專利名稱：電動(dòng)機(jī)全方位保護(hù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種三相異步電動(dòng)機(jī)全方位保護(hù)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制器。
目前電力供應(yīng)緊張已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的制約因素之一。解決電力供需矛盾的根本出路在于貫徹國(guó)家“開發(fā)與節(jié)約能源并重的方針”。由于開發(fā)的周期長(zhǎng)，資金困難。故必須狠抓節(jié)約用電。占全國(guó)用電量65～70％的是工業(yè)，而工業(yè)中電動(dòng)機(jī)用電約占全國(guó)總發(fā)電量的40～50％，且運(yùn)行效率很低，如果能使每臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都處于最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，則可大大提高運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)電的目的。電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)，損耗主要有鐵損、定子銅損、轉(zhuǎn)子銅損、軸承摩擦和風(fēng)冷損耗，附加損耗，其中定子、轉(zhuǎn)子銅損及附加損耗為可變損耗，而電機(jī)的鐵損、摩擦和風(fēng)冷損耗為不變損耗，當(dāng)電機(jī)的不變損耗與可變損耗相等時(shí)，電機(jī)的效率達(dá)到最高。但當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在輕載時(shí)，可變損耗隨之降低，而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)的不變損耗則保持不變，所以，輕載時(shí)不變損耗大于可變損耗，使電機(jī)效率降低。由于不變損耗的主要成分是定子銅損，而它與定子電壓的端電壓的平方近似成正比例關(guān)系，若在負(fù)載減輕的同時(shí)，相應(yīng)降低端電壓的電壓，使不變損耗也隨著負(fù)載的減輕而減少，使之與可變損耗保持相等，則電動(dòng)機(jī)獲得最高效率，進(jìn)入最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的目的。目前電機(jī)的電壓電流保護(hù)器種類繁多，性能不一，但缺乏一種能指明某一相故障的功能齊備的全方位保護(hù)器。
本實(shí)用新型的目的是提供一種具有十種電機(jī)保護(hù)功能的并能自動(dòng)使電機(jī)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的全方位保護(hù)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制器。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)全方位保護(hù)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制器由電機(jī)主電路和控制系統(tǒng)構(gòu)成，主電路采用三相對(duì)稱的Y形連接或△形連接，由電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件控制其輸出電壓；控制系統(tǒng)由供給直流電壓的電源、單片機(jī)系統(tǒng)、同步電路、電壓電流檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)、脈沖放大電路組成，同步電路向單片機(jī)系統(tǒng)提供三相同步信號(hào)，電壓電流檢測(cè)電路從主電路中檢測(cè)到電壓、電流信號(hào)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)控制軟件控制，由單片機(jī)分配出的脈沖信號(hào)送入脈沖放大電路放大后，去觸發(fā)或控制電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件工作，使電機(jī)進(jìn)入最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其電壓、電流信號(hào)超出設(shè)定值，則執(zhí)行全方位保護(hù)控制。本系統(tǒng)控制軟件主要由經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制軟件、快速響應(yīng)軟件、軟起動(dòng)軟件和全方位保護(hù)軟件四部分組成。
本控制器具有顯著的節(jié)能效果，對(duì)各系列的7.5KW、17KW、30KW、50KW、75KW等電機(jī)進(jìn)行了裝機(jī)實(shí)驗(yàn)，有控制器或無(wú)控制器時(shí)，當(dāng)負(fù)荷率小于80％，節(jié)電率為5％～60％。由于本控制系統(tǒng)采用微機(jī)技術(shù)，控制器可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，且具有靈活性和可靠性，并可實(shí)行全方位保護(hù)，即具有A相斷相、B相斷相、C相斷相、A相短路、B相短路、C相短路、電源欠壓、電源過(guò)壓、電機(jī)過(guò)流和三相電不平衡運(yùn)行等十種電機(jī)保護(hù)功能，并能準(zhǔn)確顯示報(bào)警。由于本控制系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)程序，大大降低了浪涌電流，減小電機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)，并可替代電機(jī)的起動(dòng)裝置。由于本系統(tǒng)采用無(wú)觸點(diǎn)起動(dòng)運(yùn)行，所以在防爆電器控制領(lǐng)域中可達(dá)到本身防爆作用。由于主電路采用電力半導(dǎo)體器件作為執(zhí)行元件。因此可靠性好，可以做到免維護(hù)。本控制器具有運(yùn)行指示和全方位保護(hù)指示，十分直觀，可直接指示是哪一相有故障。本控制器具有上位通訊接口，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)管理，并可進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。本控制器可適用于0.75KW～320KW三相異步全系列電機(jī)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述

圖1為電動(dòng)機(jī)全方位保護(hù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制器電路方框圖圖2為同步電路的電路圖圖3為電壓電流檢測(cè)電路的電路圖圖4為脈沖放大電路的電路圖圖5為電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件控制圖圖6為輸入功率與輸出功率曲線圖圖7為輸出功率與節(jié)能百分?jǐn)?shù)率曲線圖參照?qǐng)D1電動(dòng)機(jī)全方位保護(hù)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制器由電機(jī)主電路和控制系統(tǒng)構(gòu)成，主電路采用三相對(duì)稱的Y形連接或△形連接，由電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件(5)控制其輸出電壓，電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件(5)可采用雙向晶閘管或二個(gè)可控硅反并聯(lián)，也可采用整流單臂橋(如圖5示)，它可靠性好，可以做到免維護(hù)?？刂葡到y(tǒng)由供給直流電壓的電源、單片機(jī)系統(tǒng)(1)、同步電路(2)、電壓電流檢測(cè)電路(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)、脈沖放大電路(4)組成。單片機(jī)系統(tǒng)(1)采用8751芯片的最小單元，也可采用8031芯片或6807芯片的最小單元。同步電路(2)采用△／Y－11同步變變壓器(B1)，使同步電源超前主電路電源30°，其過(guò)零點(diǎn)正好都對(duì)準(zhǔn)可控硅的6個(gè)自然換相點(diǎn)，從而大大提高電機(jī)效率，使之經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同步電路包括一個(gè)由電壓比較器(LM339)組成的三相電源狀態(tài)的過(guò)零檢測(cè)器及一個(gè)能產(chǎn)生同步信號(hào)波緣的檢測(cè)器，波緣檢測(cè)器由三個(gè)異或門(6)、四個(gè)非門(7)、二極管(D1)電阻(R)、和電容(C)組成，同步電路(2)的電路圖示于圖2，電壓比較器(LM339)輸出周期為29MS的三相方波同步信號(hào)，送到單片機(jī)，用于觸發(fā)相應(yīng)于此狀態(tài)的雙向晶閘管，波緣同步用于實(shí)現(xiàn)控制角的定時(shí)移相，選T。方式1定時(shí)工作狀態(tài)，取晶振頻率6MHz，則分辨率為0.036度。電壓電流檢測(cè)電路(3)如圖3，是利用串接在主回路中的電流、電壓互感器(8)副邊感應(yīng)出的微小交流信號(hào)，經(jīng)橋式整流(9)和電容濾波變成穩(wěn)定的直流量，再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行處理。脈沖放大電路(4)采用光電管(G1)和脈沖變壓器(T1)兩級(jí)隔離放大和大功率開關(guān)管(10)、二極管(D2～3)組成，電路如圖4示，由單片機(jī)系統(tǒng)分配出的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離放大，并把脈沖變?yōu)檎}沖，使脈沖變壓器正常工作，以削弱或消除對(duì)控制電路的影響。經(jīng)放大的脈沖信號(hào)去觸發(fā)或控制電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件工作，使電機(jī)進(jìn)入最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并具有經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指示。若電壓、電流信號(hào)超出設(shè)定值，則執(zhí)行全方位保護(hù)控制。本控制器的系統(tǒng)控制軟件主要由經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制軟件即節(jié)能控制軟件、快速響應(yīng)軟件，軟起動(dòng)軟件和全方位保護(hù)軟件四部分組成，節(jié)能控制軟件在系統(tǒng)中循環(huán)執(zhí)行，本系統(tǒng)執(zhí)行的控制算法為非線性逼近法?？焖夙憫?yīng)軟件在負(fù)載突然增加或其它原因引起電機(jī)負(fù)載電流急增，使系統(tǒng)暫時(shí)脫離正常的控制狀態(tài)，并大幅度提高電機(jī)輸入電壓，直到電機(jī)運(yùn)行正常狀況。軟起動(dòng)軟件旨在減小電機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)也降低了能耗，采用這個(gè)環(huán)節(jié)，電機(jī)實(shí)際上是進(jìn)行平滑起動(dòng)，大大降低了浪涌電流，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)沖擊起動(dòng)，從而可替代電機(jī)的起動(dòng)裝置。全方位保護(hù)軟件采用檢測(cè)到A／D轉(zhuǎn)換器信號(hào)后，經(jīng)與設(shè)定值比較進(jìn)行封鎖保護(hù)并輸出其指示信號(hào)，進(jìn)行顯示和報(bào)警，它具有十種電機(jī)保護(hù)功能即(1)A相斷相、(2)B相斷相，(3)C相斷相，(4)A相短路，(5)B相短路，(6)C相短路，(7)電源過(guò)壓，(8)電源欠壓，(9)電機(jī)過(guò)流，(10)三相電不平衡運(yùn)行。本控制器對(duì)75KW，50KW，30KW、17KW、7.5KW等電機(jī)進(jìn)行了裝機(jī)試驗(yàn)，對(duì)有控制器和無(wú)控制器作了對(duì)比，得出如圖6示的輸入功率與輸出功率曲線，和節(jié)能百分?jǐn)?shù)率曲線如圖7所示。從圖中可看出，在負(fù)荷率小于80％時(shí)，都有顯著的節(jié)能效果。節(jié)電率在5％～60％。以負(fù)荷電流作為控制量，對(duì)電機(jī)電流實(shí)現(xiàn)最小控制，從而大大提高電機(jī)效率，使之經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的?？刂葡到y(tǒng)并具有啟動(dòng)電壓選擇開關(guān)和電流過(guò)載設(shè)定開關(guān)。
權(quán)利要求1.一種三相異步電動(dòng)機(jī)全方位保護(hù)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制器，它具有一個(gè)供給直流電壓的電源，其特征在于它由電機(jī)主電路和控制系統(tǒng)構(gòu)成，主電路采用三相對(duì)稱的Y形連接或△形連接，由電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件(5)控制其輸出電壓；控制系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)(1)、同步電路(2)、電壓電流檢測(cè)電路(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、脈沖放大電路(4)組成，同步電路(2)向單片機(jī)系統(tǒng)(1)提供三相同步信號(hào)，電壓電流檢測(cè)電路(3)將檢測(cè)到的電壓電流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，再經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)控制軟件控制后，由單片機(jī)分配出的脈沖信號(hào)送入脈沖放大電路(4)放大后，去觸發(fā)或控制電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件工作，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；并具有全方位保護(hù)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于單片機(jī)系統(tǒng)(1)采用8751芯片或8031芯片或6807芯片的最小單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于同步電路(2)采用△／Y－11同步變壓器(B1)，其同步電源超前主電路電源30°。它包括一個(gè)由電壓比較器(LM339)組成的三相電源狀態(tài)的過(guò)零檢測(cè)器及一個(gè)能產(chǎn)生同步信號(hào)波緣的檢測(cè)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的控制器，其特征在于同步信號(hào)波緣檢測(cè)器由三個(gè)異或門(6)、四個(gè)非門(7)和二極管(D1)、電阻(R)、電容(C)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于電壓電流檢測(cè)電路(3)由電壓電流互感器(8)、橋式整流電路(9)和電容濾波器組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于脈沖放大電路(4)采用光電管(G1)和脈沖變壓器(T1)兩級(jí)隔離放大和大功率開關(guān)管(10)、二極管(D2－3)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件(5)可采用雙向晶閘管或二個(gè)可控硅反并聯(lián)或采用整流單臂橋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于控制器設(shè)有全方位保護(hù)指示和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指示。
專利摘要一種三相異步電動(dòng)機(jī)全方位保護(hù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制器。它由電源、單片機(jī)系統(tǒng)、同步電路、電壓電流檢測(cè)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖放大電路和電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件構(gòu)成，由系統(tǒng)控制軟件進(jìn)行控制。該控制器具有顯著的節(jié)能效果，在負(fù)荷率小于80％時(shí)，節(jié)電率為5％～60％?？蓪?shí)現(xiàn)電機(jī)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并具有十種電機(jī)保護(hù)功能。由于采用軟啟動(dòng)程序，可使電機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
文檔編號(hào)H02H7/08GK2138858SQ92235309
公開日1993年7月21日 申請(qǐng)日期1992年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月21日
發(fā)明者譚銳, 唐鋼鐵 申請(qǐng)人:譚銳