CN104378008A - 软启动器及具有其的空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软启动器，其包括：壳体；两对半导体器件，每个两对半导体器件被反并联地连接，以及第一对半导体器件连接于外接电动机的第一相电通路，和第二对半导体器件连接于外接电动机的第二相电通路；电压测量单元，用于测量在两对半导体器件上的电压；电流测量单元，用于测量流经两对半导体器件的电流；集成在壳体内的一对旁路接触器，一对旁路接触器分别并联至两对半导体器件上；软启动器还包括直连至外接电动机的第三相电通路。与现有技术相比，本发明中的软启动器在尽可能少的电通路上连接半导体器件，降低了生产成本，同时，将每对半导体器件并联的旁路接触器集成在壳体内，结构紧凑，且保证了软启动器的使用安全。

Description

软启动器及具有其的空气压缩机

技术领域

本发明属于电动机启动装置技术领域，尤其涉及一种软启动器及具有其的空气压缩机。

背景技术

软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三个双向可控硅及其电子控制电路。通过控制三个双向可控硅的导通角，使双向可控硅的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到双向可控硅全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器输出一个开关信号用于控制旁路接触器，为电动机正常运转提供额定电压。

现有技术中，软启动器内通常设置有三对可控硅半导体器件，以分别对应控制三相电接入电机时的电流/电压。然而，由于此类可控硅半导体器件的价格偏高，一定程度上已经成为软启动器的成本决定因素。在与其它可替代类型器件，例如变频器的产品竞争中，不能突出核心竞争力，导致软启动器的市场应用一直受限于较少的领域范围内。例如，现有的空气压缩机中，通常使用变频器实现电机的软启动功能，这已经成为了行业内的常用的配置选择，如果软启动器的应用成本不能进一步降低，则很难进入此类的成熟市场。

有鉴于此，继续提供一种软启动器，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种解决上述技术的软启动器。

本发明的目的还在于提供一种空气压缩机。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种软启动器，其包括：

壳体；

两对半导体器件，其中，每个所述两对半导体器件被反并联地连接，以及第一对半导体器件连接于外接电动机的第一相电通路，和第二对半导体器件连接于外接电动机的第二相电通路；

电压测量单元，用于测量在所述两对半导体器件上的电压；

电流测量单元，用于测量流经所述两对半导体器件的电流；

集成在所述壳体内的一对旁路接触器，所述一对旁路接触器分别并联至所述两对半导体器件上；其中，

所述软启动器还包括直连至外接电动机的第三相电通路。

作为本发明的进一步改进，所述软启动器还包括内置旁路启动器，所述一对旁路接触器和第三相电通路的至少部分集成在所述内置旁路启动器内。 

作为本发明的进一步改进，所述内置旁路启动器的接线柱形式是三进三出。 

作为本发明的进一步改进，所述软启动器还包括：

电压估计单元，被配置成根据由所述电压测量单元测量的所述两对半导体器件上的电压计算电动机功率因数角。

作为本发明的进一步改进，所述软启动器还包括：

电流估计单元，被配置成根据由所述电流测量单元测量的流经所述两对半导体器件的电流估算施加在所述第三相电通路上的输入电流。 

作为本发明的进一步改进，所述软启动器还包括散热器，所述散热器的一端与所述内置式旁路接触器连接，另一端与所述半导体器件接触。 

作为本发明的进一步改进，所述两对半导体器件为可控硅组件。 

为实现上述又一发明目的，本发明提供一种空气压缩机，包括空压机组件和软启动器，所述软启动器包括：

壳体；

两对半导体器件，其中，每个所述两对半导体器件被反并联地连接，以及第一对半导体器件连接于外接空压机组件的第一相的电通路，和第二对半导体器件适于连接于外接空压机组件的第二相电通路；

电压测量单元，用于测量在所述两对半导体器件上的电压；

电流测量单元，用于测量流经所述两对半导体器件的电流；

集成在所述壳体内的一对旁路接触器，所述一对旁路接触器分别并联至所述两对半导体器件上；其中，

所述软启动器还包括直连至外接空压机组件的第三相电通路。

作为本发明的进一步改进，所述空气压缩机为螺杆式空气压缩机。

本发明的有益效果是：本发明提供的软启动器通过仅仅在两相电通路上设置半导体器件，而剩余的一相电通路上的电流/电压根据其它两相电通路上的电流/电压利用控制器和相应的软件计算得出，从而节省了一路电通路上的半导体器件，降低了软启动器的生产成本；同时，将与半导体器件并联的旁路接触器集成在软启动器的壳体内部，使得软启动器的应用更加便利，增加了市场的可接受度，且保证了软启动器的使用安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一具体实施方式中内置旁路接触器的软启动器系统的回路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一相电通路可以被称为第二相电通路，并且类似地第二相电通路也可以被称为第一相电通路，这并不背离本申请的保护范围。参图1所示的一软启动器100的具体实施方式。在本实施方式中，该软启动器100包括壳体10、两对半导体器件11、12、电压测量单元（图未示）、电流测量单元（图未示）、电压估计单元（图未示）、电流估计单元（图未示）、以及功率计算单元（图未示）。

图1示出的实施方式中，软启动器100外接三相电并进而连接至一电动机200之间。本领域普通技术人员所熟知的是，该电动机200可以是与软启动器连接的任何合适的机器或器械的电动机，示范性地，例如空气压缩机、消防水泵、大型服务器主机等。

每个所述两对半导体器件被反并联地连接，即，背靠背地并联。优选地，在本实施方式中，该两对半导体器件为可控硅组件；当然在一些其它替换的实施方式中，该两对半导体器件还可以例如为晶闸管。在本实施方式中，第一对半导体器件11连接于外接电动机200的第一相电通路13，第二对半导体器件12连接于外接电动机200的第二相电通路14，同时，软启动器100还包括直连外接电动机200的第三相电通路15。

软启动器100还包括集成在壳体10内的一对旁路接触器21和22，该一对旁路接触器21和22分别对应并联至两对半导体器件11和12上。具体地，旁路接触器21与半导体器件11并联，旁路接触器22与半导体器件12并联。这里所说的旁路接触器21、22可以采用常见的一些开关形式，如本领域普通技术人员所熟知，旁路接触器可以包括三极管、可控硅、继电器开关、或金属氧化物半导体场效应管（Metallic Oxide Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET）等常见的开关形式。

现有的设计中，在软启动器与电动机连接时，需要对软启动器中的半导体器件架构旁路。而这些旁路架构的工作通常需要电动机厂商完成，这会额外地增加电动机厂商的生产成本，并反过来导致软启动器的推广困难；并且，外置的旁路接触器容易在工作过程中造成不必要的生产作业事故，预埋了事故隐患。而本发明中的旁路接触器21和22由于是集成在软启动器100壳体10的内部，可以直接提供给有需要的目标厂商直接装机使用，不需要接口厂商额外地构建旁路，同时保证了产品的安全性能。

通常的软启动器中，在软启动完备后，就会直接切换到旁路接触器上，此后直至下一次启动，软启动器中的半导体器件都不会再参与工作。同时，要保证旁路接触器21、22正常工作，其导通的电流是不能降低的；而旁路接触器21和22吸合时不产生电弧，但分断时会有大电弧，故一般的旁路接触器都有灭弧罩，且为其体积的三分之一。而在本实施方式中，由于旁路接触器21、22是集成在软启动器100壳体10的内部，再增加灭弧罩的话会对软启动器100壳体内的电路布置不利，故本实施方式中，利用软启动的特点，用半导体器件11、12来实现关断，即在旁路接触器21和22分断时，先将大电流转到半导体器件11和12上，使旁路接触器21和22分断时，在旁路接触器21和22上是没有电的，则其分断时也不会产生电弧；而半导体器件11、12分断时，属于无触点关断，也没有电弧产生，故可省去灭弧罩，大大缩小体积。 

电压测量单元用于测量在两对半导体器件11和12上的电压，电流测量单元用于测量流经两对半导体器件11和12的电流。优选地，电压测量单元和电流测量单元都可以例如是集成的传感器。电压估计单元，被配置成根据由电压测量单元测量的两对半导体器件11、12上的电压估算施加在所述第三相电通路15上的输入电压。电流估计单元被配置成根据由电流测量单元测量的流经两对半导体器件11和12的电流估算施加在第三相电通路15上的输入电流。

在软启动器100的工作过程中，在三相电中的两相分别施加于半导体器件11、12上时，通过控制器及配合的软件根据上述的电压测量单元、电流测量单元、电压估计单元、电流估计单元对功率因数角进行测算，并最终得到需要施加在第三相电通路上的合适的电流/电压，保证第三相电通路不会对电动机形成过大的电冲击，保障软启动过程的平稳可靠。这里所说的控制器可以是包括微控制器（Micro Controller Unit, MCU）的集成电路。本领域技术人员所熟知的是，微控制器可以包括中央处理单元（Central Processing Unit, CPU）、只读存储模块（Read-Only Memory, ROM）、随机存储模块（Random Access Memory, RAM）、定时模块、数字模拟转换模块（A/D Converter）、以及若干输入/输出端口。当然，控制装置21也可以采用其它形式的集成电路，如特定用途集成电路（Application Specific Integrated Circuits, ASIC）或现场可编程门阵列（Field-programmable Gate Array, FPGA）等。

在此值得一提的是，软启动器100还包括内置旁路启动器30，一对旁路接触器21和22和第三相电通路15的至少部分集成在内置旁路启动器30内。内置旁路启动器30的接线柱形式是三进三出，有保护功能，接线时需要用的电缆线或铜排少，做线简单方便。软启动器100还包括散热器（图中未示出），散热器的一端与内置式旁路接触器21和22连接，另一端与可控硅接触，通过设置散热器使得可控硅能够有效地散热，同时，又能维持软启动器100较小的体积，结构紧凑。本发明还提供一种空气压缩机（未图示），优选地，该空气压缩机为螺杆式空气压缩机。空气压缩机通过采用上述各实施方式中介绍的软启动器，可以取得上述各实施方式中软启动器具有的有益效果，并且，由于对该空气压缩机的其他结构或功能并未做出改进，故在此对该空气压缩机的其它结构也不再赘述。

本发明通过上述实施方式，具有以下有益效果：本发明提供的软启动器通过仅仅在两相电通路上设置半导体器件，而剩余的一相电通路上的电流/电压根据其它两相电通路上的电流/电压利用控制器和相应的软件计算得出，从而节省了一路电通路上的半导体器件，降低了软启动器的生产成本；同时，将与半导体器件并联的旁路接触器集成在软启动器的壳体内部，使得软启动器的应用更加便利，增加了市场的可接受度，且保证了软启动器的使用安全。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种软启动器，其特征在于，包括：

壳体；

两对半导体器件，其中，每个所述两对半导体器件被反并联地连接，以及第一对半导体器件连接于外接电动机的第一相电通路，和第二对半导体器件连接于外接电动机的第二相电通路；

电压测量单元，用于测量在所述两对半导体器件上的电压；

电流测量单元，用于测量流经所述两对半导体器件的电流；

集成在所述壳体内的一对旁路接触器，所述一对旁路接触器分别并联至所述两对半导体器件上；其中，

所述软启动器还包括直连至外接电动机的第三相电通路。

2.根据权利要求1所述的软启动器，其特征在于，所述软启动器还包括内置旁路启动器，所述一对旁路接触器和第三相电通路的至少部分集成在所述内置旁路启动器内。

3.根据权利要求2所述的软启动器，其特征在于，所述内置旁路启动器的接线柱形式是三进三出。

4.根据权利要求1所述的软启动器，其特征在于，所述软启动器还包括：

电压估计单元，被配置成根据由所述电压测量单元测量的所述两对半导体器件上的电压计算电动机功率因数角。

5.根据权利要求1所述的软启动器，其特征在于，所述软启动器还包括：

电流估计单元，被配置成根据由所述电流测量单元测量的流经所述两对半导体器件的电流估算施加在所述第三相电通路上的输入电流。

6.根据权利要求1所述的软启动器，其特征在于，所述软启动器还包括散热器，所述散热器的一端与所述内置式旁路接触器连接，另一端与所述半导体器件接触。

7.根据权利要求1所述的软启动器，其特征在于，所述两对半导体器件为可控硅组件。

8.一种空气压缩机，包括空压机组件和软启动器，其特征在于，所述软启动器包括：

壳体；

两对半导体器件，其中，每个所述两对半导体器件被反并联地连接，以及第一对半导体器件连接于外接空压机组件的第一相的电通路，和第二对半导体器件适于连接于外接空压机组件的第二相电通路；

电压测量单元，用于测量在所述两对半导体器件上的电压；

电流测量单元，用于测量流经所述两对半导体器件的电流；

集成在所述壳体内的一对旁路接触器，所述一对旁路接触器分别并联至所述两对半导体器件上；其中，

所述软启动器还包括直连至外接空压机组件的第三相电通路。 

9.根据权利要求8所述的空气压缩机，所述空气压缩机为螺杆式空气压缩机。