CN1267112B

CN1267112B - 用于电动机启动器的温度保护控制

Info

Publication number: CN1267112B
Application number: CN00104144.4A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·A·博克尔
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP4154639B2; BR0000812A; EP1037357A3; JP2000287486A; EP1037357B1; EP1037357A2; US6122153A; CN1267112A

Abstract

本发明披露了一种电动机启动器温度保护控制装置，其中包括有环境温度检测器，电源极温度检测器和处理单元(28)。所述处理单元被编程，用于定期地监视(72，82)温度信号，并比较这些信号和风扇接通限制值，如果所述信号超过所述限制值，则使风扇接通。控制系统继续监视环境温度和极温度，如果其中任何一个超过一个最大温度限制值，则电动机启动器被置于切断方式，除非选择了超驰控制。在电动机被切断时，控制系统跟踪电动机启动器冷却所需的时间，如果时间太长，则设置维护标记，用于表示需要进行通风维护。

Description

用于电动机启动器的温度保护控制

技术领域

本发明一般涉及电动机启动器的控制系统，尤其涉及用于跟踪电动机启动器中的温度并根据所述温度跟踪控制电动机启动器的方法和装置。

背景技术

许多电气装置使用一种或几种方式进行热保护。用于温度保护的最通常的方式之一是使用热敏电阻，这是一种对热敏感的电阻，其随着温度的变化改变电阻值。一般地，热敏电阻和电子监视电路相连，电子监视电路被设置使得其对预定的电阻值起反应。当达到所述的电阻值时，电子监视电路断开或连接温度保护电路，其然后使装置断开，大多数电气装置使用一个热敏电阻作为保护。因此，所提供的保护程度仅仅取决于所述一个热敏电阻的位置。换句话说，这种热保护实际上只保护装置的一小部分。在较大的装置中，在热保护使装置断开之前可以使许多元件受到破坏。这种系统的另一个问题是，其很少提供报警或者帮助诊断断开设备的原因。此外，在某些应用或处理中，重要的是电气设备不被关断。在这种应用中，在保持过程进行的同时需要有一些过热状态的表示。

热保护的另一种常用的方法是使用双金属片或双金属盘，其被安装在设备内用于断开或闭合电路。这种装置由于在形成其物理结构的两个金属之间的不同的热膨胀在发热时而改变形状。在这种装置改变形状时，其在一个开关或者在一组触点上施加一个物理力，从而改变电路的状态。即，当双金属片变形而到达一个相应于表示过热状态的温度的偏转点时，例如正常时断开的电路，此时将闭合而启动温度保护电路。这种形式的热保护需要对于每个特定的装置通过用手弯曲或拧曲进行校准。此外，在进行现场调节之后，其精度受到怀疑，并且这种双金属装置一般要求在元件之间进行侵入连接，因而减少可制造性，增加元件成本，并增加电气设备的总尺寸。

虽然许多电气设备，包括电动机启动器，可以依靠自然空气对流冷却，但是需要某种形式的强制风冷，以便进行足够的冷却。强制风冷或者需要风扇，或者需要吹风机，用于强迫周围空气通过或围绕电气设备进行附加的冷却。然而，风扇和风机对设备增加了另一种没有报警而可能发生故障的元件，因而降低了设备的可靠性。此外，由于在全部时间内需要使风扇运行，因而消耗过多的能量。

因而，需要具有一种热保护装置和方法，其只在需要时使风扇运行，并能够提供表示系统状态不正常的早期表示，同时需要提供一种高效而精确地保护整个设备的装置。

发明内容

本发明提供一种电动机启动器温度保护装置，其解决上述问题，而整个系统的成本没有显著的增加。

按照本发明的电动机启动器温度保护控制装置包括位于电动机启动器壳体内部的环境温度检测器，用于检测电源极和散热器的温度，并提供表示电动机启动器壳体内部的环境温度信号。电源极温度检测器和电动机启动器的每个电源极处于热连接，并产生表示每个电源极的极温度信号。微处理器和每个温度检测器相连，并且接收环境温度信号和极温度信号，用于根据温度输入控制电动机启动器的操作。微处理器被编程，用于定期地监视环境温度信号和电源极温度信号，并比较这些信号和一个风扇接通限制值，当这些信号的任何一个超过风扇接通限制值时，控制系统则接通电动机启动器的内部风扇。控制系统继续监视，环境和电源极温度，并且如果任何一个超过最大操作温度限制值时，电动机启动器则被置于电机切断方式，除非已经设置了选择的温度超驰控制。在电机被切断时，控制系统继续监视温度，并跟踪电动机启动器冷却需要多长时间，如果电动机启动器冷却所需的时间太长，则设置维护标记，表示需要清洁或者进行通风维护。

根据本发明的一个方面，提供了一种电动机启动器温度保护控制装置，包括：

环境温度检测器，用于检测环境温度，并提供表示电动机启动器壳体内部温度的环境温度信号；

至少一个极温度检测器，其和电动机启动器的导电母线处于热连接，并产生表示导电母线的极温度信号；

处理单元，其和环境温度检测器以及至少一个极温度检测器相连，所述处理单元被编程，用于：

定期地监视环境温度信号和极温度信号，

比较环境温度信号和一个最大环境温度限制值，

比较极温度信号和一个最大极温度限制值，以及

如果环境温度和极温度信号之一超过各自的最大温度限制值，则产生故障信号。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电动机启动器温度保护控制装置，包括：

至少一个极温度检测器，其和导电母线处于热连接，并产生表示导电母线的温度的极温度信号；

在电动机被切断时定期地监视并读取环境温度信号和极温度信号；

根据在电动机被切断期间读取的环境温度信号和极温度信号产生环境温度曲线和极温度曲线；

将环境温度曲线和极温度曲线分别与冷却限制曲线相比较；以及

如果环境温度曲线和极温度曲线中的两个或一个超过冷却限制值，则产生维护指示。

根据本发明的再一个方面，提供了一种用于跟踪电动机启动器内的温度，并根据温度跟踪控制电动机启动器的方法，所述方法包括以下步骤：

定期地监视电动机启动器的环境温度和多个极中的每个极的极温度；

比较环境温度和一个最大环境温度，如果环境温度超过最大环境温度，则产生故障指示；

比较每个极的温度和最大极温度，如果任何一个极温度超过最大极温度，则产生故障信号；

确定在电动机启动器的多个极之间的温度偏差，并且

如果在极间的任何温度偏差超过极温度偏差限制时，则产生温度偏差故障信号。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于跟踪电动机启动器中的温度并根据温度跟踪控制电动机启动器的装置，所述装置包括：

用于定期地监视电动机启动器中的环境温度和多个极的每个极的极温度的装置；

用于比较环境温度和最大的环境温度，如果环境温度超过最大环境温度则产生故障指示的装置；

用于比较每个极温度和最大的极温度，如果任何一个极温度超过最大极温度则产生故障指示的装置；

用于确定在电动机启动器中的多个极间的任何温度偏差的装置；以及

用于如果极间的任何温度偏差超过一个极温度偏差限制值时(88)产生温度偏差信号的装置。

按照本发明的一个方面，电动机启动器温度保护控制装置包括环境温度检测器，用于检测环境温度，并提供表示电动机启动器壳休内的温度的环境温度信号，以及至少一个极温度检测器，其和导电母线处于热连接，用于提供表示导电母线的温度的极温度信号。一个处理单元和环境温度检测器以及极温度检测器相连，并被编程用于定期地监视环境温度信号和极温度信号，比较环境温度信号和一个最大温度限制值，并且如果环境温度信号和极温度信号之一超过最大温度限制值，则产生故障信号。

按照本发明的另一个方面，电动机启动器温度保护控制装置包括环境温度检测器，用于检测环境温度，并提供表示电动机启动器壳体内的温度的环境温度信号，以及至少一个极温度检测器，其和导电母线处于热连接，并产生表示导电母线的温度的极温度信号。一个处理单元和环境温度检测器以及一个极温度检测器相连，并被编程用于定期地监视并读取在电机切断时的环境温度信号和极温度信号，并根据在电机切断期间读取的环境温度信号和极温度信号，产生环境温度曲线和极温度曲线。处理器还对环境温度曲线和极温度曲线与冷却限制曲线进行比较，如果环境温度曲线和极温度曲线两者或两者之一超过冷却限制时，则产生维护指示。

按照本发明的另一个方面，提供一种用于跟踪电动机启动器内温度，并根据温度跟踪控制电动机启动器的方法，所述方法包括以下步骤：定期地监视电动机启动器中的每个极的环境温度和极温度，并比较环境温度和一个最大环境温度，如果环境温度超过最大环境温度，则产生故障指示，所述方法还包括以下步骤：比较每个极的温度和最大极温度，如果任何一个极温度超过最大极温度，则产生故障信号。所述方法还包括以下步骤：确定在多极电动机启动器的极之间的温度偏差，并且

如果在极间的任何温度偏差超过极温度偏差限制时，则产生温度偏差信号。

本发明的其它特点、目的和优点由下面的说明和附图将会看得更加清楚。

附图说明

附图说明了目前实施本发明的最好的方式，其中：

图1是包括本发明的通过电动机启动器和三相电源相连的电动机的方块图；

图2A-2C是在图1的微处理器中编程的软件的流程图；

图3是在图2的流程图中调用的子程序的流程图。

具体实施方式

图1是被包括在用于控制和电源15相连的电动机14的电动机启动器12中的按照本发明的电动机启动器温度保护控制装置10的方块图。控制装置10包括中央处理单元28，例如微处理器、微控制器、PLC或任何用于电信号处理的其它装置，电动机启动器温度保护控制装置10根据装置的操作温度以超驰的方式控制电动机启动器12的操作。如同1所示，本发明的控制装置10被表示用于三相电动机启动器中。电动机启动器12以熟知的方式把电源从三相电源15连接到电动机14，其中一方面借助于控制线圈16，18和20，一方面借助于一对SCR(未示出)，它们一般被夹在两个导电母线之间，图中以方块图的形式表示为极A22，极B24和极C26。

电动机启动器温度保护控制装置10的微处理器28接收来自多个温度检测器的输入信号。在优选实施例中，温度检测器位于每个电源极上。即，检测器A30和电源极A22热连接，温度检测器B32和电源极B24热连接，温度检测器C34和电源极C26热连接。一个环境温度检测器36也被设置在电动机启动器12内，并和微处理器28相连。在优选实施例中，环境温度检测器36被设置在极A和极B之间或者极B和极C之间的罩装置上，用于检测电动机启动器12的壳体内的环境温度。微处理器28还能够接收至少一个用于温度保护装置10的输入38，它是一个嵌入开关，用于控制当检测到故障时电动机是应当被切断，并在故障显示装置40上显示故障，还是应当维持运行而只在故障显示装置40上显示故障，以便继续重要的处理。

电动机启动器12还包括被分别每个电源极22，24和26上的散热器42，44和46。每个电源极22，24和26还分别具有相关的风扇48，50和52，用于向电动机启动器12的负载侧54吸入空气，并使空气通过每个散热器42，44和46运动，然后从电动机启动器12的线路侧56被吹出。微处理器28和风扇驱动器58相连，风扇驱动器用于驱动风扇48，50和52。微处理器28还具有用于控制线圈16，18和20的输出控制线60，和被连接用于控制每个极22，24和26的SCR的输出控制线62。

下面参照图2和图3说明本发明的控制操作。参见图2，微处理器被编程，在步64收到启动指令时，在步66在电动机被启动之前读出电动机启动器的温度。Read_Temps是一个子程序，其在图2的主算法中被调用许多次，下面结合图3进行说明。

参见图3，当在步200调用Read_Temps子程序时，微处理器首先在步202从第一个温度检测器读出极A的温度，然后在步204把模拟信号转换为数字信号，并把结果存储在存储器中，在步206，读取极B的温度，然后在步208把模拟信号转换为数字信号，并把结果存储在存储器中，然后在步210读取第三个温度检测器的温度，从而得到极C的温度，并在步212转换为数字值被存储。在步214读取环境温度，在步216进行转换和存储，在步218使Read_Temps子程序返回图2的主程序。

现在回到图2，在步66完成Read_Temps200的算法之后，在步68保留初始值，并在步70使电动机启动。即本发明的温度保护控制装置把电动机启动器的控制交给主控制，主控制并不是本发明的主题。

一旦电动机被加速并运行，在步72使读取电源极和环境的温度，在步74，76，如果电源极的温度或者环境温度超过预定的风扇接通限制，则在步78接通风扇。不过，如果在步74，80没有超过风扇接通限制，在步81则保持风扇断开，并在步72继续读取温度。只要极温度和环境温度不超过风扇接通限制，就保持风扇断开。在步78把风扇接通之后，在步82再次读取温度，并且在步84每个极A，B，C的温度和另一个极的温度进行比较，从而确定在极A和B，B和C以及C和A之间存在的偏差。如果在步86，88所述偏差超过预定限制，则在步90设置温度偏差故障标记，并显示故障。

然后在步92检查用户温度超驰位，看用户是否已经命令在过热状态下电动机不被停止。如果在步94没有设置温度超驰位，则在步96以通常方式切断电动机。然而，如果在步92，98检测到温度超驰位已经设置，则系统返回主程序，在步82继续读取温度。在步84比较极温度之后，如果在步86，100没有超过预定限制的偏差，则在步102清除维护标记，并在步104检查极温度和环境温度是否超过最大温度。如果在步104，106环境温度或者任何一个极温度超过最大温度，则在步108设置最大温度故障标记并被显示。在步92再次检查温度超驰位，如果在94超驰位未被设置，则在步96以普通方式切断电动机。如果在步92，98已经设置温度超驰位，则系统继续使电机运行，在步82读取温度。

如果系统继续正常运行，即在步84，86和100极温度没有偏移，并且在步104，110极温度和环境温度也没有超过最大温度，则在步112检查是否设置最大温度故障标记，如果是114，则在步116该标记被清除，并且在步70系统继续操作，当然，除非在步92设置有温度超驰，否则将不进行最后一个循环。如果在步112，118检查没有设置最大温度故障标记，则系统在步120检查是否有停止指令。如果在122没有停止指令，则系统返回步70，使电机继续运行。在步72读取温度之后，如果在步74，80温度已经低于保持风扇接通的限制值，则在步81切断风扇，并且系统进行上述的操作。

然而，一旦在步120，124收到停止指令，则在步126执行合适的电机切断程序，此后，在步128再次读取温度，并在步130产生一个冷却过程进展情况。在步132，控制检查当前温度，在134，只要电动机启动器尚未冷却，便定期地读取温度，并且系统在存储器中存储每个极和环境温度的冷却曲线。

一旦在步132，135系统被冷却下来，如果在步136，138这只是在装置运行达到稳态操作温度之后第一次被停止，则在步140把冷却曲线作为原始的冷却曲线被存储在存储器中，然后在步142控制系统等待另一个启动指令。在步136，144，在装置的第一次稳态操作之后，在步146存储在步130产生的冷却曲线作为当前冷却曲线。然后在步148，当前冷却曲线和原始冷却曲线比较，在步150，152，如果当前冷却曲线和原始冷却曲线之间的偏差超过预定的限制值，则在步154设置维护标记，其表示需要进行某些正确的测量。例如，慢的冷却可能表示由于一个或几个风扇没有正确地运行、风扇轴承可能劣化、散热器需要清洁，或者电动机启动器中的进气口或出气口被堵塞。如果在步150，156，在冷却曲线之间没有过大的偏差，则在步158清除维护标记，并在步142系统等待下一个启动指令。

本发明已经根据优选实施例进行了说明，应当理解，在所附权利要求的范围内，除去上述的实施例之外，可以作出多种改变和改型。

Claims

1.一种电动机启动器温度保护控制装置，包括：

至少一个极温度检测器，其和电动机启动器中的至少一个电源极处于热连接，并产生表示所述至少一个电源极的温度的极温度信号；

定期地监视环境温度信号和极温度信号，

比较环境温度信号和一个最大环境温度限制值，

比较极温度信号和一个最大极温度限制值，以及

如果环境温度和极温度信号之一超过各自的最大温度限制值，则产生最大温度故障标记。

2.如权利要求1所述的控制装置，其中处理单元还被编程用于只有当环境温度信号或者极温度信号超过风扇接通限制值时才接通风扇，并且当环境温度信号和极温度信号都低于风扇接通限制值时断开风扇。

3.权利要求1所述的控制装置，还包括：

和处理单元相连的显示装置，用于显示表示过热状态的外部报警；

能够选择超驰方式的用户输入装置；以及

其中处理单元还被编程用于当产生故障信号时切断电动机并启动显示装置，并且，如果由用户输入选择超驰方式，则仅启动显示装置，而且当产生故障信号时不切断电动机。

4.如权利要求1所述的控制装置，其中：

所述电动机启动器包括3个电源极，每个电源极上具有散热器，和所述散热器处于热连接状态的风扇；

其中，所述至少一个极温度检测器具有3个极温度检测器，每个检测器和电动机启动器的电源极处于热连接状态，并产生第一、第二和第三极温度信号；以及其中处理单元还被编程用于：

确定第一和第二极温度信号之间的1-2偏差；

确定第二和第三极温度信号之间的2-3偏差；

确定第一和第三极温度信号之间的1-3偏差；

将1-2偏差，2-3偏差，和1-3偏差分别与极温度偏差限制值相比较；以及

如果1-2偏差，2-3偏差，1-3偏差中的任何一个超过极温度偏差限制值，则产生温度偏差故障标记。

5.如权利要求4所述的控制装置，还包括：

报警指示输出装置，用于接收温度偏差故障标记并当存在温度偏差故障标记时产生故障报警指示；以及

用户超驰输入装置，其当故障信号存在时有效地超驰电动机切断。

6.如权利要求1所述的控制装置，其中处理单元还被编程用于：

通过定期地读取环境温度信号和极温度信号跟踪电动机冷却过程；

根据在电动机冷却期间读取的环境温度信号和极温度信号产生环境温度和极温度的每一个的当前状态冷却曲线；

将环境温度和极温度的当前状态冷却曲线分别与所述环境温度和所述极温度的每一个的原始冷却曲线相比较；以及

如果在各冷却曲线之间的比较指示出超过预定限制值的偏差，则产生维护指示。

7.如权利要求6所述的控制装置，其中处理单元，还被编程用于：

在所述控制装置运行达到稳态操作温度之后第一次被停止时，存储环境温度和极温度的冷却曲线作为原始冷却曲线；以及

将环境温度和极温度的原始冷却曲线分别与环境温度和极温度的当前状态的冷却曲线相比较。

8.一种电动机启动器温度保护控制装置，包括：

至少一个极温度检测器，其和电动机启动中的至少一个电源极处于热连接，并产生表示所述至少一个电源极的温度的极温度信号；

根据在电动机被切断期间读取的环境温度信号和极温度信号产生环境温度和极温度的每一个的当前状态冷却曲线；

将环境温度和极温度的所述当前状态冷却曲线分别与所述环境温度和所述极温度的每一个的原始冷却曲线相比较；以及

9.如权利要求8所述的控制装置，其中处理单元还被编程用于：

10.如权利要求8所述的控制装置，其中处理单元还被编程用于：

在电动机运行方式下定期地监视环境温度信号和极温度信号；

比较环境温度信号和最大环境温度限制值；

比较极温度信号和最大极温度限制值；以及

如果环境温度信号和极温度信号两者或两者之一超过其最大温度限制值则产生最大温度故障标记。

11.如权利要求10所述的控制装置，其中处理单元还被编程用于仅当环境温度信号和极温度信号两者或两者之一超过风扇接通限制值才接通风扇，并当环境温度信号和极温度信号都低于风扇接通限制值时断开风扇。

12.如权利要求11所述的控制装置，还包括：

能够选择超驰方式的用户输入装置；以及

其中处理单元还被编程用于当产生所述最大温度故障标记时切断电动机并启动显示装置，并且，如果由用户输入装置选择超驰方式，则仅启动显示装置，而且当在产生所述最大温度故障标记时不切断电动机。

13.如权利要求8所述的控制装置，其中：

所述电动机启动器包括3个电源极，每个电源极上具有散热器，以及和所述散热器处于热连接状态的风扇；

其中所述至少一个极温度检测器具有3个极温度检测器，每个检测器和电动机启动器的电源极处于热连接状态，并产生第一、第二和第三极温度信号；以及

其中处理单元还被编程用于：

确定第一和第二极温度信号之间的1-2偏差；

确定第二和第三极温度信号之间的2-3偏差；

确定第一和第三极温度信号之间的1-3偏差；

如果1-2偏差，2-3偏差，1-3偏差中的任何一个超过温度偏差限制值，则产生温度偏差故障标记。

14.如权利要求13所述的控制装置，还包括：

报警指示输出装置，用于接收温度偏差故障标记，并当存在温度偏差故障标记时产生故障报警指示；以及

用户超驰输入装置，其当所述温度偏差故障标记存在时有效地超驰电动机切断。

15.一种用于跟踪电动机启动器内的温度，并根据温度跟踪控制电动机启动器的方法，所述方法包括以下步骤：

定期地监视电动机启动器的环境温度和多个电源极中的每个极的极温度；

确定在电动机启动器的多个电源极之间的温度偏差，并且

如果在极间的任何温度偏差超过极温度偏差限制时，则产生温度偏差故障标记。

16.如权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

仅当环境温度、极温度或者两者超过风扇接通限制值时才接通风扇。

17.如权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

当产生故障时停止继续的电动机操作，并且当发生故障时产生引人注意的指示；以及

对系统提供一个超驰控制装置，用于当发生故障时禁止切断电机，并且当发生故障使只产生引人注意的指示。

18.如权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

在进入电机切断方式之后通过定期地监视环境温度和极温度跟踪电机的冷却过程；

根据在电机被切断之后当电机启动器冷却时的环境温度和极温度的连续的读数产生环境温度和极温度的每一个的冷却曲线；

将环境温度和极温度的冷却曲线分别与所述环境温度和所述极温度的每一个的原始冷却曲线相比较；并且

如果对各冷却曲线间的比较表明偏差超过预定限制值，则产生维护指示。

19.如权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：

根据在电动机启动器运行于第一次稳态操作温度后的电动机停止期间的环境冷却温度和极冷却温度产生环境温度和极温度的原始冷却曲线；

存储环境温度和极温度的原始冷却曲线在存储器中，供在以后的电动机启动器冷却期间使用；以及

将当前状态环境温度冷却曲线和当前状态极温度冷却曲线分别与环境温度和极温度的原始冷却曲线相比较，以确定电动机启动器是否需要维护。

20.一种用于跟踪电动机启动器中的温度并根据温度跟踪控制电动机启动器的装置，所述装置包括：

用于定期地监视电动机启动器中的环境温度和多个电源极的每个极的极温度的装置；

用于确定在电动机启动器中的多个电源极间的任何温度偏差的装置；以及

用于如果极间的任何温度偏差超过一个极温度偏差限制值时(88)产生温度偏差故障标记的装置。

21.如权利要求20所述的装置，还包括

用于仅当环境温度和极温度中任何一个超过风扇接通限制值时才接通风扇的装置。

22.如权利要求20所述的装置，还包括：

用于当产生故障时停止继续的电动机操作，并且当发生故障时产生引人注意的指示的装置；以及

对系统提供一个超驰控制，用于当发生故障时禁止切断电机，并且当发生故障使只产生引人注意的指示的装置。

23.如权利要求20所述的装置，还包括：

用于在进入电机切断方式之后通过定期地监视环境温度和极温度跟踪电机的冷却过程的装置；

用于根据在电机被切断之后当电机启动器冷却时的环境温度和极温度产生环境温度和极温度的每一个的冷却曲线的装置；

用于将环境温度和极温度的冷却曲线分别与所述环境温度和所述极温度的每一个的原始冷却曲线相比较的装置；以及

用于如果在各冷却曲线之间的比较表明偏差超过预定限制值时，则产生维护指示的装置，

24.如权利要求20所述的装置，还包括步骤：

用于根据在电动机启动器运行于第一次稳态操作温度后的电动机停止期间的环境冷却温度和极冷却温度产生环境温度和极温度的原始冷却曲线的装置；

用于存储环境温度和极温度的原始冷却曲线在存储器中，供在以后的电动机启动器冷却期间使用的装置；以及

用于将当前状态环境温度冷却曲线和当前状态极温度曲线分别与环境温度和极温度的原始冷却曲线相比较，以确定由电动机启动器是否需要维护的装置。