng)過(guò)程持續(xù)到所希望的潛水電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其轉(zhuǎn)速例如在額定轉(zhuǎn)速的40%—70%之間。例如在達(dá)到這種轉(zhuǎn)速時(shí)，由啟動(dòng)裝置調(diào)節(jié)的起動(dòng)過(guò)程結(jié)束，電機(jī)進(jìn) 入正常工作狀態(tài)。起動(dòng)過(guò)程的結(jié)朿可能通過(guò)在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后達(dá)到通常所希 望的電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)傳感器或例如通過(guò)感應(yīng)的相對(duì)電壓變化來(lái)檢 測(cè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，在達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)結(jié)束起動(dòng)程序。由啟動(dòng)裝置調(diào)節(jié)的本發(fā)明起動(dòng)方法特別優(yōu)選以這樣的方式進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)短 暫地給主繞組通電，磁化靜止的轉(zhuǎn)子。接著，在隨后的半周期即優(yōu)選與供電 電壓相反符號(hào)的半周期中給輔繞組短暫通電流，產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)子起作用的第一轉(zhuǎn) 矩脈沖，由此轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)矩脈沖也可以這樣產(chǎn)生，首先通過(guò)對(duì)輔繞組通 電，磁化轉(zhuǎn)子，接著給主繞組通電，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈沖。而后，進(jìn)行上述方法感應(yīng)的相對(duì)電壓的分析或檢測(cè)，以檢測(cè)相對(duì)于供電 電壓相位變化適合的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)角位置，重新給主繞組通電，產(chǎn)生在相同方向 對(duì)轉(zhuǎn)子起作用的轉(zhuǎn)矩脈沖。接著，在下一個(gè)半周期中在供電電壓相反符號(hào)下 短暫地給輔繞組通電，產(chǎn)生另一脈沖。給主繞組通電和接著給輔繞組通電多 次反復(fù)直到如上所述達(dá)到所希望的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或完成起動(dòng)程序的預(yù)定時(shí)間。在主繞組電路上的電子開(kāi)關(guān)的另一優(yōu)點(diǎn)是，該電子開(kāi)關(guān)在控制或調(diào)節(jié)潛 水電機(jī)時(shí)還具有其他功能。在主繞組電路上的電子開(kāi)關(guān)例如還可以用于相位
角控制，使得潛水電機(jī)與不同的供電電壓匹配，例如同一潛水電機(jī)可以選擇由230V或110V供電電壓驅(qū)動(dòng)。對(duì)此，在公知的方式中，電機(jī)優(yōu)選以盡可能低的供電電壓設(shè)計(jì)，通過(guò)相位角控制來(lái)降低也可能較高的供電電壓。例如 還可能的是，將電子開(kāi)關(guān)用于潛水電機(jī)的過(guò)壓保護(hù)。還可以與溫度傳感器配 合在潛水電機(jī)過(guò)熱時(shí)斷開(kāi)電流。為了實(shí)現(xiàn)其附加功能，電子開(kāi)關(guān)與優(yōu)選集 成有上述啟動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)或控制裝置共同工作，操作電機(jī)。這樣，可以在簡(jiǎn) 化電機(jī)調(diào)節(jié)組件的情況下實(shí)現(xiàn)多種功能。根據(jù)本發(fā)明特別的實(shí)施方式為，在輔繞組的電路上設(shè)置一個(gè)與電子開(kāi)關(guān) 并聯(lián)的優(yōu)選設(shè)置在電機(jī)中的電容和另一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)裝置或調(diào)節(jié)裝置設(shè) 置為，通過(guò)其另一個(gè)電子開(kāi)關(guān)在啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，經(jīng)電容給輔繞組通電。因 此，可能的是，根據(jù)上述的方法起動(dòng)電機(jī)，接著，驅(qū)動(dòng)作為具有電機(jī)操作電 容的電容啟動(dòng)電機(jī)。電容設(shè)置在靠近繞組的電機(jī)內(nèi)部。也可以采用沒(méi)有電解 質(zhì)的電容器作為操作電容器，從而在潛水電機(jī)中設(shè)置的操作電容器可以無(wú)問(wèn) 題地用于電解質(zhì)電容器作為起動(dòng)電容器在潛水電機(jī)中不希望設(shè)置的多種使 用場(chǎng)合。啟動(dòng)裝置優(yōu)選設(shè)置在潛水電機(jī)殼體內(nèi)的用于連接泵的電機(jī)軸向側(cè)，即設(shè) 置在潛水電機(jī)軸側(cè)的繞組頂部。在該區(qū)域優(yōu)選具有連接部特別是用于潛水電 機(jī)供電電線的接線插座，從而使得潛水電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。根據(jù)上述本發(fā)明的實(shí)施方式為，可以通過(guò)電子開(kāi)關(guān)以上述的方式或根據(jù) 上述實(shí)施方式調(diào)節(jié)起動(dòng)程序，在起動(dòng)電機(jī)時(shí)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響。因此可以 實(shí)現(xiàn)通過(guò)小的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電機(jī)并只在不希望起動(dòng)電機(jī)情況下提高起動(dòng)轉(zhuǎn) 矩。這樣，減少在起動(dòng)電機(jī)時(shí)出現(xiàn)的對(duì)相關(guān)泵產(chǎn)生影響轉(zhuǎn)矩沖擊，這可以減 小轉(zhuǎn)矩傳遞部分的負(fù)載，從而減少在起動(dòng)時(shí)部件或泵的磨損。另外，還可以 減少在起動(dòng)時(shí)的噪音傳播，這對(duì)于家用水泵站使用的潛水電機(jī)特別有意義。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是這樣減小的，即縮短給輔繞組和/或主繞組通電的時(shí)間間隔， 在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈沖。其時(shí)間間隔的縮短優(yōu)選通過(guò)較晚接通電子開(kāi)關(guān)對(duì)輔 繞組和/或主繞組通電來(lái)實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)是，例如在使用三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)時(shí) 不影響自動(dòng)分?jǐn)鄷r(shí)間?？梢蕴鎿Q或附加的是，通過(guò)提前分?jǐn)嚯娮娱_(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)通 電電流的持續(xù)時(shí)間。


下面參照附圖以實(shí)施例方式描述本發(fā)明。其中圖1是本發(fā)明潛水電機(jī)啟動(dòng)裝置第一實(shí)施方式的示意電路圖； 圖2是本發(fā)明潛水電機(jī)啟動(dòng)裝置第二實(shí)施方式的示意電路圖； 圖3是本發(fā)明潛水電機(jī)啟動(dòng)裝置第三實(shí)施方式的示意電路圖； 圖4示出了在起動(dòng)過(guò)程中電壓變化、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的圖表； 圖5是本發(fā)明潛水電機(jī)的截面圖； 圖6是圖5所示的潛水電機(jī)的俯視圖。
具體實(shí)施方式
圖1示意性給出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的潛水電機(jī)的電路圖。在供 電電壓的兩極2和4之間即中性導(dǎo)體2與相4之間連接潛水電機(jī)的主繞組6 和輔繞組8。在啟動(dòng)過(guò)程中控制潛水電機(jī)線圈或繞組電流的啟動(dòng)裝置作為基本部件 具有控制器或調(diào)節(jié)裝置10，該調(diào)節(jié)裝置10通過(guò)電源12經(jīng)由潛水電機(jī)的連接 極2和4供電，其中電源裝置12提供調(diào)節(jié)裝置10所需的直流電壓。調(diào)節(jié)裝 置io與該檢測(cè)裝置14和16連接，其中檢測(cè)裝置14檢測(cè)兩個(gè)極2和4之間 的電壓，即供電電壓，而檢測(cè)裝置16檢測(cè)輔繞組8上的電壓。對(duì)此，檢測(cè) 裝置16檢測(cè)在輔繞組8中經(jīng)磁化的且旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)的反向電壓。調(diào)節(jié)裝置 10檢測(cè)輔繞組8上感應(yīng)的反向電壓的變化，從而調(diào)節(jié)稍后將詳細(xì)描述的輔繞 組8的電流。對(duì)此，調(diào)節(jié)裝置10與控制單元18連接，該控制單元18控制 一個(gè)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)20，該開(kāi)關(guān)位于輔繞組8的支路或電路中，兩個(gè)極 2和4之間。調(diào)節(jié)裝置可以根據(jù)由檢測(cè)裝置14和16檢測(cè)的兩個(gè)極2禾卩4之 間和輔繞組8上的電壓變化，通過(guò)操作該控制單元18打開(kāi)和關(guān)閉電開(kāi)關(guān)20， 來(lái)調(diào)節(jié)輔繞組8的電流。因此，在供電電壓的相位或相位角與電機(jī)磁場(chǎng)到達(dá) 的角位置形成一種確定的關(guān)系時(shí)，調(diào)節(jié)裝置10總能準(zhǔn)確地接通輔繞組8的 電流，由此，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈沖，使得轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的潛水電機(jī)的示意電路圖。其布局 在許多部分對(duì)應(yīng)于圖1所述的布局，因此，下面只描述其不同點(diǎn)。與圖l的 實(shí)施方式首先基本不同的是，在第二實(shí)施方式中檢測(cè)裝置16不檢測(cè)輔繞組8
感應(yīng)的反向電壓，而是檢測(cè)主繞組6感應(yīng)的反向電壓，由此，檢測(cè)裝置16獲得在主繞組6上的電壓。另外，使用在主繞組6中感應(yīng)的反向電壓來(lái)確定 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的角位置。另一不同在于，電開(kāi)關(guān)22設(shè)置在兩個(gè)極2和4之間、 主繞組6的分路或回路上。該電開(kāi)關(guān)22也構(gòu)成為三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)。電 開(kāi)關(guān)22也由控制單元18控制，該控制單元18接收調(diào)節(jié)裝置10的調(diào)節(jié)命令。 還設(shè)置一個(gè)聯(lián)接電子開(kāi)關(guān)22的旁路24。在該分路24上設(shè)置一個(gè)繼電器形式 的開(kāi)關(guān)26，該開(kāi)關(guān)26同樣由調(diào)節(jié)裝置10或用于電機(jī)控制的中央調(diào)節(jié)裝置控 制。第二實(shí)施方式能夠使得調(diào)節(jié)裝置10不僅接通輔繞組8的電流而且還接 通主繞組6的電流，以有目的地啟動(dòng)潛水電機(jī)，根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的角 位置在正確的時(shí)間點(diǎn)通過(guò)供電電源的正確極性，即通過(guò)供電電源的正確相位 給主繞組6和輔繞組8通電流，產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)子加速起作用的轉(zhuǎn)矩脈沖。在啟動(dòng) 過(guò)程結(jié)束后即在潛水電機(jī)達(dá)到確定轉(zhuǎn)速時(shí)，斷開(kāi)電開(kāi)關(guān)20，不再給輔繞組8 通電流。而后接通開(kāi)關(guān)26，跨接同樣被斷開(kāi)的電開(kāi)關(guān)22，持續(xù)通過(guò)兩極2 和4之間的供電電源對(duì)主繞組6通電流。圖3示出了本發(fā)明第三實(shí)施方式潛水電機(jī)的電路圖。第三實(shí)施方式基本 與圖2所述的實(shí)施方式相同，下面只描述不同之處。第三實(shí)施方式與圖2實(shí) 施方式不同只在于，設(shè)置另一分路28，它跨接輔繞組8分路或回路上的電開(kāi) 關(guān)20。在分路28設(shè)置另一電開(kāi)關(guān)30以及一電容器32。通過(guò)分路28操作具有操作電容器(電容器32)的作為電容式電機(jī)的電 機(jī)。對(duì)此，在啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，電開(kāi)關(guān)20由調(diào)節(jié)裝置10經(jīng)控制單元18斷 開(kāi)。如上所述，也斷開(kāi)電開(kāi)關(guān)22，接通分路24上的開(kāi)關(guān)26，持續(xù)給主繞組 6通電流。同時(shí)，為了正常操作電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后由調(diào)節(jié)裝置10經(jīng)控制 單元18接通電開(kāi)關(guān)30。這樣，持續(xù)經(jīng)分路28給輔繞組8通電流，其中作為 操作電容器的電容器32處于輔繞組8的回流上。其操作電容器32可以由沒(méi) 有電解質(zhì)的電容器構(gòu)成，以便其電容器32可以在泵池槽中不設(shè)置電解質(zhì)電 容器的地方使用。其電容器32優(yōu)選直接設(shè)置在電機(jī)內(nèi)的輔繞組8附近。下面借助圖4的示意圖進(jìn)一步描述采用圖2和3實(shí)施方式的啟動(dòng)過(guò)程或 啟動(dòng)變化。在上面的示意圖中，示出了單位為V/100隨時(shí)間變化的供電電壓 和主繞組6感應(yīng)電壓的電壓變化情況。在下面的示意圖中示出了單位為Nm
轉(zhuǎn)矩曲線和用Hz表示的轉(zhuǎn)子速度。以規(guī)律周期變化的由實(shí)線表示的電壓表示兩極2和4之間供電電壓34 的相位曲線。在啟動(dòng)過(guò)程區(qū)域的供電電壓的曲線34用虛線表示。在該區(qū)域， 通過(guò)實(shí)線表示主繞組6的感應(yīng)相對(duì)電壓36的曲線。在示意圖的上部分還示 出了調(diào)節(jié)脈沖，其調(diào)節(jié)脈沖從控制單元18傳送到電開(kāi)關(guān)20和22。在時(shí)間點(diǎn) 為零的其過(guò)程的開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)子不動(dòng)，在供電電壓34剛剛大于零后，通過(guò)開(kāi) 關(guān)脈沖38接通電開(kāi)關(guān)22并由此初次給主繞組6通電流，使得轉(zhuǎn)子初次被磁 化。由于電開(kāi)關(guān)20、 22由三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)構(gòu)成，隨著供電電流剛剛大 于零，結(jié)束對(duì)主繞組的通電流。供電電壓34剛剛大于零后，在第二個(gè)半周 期時(shí)，開(kāi)關(guān)脈沖40根據(jù)調(diào)節(jié)裝置10的啟動(dòng)由控制單元18傳送，接通電開(kāi) 關(guān)20，對(duì)輔繞組8通電流。對(duì)輔繞組8的通電流隨著供電電壓34剛剛大于 零而結(jié)束，這時(shí)，電開(kāi)關(guān)20自動(dòng)再斷開(kāi)。短暫的給輔繞組8通電流產(chǎn)生初 次的轉(zhuǎn)矩脈沖42，其轉(zhuǎn)矩脈沖42從圖4的示意圖的下部分可看出。其初次 轉(zhuǎn)矩脈沖作用到事先磁化的轉(zhuǎn)子上，其轉(zhuǎn)子按照可看到的表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的圖 線44進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。第二個(gè)半周期中對(duì)輔繞組8通電流不直接跟著對(duì)主繞組6 通電流的半周期。更確切地說(shuō)，其通電流在以后的一些半周期進(jìn)行，這樣確 保了不會(huì)減弱對(duì)轉(zhuǎn)子的磁化、其半周期的前置信號(hào)與初次對(duì)主繞組6通電流 的第一個(gè)半周期相反。在緊接著的第三個(gè)半周期中，分析在主繞組6感應(yīng)的相對(duì)電壓36，其相 對(duì)電壓36由檢測(cè)裝置16檢測(cè)。在感應(yīng)相對(duì)電壓36的斜度或斜率為供電電 壓34相反的符號(hào)時(shí)，滿足重新接通對(duì)主繞組6通電流的第一條件。這種情 況在點(diǎn)46處發(fā)生。接通對(duì)主繞組通電流的第二條件是，在供電電壓34再大 于零后即處于下一半周期時(shí)，感應(yīng)電壓36具有與供電電壓34相同的符號(hào)。 這種情況在點(diǎn)48處發(fā)生。同時(shí)第三條件是，感應(yīng)相對(duì)電壓36的數(shù)值小于供 電電壓34的數(shù)值。這也在點(diǎn)48處發(fā)生，以便相對(duì)于該時(shí)間點(diǎn)通過(guò)檢測(cè)滿足 這三個(gè)條件，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相位曲線在這些點(diǎn)與供電電壓34的相位曲線按希 望的保持相一致，即符號(hào)中的兩個(gè)這樣被調(diào)整，在通過(guò)供電電壓34對(duì)主繞 組6通電流時(shí)產(chǎn)生進(jìn)一步使得轉(zhuǎn)子加速的另一轉(zhuǎn)矩脈沖，如從圖線44可看 出。另一轉(zhuǎn)矩脈沖52通過(guò)形成開(kāi)關(guān)脈沖54產(chǎn)生，其開(kāi)關(guān)脈沖54由控制單 元18發(fā)出，接通電開(kāi)關(guān)22。 在接著的半周期中即在供電電壓34大于零后，另一開(kāi)關(guān)脈沖56發(fā)送到 電開(kāi)關(guān)20，輔繞組8通過(guò)供電電壓34的相反前置信號(hào)通電流，另一轉(zhuǎn)矩脈 沖58作用到轉(zhuǎn)子上，使得其轉(zhuǎn)子進(jìn)一步加速。開(kāi)關(guān)脈沖54和56使得電開(kāi) 關(guān)22接通，在電流再大于零時(shí)開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)。與供電電壓34相位變化相關(guān)的感應(yīng)相對(duì)電壓36的所述分析多次重復(fù)， 在確定供電電壓34與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)50相關(guān)的相同條件時(shí)，重新發(fā)出開(kāi)關(guān)脈沖54 和56，接通電開(kāi)關(guān)22或20，由此，發(fā)出新的轉(zhuǎn)矩脈沖52和58。檢測(cè)由主 繞組6和輔繞組8的電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖52和58，以使轉(zhuǎn)子進(jìn)一步加速。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到確定值時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束并通過(guò)在圖中0.1秒時(shí)持續(xù)的 開(kāi)關(guān)脈沖60接通主繞組6回路的開(kāi)關(guān)26，進(jìn)行持續(xù)通電。由此，產(chǎn)生異步 電機(jī)通常公知操作中的有序轉(zhuǎn)矩脈沖，轉(zhuǎn)子進(jìn)一步加速到恒定的額定轉(zhuǎn)速， 如曲線44所示。圖5和6示出了本發(fā)明潛水電機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例。在圖5的局部 截面圖中，示出了定子64，未示出的轉(zhuǎn)子裝入定子的開(kāi)口 66中。在圖5中 定子64上端連接安裝在潛水電機(jī)上的潛水泵(未示出)，該端稱作定子64 的軸側(cè)繞組端部。在該端部靠近定子64的外圓周形成軸側(cè)延伸的接線插座 68，在其上連接潛水電機(jī)的供電電線。在軸側(cè)繞組端部區(qū)域還設(shè)置印刷電路 板70 (參見(jiàn)圖6)，在其上設(shè)置上述啟動(dòng)裝置10的電元件。與接線插座68 正相對(duì)地設(shè)置電機(jī)線圈線的接線端子72。潛水電機(jī)啟動(dòng)裝置或調(diào)節(jié)裝置10 的電元件設(shè)置使得本發(fā)明潛水電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊。電機(jī)繞組特別優(yōu)選適用于上述啟動(dòng)裝置以及實(shí)施所述啟動(dòng)方法。其主繞 組6優(yōu)選相對(duì)于具有慣用啟動(dòng)裝置(電容器或電阻)的通常異步電機(jī)沒(méi)有改 變，而輔繞組8優(yōu)選這樣被調(diào)節(jié)，在啟動(dòng)過(guò)程中電機(jī)的啟動(dòng)電流和溫升保持 在可接受的范圍。特別優(yōu)選的是，輔繞組8這樣設(shè)計(jì)，它具有主繞組6線圈 的50%至80%，特別優(yōu)選具有主繞組6線圈的60%至75%。 2， 46810 1214， 16 1820， 2224262830333438， 40424446， 48505254， 565860626466687072秘主繞組輔繞組調(diào)節(jié)裝置電源裝置檢測(cè)裝置控制單元電子開(kāi)關(guān)分路開(kāi)關(guān)旁路電子開(kāi)關(guān)電容器供電電壓相位曲線 開(kāi)關(guān)脈沖 轉(zhuǎn)矩脈沖 轉(zhuǎn)速時(shí)間點(diǎn)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相位曲線轉(zhuǎn)矩脈沖開(kāi)關(guān)脈沖轉(zhuǎn)矩脈沖開(kāi)關(guān)脈沖轉(zhuǎn)矩脈沖定子開(kāi)口插座印刷電路板 接線端子
權(quán)利要求
1.一種用于潛水泵的潛水電機(jī)，該潛水電機(jī)為單相異步電機(jī)，其中設(shè)有主繞組(6)、輔繞組(8)以及調(diào)節(jié)潛水電機(jī)啟動(dòng)程序的啟動(dòng)裝置(10，14，16，18，20，22)，其特征在于為控制輔繞組(8)的電流，啟動(dòng)裝置(10，14，16，18，20，22)至少具有一個(gè)在輔繞組(8)電路上的電子開(kāi)關(guān)(20)。
2. 如權(quán)利要求1所述的潛水電機(jī)，其特征在于調(diào)節(jié)主繞組(6)電流 的啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)至少具有一個(gè)在主繞組(6)電路 上的電子開(kāi)關(guān)(22)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的潛水電機(jī)，其特征在于電子開(kāi)關(guān)(20， 22)為三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置為，啟動(dòng)潛水電機(jī)的啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)至少能檢測(cè)主繞組(6)和/或輔繞組(8)感應(yīng)的相對(duì)電壓(36)的 特性值并根據(jù)這些特性值控制主繞組(6)和/或輔繞組(8)的電流。
5. 如上述權(quán)利要求之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置為，啟動(dòng)潛水電機(jī)的啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)至少能檢測(cè)潛水電機(jī)供電電壓(34)的特性值并根據(jù)這些特性值控 制主繞組(6)和/或輔繞組(8)的電流。
6. 如上述權(quán)利要求之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置為，在起動(dòng)潛水電機(jī)時(shí)，該啟動(dòng)裝置接通輔繞組 或主繞組(6)的電流，優(yōu)選接通主繞組(6)的電流，在檢測(cè)到供電電壓(34) 過(guò)零點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選采用以定時(shí)間隔式接通電流。
7. 如權(quán)利要求6所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置為，在起動(dòng)潛水電機(jī)時(shí)，該啟動(dòng)裝置在第一次接通(38) 輔繞組(8)或主繞組(6)之后的供電電壓(34)的第二個(gè)半周期中，以定 時(shí)間隔的方式接通主繞組(6)或輔繞組(8)的電流，優(yōu)選接通輔繞組的電 流.
8. 如權(quán)利要求7所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置為，在起動(dòng)潛水電機(jī)時(shí)，該啟動(dòng)裝置在第一次接通(38) 主繞組(6)和輔繞組(8)之后的供電電壓(34)的第三個(gè)半周期中，通過(guò) 分析主繞組(6)感應(yīng)的相對(duì)電壓(36)獲得與供電電壓(34)相關(guān)的轉(zhuǎn)子 磁場(chǎng)(50)的角位置；并在檢測(cè)預(yù)定的角位置(50)時(shí)，在供電電壓(34) 的隨后的第四個(gè)半周期中以定時(shí)間隔的方式接通主繞組(6)的電流。
9. 如權(quán)利要求8所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置為，在隨后的半周期中，在接通主繞組(6)的電流 后，以定時(shí)間隔的方式接通輔繞組(8)的電流。
10. 如權(quán)利要求6至9中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的潛水電機(jī)，其特征在于所 確定的時(shí)間間隔等于或小于供電電壓(34)半周期的持續(xù)時(shí)間。
11. 如權(quán)利要求8至10之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于為確定角 位置，啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)對(duì)在兩時(shí)間點(diǎn)(46， 48)之間 的主繞組感應(yīng)的相對(duì)電壓(36)加以分析。
12. 如權(quán)利要求8至11之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置 (10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置為，在滿足下面表示預(yù)定角位置的三個(gè)條件時(shí)，該啟動(dòng)裝置在第四個(gè)半周期接通主繞組(6)的電流a) 在主繞組(6)中感應(yīng)的相對(duì)電壓(36)的上升符號(hào)與供電電壓(34) 的符號(hào)相反，b) 在供電電壓(34)越過(guò)下一個(gè)零點(diǎn)時(shí)，主繞組(6)中感應(yīng)的相對(duì)電 壓(36)在第四個(gè)半周期的符號(hào)與供電電壓(34)的符號(hào)相同，c) 在第四個(gè)半周期中，主繞組(6)感應(yīng)的相對(duì)電壓(36)的數(shù)值小于 供電電壓(34)的數(shù)值。
13. 如權(quán)利要求8至12之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于供電電壓 (34)的第三個(gè)和第四個(gè)半周期是兩個(gè)接續(xù)的半周期。
14. 如權(quán)利要求8至13之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置 (10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置為，如果啟動(dòng)潛水電機(jī)的啟動(dòng)裝置(10，14， 16， 18， 20， 22)未給出接通主繞組(6)電流所需要的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)(50) 的角位置，對(duì)感應(yīng)的相對(duì)電壓(36)的分析會(huì)一直延續(xù)到給出預(yù)定的角位置 為止，而后接通主繞組(6)的電流。
15. 如權(quán)利要求8至14之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20, 22)設(shè)置為，周期性地重復(fù)檢測(cè)預(yù)定角位置時(shí)對(duì)主 繞組(6)電流的接通情況(54)和優(yōu)選周期性地重復(fù)輔繞組(8)電流的 隨后接通情況(56)，直到潛水電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。
16. 如權(quán)利要求2至15之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于主繞組(6) 電路中的電子開(kāi)關(guān)(22)還用于相位角控制，使得潛水電機(jī)與不同的供電電 壓匹配和/或用于過(guò)壓保護(hù)和/或與溫度傳感器配合在潛水電機(jī)過(guò)熱時(shí)斷開(kāi)電 流。
17. 如上述權(quán)利要求之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于在輔繞組(8)的電路上設(shè)置有一個(gè)與電子開(kāi)關(guān)(20)并聯(lián)的優(yōu)選設(shè)置在電機(jī)中的電容(32) 和另一個(gè)電子開(kāi)關(guān)(30)，啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)或調(diào)節(jié)裝 置這樣構(gòu)成，通過(guò)其另一個(gè)電子開(kāi)關(guān)(30)在啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，經(jīng)電容(32) 給輔繞組(8)接通電流。
18. 如上述權(quán)利要求之一所述的潛水電機(jī)，其特征在于啟動(dòng)裝置(10， 14， 16， 18， 20， 22)設(shè)置在潛水電機(jī)殼體內(nèi)的用于連接泵的電機(jī)軸向側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于潛水泵的潛水電機(jī)，該潛水電機(jī)為單相異步電機(jī)，它包括主繞組(6)、輔繞組(8)以及控制潛水電機(jī)啟動(dòng)程序的啟動(dòng)裝置(10，14，16，18，20，22)，其中控制輔繞組(8)電流的啟動(dòng)裝置(10，14，16，18，20，22)具有至少一個(gè)設(shè)置在輔繞組(8)電路上的電子開(kāi)關(guān)(20)。
文檔編號(hào)H02P1/42GK101151795SQ200680010784
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者克勞斯·B·拉斯馬森, 哈康·博斯廷, 比亞內(nèi)·亨里克森 申請(qǐng)人:格倫德福斯管理聯(lián)合股份公司