用于三相异步电机的供电电路.pdf

提供了一种用于三相异步电机的供电电路，其包括隔离变压器，针对三角形连接中的全电网电压配置其初级侧，针对星形连接中的处于相电压和全电网电压之间的电压配置其次级侧。可以利用与电机相连的常规星形/三角形开关和两个与变压器绕组相连的星形/三角形开关实现大部分的各种电路配置，以获得对电机绕组的各种供电电压。利用转换开关，变压器能完全与电机的电源分开，而电机直接由电网供电。

1.  一种用于三相异步电机(M)的供电电路，该三相异步电机(M)可通过第一开关装置(S1)而选择性地按照三角形连接和星形连接进行工作，所述供电电路包括：三相隔离变压器(T)，其初级侧适合于三角形连接中的全电网电压，其次级侧适合于星形连接中的电压，该电压大约处于相对相全电网电压和单相对地电压之间的中间；第二开关装置(S2)，利用该第二开关装置选择性地把电机(M)直接连接到电网上或连接到变压器(T)的次级侧；第三开关装置(S3)，可以利用该第三开关装置选择性地把变压器(T)的初级侧配置为三角形连接和星形连接；第四开关装置(S4)，利用该第四开关装置可以选择性地把变压器(T)的次级侧配置为星形连接和三角形连接；和控制装置(ST)，其与所述第一到第四开关装置(S1到S4)相连以选择性地对它们进行操作。

用于三相异步电机的供电电路
技术领域
本发明涉及用于可选择性地按照三角形连接和星形连接进行工作的三相异步电机的供电电路。
背景技术
三相异步电机的工作经常需要降低速度以使电机的功率输出适应不同的要求。典型的例子是制冷车间(特别是在冷藏库中使用)中的风扇，在访问少的时候，例如在夜间或周末，要求较低的热交换功率。一种方案(同时也是最复杂的方案)是改变三相电机的工作AC电源的频率。相位控制电路也是已知的，其降低提供给三相电机的有效电压。相位控制的缺点是三相电机的电源电压包含很高的谐波部分，其会在周围环境中产生干扰。另外，它们使三相电机发出大的嗡嗡声，显著增大了噪声。另外，可使用绕组上具有多个抽头的变压器，从这些抽头可以分接出不同的电压，以供应给三相电机。这种变压器的缺点是它们在使用中伴随着相对较高的损耗。另一种措施(尤其在启动三相电机时使用)是在星形连接和三角形连接之间对电机绕组进行切换，但是通过这种方法仅能实现两种不同的速度。
EP0865147B1中公布了一种方案，根据该方案，三相电机的绕组有两组，其中各个分绕组适合于相对相全电压。有一个开关装置与三相电机相连，通过该开关装置，可以有选择地将各个分绕组连接为三角形连接中的并联、三角形连接中的串连、星形连接中的并联、星形连接中的串连、以及三个分绕组连接成三角形而其余分绕组连接成星形，从而可获得5种不同的速度，而无需另外的辅助装置，其中对所有的分绕组都提供电源。该电机一直以正弦电压操作，因此不会产生嗡嗡声。缺点是由于设置在各个极上的分绕组必须设计为严格相同，以避免在并联时产生均衡电流，因而必须针对这个使用类型预先设计电机，并仅能获得非常确定的速度。
EP1341295A1中公布了一种用于三相电机的供电电路，其包括两个功率不同的三相自耦变压器，它们组合在共同的铁心上，并且它们的绕组各具有至少一个抽头。该供电电路包括开关装置，其有选择地使该三相自耦变压器生效。利用该电路，可以调节出电机应获得的任何预定速度。无需对电机进行改进，其永久地利用正弦电压工作，这是该电机不会产生任何嗡嗡噪声的原因。然而，该电路的缺点是由于该变压器固定地与全电网电压连接，因而各工作变压器会产生相当大的损耗，并且开关和控制装备自身也很昂贵。
最好的方案应调节无级可变变压器。然而，不能满意地解决功率分接的问题。分接辊与变压器绕组的圆线的表面接触相对很小，并且不能正确地传导大电流。会发生局部过热，导致绕组线和集电器烧坏。
发明内容
本发明意在使现存的三相电机能够用于扭矩与速度的平方成比例关系的负载应用，而无需对电机进行任何改变。根据该目的提供了一种供电电路，利用该电路，三相电机可获得几种速度，而不会有大的附加损耗。
通过一种用于三相异步电机的供电电路而实现了该目的，该三相异步电机可通过第一开关装置而选择性地以三角形连接和星形连接进行工作，所述供电电路包括三相变压器，其初级侧针对三角形连接中的全电网电压而设计，其次级侧针对星形连接中的电压而设计，该电压大约处于相对相全电网电压和单相对地电压之间的中间；第二开关装置，利用该第二开关装置，可选择性地把电机直接连接到电网上或变压器的次级侧；第三开关装置，利用该第三开关装置，可选择性地把变压器的初级侧配置为三角形连接和星形连接；第四开关装置，利用该第四开关装置，可以选择性地把变压器的次级侧配置为星形连接和三角形连接；和控制装置，其与第一到第四开关装置相连以有选择地对它们进行操作。
本发明的供电电路使用真正的三相隔离变压器，可以选择性地使其工作或绕过，其初级侧设计为可以选择性地按照三角形连接和星形连接与电网连接，其次级侧设计为由次级侧输出的电压在星形连接中处于全电网电压的相对相电压和相对地电压之间。例如，在相对地电压为230伏的三相电网中，该变压器的次级侧输出的上述电压具有大约为315V的幅值。
利用三个三角/星形开关和两个三极开关，可以建立向电机的各个绕组提供相应的不同电压的电路结构。
在电机的连接值为3×400V和12.5A的情况下，显而易见，功率输入为5.5KVA，因而考虑到cos为0.85，结果有效功率输入为4.7KW。考虑制冷车间中的一般16小时的日工作时间、0.5的平均负载系数，并假定电价为0.2欧元/KWh，如果估计仅节约20％，则每年节约大约686欧元，因而本发明所需的电路元件地附加费用可很快地收回。
附图说明
图1示出了根据本发明的供电电路和与其相连的三相异步电机的示意图。
具体实施方式
现在参照附图中示出的实施例对本发明进行说明。
图1示出了依据本发明的供电电路和与其相连的三相异步电机的示意图。该供电电路包括：作为核心的三相隔离变压器T，在所示的示例中其初级侧在三角形连接中适合于400V的相对相电网电压，其在所示的示例中处于星形连接的次级侧适合于315V；以及三个星形/三角形开关S1、S3和S4；和具有两个开关座(deck)的三极开关U2。通过选择性地操作上述开关的控制装置ST而完成了上述结构。
第一星形/三角形开关S1与三相电机M相连，用于以公知的方式使三相电机M的各个绕组相互连接成星形或三角形，并将其连接到电源上。三极开关S2包括两个相互连接的开关座S21和S22，其中一个(S21)的可动开关触点与电源相连接，而另一个(S22)的可动开关触点与第一星形/三角形开关S1(其与电机M相连)相连。一个开关座21的一组固定触点与第二星形/三角形开关S3相连，另一个开关座S22的一组固定触点连接到第三星形/三角形开关S4上。转换开关S2的开关座S21和S22两者的另一组固定触点相互连接。关于细节，可以参照附图。可选地，也可以将开关座S22的可动触点直接连接到开关座S21的前述另一组固定触点上，从而开关座S22可以设计为简单的三极闭合-断开开关。
第二星形/三角形开关S3与变压器T的初级绕组相连，从而可以有选择地按照三角形连接和星形连接将这些绕组连接到电网上。另外，第三星形/三角形开关S4与变压器T的次级绕组连接，因而能够有选择地按照星形连接和三角形连接把绕组连接到电机侧开关，也就是第一星形/三角形开关S1。
依据三极双座开关S2的开关位置，电机M的星形/三角形开关S1或者直接连接到电网上，或者连接到变压器T的次级侧，在后一种情况下，变压器的初级侧连接到电网上，但也可以断开。因此在电机M直接由电源供电的情况下，变压器T完全与电机M的电网脱开。
可以利用控制装置ST来操作双座开关S2，使得电机M直接连接到电网上，同时变压器T与电网和电机M脱开，或者变压器T的初级侧通过第二星形/三角形开关S3连接到电网上，变压器T的次级侧通过第三星形/三角形开关S4和第一星形/三角形开关S1连接到电机M上。
在设置上述最后一个电路状态时，仍可以利用控制装置ST将变压器T的初级侧通过星形/三角形开关S3有选择地按照三角形连接或星形连接与电网连接。在第二星形/三角形开关S3的各个开关位置中，可以通过控制装置ST，利用第三星形/三角形开关S4将变压器的次级侧切换成星形连接或三角形连接，并以该结构通过第一星形/三角形开关S1连接到电机M上。在下表中示出了这些不同的选项。