[发明专利]电机的集成软起动器

说明书

通常称为“软起动器”的固态电机起动器借助闸门式半导体器件如SCRs(半导体可控整流器)、闸流晶体管或通称为固态电力开关来控制电机的起动和停机。本发明一般涉及电机起动器，更具体来说，涉及结构紧凑的固态电机起动器，其用于减少空间需求并整体地组合在一个完整的小型组件中。

工业标准的软起动器结构布置一般由若干分开的分立式元件组构成。这种组包括控制器、旁流接触器、传感器、过载保护、减声器、冷却风扇、功率半导体、汇流条、绝缘子、组装硬件及安装板。当组装成一个组件时，上述现有技术的电机起动器相当庞大。

控制器通常装在带有分立螺纹式接线盒和安装脚的II级壳体中。控制器的尺寸和功率要求可按照控制的应用和复杂程度而变化。控制器组件往往分解成若干分离的需要相互连接和安装的印刷电路板分组件。

分立的旁流接触器用于在电机达到其运转速度后使功率半导体被旁路。旁流接触器需要安装硬件、带有接头的线圈引线，以及软起动器的线路和负载侧的电力导体。

软起动器可以具有几种不同类型的传感器。软起动器中最基本的传感器是电流传感器，其构造一般相当大。一些最常用的检测电流的方法包括带有匹配电流表和相当大的安装架的大型变流器。另一种方法包括匹配电流表或印刷电路板组件的铁氧体环状线圈，也要求庞大笨重的安装布置。另一种方法包括罗氏线圈(Rogowski coil)和匹配电路板组件，也要求庞大的安装架。

更详尽来说，最常见的工业作法是使用与变流器相同的原理测量电流。当电流流过导体时围绕导体产生磁场。该磁场在磁芯中引起感应。磁芯材料可以是很好的磁性材料如铁磁性的铁或钢。也需要一个第二线圈，环绕磁芯材料或围绕载流件。第二线圈的磁感应电流量依赖于所用磁芯材料的磁阻，以及需要的信号电流量。因此，电流信号应与有关导体中实际电流成正比。研制出一种标度，以便阅读导体中的耦合电流信号值来作为实际电流信号。可使用的仪表一般是电流表。但是，如果第二线圈电路具有许多小尺寸导线的匝，那么，耦合信号具有低的电流值，因而也可用电压表替代。下面详述一些最常用的完成这种电流检测的方法。第二线圈的输出也可用于驱动一个过载继电器。

最常用的使用换流器原理测量电流的方法或许应该用形成许多环的导线环绕导体，并测量在所述导线中感应的电流。这种方法类似于气芯换流器，通常称为换流器。另一种方法是用具有良好磁阻的铁氧体芯材料的刚性件环绕一导体，然后用导线环绕铁氧体材料，并测量感应电流。这种方法类似于空气铁芯换流器，通常简称为环状线圈(toroid)。

类似地，若干叠层构成的芯可以围绕导体设置，绕叠层回路的一部分缠绕导线，测量在线圈中感应的电流，这也类似于铁芯换流器。为了便于组装，研制出上述方案的一种变型，其中叠芯是拼合式的，被监测的导体不必在其可以适当定位之前穿过芯部。芯部关于叠层拼合线是敞口的，有关的导体在需要的位置上插装在芯部中，然后闭合芯部以保持磁回路的低磁阻。另一种方法采用钢的薄叠层作为铁氧体芯材料，然后用导线缠绕铁氧体材料。由于芯区小、导线细，因而可以测量感应电压。这种方法类似于铁芯换流器，称为罗氏线圈(Rogowski coil)。

所有上述的一般用在软起动器中的测量电流的技术具有一个常见的物理局限性，它是构制结构紧凑的电机起动器时的重大缺陷。这种常见的缺隐在于，用来形成感应电路或电压信号的第二线圈或铁氧体芯必须围绕有关导体外周设置。由于电机起动器需要相对较大的导体，因而围绕导体的任何附加材料导致电机起动器体积过大。另外，在具有必须加以监测的三个分开的导体的任何三相电机起动器中，电流传感器之间的交互影响的可能性相当高。

软起动器也可能需要热监测以保护功率半导体。热保护的一个常用方法包括双金属盘，其需要安装托架、硬件和电绝缘子，这取决于它离开软起动器的载流件的位置。在工作中，当双金属盘达到跳闸温度时，双金属盘跳入应变位置，改变电触头的状态，从而向控制电路发出已达到温度极限的信号。但是，双金属盘由于其本身金属量大，具有很窄的温度范围，因而对温度变化的响应很慢。假如要监测几个温度范围，那么每个温度范围都需要一个单独的双金属盘。另一种热保护使用红外热传感器。虽然这些器件并不需要设置在载流件上，但是必须离载流件很近。因此，需要安装托架和匹配电路板组件，传感器必须“瞄准”被监测的零件。热敏电阻也可用于测量电元件的温度。热敏电阻的电阻随温度而变化。然后，电阻的变化被标定于电压，电压则用作温度基准，指示元件的温度。热敏电阻由于其本身材料量小，因而对温度变化的响应很快。