專利名稱：一種異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交流異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP模糊控制的異步電 動(dòng)機(jī)節(jié)能器。
背景技術(shù)：
交流異步電動(dòng)機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、很 少需要維護(hù)及可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前 的大部分的工業(yè)拖動(dòng)都是以交流異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。這些異步電動(dòng)機(jī)一般都是按照設(shè)計(jì) 的負(fù)載進(jìn)行選擇的，但在實(shí)際使用中，大都經(jīng)常處在輕載甚至在空載下運(yùn)行。因此，"大馬拉 小車"的現(xiàn)象幾乎是很普通的，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率低，效率不高，電能的浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。
目前，市場(chǎng)上使用的異步電動(dòng)機(jī)節(jié)電器大多采用Y/ A啟動(dòng)技術(shù)，由于它不能隨電 動(dòng)機(jī)負(fù)載變化而變化，因而節(jié)電效率不高。而采用晶閘管調(diào)壓技術(shù)的電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器，主要 是進(jìn)行調(diào)節(jié)，但它的控制方法單一，難以對(duì)電動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供了一種異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器，該異步電
動(dòng)機(jī)節(jié)能器有效的解決了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)解析方法對(duì)電動(dòng)機(jī)及負(fù)載適應(yīng)能力不強(qiáng)的問題，能適
用于各種不同工況下異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，獲得較為高效的節(jié)能(功效)效果。 本發(fā)明提供的異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器，其特征在于它包括電源電路、電壓同步信號(hào)檢
測(cè)電路、DSP主控器、觸發(fā)電路、主電路控制模塊、保護(hù)電路、端電壓檢測(cè)電路、功率因數(shù)角檢
測(cè)電路和輸入輸出電路； 電源電路為節(jié)能器各部件提供電源； 電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路與三相電網(wǎng)電壓相連，用于檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓同步信號(hào)， 并將該三相電壓同步信號(hào)送入DSP主控器； 保護(hù)電路與異步電動(dòng)機(jī)的輸入端相連，用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的電壓、電流信號(hào)，對(duì) 其波形進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入DSP主控器；保護(hù)電路在接收到DSP主控器反 饋的控制信號(hào)時(shí)斷開主電路； 端電壓檢測(cè)電路與異步電動(dòng)機(jī)的定子端電壓相連，用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)定子的端
電壓信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再送入DSP主控器； 功率因數(shù)角檢測(cè)模塊的一端與異步電動(dòng)機(jī)的輸入端相連，用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的
功率因數(shù)角信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再送入DSP主控器； DSP主控器用于判斷電壓、電流是否超過設(shè)定的閾值，在電壓電流值超過閾值時(shí)，
DSP主控器向保護(hù)電路發(fā)送控制信號(hào)；DSP主控器還根據(jù)接收到的功率因數(shù)角信號(hào)、端電壓
信號(hào)和三相電壓同步信號(hào)，進(jìn)行模糊規(guī)則優(yōu)化處理，計(jì)算得到實(shí)時(shí)觸發(fā)角，并將該實(shí)時(shí)觸發(fā)
角信號(hào)發(fā)送給觸發(fā)電路；DSP主控器還與輸入輸出電路連接，二者進(jìn)行信號(hào)交互； 觸發(fā)電路接收DSP主控器發(fā)出的實(shí)時(shí)觸發(fā)角信號(hào)，對(duì)主電路控制模塊發(fā)出實(shí)時(shí)觸
4發(fā)角脈沖控制信號(hào)； 主電路控制模塊的輸入端與三相電網(wǎng)電壓相連，其輸出端與異步電動(dòng)機(jī)輸入端相 連，其控制端接收來自觸發(fā)電路的實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)，主電路控制模塊中的開關(guān)器 件被觸發(fā)導(dǎo)通，并按照實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)實(shí)時(shí)確定開關(guān)器件輸出電壓的大小，將該 輸出電壓加載在異步電動(dòng)機(jī)端口 。 本發(fā)明提供的異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、成本較低，并且能夠自動(dòng)檢 測(cè)三相電網(wǎng)電壓同步信號(hào)和異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)角信號(hào)以及異步電動(dòng)機(jī)端電壓信號(hào)。具體 而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn) (1)本發(fā)明采用DSP控制技術(shù)能實(shí)時(shí)的對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的端電壓和功率因數(shù)角信號(hào) 進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)和控制。 (2)本發(fā)明采用模糊控制技術(shù)，它不依賴精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)參數(shù)的變化不敏感， 適應(yīng)性強(qiáng)，具有很好的魯棒性。 (3)本發(fā)明的檢測(cè)方法是，通過比較器把異步電動(dòng)機(jī)的電壓、電流過零信號(hào)轉(zhuǎn)換成 方波信號(hào)，最后轉(zhuǎn)換為功率因數(shù)角數(shù)字信號(hào)供DSP主控器采集。 (4)本發(fā)明利用三相電網(wǎng)電壓同步的基本特性，通過比較器能精確測(cè)量三相電網(wǎng) 同步電壓信號(hào)的過零信息轉(zhuǎn)換成方波數(shù)字信號(hào)，供DSP主控器采集。 (5)本發(fā)明說采用數(shù)字信號(hào)處理器DSP芯片特別適用于異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)字信 號(hào)處理。它具有速度快、運(yùn)算精度高、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、功耗低、控制指令靈活等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是本發(fā)明的DSP主控器實(shí)時(shí)控制原理圖。 圖3是本發(fā)明的功率因數(shù)角檢測(cè)電路A相的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明的DSP主控器控制主流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 如圖1所示，本發(fā)明提供的異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器包括電源電路1、電壓同步信號(hào)檢測(cè) 電路2、 DSP主控器3、觸發(fā)電路4、主電路控制模塊5、保護(hù)電路6、端電壓檢測(cè)電路7、功率 因數(shù)角檢測(cè)電路8和輸入輸出電路9。
電源電路1為該節(jié)能器各部件提供電源。 電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路2 —端與三相電網(wǎng)電壓相連，另一端與DSP主控器3的輸 入端相連。電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路2用于檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓同步信號(hào)，并將該同步信號(hào)送 入DSP主控器3輸入端。 保護(hù)電路6用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)10的電壓、電流信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn) 換后的數(shù)字信號(hào)送入DSP主控器3輸入端。 端電壓檢測(cè)電路7 —端與異步電動(dòng)機(jī)10的定子端電壓相連，另一端與DSP主控器 3的輸入端相連。它用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)定子的端電壓信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)后，再送入DSP主控器3輸入端。
功率因數(shù)角檢測(cè)電路8的一端與異步電動(dòng)機(jī)的輸入端相連，另一端與DSP主控器3 的輸入端相連。它用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)10的功率因數(shù)角信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再送入DSP主控器3輸入端。 DSP主控器3用于判斷電壓、電流是否超過設(shè)定的閾值，若沒有超過閾值，節(jié)能控 制器繼續(xù)運(yùn)行。若超過閾值，DSP主控器3向保護(hù)電路6發(fā)送控制信號(hào)，保護(hù)電路6斷開主 電路，起到保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)的作用。DSP主控器3還根據(jù)采集到的功率因數(shù)角、端電壓和電 壓同步數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模糊規(guī)則優(yōu)化處理，計(jì)算得到觸發(fā)角的實(shí)時(shí)值，并將該實(shí)時(shí)值發(fā)送給 觸發(fā)電路4。 DSP主控器3還與輸入輸出電路9進(jìn)行交互，將檢測(cè)到的各種信號(hào)的分析處理 后的結(jié)果發(fā)送給輸入輸出電路9，同時(shí)接收用戶通過輸入輸出電路9輸入的控制信號(hào)。
如圖2所示，DSP主控器3接收電壓同步信號(hào)檢測(cè)的三相電網(wǎng)電壓同步信號(hào)、異步 電動(dòng)機(jī)10的功率因數(shù)角檢測(cè)信號(hào)、異步電動(dòng)機(jī)10的端電壓檢測(cè)信號(hào)、輸入輸出電路9發(fā)出 的各種接收信號(hào)。DSP主控器3對(duì)采集到的各種信號(hào)根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算處理，得 到實(shí)時(shí)的觸發(fā)角值。此時(shí)DSP主控器3對(duì)觸發(fā)電路4發(fā)出實(shí)時(shí)的觸發(fā)角信號(hào)，由觸發(fā)電路 4對(duì)主電路控制模塊5中的開關(guān)器件發(fā)出觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)。主電路控制模塊5中的開 關(guān)器件接收到的觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)，使開關(guān)器件導(dǎo)通，并按照實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào) 實(shí)時(shí)確定其輸出電壓的大小，將該輸出電壓加載在異步電動(dòng)機(jī)端口 ，使三相異步電動(dòng)機(jī)按 照所需的功率運(yùn)行。從而達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制異步電動(dòng)機(jī)定子端電壓，節(jié)能降耗的目的。
觸發(fā)電路4接收DSP主控器3發(fā)出的實(shí)時(shí)觸發(fā)角信號(hào)，對(duì)主電路控制模塊5發(fā)出 實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)。 主電路控制模塊5的輸入端與三相電網(wǎng)電壓相連，輸出端與異步電動(dòng)機(jī)10輸入端 相連。主電路控制模塊5的控制端接收來自觸發(fā)電路4的實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)，主電路 控制模塊5中的開關(guān)器件被觸發(fā)導(dǎo)通，并按照實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)實(shí)時(shí)確定其輸出電 壓的大小，將該輸出電壓加載在異步電動(dòng)機(jī)端口 ，使三相異步電動(dòng)機(jī)按照所需的功率運(yùn)行。
節(jié)能控制器對(duì)輸出電壓的控制實(shí)質(zhì)上就是對(duì)主電路控制模塊5中的開關(guān)器件通 斷時(shí)刻的嚴(yán)格控制來實(shí)現(xiàn)的。因此各個(gè)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)間，持續(xù)的長(zhǎng)度，互相之間的間隔 及順序十分重要，必須要與三相電網(wǎng)電壓保持一致。電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路2主要完成脈 沖觸發(fā)角時(shí)間起點(diǎn)的定位，每次電壓過零時(shí)刻被記錄下來，以此作為觸發(fā)角脈沖信號(hào)的基 準(zhǔn)。 輸入輸出電路9用于接收DSP主控器3輸出的各種數(shù)字信號(hào)，實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示與傳 輸，同時(shí)輸入輸出電路9也可對(duì)DSP主控器3輸入端發(fā)出的各種控制信號(hào)；輸入輸出電路9 還可以包括通訊電路，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊。 異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)所帶負(fù)載大小的不同，異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)角、電網(wǎng)電 壓和電動(dòng)機(jī)定子端電壓等性能指標(biāo)會(huì)有較大的變化。該節(jié)能控制器通過對(duì)異步電動(dòng)機(jī)功 率因數(shù)角信號(hào)、三相電網(wǎng)電壓同步信號(hào)和異步電動(dòng)機(jī)定子端電壓信號(hào)等關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)測(cè) 量，并通過模糊控制算法及時(shí)的調(diào)整控制器系統(tǒng)的性能指標(biāo)，使其達(dá)到較理想的實(shí)時(shí)控制 要求，與此同時(shí)對(duì)控制器系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及故障信息進(jìn)行顯示和處理。 主電路控制模塊5采用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)，主要用來控制異步電動(dòng)機(jī)10運(yùn)行，主電路 控制模塊5的開關(guān)器件可采用KS200A(或PK55F-120)雙向晶閘管，也可采用絕緣門級(jí)雙極 型晶體管IGBT(如M57957L)。
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本發(fā)明的功率因數(shù)角檢測(cè)電路包括結(jié)構(gòu)相同的A、 B和C相檢測(cè)電路，下面以A相 檢測(cè)電路為例，說明其具體結(jié)構(gòu)。 如圖3所示，A相檢測(cè)電路包括第一、第二比較器U11、U12，光電耦合器U2，異或門 U3，互感器T1。 對(duì)A相電壓采樣，A相電壓信號(hào)與電阻R1的一端相連，電阻R1的另一端與反并聯(lián) 的二極管D1、D2的一端相連并且與第一比較器U11的一個(gè)輸入端連接，反并聯(lián)的二極管D1、 D2的另一端接地。第一比較器Ull的另一輸入端與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端 接地。第一比較器Ull輸出端與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端分別與二極管D3的 陰極端和光電耦合器U2的一個(gè)輸入端相連，二極管D3的陽極端和光電耦合器U2的另一個(gè) 輸入端接地。光電耦合器U2的一個(gè)輸出端Va分別與異或門U3的一個(gè)輸入端和穩(wěn)壓二極 管W3的陰極端以及DSP主控器3的一個(gè)輸入端相連，穩(wěn)壓二極管W3的陽極端和光電耦合 器U2的另一個(gè)輸出端接地。異或門U3的輸出端與DSP主控器3的另一個(gè)輸入端相連。
同理，對(duì)A相電流采樣，A相電流信號(hào)與電流互感器T1的一個(gè)輸入端相連，電流互 感器T1的另一個(gè)輸入端與電源的零線相連，電流互感器T1的一個(gè)輸出端與電阻R4的一端 相連，電流互感器T1的另一個(gè)輸出端接地；電阻R4的另一端分別與電容C1的一端、反串穩(wěn) 壓二極管W1、W2的一端和第二比較器U12的一個(gè)輸入端相連，電容C1的另一端和反串穩(wěn)壓 二極管Wl、 W2的另一端分別接地，第二比較器U12另一個(gè)輸入端與電阻R5 —端相連，電阻 R5的另一端接地。第二比較器U12的一個(gè)輸出端與電阻R6的一端相連，電阻R6的另一端 Ia分別與穩(wěn)壓二極管W4的陰極端和異或門U3的另一個(gè)輸入端相連，穩(wěn)壓二極管W4的陽極 端接地。異或門U3的輸出端與DSP主控器3的另一個(gè)輸入端相連。 功率因數(shù)角檢測(cè)過程為通過對(duì)異步電動(dòng)機(jī)相電壓與相電流的過零點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。 以A相為例，對(duì)A相電壓采樣，相電壓通過Dl 、D2穩(wěn)壓，進(jìn)入第一 比較器Ul 1與地進(jìn)行比較， 若是在波形的正半周，則第一比較器U11輸出高電平信號(hào)，若是在負(fù)半周，則輸出為低電平 信號(hào)；在輸出信號(hào)為高電平信號(hào)時(shí)，使光電耦合器U2導(dǎo)通，進(jìn)入DSP主控器3的一個(gè)輸入端 的電壓信號(hào)Va就為高電平信號(hào)，此時(shí)電壓正方波信號(hào)與異或門U3 —個(gè)輸入端相聯(lián)；如圖3 所示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓信號(hào)Va過零點(diǎn)檢測(cè)。同理，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)過零點(diǎn)的檢測(cè)，相電 流通過電流互感器T1對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行采樣，通過第二比較器U12把電流過零點(diǎn)的相位信息 轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，此電流正方波信號(hào)與異或門U3另一個(gè)輸入端相聯(lián)；異或門U3輸出即為反 映電壓與電流相位差的正方波信號(hào)(它與功率因數(shù)角信號(hào)成正比)，此相位差信號(hào)與DSP主 控器3的另一個(gè)輸入端相聯(lián)，此時(shí)DSP主控器3可測(cè)出此相位差數(shù)值并計(jì)算出功率因數(shù)角 的大小。 本發(fā)明的DSP主控器控制主流程圖如圖4所示，它包括開始、開機(jī)自檢、初始化、電 壓同步信號(hào)檢測(cè)、端電壓、功率因數(shù)角檢測(cè)、模糊查詢、觸發(fā)時(shí)序子程序、故障檢測(cè)、故障判 斷、有故障停車、無故障繼續(xù)執(zhí)行等待中斷模塊。 本發(fā)明的DSP主控器控制主流程如下首先開機(jī)DSP主控器對(duì)各功能模塊進(jìn)行自 檢，自檢正常后進(jìn)入初始化設(shè)定程序。在初始化過程中，模糊控制的離線處理是初始化的關(guān) 鍵所在，由于系統(tǒng)每10ms就要對(duì)主電路控制模塊5中的開關(guān)器件進(jìn)行一次觸發(fā)，而且還要 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、狀態(tài)顯示等功能，因此對(duì)實(shí)時(shí)的要求比較高，而模糊算法要經(jīng)過大量的數(shù)學(xué) 運(yùn)算，對(duì)處理器資源占用很大，因此采樣離線處理，就是將模糊控制的復(fù)雜計(jì)算在初始化程序中完成，把根據(jù)不同情況下所需的輸出量制作成對(duì)應(yīng)的表格存儲(chǔ)在RAM中，對(duì)采集到的功率因數(shù)角、電壓同步信號(hào)和端電壓進(jìn)行模糊計(jì)算后，通過查表得到相應(yīng)的實(shí)時(shí)觸發(fā)角的輸出量，大大減少了數(shù)據(jù)處理中的復(fù)雜運(yùn)算，節(jié)省了DSP主控器3的資源，保證了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)性。 初始化完成后，DSP主控器3同時(shí)對(duì)電壓同步信號(hào)、端電壓和功率因數(shù)角信號(hào)進(jìn)行采樣檢測(cè)，DSP主控器3把以上信號(hào)作相應(yīng)的數(shù)字處理和存儲(chǔ)。 模糊查詢的工作過程為DSP主控器3利用模糊規(guī)則對(duì)以上檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊優(yōu)化處理，即根據(jù)電壓同步信號(hào)、功率因數(shù)角信號(hào)和端電壓信號(hào)的變化情況進(jìn)行模糊計(jì)算并查詢對(duì)應(yīng)表格得到所需的實(shí)時(shí)觸發(fā)角。 觸發(fā)時(shí)序子程序完成的過程為需計(jì)算各個(gè)觸發(fā)脈沖信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)間，持續(xù)的長(zhǎng)度，互相之間的間隔及順序，并與三相電網(wǎng)電壓同步信號(hào)保持一致。計(jì)算后得到的各個(gè)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)提供給觸發(fā)電路4，并通過觸發(fā)電路4的觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)來控制主電路控制模塊5中的開關(guān)器件觸發(fā)導(dǎo)通，并按照實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)實(shí)時(shí)確定開關(guān)器件輸出電壓的大小，將該輸出電壓加載在異步電動(dòng)機(jī)10端口 。即控制主電路開關(guān)器件導(dǎo)通使異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 故障檢測(cè)的過程為保護(hù)電路6用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的電壓、電流信號(hào)，經(jīng)波形轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入DSP主控器3，由DSP主控器3判斷電壓、電流是否超過設(shè)定的閾值，若超過閾值，DSP主控器3向保護(hù)電路6發(fā)送控制信號(hào)，保護(hù)電路6斷開主電路，達(dá)到保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)的作用。 若沒有超過閾值，則繼續(xù)執(zhí)行等待中斷。中斷子程序包括顯示、鍵盤中斷、通訊中斷等子程序。主要為DSP主控器3與外設(shè)的通訊。
應(yīng)用實(shí)例 本發(fā)明異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器，它的硬件電路可采用如下元件電源電路1它主要由整流橋、+12V、 -12V、 +5V、 +3. 3V四組直流控制電源由集成穩(wěn)壓模塊7812、7912及7805等組成，提供給各單元電路作為控制電源。電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路2它由電壓互感器、放大器及相應(yīng)的電阻和電容組成，放大器可共同采用一種運(yùn)算放大器(如LM324等)；DSP主控器3它可采用DSP芯片TMS320LF2407或LF2812，各單元電路A/D轉(zhuǎn)換器可共同采用DSP芯片自身的A/D轉(zhuǎn)換器；觸發(fā)電路4可采用ULN2003芯片(或三極管)來驅(qū)動(dòng)；主電路控制模塊5它由開關(guān)器件及相應(yīng)的輔助電路組成；開關(guān)器件可采用KS200A(或PK55F-120)雙向晶閘管，也可采用絕緣門級(jí)雙極型晶體管IGBT(如M57957L);保護(hù)電路6它由電壓互感器、電流互感器、接觸器、放大器及相應(yīng)的電阻和電容組成；端電壓檢測(cè)電路7和功率因數(shù)角檢測(cè)電路8它們主要由電壓互感器、電流互感器、光電耦合器、放大器、集成電路及相應(yīng)的電阻和電容組成，光電耦合器可采用TLP521-2芯片；異或門可采用CD4030芯片，輸入輸出電路9主要包括有集成電路、排阻、電容、二極管、通訊電路、鍵盤、顯示器等組成。顯示器可采用液晶或數(shù)碼管顯示，(顯示可采用HC595三態(tài)8位移位寄存器和ULN2003驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管或液晶顯示)，鍵盤可采用標(biāo)準(zhǔn)鍵盤64鍵和普通按鍵組成；通訊電路可采用串行口和并行口通訊芯片(如串口芯片可采用RS232或SN65LBC184等)。DSP主控器3可通過輸入輸出電路9與計(jì)算機(jī)相連接，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊。
權(quán)利要求
一種異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器，其特征在于它包括電源電路(1)、電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路(2)、DSP主控器(3)、觸發(fā)電路(4)、主電路控制模塊(5)、保護(hù)電路(6)、端電壓檢測(cè)電路(7)、功率因數(shù)角檢測(cè)電路(8)和輸入輸出電路(9)；電源電路(1)為節(jié)能器各部件提供電源；電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路(2)與三相電網(wǎng)電壓相連，用于檢測(cè)三相電網(wǎng)電壓同步信號(hào)，并將該三相電壓同步信號(hào)送入DSP主控器(3)；保護(hù)電路(6)與異步電動(dòng)機(jī)(10)的輸入端相連，用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)(10)的電壓、電流信號(hào)，對(duì)其波形轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入DSP主控器(3)；保護(hù)電路(6)在接收到DSP主控器(3)反饋的控制信號(hào)時(shí)斷開主電路；端電壓檢測(cè)電路(7)與異步電動(dòng)機(jī)(10)的定子端電壓相連，用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)定子的端電壓信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再送入DSP主控器(3)；功率因數(shù)角檢測(cè)模塊(8)的一端與異步電動(dòng)機(jī)(10)的輸入端相連，用于檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)(10)的功率因數(shù)角信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行波形轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再送入DSP主控器(3)；DSP主控器(3)用于判斷電壓、電流是否超過設(shè)定的閾值，在電壓電流值超過閾值時(shí)，DSP主控器(3)向保護(hù)電路(6)發(fā)送控制信號(hào)；DSP主控器(3)還根據(jù)接收到的功率因數(shù)角信號(hào)、端電壓信號(hào)和三相電壓同步信號(hào)，進(jìn)行模糊規(guī)則優(yōu)化處理，計(jì)算得到實(shí)時(shí)觸發(fā)角，并將該實(shí)時(shí)觸發(fā)角發(fā)送給觸發(fā)電路(4)；DSP主控器(3)還與輸入輸出電路(9)連接，二者進(jìn)行信號(hào)交互；觸發(fā)電路(4)接收DSP主控器(3)發(fā)出的實(shí)時(shí)觸發(fā)角，對(duì)主電路控制模塊(5)發(fā)出實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)；主電路控制模塊(5)的輸入端與三相電網(wǎng)電壓相連，其輸出端與異步電動(dòng)機(jī)(10)相連，其控制端接收來自觸發(fā)電路(4)的實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)，主電路控制模塊(5)中的開關(guān)器件被觸發(fā)導(dǎo)通，并按照實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)實(shí)時(shí)確定開關(guān)器件輸出電壓的大小，將該輸出電壓加載在異步電動(dòng)機(jī)(10)端口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器，其特征在于功率因數(shù)角檢測(cè)電路包括結(jié) 構(gòu)相同的A、B和C相檢測(cè)電路，均包括第一、第二比較器(U11、U12)，光電耦合器(U2)，異或 門(U3)，互感器(Tl);反并聯(lián)的第一、第二二極管(D1、D2)的一端相連通過第一電阻R1接對(duì)應(yīng)的單相電壓信 號(hào)，并與第一比較器(U11)的一個(gè)輸入端連接，反并聯(lián)的第一、第二二極管(D1、D2)的另一 端接地；第一比較器(U11)的另一輸入端與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端接地；第 一比較器(U11)輸出端與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端分別與第三二極管(D3)的 陰極端和光電耦合器U2的一個(gè)輸入端相連，第三二極管(D3)的陽極端和光電耦合器(U2) 的另一個(gè)輸入端接地；光電耦合器(U2)的一個(gè)輸出端分別與異或門(U3)的一個(gè)輸入端和 第三穩(wěn)壓二極管(W3)的陰極端以及DSP主控器(3)的一個(gè)輸入端相連，第三穩(wěn)壓二極管 (W3)的陽極端和光電耦合器(U2)的另一個(gè)輸出端接地；異或門(U3)的輸出端與DSP主控 器(3)的另一個(gè)輸入端相連；電流互感器(Tl)的一個(gè)輸入端接對(duì)應(yīng)相的電流信號(hào)，電流互感器(Tl)的另一個(gè)輸入 端與電源的零線相連，電流互感器(Tl)的一個(gè)輸出端與電阻R4的一端相連，電流互感器(Tl)的另一個(gè)輸出端接地；電阻R4的另一端分別與電容C1的一端、反串聯(lián)的第一、第二穩(wěn) 壓二極管(W1、W2)的一端以及第二比較器(U12)的一個(gè)輸入端相連，電容C1的另一端和第 一、第二穩(wěn)壓二極管(W1、W2)的另一端分別接地，第二比較器(U12)另一個(gè)輸入端與電阻R5 一端相連，電阻R5的另一端接地；第二比較器(U12)的一個(gè)輸出端與電阻R6的一端相連， 電阻R6的另一端分別與第四穩(wěn)壓二極管(W4)的陰極端和異或門(U3)的另一個(gè)輸入端相 連，第四穩(wěn)壓二極管(W4)的陽極端接地；異或門(U3)的輸出端與DSP主控器(3)的另一個(gè) 輸入端相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及交流電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體為一種異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能器。它包括電源電路、電壓同步信號(hào)檢測(cè)電路、DSP主控器、觸發(fā)電路、主電路控制模塊、保護(hù)電路、端電壓檢測(cè)電路、功率因數(shù)角檢測(cè)電路和輸入輸出電路；主電路控制模塊的輸入端與三相電網(wǎng)電壓相連，其輸出端與異步電動(dòng)機(jī)相連，其控制端接收來自觸發(fā)電路的實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)，主電路控制模塊中的開關(guān)器件被觸發(fā)導(dǎo)通，并按照實(shí)時(shí)觸發(fā)角脈沖控制信號(hào)實(shí)時(shí)確定開關(guān)器件輸出電壓的大小，將該輸出電壓加載在異步電動(dòng)機(jī)端口。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域的三相異步電動(dòng)機(jī)全數(shù)字節(jié)能控制器，它具有軟啟動(dòng)、過載和短路保護(hù)功能，可自動(dòng)測(cè)量顯示電動(dòng)機(jī)電壓、電流、功率、功率因數(shù)角等參數(shù)。
文檔編號(hào)H02P25/16GK101694984SQ20091027242
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者何仁平, 魏偉 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué);