本發(fā)明涉及一種異步啟動永磁同步電動機的啟動結構設置及方法。

背景技術：

隨著社會的進步和發(fā)展，人類對于低碳環(huán)保的要求與時俱增，稀土永磁電動機因其高效的性能越來越廣泛地被應用在各機械制造行業(yè)，其應用主要分為大兩類，變頻控制驅動和異步啟動同步運行兩類，其后者也稱為自啟動永磁電機。針對自啟動永磁電機，也就是異步啟動同步運行永磁電機不能采用星三角降壓啟動方式，因為永磁同步電機的工作方式在設計上均采用星形接法工作，如果采用三角形接法工作，則三次諧波高，同時，因三次諧波所產(chǎn)生的諧波電壓和諧波電流直接影響到電機的效率和工作性能，直接導致永磁電機的效率低和工作性能差的特點，因為繞組采用星形接法工作的永磁電機，在啟動時無法使用星三角降壓啟動法，因此對于大功率電機的啟動就存在啟動瞬間電流沖擊大的問題，這種沖擊電流直接反向沖擊永磁磁場，從而導致永磁體失磁現(xiàn)象發(fā)生，造成電機無法正常工作，目前對于感應電動機的降壓啟動有如下五種方式：1、星三角降壓啟動方式，采用此方法只能應用在三角形接法的繞組運行方式，同時還不能滿足長時間的啟動工作時間，無法應用在異步啟動永磁同步電動機上；2串接電抗器方法，這種方法體積大成本高，對于批量使用的行業(yè)很難得到應用推廣；3、串接電阻法，這種方法應用不方便，電阻易發(fā)熱，存在安全隱患，限制了應用推廣；4、延邊三角形法，這中方法只能應用在三角形接法運行的電動機，無法應用于自啟動永磁同步的啟動；5、晶閘管軟啟動方法，這種方法占用空間大，成本高。因而開發(fā)一種體積小、成本低、安全可靠的異步同步電動機及其啟動設置及方法，是目前應解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種采用變化自啟動永磁電機繞組結構進行合理的設計組合的一種低電流、轉速提升平穩(wěn)的啟動組合結構。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是一種異步啟動永磁同步電動機的啟動結構設置及方法，包括相繞組多組獨立繞組的組合、繼電器、延時開關、異步啟動永磁同步電動機主體。所述的異步啟動永磁同步電動機主體設置有兩組獨立存在的相繞組，兩組繞組以九根引出線U1、U2、U3、V1、V2、V3、W1、W2、W3引出異步啟動永磁同步電動機外部，相繞組的九根引出線和控制系統(tǒng)組合成一組合設置主體，在控制系統(tǒng)的組合作用下，使異步啟動永磁同步電動機形成三步驟啟動結構，有其對應的不同結構設置的啟動運行結構組合方式，所述的異步啟動永磁同步電動機三步驟不同結構組合的啟動運行結構方式是：第一步驟（圖1），U、V、W三相各設置有二組繞組，U相繞組1的頭部是U1，尾部是U2，繞組2的頭部是U3，尾部是O1，V相繞組3的頭部是V1，尾部是V2，V相繞組4的頭部是V3，尾部是O1，W相繞組5的頭部是W1，尾部是W2，W相繞組6的頭部是W3，尾部是O1，在控制器作用下，繞組1的頭部U1和三相電源U相相接，繞組1的尾部U2和繞組2的頭部U3相接，繞組2的尾部為O1點，繞組3的頭部V1和三相電源V相相接，尾部V2和繞組4的頭部V3相接，尾部接口為O1點，繞組5的頭部W1和三相電源W相相接，繞組5的尾部W2和繞組6的頭部W3相接，尾部為O1點，O1點為繞組2、4、6的尾部，形成公共連接點，組合成一種高相電阻多匝數(shù)的星形接法啟動結構，U相繞組匝數(shù)為繞組1加繞組2匝數(shù)，V相繞組匝數(shù)為繞組3加繞組4匝數(shù)，W相繞組匝數(shù)為繞組5加繞組6匝數(shù)，該結構方式組合實現(xiàn)了異步啟動永磁同步電動機的低電流相繞組大電阻的星形繞組啟動方式的第一步驟；啟動的第二步驟結構方式為圖2，繞組1的頭部U1和繞組2的頭部U3相接，外接三相電源U相，繞組1的尾部U2和O2相接，繞組2的尾部為O1；繞組3的頭部V1和繞組4的頭部V3相接，外接三相電源V相，繞組3的尾部V2和O2相接，繞組4的尾部為O1；繞組5的頭部W1和繞組6的頭部W3相接，外接三相電源W相，繞組5的尾部W2和O2相接，繞組6的尾部為O1，O1、O2點為公共連接點，這組組合形成一組少匝數(shù)低電阻的雙星形繞組組合啟動結構，其每相繞組匝數(shù)是第一步驟相繞組匝數(shù)的一半，而繞組截面積是第一步驟啟動方式截面積的二倍；啟動的第三步驟的三相繞組結構方式、接法和啟動的第二步驟相同，該步驟為異步啟動永磁同步電動機的低電流啟動的延續(xù)步驟，是異步啟動永磁同步電動機從異步和同步切換步驟，也就是從啟動向運行的切換。

進一步的，所述的一種異步啟動永磁同步電動機的啟動結構設置及方法，其控制系統(tǒng)結構是由電源開關QF、時間繼電器KT、繼電器KM1、KM2、KM3、KM4、開機按扭SB2、停機按鈕SB1、保險裝置FU和一種特制的由九根繞組引出線端的異步啟動永磁同步電動機的組合設置而成。圖3為控制系統(tǒng)，三相電源W、V、U和電源開關QF進電方相接，出電方QFW、QFV、QFU和繼電器KM1的進電方A、B、C相接，在電源開關QF和繼電器KM1中間，下面控制電路結構以一個電回路進行論述：電路V相由接點18和停機按鈕SB1進電方相接，停機按鈕SB1的出電方和接點20相接，同時分別和開機按鈕SB2的進電方、繼電器KM1的自鎖觸頭6的進電方相接，開機按鈕SB2的出電方連接接點21，繼電器KM1自鎖觸頭6的出電方連接接點22，接點21和接點22相連接，繼電器KM1的線圈13的進電方連接接點21，繼電器KM1的線圈13的出電方連接接點26，繼電器KM3的常閉點11的進電方連接接點22，出電方和繼電器KM4的常閉點12的進電方相連接，繼電器KM4的常閉點12的出電方和接點23相接，繼電器KM2的常閉點9的進電方和接點22相接，繼電器KM2的常閉點9的出電方和接點24相接，時間繼電器KT常閉點7的進電方和接點23相連接，時間繼電器KT的常閉點7的出電方和繼電器KM2的線圈14的進電方相連接，繼電器KM2的線圈14的出電方和接點26相連接，時間繼電器KT的線圈17的進電方和接點23相連接，時間繼電器KT的線圈17的出電方和接點26相連接，時間繼電器KT的常開點8的進電方和接點24相連接，時間繼電器KT的常開點8的出電方和接點25相連接，繼電器KM3的常開點10的進電方和接點24相連接，繼電器KM3的常開點10的出電方和接點25相連接，繼電器KM3的線圈15的進電方和接點25相連接，繼電器KM3的線圈15的出電方和接點26相連接，繼電器KM4的線圈16的進電方和接點25相連接，繼電器KM4的線圈16的出電方和接點26相連接，保險裝置FU的出電方和U相相接于接點19，保險裝置FU的進電方和接點26相連接，繼電器KM1的進電方A、B、C三相電源和電源開關QF的出電方三相電源QFU、QFV、QFW相對應連接，繼電器KM1的出電方三相電源KM1U1、KM1V1、KM1W1分別和接點27、28、29相對應連接，異步啟動永磁同步電機的三相電源引出線U1、V1、W1分別和接點27、28、29對應連接，繼電器KM3的進電方三相電源a、b、c分別和接點27、28、29相接，繼電器KM3的出電方KM3U3、KM3V3、KM3W3的分別和接點33、34、35對應連接，異步啟動永磁同步電動機的引出線U3、V3、W3 和接點33、34、35對應連接，繼電器KM2的KM2U3、KM2V3、KM2W3分別和接點33、34、35對應連接，繼電器KM2的三相電源KM2Wa、KM2Vb、KM2Uc分別和接點30、31、32對應連接，繼電器KM4的三相電源KM4U2、KM4V2、KM4W2分別和接點30、31、32對應連接，繼電器KM4的三相出電端連接于O2點，且三相相接，異步啟動永磁同步電機的三根引出線W2、V2、U2和接點30、31、32對應連接。

本發(fā)明的優(yōu)點：1、本發(fā)明對異步啟動永磁同步電動機的啟動采用星形繞組三步驟低電流平穩(wěn)升速啟動，第一步驟為低電流多匝數(shù)星形繞組的啟動，第二步驟為高轉矩少匝數(shù)星形繞組的切換啟動，第三步驟為進入額定點工作電流同步運轉速度的異步切換同步運行的啟動——運行方式，該方法在第一步驟啟動時依據(jù)公式：IST=IKW/IST，式中IST為啟動電流，IKW為功電流，IST為啟動時總漏阻抗，IST= ，RST為啟動時總電阻，XST為啟動時總漏抗，XST依據(jù)電動設計電參數(shù)所定，對每單臺電機而言為不變值，且占有比例小，經(jīng)15KW-2級的三相異步電動機而言，XST=0.1162，RST=R1+R2，R1為繞組直流電阻，由繞組的電阻率、繞組截面積和匝數(shù)所確定，R2為感抗，由匝數(shù)確定，截面積大，R1和R2相對高，截面積小R1大，電阻率由材料而定，很明確加多匝數(shù)，減小線徑，R1和R2明顯加大。根據(jù)15KW-2級的三相異步電動機而言，額定電壓為380V，頻率50HZ狀態(tài)下額定點工作，則采用圖1方式星形繞組直接啟動，由設計參數(shù)得IST1===0.544；采用圖2方式星形繞組少截面積加倍匝數(shù)啟動方式則IST2===1.7，則IST1=0.544，IST2=1.7，IST2是IST1的3.12倍，則采用圖1方式星形繞組的截面積是圖2方式星形繞組截面積的一半，而匝數(shù)是圖1方式星形繞組的一倍，啟動電流可下降3.12倍，這樣對于異步啟動永磁同步電動機而言，啟動瞬間的沖擊電流就較小，這樣定子所產(chǎn)生的瞬間感應磁場的磁沖擊相對于永磁轉子的磁沖擊就較小，就不會發(fā)生磁沖擊退磁現(xiàn)象，有效地保證了異步啟動永磁同步電動機正常穩(wěn)定工作，對永磁鐵而言，瞬間的強磁沖擊會導致永磁體的失磁現(xiàn)象發(fā)生；2、采用星形繞組三步驟啟動法，可使啟動過程轉速相對平穩(wěn)上升，特別在第一步驟階段由于采用多匝數(shù)，相繞組的方案允許較長時間的進行第一步驟的加速區(qū)工作而異步啟動永磁同步電動機溫升不高，如果星三角啟動，則不允許啟動初始時的低速時間太長，否則電機定子溫升會急增，同時星形繞組啟動和星形繞組運行有效地保證了異步啟動永磁同步電動機的電機高效性能，減少因永磁體的勵磁，氣隙磁場導致的諧波和環(huán)流，造成永磁電機性能下降。且該技術方案實際應用成本低，體積小，故障率低，安全可靠，有效地解決了大功率異步啟動永磁同步電動機的啟動現(xiàn)有存在的技術問題。

附圖說明

圖1為星形接法啟動繞組圖。

圖2為星形接法運行繞組圖。

圖3為控制系統(tǒng)圖。

具體實施方式

本技術方案為三步驟星形繞組接法異步啟動永磁同步電動機的低電流轉速平穩(wěn)升速的啟動運行方法，啟動第一步驟電機繞組采用圖1星形相繞組匝數(shù)為運行時星形接法相繞組匝數(shù)的一倍，啟動時星形接法相繞組截面積為運行時星形接法相繞組的一半，當轉速達到200~300轉時，在控制系統(tǒng)圖3的作用下，異步啟動永磁同步電機工作繞組切換到第二步驟狀態(tài)。圖2，星形接法啟動相繞組匝數(shù)為第一步驟星形接法相繞組的一半，而星形接法相繞組截面積為第一步驟星形接法相繞組截面積的一倍，此時工作階段轉速平穩(wěn)上升，啟動力矩加大，當轉速上升致同步轉速的93~96%，力矩大于異步啟動永磁同步電動機設計額定工作力矩時，進入第三步驟，自動切換到同步運行步驟，實現(xiàn)低電流啟動，高效運行，達到體積小成本低的目的。其具體工作控制步驟如下：啟動時，電源開關QF閉合，按下開機按扭SB2，繼電器KM1線圈13，繼電器KM2線圈14，時間繼電器KT線圈17通電，KM1自鎖觸頭6閉合，松開SB2，此時繼電器KM1總觸頭閉合，A和KM1U1、B和KM1V1、C和KM1W1導通，繼電器KM2主觸頭閉合，KM2Ua和KM2U3導通，KM2Vb和KM2V3導通，KM2Wc和KM2W3導通，形成星形接法啟動繞組（圖1）組合方式驅動異步啟動永磁同步電動機啟動，實現(xiàn)了第一步驟——低電流啟動;在延時繼電器KT線圈17導通后，KT延時斷開的動斷觸頭7延時分斷，繼電器KM2線圈14失電斷開，繼電器KM2常閉點9則閉合，KT延時閉合的動合觸頭8延時閉合，繼電器KM3、KM4線圈15和16導通，繼電器KM3常開點10閉合，此時主電路上繼電器KM1、KM3、KM4工作，其對應的主觸頭均閉合，繼電器KM3的常閉點11、繼電器KM4的常閉點12均斷開，繼電器KM2的線圈14斷電不工作，對應的主觸頭斷開，時間繼電器KT的線圈17斷電，繼電器完成工作，異步啟動永磁同步電動機按雙星形接法運行圖（圖2）狀況工作，主電路上繼電器KM1工作主觸頭閉合，電機繞組引出線U1、V1、W1獲得三相電源，繼電器KM3主觸頭閉合，a和KM3U3導通，b和KM3V3導通，c和KM3W3導通，繼電器KM4主觸頭閉合，KM4U2、KM4V2、KM4W2的公共點O2導通，異步啟動永磁同步電動機進入異步運行繞組工作狀況，此狀態(tài)切入瞬間，異步啟動永磁電動機還是處于啟動工作狀態(tài)，只是由于此時相繞組匝數(shù)相對于切換前星形接法啟動繞組（圖1）工作狀況下減少一半，繞組導線截面積增加一倍，此時異步啟動永磁電動機扭力急增，轉速也瞬間提高。當轉速達同步轉速的93%~96%時，轉矩大于額定工作點轉矩時，自動切換到永磁同步工作，實現(xiàn)了異步啟動永磁同步電動機的正常運行，完成了啟動的第二步驟。本發(fā)明所述的異步啟動永磁同步電動機從啟動到運行為三步驟：第一步驟為星形繞組多匝數(shù)異步低電流啟動的結構設置，當轉速達到200~400轉時，進入第二步驟采用切換繞組方式進入雙星形繞組異步高轉矩的啟動，當轉速達到同步額定轉速93~96%，轉矩大于額定轉矩時，進入第三步驟，異步向同步自動切換同步運行，實現(xiàn)異步啟動永磁同步電動機的低電流啟動平衡升速高效運行的效果。