專利名稱：一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種可以對交流負(fù)載實現(xiàn)調(diào)速 或者功率調(diào)節(jié)的交流負(fù)載控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前控制交流電機的方法主要為使用IGBT構(gòu)成的變頻調(diào)速技術(shù)以及使用可控硅 SCR構(gòu)成的電機軟啟動技術(shù)。以控制三相交流電機為例，現(xiàn)有技術(shù)存在如下問題
1、變頻調(diào)速技術(shù)是通過改變供給電機交流電壓的頻率來達(dá)到改變電機轉(zhuǎn)速的目的的。 但是，當(dāng)交流電壓的頻率降低時，必須降低交流電壓的幅值，否則電機磁路將進(jìn)入飽和區(qū)域 而產(chǎn)生過電流。因此，采用現(xiàn)有的變頻調(diào)速技術(shù)控制交流電機既要調(diào)壓又要調(diào)頻。在高功率 因數(shù)、無電流沖擊的要求下，調(diào)壓時需要采用六個開關(guān)器件(比如IGBT功率管，每相需要兩 個，正，負(fù)各一個，三相就需要六個)設(shè)計可控整流電路，用于將交流電壓整流成直流電壓， 為后續(xù)逆變模塊提供直流母線電壓。通過逆變模塊進(jìn)行調(diào)頻控制時，也需要使用六個開關(guān) 器件(比如IGBT功率管)來將直流母線電壓逆變成三相交流電壓，以驅(qū)動三相電機運轉(zhuǎn)。這 樣，在三相電機的供電主回路中共計需要使用12個IGBT功率管進(jìn)行電路設(shè)計，不僅結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，成本高，而且還會造成可靠性的降低。2、變頻調(diào)速技術(shù)很難使交流電機在第四象限工作。第四象限的特點是電機速度是 負(fù)值，而電機轉(zhuǎn)矩是正值，例如起重機在下放重物的過程中就需要其內(nèi)部電機工作在第四 象限。但是，由于變頻調(diào)速技術(shù)是通過改變頻率的方法來改變電機速度的，而頻率是不能成 為負(fù)值的，因此要想速度變?yōu)樨?fù)值，只能改變電機的相序。此時，電機實際上不是工作在第 四象限，而是工作在第二象限，處于發(fā)電狀態(tài)。3、由可控硅SCR構(gòu)成的軟啟動器是目前用于控制交流電機軟啟動的主要形式，它 采用移相降壓的方式來達(dá)到減小啟動電流的目的，即通過降低啟動電壓來降低電機的啟動 電流。這種設(shè)計方式存在功率因數(shù)低、轉(zhuǎn)矩/電流比低、啟動電流大等缺點。而且，由SCR 構(gòu)成的軟啟動器也需要較多的開關(guān)元件，同樣存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的問題。對于電氣加熱爐或者調(diào)功器等多相電阻性交流負(fù)載來說，一般都是采用可控硅進(jìn) 行功率調(diào)節(jié)，同樣存在控制線路復(fù)雜、功率因數(shù)低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有交流負(fù)載控制系統(tǒng)所存在的控制線路復(fù)雜、可靠性低的問 題，提供了一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)，通過采用二極管構(gòu)成矩陣開關(guān)來調(diào)節(jié)流經(jīng)交流負(fù)載內(nèi) 部阻抗的電流導(dǎo)通比，進(jìn)而實現(xiàn)對交流負(fù)載的控制，從而簡化了控制線路的結(jié)構(gòu)，提高了系 統(tǒng)運行的可靠性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)
一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)，包括2N個二極管、一個開關(guān)器件和用于控制所述開關(guān)器件通 斷的控制模塊，所述N為交流負(fù)載的相數(shù)；在交流負(fù)載的每一相繞組或者電阻的一端分別連接有兩個二極管，在所述的兩個二極管中，其中一個二極管的陽極連接該相繞組或者電 阻，陰極連接所述開關(guān)器件的開關(guān)通路的一端，所述開關(guān)通路的另一端連接另一個二極管 的陽極，所述另一個二極管的陰極連接該相繞組或者電阻；所述交流負(fù)載的N相繞組或者 電阻的另一端連接N相交流電壓，所述開關(guān)器件的控制端連接所述的控制模塊。作為所述控制模塊的其中一種設(shè)計方式，在所述控制模塊中包含有脈沖發(fā)生器， 所述脈沖發(fā)生器接收設(shè)定信號，生成占空比可調(diào)的均勻脈沖信號輸出至所述開關(guān)器件的控 制端。當(dāng)所述交流負(fù)載為至少三相的交流電機時，所述設(shè)定信號為速度設(shè)定信號；在所 述控制模塊中還包含有用于檢測交流電機轉(zhuǎn)速的測速傳感器，所述測速傳感器將檢測到的 電機轉(zhuǎn)速信號傳輸至所述的脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器根據(jù)速度設(shè)定信號和電機轉(zhuǎn)速信 號之差，調(diào)節(jié)其輸出的均勻脈沖信號的占空比。當(dāng)所述交流負(fù)載為至少三相的電氣加熱爐或者調(diào)功器等電阻性交流負(fù)載時，所述 脈沖發(fā)生器接收的設(shè)定信號為功率設(shè)定信號。作為所述控制模塊的另外一種設(shè)計方式，當(dāng)所述交流負(fù)載為至少三相的感應(yīng)式交 流電機時；所述控制模塊還可以采用被調(diào)制信號發(fā)生器、調(diào)制信號發(fā)生器和信號調(diào)制器組 建而成；其中，所述信號調(diào)制器接收被調(diào)制信號發(fā)生器輸出的載波信號以及調(diào)制信號發(fā)生 器輸出的調(diào)制信號，進(jìn)而生成調(diào)制脈沖信號輸出至所述開關(guān)器件的控制端。進(jìn)一步的，所述被調(diào)制信號發(fā)生器生成固定頻率的載波信號輸出至所述的信號調(diào) 制器；所述調(diào)制信號發(fā)生器接收速度設(shè)定信號，并根據(jù)速度設(shè)定信號確定其輸出的調(diào)制信 號的頻率。又進(jìn)一步的，所述信號調(diào)制器將接收到的調(diào)制信號調(diào)制到所接收到的載波信號 上，并同時接收調(diào)制深度控制信號，根據(jù)所述調(diào)制深度控制信號調(diào)節(jié)其輸出的調(diào)制脈沖信 號的脈沖寬度。優(yōu)選的，當(dāng)所述交流負(fù)載為交流電機時，在所述控制系統(tǒng)中還可以進(jìn)一步設(shè)置能 量吸收回饋電路，連接所述開關(guān)器件的開關(guān)通路，在交流電機工作在第四象限時吸收線路 回饋的能量，以達(dá)到節(jié)約能源的設(shè)計目的。作為所述控制系統(tǒng)的另外一種應(yīng)用方式，本發(fā)明的交流負(fù)載控制系統(tǒng)還可以應(yīng)用 于對交流電機的軟啟動控制中。當(dāng)所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)用于對三相交流電機進(jìn)行軟啟動時，對于運行時要求星 形接法的交流電機，在其各相繞組用于連接所述控制系統(tǒng)的一側(cè)，每兩相繞組之間連接交 流接觸器的一個常開觸點，所述交流接觸器在交流電機啟動完成后控制其常開觸點閉合， 將三相繞組接成星形。而當(dāng)所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)用于對三相交流電機進(jìn)行軟啟動時，對于運行時要求 三角形接法的交流電機，其三相繞組各自通過第一交流接觸器的一個常開觸點連接所述的 控制系統(tǒng)，所述第一交流接觸器僅在交流電機啟動過程中控制其常開觸點閉合；在所述三 相繞組之間還連接有第二交流接觸器的三個常開觸點，所述第二交流接觸器在交流電機啟 動完成后控制其常開觸點閉合，將三相繞組接成三角形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明的交流負(fù)載控制系統(tǒng)線路 結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性好。將其用于交流電機的調(diào)速控制中，不僅可以取代現(xiàn)有的變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確控制，而且可以使電機穩(wěn)定的工作在第四象限，且功率因 數(shù)等于1，從而改變了由于電抗的原因使功率因素變差而形成的交流電機的s型轉(zhuǎn)矩特性， 把原來s型特性的不穩(wěn)定工作段變成穩(wěn)定的工作段。此外，本發(fā)明的交流負(fù)載控制系統(tǒng)還 可以應(yīng)用于對交流電機的軟啟動控制以及對電氣加熱爐或者調(diào)功器等電阻性多相交流負(fù) 載的功率控制中，相比傳統(tǒng)SCR控制技術(shù)具有功率因數(shù)高、控制性能好等顯著優(yōu)勢。結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更 加清楚。


圖1是本發(fā)明所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于感應(yīng)式三相交流電機調(diào)速控制 的一種實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于繞線式三相交流電機調(diào)速控制的一 種實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于感應(yīng)式三相交流電機調(diào)速控制的另 外一種實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4是圖3所示信號調(diào)制器生成的調(diào)制脈沖信號的一種實施例的波形圖； 圖5是本發(fā)明所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于交流電機軟啟動控制的一種實施例 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6是本發(fā)明所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于交流電機軟啟動控制的另外一種實 施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7是本發(fā)明所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于電阻性交流負(fù)載功率控制的一種實 施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述。本發(fā)明基于二極管所具有的正向低阻抗、反向高阻抗的特性，利用2N個二極管構(gòu) 成矩陣式結(jié)構(gòu)的交流開關(guān)，連接到交流負(fù)載的各相繞組或者電阻上，每相繞組或者電阻上 連接兩個二極管。由于二極管的負(fù)載功率比較大，所以驅(qū)動二極管通斷的開關(guān)器件的功率 也比較大。采用二級管組成矩陣開關(guān)后，可以使用一個開關(guān)器件同時控制幾路交流電路。這 樣，由于使用的開關(guān)器件非常少，因此，控制線路可以變得非常簡單，進(jìn)而使產(chǎn)品的成本得 以降低。下面通過三個具體的實施例來詳細(xì)闡述所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)的具體組建結(jié)構(gòu) 及其應(yīng)用。實施例一，參見圖1、圖2所示，本實施例的交流負(fù)載控制系統(tǒng)主要由2N個二極管 D”一個開關(guān)器件Ql和控制模塊組成，所述N為交流負(fù)載的相數(shù)。以三相交流電機M為例進(jìn) 行說明，此時N=3，即需要6個二級管D1-D6組成二行三列的矩陣開關(guān)。將交流電機M的中 心點拆開，使三相繞組的其中一端連接三相交流電源，另一端分別與所述矩陣開關(guān)的三列 二極管一一對應(yīng)連接，即在每一相繞組上連接兩路二極管。在實際應(yīng)用過程中，一般三相交 流電機M的接線盒上都設(shè)置有六個接線柱，可以在其中的U、V、W三個接線柱上連接三相交流電源，在X、Y、Z三個接線柱上連接所述的矩陣開關(guān)。對于感應(yīng)式交流電機來說，所述X、 Y、Z三個接線柱與電機定子繞組連接，如圖1所示；而對于繞線式交流電機來說，所述Χ、Υ、 Z三個接線柱與電機轉(zhuǎn)子繞組連接，如圖2所示。對于交流電機M與矩陣開關(guān)的具體連接關(guān) 系，本實施例以交流電機M中的U相繞組為例進(jìn)行說明，所述U相繞組連接第一列的兩個二 極管Dl、D2，分別與二極管Dl的陽極和二極管D2的陰極相連接，開關(guān)器件Ql的開關(guān)通路 連接在所述二極管Dl的陰極與二極管D2的陽極之間。其余兩列二極管D3-D6的連接方式 與第一列二極管D1、D2相仿，分別連接在交流電機M的V相繞組和W相繞組上，并通過開關(guān) 器件Ql對其進(jìn)行通斷控制。所述開關(guān)器件Ql的控制端連接控制模塊，通過控制模塊輸出 的脈沖信號控制其開關(guān)通路導(dǎo)通或者關(guān)斷。在本實施例中，所述開關(guān)器件Ql可以采用CMOS、IGBT等大功率場效應(yīng)管實現(xiàn)。當(dāng) 然，本實施例并不僅限于以上舉例。作為所述控制模塊的其中一種設(shè)計方式，可以采用脈沖發(fā)生器對開關(guān)器件Ql進(jìn) 行開關(guān)控制，如圖1、圖2所示。用戶可以通過電位器、鍵盤、觸摸屏等人機交互設(shè)備輸入設(shè) 定信號，傳輸至脈沖發(fā)生器以生成一定占空比的均勻脈沖信號(即固定頻率的脈沖信號)， 進(jìn)而輸出至開關(guān)器件Ql的控制端，以控制開關(guān)器件Ql的通斷時序，達(dá)到對交流負(fù)載的控 制。以控制交流電機M的轉(zhuǎn)速為例進(jìn)行說明，脈沖發(fā)生器接收用戶輸入的速度設(shè)定信號Vs， 并根據(jù)設(shè)定速度的大小生成相應(yīng)占空比的均勻脈沖信號，控制開關(guān)器件Ql通斷。在開關(guān)器 件Ql導(dǎo)通的期間，三相交流電機M的X、Y、Z接線柱連通，相當(dāng)于將三相交流電機M連接成 星形接法，通過三相交流電源為電機M供電，使電機M運轉(zhuǎn)。在開關(guān)器件Ql關(guān)斷的期間，三 相交流電機M的X、Y、Z接線柱斷開，相當(dāng)于切斷了交流電機M的供電回路，此時交流電機M 中無電流流過，電機M停轉(zhuǎn)。由此一來，通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號的占空比，即 可調(diào)節(jié)流過電機M的電流導(dǎo)通比，進(jìn)而改變電機轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)對電機M轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。所述均勻脈沖信號的頻率可以與交流電源的頻率同步，也可以異步，本實施例對 此不進(jìn)行具體限制。上述控制模塊采用的是一種開環(huán)的控制方式，它用于繞線式交流電機時，可獲得 直線下垂的機械特性，電機M可以連續(xù)工作在第一、第四象限。為了實現(xiàn)對電機M轉(zhuǎn)速的精確控制，還可以在所述控制系統(tǒng)中增加負(fù)反饋環(huán)節(jié)， 如圖1、圖2所示，采用測速傳感器檢測交流電機M的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，進(jìn)而反饋電機轉(zhuǎn)速信號Vo 至脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器根據(jù)速度設(shè)定信號Vs和電機轉(zhuǎn)速信號Vo之差，調(diào)節(jié)其輸出的 脈沖信號的占空比，進(jìn)而將電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在用戶所要求的速度設(shè)定值上。對于起重機中的交流電機，當(dāng)起重機工作在下放重物的過程中，由于施加到交流 電機M的交流電源的相序不變，控制模塊仍然輸出均勻脈沖信號控制流過電機的電流導(dǎo)通 比，因此電機轉(zhuǎn)矩仍為正值；但此時，電機會由于受重物下降的拉力而反轉(zhuǎn)，因此電機轉(zhuǎn)速 為負(fù)值，由此便可以實現(xiàn)電機M在第四象限的穩(wěn)定工作。由于起重機在下放重物的過程中 會產(chǎn)生能量，為了避免所述能量消耗在電機繞組上，本實施例在控制系統(tǒng)中還設(shè)計有能量 吸收回饋電路，如圖1、圖2所示，與所述開關(guān)器件Ql的開關(guān)通路相連接，吸收所述能量并回 饋給電網(wǎng)或者儲能裝置，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。將本實施例的控制系統(tǒng)應(yīng)用于交流電機的調(diào)速控制時，由于施加到電機的電壓是 額定的，因此磁場是額定狀態(tài)，根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩公式M = K * U I cos Φ ；
其中，M為轉(zhuǎn)矩；K為電機結(jié)構(gòu)參數(shù)；U為電機電壓；I為電機電流；cosct為功率因數(shù)； 因此，電機轉(zhuǎn)矩取決于電機轉(zhuǎn)子電流和功率因數(shù)。在采用均勻脈沖信號控制時，其功率因 數(shù)等于1，當(dāng)脈沖占空比不變時，隨著轉(zhuǎn)差率(交流電源的頻率與電機轉(zhuǎn)子的頻率之差)的加 大、轉(zhuǎn)子回路的電壓也加大、轉(zhuǎn)子回路的電流也成比例的加大，使得電機的轉(zhuǎn)矩加大，轉(zhuǎn)速 降低，即在轉(zhuǎn)矩為橫軸、轉(zhuǎn)速為縱軸的坐標(biāo)系中，電機的轉(zhuǎn)矩特性成傾斜下降的特性，在繞 線式電機時更接近于傾斜下降的直線。當(dāng)均勻脈沖信號的占空比加大時，特性變平；占空比 減小時、特性變陡。當(dāng)然，對于所述開關(guān)器件Q1，也可以采用調(diào)制脈沖信號對其進(jìn)行開關(guān)控制。此時， 可以采用調(diào)制信號發(fā)生器、被調(diào)制信號發(fā)生器和信號調(diào)制器來組建所述的控制模塊，如圖3 所示。以控制三相感應(yīng)式交流電機的轉(zhuǎn)速為例進(jìn)行說明。通過調(diào)制信號發(fā)生器接收用戶 輸入的速度設(shè)定信號Vs，進(jìn)而生成一定頻率的調(diào)制信號輸出至所述信號調(diào)制器。所述信號 調(diào)制器同時接收被調(diào)制信號發(fā)生器輸出的固定頻率的載波信號，然后將調(diào)制信號調(diào)制到所 述的載波信號上，并利用其接收到的調(diào)制深度控制信號對所述載波信號的脈沖寬度進(jìn)行調(diào) 節(jié)，從而生成如圖4所示的調(diào)制脈沖信號。圖4中，t為被調(diào)制信號的周期；T為調(diào)制信號的 周期；Vmax為開關(guān)器件Ql的導(dǎo)通電位；Vmin為開關(guān)器件Ql的關(guān)斷電位。通過改變調(diào)制信 號的頻率可以達(dá)到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的；通過增大調(diào)制深度控制信號的值，可以加大信號 調(diào)制器輸出的調(diào)制脈沖信號的脈沖寬度，延長開關(guān)器件Ql的導(dǎo)通時間，進(jìn)而增大電機轉(zhuǎn)子 電流，使電機轉(zhuǎn)矩提高，電機特性硬度加大。當(dāng)開關(guān)器件Ql采用調(diào)制脈沖信號控制時，由于交流電機的定子回路的能量來自 電網(wǎng)，所以能夠在電機氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場。但在轉(zhuǎn)子回路中，由于電流是通過感應(yīng)方式產(chǎn) 生的，因此受到調(diào)制脈沖信號的控制。并且，感生電流的頻率與調(diào)制脈沖信號的頻率相同。實驗證明在電網(wǎng)頻率為50赫茲的情況下，當(dāng)調(diào)制脈沖信號的調(diào)制頻率小于50赫 茲時，電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同；而當(dāng)調(diào)制脈沖信號的調(diào)制頻率高于 50赫茲時，電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向相反，其作用原理相當(dāng)于等效的轉(zhuǎn)子 回路饋電的雙饋調(diào)節(jié)。在本實施例中，所述速度設(shè)定信號和調(diào)制深度控制信號可以通過人機交互設(shè)備輸 入到所述的控制系統(tǒng)中，用于對電機進(jìn)行調(diào)速控制。當(dāng)然，所述控制模塊也可以采用其他多種設(shè)計方式，本實施例并不僅限于以上舉 例。當(dāng)交流電機的相數(shù)大于3時，可以采用更多路二極管對所述矩陣開關(guān)進(jìn)行列數(shù)擴(kuò)展，其 電路連接方式仿照圖1-圖3所示，本實施例在此不作重復(fù)說明。實施例二，本實施例將實施例一所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于三相交流電機的 軟啟動過程中。對于采用星形接法的三相交流電機來說，可以將電機繞組的中心點拆開，三 相繞組的一端(即UVW接線柱)連接交流電源，另一端(即X^接線柱)連接二行三列的矩陣 開關(guān)，如圖5所示，并在XYZ接線柱的兩兩之間分別跨接一個常開觸點Zl，三個常開觸點Zl 均為一交流接觸器的常開觸點。所述交流接觸器在電機啟動過程中，控制其常開觸點Zl斷 開。此時，控制模塊(圖5中以脈沖發(fā)生器為例進(jìn)行說明)根據(jù)給定信號生成脈沖信號，控制 流過電機的啟動電流。在本實施中，可以根據(jù)實際需要控制啟動電流的大小，其中，脈沖的 寬度決定啟動電流的大小和力矩的大小。當(dāng)電機啟動完成后，交流接觸器控制其常開觸點Zl閉合，即，將電機繞組按照星形接法連接，使電機進(jìn)入正常運行狀態(tài)。對于采用三角形接法的三相交流電機來說，可以將電機繞組的中心點拆開，三相 繞組的一端(即UVW接線柱)連接交流電源，另一端(即XYZ接線柱)一方面各自通過一路常 開觸點Z2連接二行三列的矩陣開關(guān)，所述三路常開觸點Z2為第一交流接觸器的常開觸點， 如圖6所示；另一方面通過第二交流接觸器的三路常開觸點實現(xiàn)X與V、Y與W、Z與U的 間接連接。在電機啟動過程中，第一交流接觸器控制其常開觸點Z2閉合，第二交流接觸器 控制其常開觸點Z3斷開，此時，控制模塊(圖6中以脈沖發(fā)生器為例進(jìn)行說明)根據(jù)給定信 號生成脈沖信號，控制流過電機的啟動電流(可以根據(jù)實際需要控制啟動電流的大小)。當(dāng) 電機啟動完成后，第一交流接觸器控制其常開觸點Z2斷開，第二交流接觸器控制其常開觸 點閉合，即，將電機繞組按照三角形接法連接，使電機進(jìn)入正常運行狀態(tài)。所述第一交流 接觸器和第二交流接觸器互相閉鎖。當(dāng)然，也可以將Z3改為第一交流接觸器的常閉觸點， 同樣可以實現(xiàn)對交流電機的軟啟動控制。對于電機是否啟動完成，可以采用現(xiàn)有的多種方式進(jìn)行判斷，比如通過檢測電機 電流或者控制軟啟動的時間等方式，本實施例對此不進(jìn)行具體限制。實施例三，本實施例將實施例一所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于除電機以外的其 他交流負(fù)載中，比如電氣加熱爐、調(diào)功器等具有三相或者更多相電阻、且傳統(tǒng)采用星形接法 的電阻性交流負(fù)載中，用于對交流負(fù)載的功率進(jìn)行控制。如圖7所示，以三相交流負(fù)載為例 進(jìn)行說明。同樣的，將交流負(fù)載的三相電阻的中心點拆開，其原本連接交流電源的三相端子 UVW還是連接交流電源，三相電阻的另一端CTZ連接所述的由二極管組成的矩陣開關(guān)。控 制模塊接收用戶輸入的功率設(shè)定信號，進(jìn)而生成一定占空比的均勻脈沖信號，傳輸至開關(guān) 器件Ql的控制端，對其進(jìn)行開關(guān)控制，進(jìn)而通過改變負(fù)載電流來達(dá)到對負(fù)載功率的有效控 制。為了實現(xiàn)交流負(fù)載功率的準(zhǔn)確控制，還可以進(jìn)一步設(shè)計負(fù)反饋環(huán)節(jié)，即在控制系 統(tǒng)中增加功率傳感器，檢測交流負(fù)載的功率，并將檢測到的功率信號反饋給控制模塊，以調(diào) 節(jié)其輸出的脈沖信號的占空比，進(jìn)而使負(fù)載功率能夠穩(wěn)定在用戶所要求的設(shè)定功率值上。當(dāng)然，以上所述僅是本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于包括2N個二極管、一個開關(guān)器件和用于控制 所述開關(guān)器件通斷的控制模塊，所述N為交流負(fù)載的相數(shù)；在交流負(fù)載的每一相繞組或者 電阻的一端分別連接有兩個二極管，在所述的兩個二極管中，其中一個二極管的陽極連接 該相繞組或者電阻，陰極連接所述開關(guān)器件的開關(guān)通路的一端，所述開關(guān)通路的另一端連 接另一個二極管的陽極，所述另一個二極管的陰極連接該相繞組或者電阻；所述交流負(fù)載 的N相繞組或者電阻的另一端連接N相交流電壓，所述開關(guān)器件的控制端連接所述的控制 模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于在所述控制模塊中包含有 脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器接收設(shè)定信號，生成占空比可調(diào)的均勻脈沖信號輸出至所述 開關(guān)器件的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述交流負(fù)載為至少三相 的交流電機，所述設(shè)定信號為速度設(shè)定信號；在所述控制模塊中還包含有用于檢測交流電 機轉(zhuǎn)速的測速傳感器，所述測速傳感器將檢測到的電機轉(zhuǎn)速信號傳輸至所述的脈沖發(fā)生 器，所述脈沖發(fā)生器根據(jù)速度設(shè)定信號和電機轉(zhuǎn)速信號之差，調(diào)節(jié)其輸出的均勻脈沖信號 的占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述交流負(fù)載為至少三相 的電氣加熱爐或者調(diào)功器，所述脈沖發(fā)生器接收的設(shè)定信號為功率設(shè)定信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述交流負(fù)載為至少三相 的感應(yīng)式交流電機；在所述控制模塊中包含有被調(diào)制信號發(fā)生器、調(diào)制信號發(fā)生器和信號 調(diào)制器，所述信號調(diào)制器接收被調(diào)制信號發(fā)生器輸出的載波信號以及調(diào)制信號發(fā)生器輸出 的調(diào)制信號，進(jìn)而生成調(diào)制脈沖信號輸出至所述開關(guān)器件的控制端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述被調(diào)制信號發(fā)生器生 成固定頻率的載波信號輸出至所述的信號調(diào)制器；所述調(diào)制信號發(fā)生器接收速度設(shè)定信 號，并根據(jù)速度設(shè)定信號確定其輸出的調(diào)制信號的頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述信號調(diào)制器將接收到 的調(diào)制信號調(diào)制到所接收到的載波信號上，并同時接收調(diào)制深度控制信號，根據(jù)所述調(diào)制 深度控制信號調(diào)節(jié)其輸出的調(diào)制脈沖信號的脈沖寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3或者5至7中任一項所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于 當(dāng)所述交流負(fù)載為交流電機時，在所述控制系統(tǒng)中還包含有能量吸收回饋電路，連接所述 開關(guān)器件的開關(guān)通路，在交流電機工作在第四象限時吸收線路回饋的能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或者5至7中任一項所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于 當(dāng)所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)用于對三相交流電機進(jìn)行軟啟動時，對于運行時要求星形接法的 交流電機，在其各相繞組用于連接所述控制系統(tǒng)的一側(cè)，每兩相繞組之間連接交流接觸器 的一個常開觸點，所述交流接觸器在交流電機啟動完成后控制其常開觸點閉合，將三相繞 組接成星形。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或者5至7中任一項所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于 當(dāng)所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)用于對三相交流電機進(jìn)行軟啟動時，對于運行時要求三角形接法 的交流電機，其三相繞組各自通過第一交流接觸器的一個常開觸點連接所述的控制系統(tǒng)， 所述第一交流接觸器僅在交流電機啟動過程中控制其常開觸點閉合；在所述三相繞組之間還連接有第二交流接觸器的三個常開觸點，所述第二交流接觸器在交流電機啟動完成后控 制其常開觸點閉合，將三相繞組接成三角形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)，包括2N個二極管、一個開關(guān)器件和用于控制所述開關(guān)器件通斷的控制模塊，所述N為交流負(fù)載的相數(shù)；在交流負(fù)載的每一相繞組或者電阻的一端分別連接有兩個二極管，在所述的兩個二極管中，其中一個二極管的陽極連接該相繞組或者電阻，陰極連接所述開關(guān)器件的開關(guān)通路的一端，所述開關(guān)通路的另一端連接另一個二極管的陽極，所述另一個二極管的陰極連接該相繞組或者電阻；所述交流負(fù)載的N相繞組或者電阻的另一端連接N相交流電壓，所述開關(guān)器件的控制端連接所述的控制模塊。本發(fā)明的交流負(fù)載控制系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性好，可用于對交流電機的調(diào)速、軟啟動控制以及其他交流負(fù)載的功率控制。
文檔編號H02P25/16GK102136823SQ201110116169
公開日2011年7月27日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者張利, 薄毅民, 薄煥林 申請人:薄煥林