專利名稱：交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開(kāi)一種交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器，實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的限流起動(dòng)、穩(wěn)壓工作和在空、輕載時(shí)調(diào)壓節(jié)能。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為限制異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，一般采用電磁控制的起動(dòng)器如Y－△起動(dòng)器、自耦補(bǔ)償器等，它們都有缺點(diǎn)，設(shè)備本身耗電大、開(kāi)關(guān)接點(diǎn)容易燒壞、存在二次換接沖擊、不允許連續(xù)頻繁起動(dòng)、一般不能調(diào)壓節(jié)能等。近年來(lái)也出現(xiàn)了一些電子控制器，如專利申請(qǐng)?zhí)?92024909公開(kāi)了一種節(jié)能控制。它的目的是使異步電動(dòng)機(jī)無(wú)觸點(diǎn)降壓起動(dòng)，調(diào)壓節(jié)能，采用起動(dòng)放大器輸出斜坡速度變化，使電壓逐步上升，其不足之處是起動(dòng)電流不能得到有效限制(一般均在3～5倍額定電流以上)，并且在起動(dòng)之初都不可避免地產(chǎn)生不同程度的抖動(dòng)，甚至起沖反轉(zhuǎn)，這對(duì)機(jī)電設(shè)備的壽命都有很大影響。另外，在沒(méi)有電壓負(fù)反饋類的系統(tǒng)，在帶負(fù)載深調(diào)壓時(shí)，電流、電壓的波動(dòng)及沖擊大，穩(wěn)定性差。
本實(shí)用新型的目的是在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提供一種起動(dòng)與調(diào)壓運(yùn)行性能良好，空、輕載自動(dòng)調(diào)壓節(jié)能效果顯著，工作可靠性高的通用交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到的用電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制可控硅的觸發(fā)角。利用電流環(huán)進(jìn)行限流起動(dòng)，電流調(diào)節(jié)器有恒電流及斜坡電流給定，以對(duì)恒轉(zhuǎn)炬和泵類負(fù)載，可以調(diào)定得不同要求的較佳起動(dòng)電流曲線。使起動(dòng)電流小且迅速可靠。利用電壓環(huán)提高調(diào)壓及運(yùn)行時(shí)電流、電壓的穩(wěn)定性，限制電壓變化時(shí)的電流沖擊，及加快過(guò)渡過(guò)程。特別是提高帶負(fù)載深度調(diào)壓時(shí)的穩(wěn)定性。通過(guò)相位角自動(dòng)檢測(cè)，得到一個(gè)相角反饋電壓，控制電壓調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)壓節(jié)能。在突加大負(fù)載時(shí)，利用大負(fù)載信號(hào)或外控位置信號(hào)迅速升壓，以及周期性大負(fù)載時(shí)也可直接利用大負(fù)載信號(hào)自動(dòng)調(diào)壓節(jié)能。起動(dòng)時(shí)，利用起動(dòng)防抖電路，使電機(jī)無(wú)論在起動(dòng)電流多大，都能平穩(wěn)起動(dòng)而不產(chǎn)生抖動(dòng)。通用、可靠的觸發(fā)器，移相范圍大、線性度好、電耗小、抗干擾能力強(qiáng)，使可控硅能按要求可靠工作。
下面介紹本實(shí)用新型附圖該附圖也是本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方案圖。


圖1是本系統(tǒng)的原理框圖。
圖2為電壓環(huán)與電流環(huán)的控制電路圖。
圖3為起動(dòng)電流波形圖。(A)為恒電流起動(dòng)；(B)為斜坡電流起動(dòng)。
圖4為起動(dòng)防抖的自延時(shí)控制電路圖。
圖5為大負(fù)載信號(hào)電路圖。
圖6為相角自動(dòng)檢測(cè)電路圖。
圖7為相角自動(dòng)檢測(cè)電路工作的主要點(diǎn)波形圖。
圖8為一相觸發(fā)器電路圖。
圖9為觸發(fā)器工作的主要點(diǎn)波形圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施方案作進(jìn)一步的詳述圖1為一臺(tái)三相交流異步電機(jī)16，通過(guò)反并聯(lián)的可控硅17，電流互感器18，與三相電源相接，19為電源同步變壓器，20為電機(jī)電壓反饋?zhàn)儔浩鳎?為觸發(fā)器，三相電壓電流信號(hào)VU、VI分別由19、18檢出，經(jīng)整形電路13、14整形、相角檢測(cè)12變換輸出相角檢測(cè)結(jié)果，以上畫的只是一相電路。再經(jīng)有源濾波器11綜合、濾波三相所得的相角檢測(cè)結(jié)果，輸出相角反饋Vfφ。Vfφ和電壓給定7的V8V、電壓反饋8的VfV、及經(jīng)電流檢測(cè)21、大負(fù)載信號(hào)電路9取得的VL8，在電壓調(diào)節(jié)器6進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，6的輸出即為電流調(diào)節(jié)器2的恒電流給定VSI。電流調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)由21來(lái)的電流反饋VfI、斜坡電流給定電路4的V8L、及VSI，輸出控制電壓VCT，控制觸發(fā)器的相控角α，使可控硅進(jìn)行限流起動(dòng)及自動(dòng)調(diào)壓節(jié)能。其中調(diào)壓用的相角反饋Vfφ，隨負(fù)載變化而控制6，使調(diào)節(jié)變化輸出電壓。在大負(fù)載突來(lái)時(shí)，利用9的升壓信號(hào)使電機(jī)立即升到全壓，對(duì)于有大機(jī)械慣性的周期性沖擊負(fù)載，可以利用外控位置信號(hào)，使電機(jī)先升壓后承受沖擊負(fù)載，以提高電機(jī)調(diào)壓時(shí)的帶負(fù)載能力。大負(fù)載信號(hào)電路也可對(duì)大負(fù)載時(shí)負(fù)載率變化不大的周期性工況，進(jìn)行兩點(diǎn)電壓來(lái)回切換工作，以調(diào)壓節(jié)能。系統(tǒng)故障時(shí)，電子保護(hù)器22封鎖觸發(fā)器，切斷主電路。
圖2的電壓電流雙閉環(huán)控制電路，由運(yùn)放、二極管、阻容構(gòu)成。起動(dòng)時(shí)電壓調(diào)節(jié)器A53綜合VSV、VfV、Vfφ、VLS輸入，使輸出達(dá)飽和限幅，電位器P42的取值即為電流調(diào)節(jié)器A41的電流給定VSI，它與取自電流檢測(cè)21的起動(dòng)電流反饋信號(hào)VfI相比較，經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)，輸出Vct控制觸發(fā)器的相控角α，使電動(dòng)機(jī)維持所給定的VSI值，以恒電流起動(dòng)。對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是隨轉(zhuǎn)速升高而成平方的增大，因之打開(kāi)閘門起動(dòng)時(shí)，可能起不來(lái)而長(zhǎng)期低速轉(zhuǎn)動(dòng)，或者要給定很大起動(dòng)電流。如果起動(dòng)電流為斜坡增加的，則可得到較佳起動(dòng)狀態(tài)，即保證迅速可靠起動(dòng)條件下有最小起動(dòng)電流，電流的損耗亦小。A43為斜坡發(fā)生器，它是一個(gè)正反向充電斜率可調(diào)的積分器，A42為反相器，利用它產(chǎn)生斜坡電流給定VSL，迭加在恒流給定上。起動(dòng)前利用A43的正輸出箝位電壓，在A41輸出端產(chǎn)生0.7V封鎖電壓，以防A41的零漂及外來(lái)干擾造成起動(dòng)時(shí)有沖擊電流。1KM為起動(dòng)運(yùn)行繼電器。起動(dòng)電流波形如圖3。隨著電機(jī)起動(dòng)后，A53進(jìn)入自動(dòng)調(diào)壓階段，A41起跟隨作用，此時(shí)由A44及T4組成的電壓鑒幅器，在起動(dòng)達(dá)全壓(或調(diào)定電壓)后。T4飽和導(dǎo)通，P43切除，使斜坡發(fā)生器不起作用。電壓調(diào)節(jié)器A53，為帶并聯(lián)電壓微分負(fù)反饋的PI調(diào)節(jié)器，電壓負(fù)反饋訊號(hào)通過(guò)電動(dòng)機(jī)端的變壓器及整流濾波8取得。調(diào)壓信號(hào)VLS，Vfφ由圖5圖6的電路供給。電壓給定VSV由P44取得。綜合調(diào)節(jié)以上信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于某點(diǎn)電壓，在空、輕載時(shí)電壓低，大負(fù)載時(shí)電壓高(或全壓)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓節(jié)能。電壓環(huán)的存在，不盡減小了電壓變化或切換時(shí)的電流沖擊，而且提高了調(diào)壓時(shí)的快速性和帶負(fù)載深調(diào)壓時(shí)電壓、電流的穩(wěn)定性。
圖4設(shè)計(jì)了一個(gè)自延時(shí)電路，起動(dòng)時(shí)將RS(見(jiàn)圖1之15)接入電路，使可控硅能夠?qū)ǎ员ＷC電機(jī)能穩(wěn)定平緩起動(dòng)，無(wú)論起動(dòng)電流大小，均不產(chǎn)生任何抖動(dòng)或起沖反轉(zhuǎn)。
利用圖6檢測(cè)得相角反饋控制信號(hào)Vfφ，先由19取得電源電壓信號(hào)，18取得負(fù)載電流信號(hào)，經(jīng)A81、A82整形，二極管邏輯門電路及光電耦合器O8輸出相角脈沖，三相的相角脈沖在A83中綜合、濾波后輸出Vfφ.當(dāng)空、輕載相角大時(shí)，Vfφ大，控制A53使電壓降低，以實(shí)現(xiàn)降壓節(jié)能。圖7為此電路各主要點(diǎn)工作波形。
若電機(jī)處在低電壓時(shí)負(fù)載突然加大，為不使電機(jī)堵轉(zhuǎn)或速度升不起來(lái)，應(yīng)立即升高電壓。圖5為取得大負(fù)載升壓控制信號(hào)電路。它由A54、P46、VfI構(gòu)成電壓比較器。大負(fù)載時(shí)，當(dāng)其電流反饋VfI＞V46(P46上設(shè)定的負(fù)載電壓)，輸出－VLS使A53立刻達(dá)限幅輸出，電機(jī)很快升達(dá)全壓，大負(fù)載過(guò)去，A53的輸出由VSV、VfV及Vfφ決定，電壓又自動(dòng)下降。對(duì)于有大機(jī)械慣性的周期性沖擊負(fù)載，可利用外控位置開(kāi)關(guān)K閉合，輸入外控信號(hào)VE×T＝VLS，使提前升全壓。位置開(kāi)關(guān)可用各種行程開(kāi)關(guān)作成。大負(fù)載升壓信號(hào)亦可用于大負(fù)載時(shí)負(fù)載率變化不大的周期性負(fù)載工況，它在空、輕載和大負(fù)載時(shí)所決定的兩點(diǎn)電壓上工作，且可以調(diào)定得到最佳的節(jié)能工作點(diǎn)，節(jié)能效果顯著，而電路可大大簡(jiǎn)化。
圖8是一相觸發(fā)器的電路，經(jīng)19取得的電源同步電壓，阻容濾波移相后，通過(guò)A11產(chǎn)生反向充電脈沖，A12產(chǎn)生鋸齒波，A13綜合由電流調(diào)節(jié)器A41來(lái)的控制信號(hào)Vct，產(chǎn)生觸發(fā)寬脈沖，與A51發(fā)出的調(diào)制高頻，在開(kāi)關(guān)管TWH8752中進(jìn)行調(diào)制和功放，最后通過(guò)脈沖變壓器TPA輸出觸發(fā)脈沖。Upo來(lái)自電子保護(hù)系統(tǒng)，故障時(shí)輸入正電壓以封鎖可控硅。
圖9為觸發(fā)器各主要點(diǎn)工作波形。
本裝置還有完備的過(guò)流、缺相、過(guò)載、零壓等電子保護(hù)及故障顯示系統(tǒng)，使工作十分方便可靠。主電路也可接入接觸器，但它主要起遠(yuǎn)方操作時(shí)開(kāi)斷電壓用。不帶負(fù)載接通和開(kāi)斷主電路，因之觸頭無(wú)火花電蝕等缺點(diǎn)，提高了可靠性。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、起動(dòng)電流可控制在1.5～3.5倍額定電流范圍內(nèi)迅速可靠起動(dòng)，比同類裝置低得多。在兩倍起動(dòng)電流時(shí)(380伏電源)，起動(dòng)電壓可達(dá)線電壓302V以上，比Y－△起動(dòng)力矩大。無(wú)論對(duì)泵類設(shè)備或恒轉(zhuǎn)矩設(shè)備，都能調(diào)得較佳的起動(dòng)特性。
2、無(wú)任何電流及轉(zhuǎn)矩沖擊，無(wú)論設(shè)定起動(dòng)電流大小，起動(dòng)均平穩(wěn)而無(wú)抖動(dòng)或起沖反轉(zhuǎn)。
3、帶負(fù)載時(shí)，電壓可穩(wěn)定下降到堵轉(zhuǎn)電壓，高、低壓來(lái)回轉(zhuǎn)換時(shí)快速性好，沖擊電流小，最大切換電流不大于起動(dòng)電流的1／3～1／2。
4、采用相角反饋，可在負(fù)載變化時(shí)，隨時(shí)控制系統(tǒng)調(diào)壓。對(duì)于突加大負(fù)載，利用大負(fù)載信號(hào)使電機(jī)立即升為全電壓。對(duì)大機(jī)械慣性的周期性沖擊負(fù)載，可采用外控位置開(kāi)關(guān)提前升全壓，以提高電機(jī)調(diào)壓時(shí)的帶負(fù)載能力。對(duì)于有周期性的大負(fù)載且負(fù)載率變化不大的工況，兩點(diǎn)式調(diào)壓亦可有顯著的節(jié)能效果，而系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化。
5、所設(shè)計(jì)的觸發(fā)器性能好，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及諧波影響的抗擾作用強(qiáng)，移相范圍寬，線性好，輸出為脈沖列，功耗小，部件體積小，一相只用了一塊四運(yùn)放及一只開(kāi)關(guān)管。通用性好，對(duì)20～1000A可控硅，只需改變脈沖變壓器，其他基本不變及不用調(diào)試；稍作變動(dòng)可用于直流三相全控橋中。
因此本實(shí)用新型宜于作為交流異步電機(jī)起動(dòng)和調(diào)壓節(jié)能控制用，它可以大大降低電源的起動(dòng)容量，平穩(wěn)可靠起動(dòng)，有顯著的節(jié)能效果。
本實(shí)用新型已在實(shí)驗(yàn)室控制JO2－4 2－4型 5.5KW電機(jī)作過(guò)全面試驗(yàn)，空載調(diào)壓平穩(wěn)下降到線壓102伏，電流由4.8A降到2A，帶負(fù)載全壓切換，最大沖擊電流不于8A，完全證明上述性能優(yōu)點(diǎn)，在鋼鐵廠JO3－225S－4型55KW電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)及循環(huán)水泵上作過(guò)試驗(yàn)，開(kāi)閘起動(dòng)，電流為1.5～1.9倍斜坡上升，起動(dòng)平穩(wěn)、迅速。電機(jī)負(fù)荷率為零時(shí)，有功節(jié)電率為64.7％，負(fù)荷率為33.3％有功節(jié)電率為10.38％。裝置的觸發(fā)器可以在20°－180°范圍內(nèi)穩(wěn)定移相，對(duì)鋼鐵廠強(qiáng)烈電壓波動(dòng)及諧波干擾，無(wú)誤脈沖產(chǎn)生，波形穩(wěn)定，工作可靠。
權(quán)利要求1.一種交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器，采用電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器組成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)控制可控硅的觸發(fā)角，進(jìn)行調(diào)壓限流，其特征在于電流環(huán)由帶恒電流及斜坡電流給定電路的電流調(diào)節(jié)器組成；電壓環(huán)由電壓調(diào)節(jié)器電路、相角自動(dòng)檢測(cè)電路、大負(fù)載信號(hào)電路組成；起動(dòng)防抖電路及觸發(fā)器對(duì)可控硅的導(dǎo)通進(jìn)行具體控制。
2.按權(quán)利要求1所述交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器，其特征在于電流調(diào)節(jié)器電路具有恒電流給定和斜坡電流給定，斜坡電流給定是由運(yùn)放作成的充電斜率可調(diào)的積分電路，并帶由運(yùn)放、三極管組成的電壓比較器構(gòu)成；從三相主電路的電流互感器取得電流信號(hào)，經(jīng)整流濾波后取得電流反饋。
3.按權(quán)利要求1所述交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器，其特征在于電壓調(diào)節(jié)器為帶并聯(lián)電壓微分負(fù)反饋的PI調(diào)節(jié)器，它綜合、調(diào)節(jié)控制信號(hào)，電壓反饋信號(hào)通過(guò)變壓器由電動(dòng)機(jī)端取得。
4.按權(quán)利要求1所述交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器，其特征在于起動(dòng)防抖電路，用自延時(shí)電路將三個(gè)電阻R，接入電路，使起動(dòng)時(shí)三相可控硅能處于導(dǎo)通狀態(tài)。
5.按權(quán)利要求1所述交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器，其特征在于相角自動(dòng)檢測(cè)電路，由電源取電壓信號(hào)，電流互感器取得電流信號(hào)，經(jīng)運(yùn)放整形電路、二極管邏輯門、光電耦合器及運(yùn)放組成的有源濾波器，得到相角反饋信號(hào)，送電壓調(diào)節(jié)器控制調(diào)壓。
6.按權(quán)利要求1所述交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器，其特征在于大負(fù)載信號(hào)電路，由運(yùn)放組成大負(fù)載比較器，輸出一調(diào)壓信號(hào)?；蛴猛饪匚恢眯盘?hào)，在大負(fù)載要來(lái)時(shí)，供給升壓信號(hào)，自動(dòng)調(diào)壓節(jié)能和提高電機(jī)調(diào)壓時(shí)的帶負(fù)載能力。
7.按權(quán)利要求1所述交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器，其特征在于可控硅觸發(fā)電路，從電源取得同步電壓后，用阻容移相濾波，經(jīng)運(yùn)放、二極管、阻容，產(chǎn)生過(guò)零充電脈沖，形成鋸齒波，經(jīng)運(yùn)放綜合控制信號(hào)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，由開(kāi)關(guān)管進(jìn)行高頻調(diào)制及功放，由脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖列，過(guò)流、缺相等故障時(shí)，能直接封鎖觸發(fā)器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)節(jié)能器。它利用電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器組成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制可控硅觸發(fā)角進(jìn)行調(diào)壓限流。電流環(huán)設(shè)有恒定和坡斜電流給定。電壓環(huán)由相角自動(dòng)檢測(cè)電路及大負(fù)載信號(hào)電路控制。有防抖電路及新穎觸發(fā)器，可限制電流在1.5～3.5倍額定電流內(nèi)無(wú)振動(dòng)沖擊的穩(wěn)步起動(dòng)，空輕載能自動(dòng)調(diào)壓節(jié)能，試驗(yàn)表明本裝置起動(dòng)運(yùn)行性能優(yōu)良，節(jié)電效果顯著，是一種中、大型電機(jī)現(xiàn)有起動(dòng)器的更新?lián)Q代設(shè)備。
文檔編號(hào)H02P1/26GK2121771SQ9123004
公開(kāi)日1992年11月11日 申請(qǐng)日期1991年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月30日
發(fā)明者姜泓 申請(qǐng)人:重慶鋼鐵?？茖W(xué)校