专利名称：一种启动装置、方法及供电系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电路控制技术领域，具体地，涉及一种用于改善电路中启动电流的启 动装置、方法及供电系统。
背景技术：
随着技术进步，大规模、自动化的生产方式已经成为当今工业发展的必然趋势，与 此同时，生产设备的规模及运行功率也在不断增大。因此，维持供电系统及生产设备的安全 性和稳定性已经成为本领域内的技术人员亟须解决的重大问题。例如，太阳能电池的生产设备中，用于预热硅片的红外辐射加热灯管(以下简称 为红外灯管)的供电系统就存在启动电流过大的问题。其原因在于，红外灯管的灯丝材料 大多采用钨丝制成，经过测定，钨丝冷态的电阻率仅为工作状态时的一半左右。因此，当红 外灯管自冷态启动时，电路中的瞬间启动电流将远大于其正常工作时的额定电流。而过大 的启动电流会增加输电线路上的电压降，这不但会造成供电电压不足并影响到其他负载的 正常工作；而且使整个供电系统中的断路器、熔断器的设计额定容量增加，从而增加设备成 本；更甚者还会增大设备接线柱之间发生打火的几率，造成设备的安全隐患。如图1所示，为目前常用的一种用于减小上述红外灯管的瞬间启动电流的电路框 图，其借助串联在电源和红外灯管之间的晶闸管调功器来降低系统的瞬间启动电流。其原 理是，通过逐步改变晶间管调功器中功率管的移相角，使红外灯管两端的电压有效值逐渐 上升，从而控制启动电流。但是，晶闸管调功器的使用会给电路带来一些新的问题首先，经过晶闸管调压 后，电路中会产生波形畸变，降低功率因数并导致系统过热，进而降低设备的使用寿命；其 次，晶间管调功器会给系统造成严重的谐波污染，使电能质量下降并产生电磁兼容问题。而 为了减少谐波，通常需要在晶闸管调功器的后端接入滤波器(如图1所示)，这样，不但增加 设备成本，而且采用过多的额外设备还将降低整个系统的稳定性和安全性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于改善电路中启动电流的启动装置、方法以 及供电系统，其在有效降低系统瞬间启动电流的同时，还能够避免谐波污染、提高系统的安 全性和稳定性。为此，本发明提供一种用于改善电路中启动电流的启动装置，其与加热元件串联， 用以降低在启动加热元件时电路中的瞬间电流。该启动装置包括彼此并联的启动阻抗和启 动开关，启动开关在启动加热元件时处于断开状态，使得加热元件与启动阻抗形成通路，以 便启动阻抗对该通路实现分压限流，从而降低在启动加热元件时该通路中的瞬间电流；启 动开关在加热元件完全启动后处于闭合状态，以将启动阻抗两端短路，使得加热元件与闭 合的启动开关形成通路，从而使加热元件在额定电流下工作。其中，启动开关包括时间继电器，其在到达加热元件完全启动时间后即动作，以将启动阻抗两端短路，从而使得加热元件与闭合的启动开关形成通路。其中，加热元件完全启 动时间预先通过实验测定。其中，启动阻抗包括电阻和/或电感和/或电容。其中，加热元件包括η支并联和/或串联在一起的红外灯管，η为大于等于1的正整数。其中，电阻的取值范围满足下述公式所示条件<formula>formula see original document page 6</formula>
上式中，η为单相回路中红外灯管的数量，In为各相回路的额定电流，V为电源电 压，Rc为单支红外灯管的冷态电阻，Rx为满足条件的电阻值。其中，电感的取值范围满足下述公式所示条件<formula>formula see original document page 6</formula>
上式中，η为单相回路中红外灯管的数量，In为各相回路的额定电流，V为电源电 压，Re为单支红外灯管的冷态电阻，ω为电源的额定角频率，LxS满足条件的电感值。其中，电容的取值范围满足下述公式所示条件<formula>formula see original document page 6</formula>
上式中，η为单相回路中红外灯管的数量，In为各相回路的额定电流，V为电源电 压，Re为单支红外灯管的冷态电阻，ω为电源的额定角频率，CxS满足条件的电容值。此外，本发明还提供一种用于改善电路中启动电流的方法，其包括下述步骤10)对加热元件串联启动装置，启动装置包括彼此并联的启动阻抗和启动开关；20)启动加热元件，同时断开启动开关，使得加热元件与启动阻抗形成通路，以便 启动阻抗对该通路实现分压限流，从而降低在启动加热元件时该通路中的瞬间电流；30)待加热元件完全启动后，闭合启动开关，以将启动阻抗两端短路，使得加热元 件与闭合的启动开关形成通路，从而确保加热元件在额定工作电流下工作。其中，在步骤20)和步骤30)之间还包括这样的步骤即，判断开始启动加热元 件后所持续的时间是否到达完全启动时间，如果是，则转到步骤30)；如果否，则转到步骤 20)。其中，步骤20)之前还包括这样的步骤即，预先通过实验测定加热元件完全启动时 间。其中，启动阻抗包括电阻和/或电感和/或电容。其中，加热元件包括η支并联和/或串联在一起的红外灯管，η为大于等于1的正整数。其中，电阻的取值范围满足下述公式所示条件<formula>formula see original document page 6</formula>
上式中，η为单相回路中红外灯管的数量，In为各相回路的额定电流，V为电源电 压，Rc为单支红外灯管的冷态电阻，Rx为满足条件的电阻值。
其中，电感的取值范围满足下述公式所示条件
<formula>formula see original document page 7</formula>上式中，η为单相回路中红外灯管的数量，In为各相回路的额定电流，V为电源电 压，Re为单支红外灯管的冷态电阻，ω为电源的额定角频率，LxS满足条件的电感值。其中，电容的取值范围满足下述公式所示条件
<formula>formula see original document page 7</formula>
上式中，η为单相回路中红外灯管的数量，In为各相回路的额定电流，V为电源电 压，Re为单支红外灯管的冷态电阻，ω为电源的额定角频率，CxS满足条件的电容值。另外，本发明还提供一种能够改善电路中启动电流的供电系统，包括电源，电源 为三相交变电源，其中至少一相串接有电源开关，用以控制整个供电系统的通断；加热元 件，用以将电源提供的电能转化为热辐射；在该供电系统三相中的至少一相中还包括有本 发明提供的启动装置，其串接于电源开关和加热元件之间，用以降低在启动加热元件时电 路中的瞬间电流。另外，本发明还提供一种能够改善电路中启动电流的供电系统，包括电源，电源 为三相交变电源，其中至少一相串接有电源开关，用以控制整个启动装置的通断；加热元 件，用以将电源提供的电能转化为热辐射；该供电系统还应用了本发明提供的用于改善电 路中启动电流的方法，用以降低在启动加热元件时电路中的瞬间电流。本发明具有下述有益效果本发明所提供的启动装置用于改善电路中启动电流，其串联在电源开关和加热元 件之间，包括并联的启动阻抗和启动开关。在启动加热元件的过程中，启动阻抗与加热元件 串联并起到分压限流的作用；当加热元件完全启动后，启动开关闭合而将启动阻抗短路。因 此，本发明提供的启动装置可有效降低系统的瞬间启动电流，并具有结构简单、易于实现的 优点。而且，当闭合启动开关后，系统中没有额外设备，故能避免系统中的谐波污染和电磁 兼容等的问题，从而提高系统的安全性和稳定性。本发明提供的用于改善电路中启动电流的方法，借助由启动阻抗和启动开关并联 而成的启动装置可有效降低系统的瞬间启动电流，操作简单、易于实现，同时还能避免系统 中的谐波污染和电磁兼容等的问题，提高系统的安全性和稳定性。本发明提供的供电系统，应用本发明提供的启动装置和/或方法，同样可有效降 低系统的瞬间启动电流，提高系统的安全性和稳定性。
图1为目前常用的一种用于减小启动电流的电路框图；图2为采用了本发明第一实施方式所提供的启动装置的系统结构示意图；图3为采用了本发明第二实施方式所提供的启动装置的系统结构示意图；图4为采用了本发明第三实施方式所提供的启动装置的系统结构示意图；以及图5为本发明用于改善电路中启动电流的方法的一种具体实施方式
的流程示意 图。
具体实施例方式为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提 供的用于改善电路中启动电流的启动装置、方法以及应用上述启动装置和/或方法的供电 系统进行详细描述。请参阅图2，为本发明第一种具体实施方式
提供的启动装置的应用系统框图(启 动装置为图中的点状虚线框内的部分，下述图3和图4中同理)。如图所示，本实施方式中， 采用电阻R元件作为启动阻抗，启动开关S2与该电阻R并联而共同构成本实发明的启动装 置。电源AC为三相交变电源，在其各相(当然，也可以仅在其中一相或两相)均依次串接 有电源开关Si、启动装置以及加热元件。本实施方式中，加热元件是由η支红外灯管并联而 成的红外灯管组，η为大于等于1的正整数。当然，该红外灯管组并不局限于并联而成，其 也可以通过串联或者串/并联结合的方式组合而成。上述系统的启动过程如下首先闭合电源开关Si，使电源AC、电阻R、红外灯管形 成通电回路从而启动红外灯管，此时作为启动阻抗的电阻R可起到分压限流的作用，从而 降低在启动红外灯管时系统中的瞬间电流；待红外灯管完全启动后启动开关S2闭合，将启 动阻抗两端短路，使电源AC和红外灯管组成新的回路，以完成启动操作并使红外灯管在额 定状态下正常工作。在实际应用中，电源开关Sl及启动开关S2的通断可以由工作人员手动操作，优选地通过预先设置的软/硬件系统的自动控制来实现。例如，可以采用时间继电器作为启动 开关S2而实现自动操作，将预先通过实验而测定好的加热元件完全启动时间预先设置给 时间继电器，当到达预设的加热元件完全启动时间后，该时间继电器即动作，将启动阻抗两 端短路，从而实现电路的自动控制。当采用电阻作为启动阻抗时，其取值范围可以通过下述公式计算V式(1) Rc I n +Rx其中，η为单相回路中红外灯管的数量，In为各相回路的额定电流，V为电源电压， Re为单支红外灯管的冷态电阻，Rx为满足条件的电阻值。下面举例说明应用式(1)计算电 阻的过程。目前，常用的红外灯管的工作参数为，额定工作电压100V，额定功率1. 6KW，灯管 在额定工作状态下的阻值为6. 25 Ω，额定电流16Α。按每相并联40支红外灯管计算，额定 工作状态下各相回路的电流值为ΙΝ = 40Χ16Α = 640Α。又知道，红外灯管的冷态阻值约为 额定工作状态时的阻值的1/2，即3. 125 Ω，代入式(1)即可求得Rx > 0.078125 Ω。这里， 0. 078125 Ω即为满足分压条件的临界电阻值，所串联电阻的阻值至少应等于或大于该临界 值。当然，也可以使所串联电阻的阻值在满足分压条件的范围内连续可调，以便更加精确的 控制启动电流。为验证上述结论，可以取一个大于临界电阻值的电阻作为启动阻抗进行计算，例 如取一个0. 1Ω的电阻，其它的参数不变，则上述系统中各相的启动电流可通过下式计算 得到
<formula>formula see original document page 9</formula>式⑵其中IXS为串联电阻后各相中的启动电流值。可见，本发明提供的用于改善电路中启动电流的启动装置能够有效地降低启动电 流。需要指出的是，本实施方式中采用电阻R元件作为启动阻抗的启动装置，适合在 电流较小、功率较低的情况中使用。当整个回路的功率和电流都较高时，作为启动阻抗的电 阻会消耗一定的电能，降低能源利用率。以式⑵计算所得的电流值为例，阻值为0. 1 Ω的 电阻所消耗的功率为P = I2R = 561. 42X0. Iff = 31. 5KW式(3)可见，电阻所消耗的功率数值是非常大的。由此，本发明提出一种针对图2所示的 第一种实施方式的改进方案，如图3所示。图3中，本发明第二种具体实施方式
所提供的启动装置的应用系统，与上述第一 种实施方式的不同之处在于，其采用电感L元件代替电阻R元件作为启动阻抗。除启动阻抗不同外，本实施方式提供的启动装置的结构、启动过程及相关参数与 图2所示的第一种实施方式类似，在此不再赘述。本实施方式中，作为启动阻抗的电感L的取值范围可通过下述公式计算<formula>formula see original document page 9</formula>其中，LxS所求的满足条件的电感值，ω为电源的额定角频率(其值为100π)， 而η、ΙΝ、V和Re等参数与式(1)中各参数类似。将各数值代入式⑷中经计算可求得 Lx^O. 4307mH，这里，0. 4307mH即为满足分压条件的临界电感值，所串联的电感值至少应等 于或大于该临界值。当然，同样可以使所串联的电感值在满足分压条件的范围内连续可调， 以便更加精确的控制启动电流。本实施方式中，各相的启动电流可通过下式计算得到<formula>formula see original document page 9</formula>式(5)其中，Ixs表示串联电感后各相中的启动电流值。不难验证，采用电感元件作为启动阻抗同样可有效降低系统的启动电流。而相对 于图2所示的第一种实施方式，采用电感元件作为启动阻抗的优点在于，其本身所消耗的 能量很少，故能有效减少系统的功率损耗，提高能源利用率。请参阅图4，本发明第三种具体实施方式
所提供的启动装置的应用系统，作为另一 种针对图2所示的第一种实施方式的改进方案，其不同之处在于，采用电容C元件代替电阻 R元件作为启动阻抗。除启动阻抗不同外，本实施方式提供的启动装置的结构、启动过程及相关参数与 图2所示的第一种实施方式类似，在此不再赘述。本实施方式中，电容C的取值范围可通过下述公式计算<formula>formula see original document page 10</formula>其中，Cx为满足条件的电容值，其同样可设置为电容值连续可调的形式，以更加精 确地控制启动电流。各相的启动电流可通过下式计算得到<formula>formula see original document page 10</formula>其中，Ixs表示串联电容后各相中的启动电流值。采用电容C元件作为启动阻抗使用时，类似于图3所示的第二种实施方式中采用 电感L元件的情况，其自身所消耗的能量很少，因此，也能有效减少系统的功率损耗，提高 能源利用率。由以上描述可知，本发明提供的用于改善电路中启动电流的启动装置，当系统功 率和电流都比较小的情况，可以采用电阻、电感和/或电容中的任意一种作为启动阻抗用 于降低系统的瞬间启动电流；而当系统功率和电流值相对较高时，由于电阻元件本身消耗 功率较大，所以优选地采用电感或电容作为启动阻抗。需要指出的是，启动阻抗的选用并不局限于此，在同一启动装置中也可以采用电 阻、电感和电容等电气元件中的两种或三种同时作为启动阻抗使用，只要采取合理的连接 方式及选取适当的参数，其同样可起到有效降低系统瞬间启动电流的作用。此外，本发明还提供一种用于改善电路中启动电流的方法，其利用由启动阻抗和 启动开关并联组成的启动装置可有效降低系统的瞬间启动电流。请参阅图5，本发明提供用 于改善电路中启动电流的方法具体包括下述步骤101)对加热元件串联启动装置，该启动装置包括彼此并联的启动阻抗和启动开关。102)通过实验测定加热元件完全启动时间。103)启动加热元件，同时断开启动开关，使得加热元件与启动阻抗形成通路，以便 启动阻抗对该通路实现分压限流，从而降低在启动加热元件时该通路中的瞬间电流。104)判断开始启动加热元件后所持续的时间是否到达上述完全启动时间，如果 是，则转到步骤105)；如果否，则保持步骤103)中的状态。105)待加热元件完全启动后，闭合启动开关，以将启动阻抗两端短路，使得加热元 件与闭合的启动开关形成通路，从而确保加热元件在额定工作电流下工作。本发明提供的用于改善电路中启动电流的方法中，加热元件、启动阻抗及其取值 条件和计算方法等都与本发明所提供的启动装置相类似，因此不再赘述。此外，本发明还提供一种能够改善电路中启动电流的供电系统，包括三相交变电 源，其中至少一相串接有电源开关，用以控制整个供电系统的通断；加热元件，用以将电 源提供的电能转化为热辐射；以及本发明所提供的启动装置，其串接于电源开关和加热元 件之间，用以降低在启动加热元件时电路中的瞬间电流。另外，本发明还提供一种能够改善电路中启动电流的供电系统，包括三相交变电 源，其中至少一相串接有电源开关，用以控制整个供电系统的通断；加热元件，用以将电 源提供的电能转化为热辐射；另外，本供电系统还应用了本发明所提供用于改善电路中启动电流的方法，用以降低在启动加热元件时电路中的瞬间电流。综上所述，本发明所提供的用于改善电路中启动电流的的启动装置和方法，借助 相互并联的启动阻抗和启动开关可有效降低系统的瞬间启动电流，操作简单、易于实现。而 且，当加热元件完全启动后启动开关闭合而将启动阻抗短路，此时系统除电源和加热元件 外没有任何额外设备，因此能够有效避免系统中谐波污染和电磁兼容等的问题，提高系统 的安全性及稳定性。本发明提供的能够改善电路中启动电流的供电系统，由于应用了本发明所提供的 启动装置和/或方法，同样可有效降低系统的瞬间启动电流，提高系统的安全性及稳定性。尽管本发明前述实施例中以加热元件为例对本发明提供的用于改善电路中启动电流的启动装置、方法以及供电系统进行了说明，但是本发明并不局限于此，而是也可以应 用于包含有其他类型负载的电路中，以降低电路中的瞬间启动电流。可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施 方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精 神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
一种用于改善电路中启动电流的启动装置，其与加热元件串联，用以降低在启动所述加热元件时电路中的瞬间电流，其特征在于，所述启动装置包括彼此并联的启动阻抗和启动开关，所述启动开关在启动所述加热元件时处于断开状态，使得所述加热元件与所述启动阻抗形成通路，以便所述启动阻抗对该通路实现分压限流，从而降低在启动所述加热元件时该通路中的瞬间电流；所述启动开关在所述加热元件完全启动后处于闭合状态，以将所述启动阻抗两端短路，使得所述加热元件与所述闭合的启动开关形成通路，从而使所述加热元件在额定电流下工作。
2.根据权利要求1所述的启动装置，其特征在于，所述启动开关包括时间继电器，其在 到达加热元件完全启动时间后即动作，以将所述启动阻抗两端短路，从而使得所述加热元 件与所述闭合的启动开关形成通路。
3.根据权利要求1所述的启动装置，其特征在于，所述启动阻抗包括电阻和/或电感和 /或电容。
4.根据权利要求3所述的启动装置，其特征在于，所述加热元件包括η支并联和/或串 联在一起的红外灯管，η为大于等于1的正整数。
5.根据权利要求4所述的启动装置，其特征在于，所述电阻的取值范围满足下述公式 所示条件<formula>formula see original document page 2</formula>其中，η为单相回路中红外灯管的数量， In为各相回路的额定电流， V为电源电压，Rc为单支红外灯管的冷态电阻， Rx为满足条件的电阻值。
6.根据权利要求4所述的启动装置，其特征在于，所述电感的取值范围满足下述公式所示条件<formula>formula see original document page 2</formula>其中，η为单相回路中红外灯管的数量， In为各相回路的额定电流， V为电源电压，Rc为单支红外灯管的冷态电阻， ω为电源的额定角频率， LxS满足条件的电感值。
7.根据权利要求4所述的启动装置，其特征在于，所述电容的取值范围满足下述公式 所示条件<formula>formula see original document page 2</formula>其中，η为单相回路中红外灯管的数量，In为各相回路的额定电流， V为电源电压，Rc为单支红外灯管的冷态电阻， ω为电源的额定角频率， CxS满足条件的电容值。
8.一种用于改善电路中启动电流的方法，其特征在于，包括下述步骤10)对所述加热元件串联启动装置，所述启动装置包括彼此并联的启动阻抗和启动开关；20)启动所述加热元件，同时断开所述启动开关，使得所述加热元件与所述启动阻抗形 成通路，以便所述启动阻抗对该通路实现分压限流，从而降低在启动所述加热元件时该通 路中的瞬间电流；30)待所述加热元件完全启动后，闭合所述启动开关，以将所述启动阻抗两端短路，使 得所述加热元件与所述闭合的启动开关形成通路，从而确保所述加热元件在额定工作电流 下工作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤20)和步骤30)之间还包括 这样的步骤即，判断开始启动所述加热元件后所持续的时间是否到达完全启动时间，如果 是，则转到步骤30)；如果否，则转到步骤20)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述启动阻抗包括电阻和/或电感和/ 或电容。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述加热元件包括η支并联和/或串联 在一起的红外灯管，η为大于等于1的正整数。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电阻的取值范围满足下述公式所 示条件<formula>formula see original document page 3</formula>其中，η为单相回路中红外灯管的数量， In为各相回路的额定电流， V为电源电压，Rc为单支红外灯管的冷态电阻， Rx为满足条件的电阻值。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电感的取值范围满足下述公式所 示条件<formula>formula see original document page 3</formula>其中，η为单相回路中红外灯管的数量， In为各相回路的额定电流， V为电源电压，Rc为单支红外灯管的冷态电阻， ω为电源的额定角频率，LxS满足条件的电感值。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电容的取值范围满足下述公式所 示条件 <formula>formula see original document page 4</formula>其中，η为单相回路中红外灯管的数量， In为各相回路的额定电流， V为电源电压，Rc为单支红外灯管的冷态电阻， ω为电源的额定角频率， CxS满足条件的电容值。
15.一种能够改善电路中启动电流的供电系统，包括电源，所述电源为三相交变电源， 其中至少一相串接有电源开关，用以控制整个供电系统的通断；加热元件，用以将所述电 源提供的电能转化为热辐射；其特征在于，三相中的至少一相中还包括有如权利要求1至 7中任意一项所述的启动装置，其串接于所述电源开关和所述加热元件之间，用以降低在启 动所述加热元件时电路中的瞬间电流。
16.一种能够改善电路中启动电流的供电系统，包括电源，所述电源为三相交变电源， 其中至少一相串接有电源开关，用以控制整个启动装置的通断；加热元件，用以将所述电 源提供的电能转化为热辐射；其特征在于，所述供电系统应用了如权利要求8至14中任意 一项所述的方法，用以降低在启动所述加热元件时电路中的瞬间电流。
全文摘要
本发明提供一种用于改善电路中启动电流的启动装置、方法及供电系统。启动装置与加热元件串联，该启动装置由启动阻抗和启动开关并联而成。在启动加热元件时，启动开关断开以便启动阻抗对该通路实现分压限流；在加热元件完全启动后，启动开关闭合以将所述启动阻抗两端短路，从而使加热元件在额定工作电流下工作。用于改善电路中启动电流的方法包括对加热元件串联启动装置；启动加热元件，同时断开启动开关；待加热元件完全启动后，闭合启动开关。供电系统包括有上述启动装置和/或方法。本发明的优点在于，能够有效降低启动电流，并具有结构简单、无谐波污染等的优点。
文档编号H05B39/02GK101815389SQ20091007815
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月19日 优先权日2009年2月19日
发明者郑能涛 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司