專利名稱：交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的節(jié)電裝置，尤其是一種相應(yīng)于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化自動(dòng)地改變可控半導(dǎo)體器件觸發(fā)角的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)控制裝置。
在工業(yè)中，往往采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)行，而這些負(fù)載的大小又是經(jīng)常變化的。例如在沖床、剪床、鉆床、空壓機(jī)、提升機(jī)等的實(shí)際運(yùn)行中，驅(qū)動(dòng)它們的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載值在空載與額定值之間不斷地變化。眾知，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在滿負(fù)載情況下具有最佳的功率因數(shù)，而在小于滿負(fù)載的條件下，功率因數(shù)降低并使損耗增大，這主要因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)從滿載到部分負(fù)載或空載時(shí)電動(dòng)機(jī)電流值變化不大，而其相角改變大，所以電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)下降，效率也下降了，故造成電能的浪費(fèi)，如果對(duì)于所有這些負(fù)載的場合利用節(jié)能裝置來避免這些能量浪費(fèi)，其節(jié)能效果是極為可觀的，因?yàn)樵诠I(yè)中利用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的用電量占整個(gè)工業(yè)用電量的很大比例。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有一種節(jié)能裝置是根據(jù)負(fù)載的變化手工地調(diào)節(jié)觸發(fā)角達(dá)到根據(jù)負(fù)載大小調(diào)節(jié)電壓，從而達(dá)到節(jié)電。這種裝置具有很大缺點(diǎn)，它只能適應(yīng)負(fù)載不經(jīng)常變化或變化很慢的場合。此外有一種較新的節(jié)能裝置，例如美國專利US4052648中所公開的，其中觸發(fā)角或供給負(fù)載的電壓可隨負(fù)載的大小自動(dòng)地改變。但是該類裝置控制電路復(fù)雜，其中由各相獨(dú)立產(chǎn)生控制信號(hào)并分別控制各相，因而控制信號(hào)波動(dòng)大，各相電流對(duì)稱度差，調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度與穩(wěn)定性差，尤其是在其中沒有采用最佳節(jié)電率的調(diào)節(jié)，因而節(jié)電達(dá)不到最佳數(shù)值，此外沒有可靠的保護(hù)電路，例如重要的缺相保護(hù)電路，因而實(shí)際應(yīng)用的可靠性差。
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，因此本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的節(jié)電裝置，它的控制電路簡單，易于實(shí)施，控制準(zhǔn)確度高，工作穩(wěn)定，各相電流對(duì)稱性好，尤其能使節(jié)電率調(diào)節(jié)到最佳數(shù)值，此外還具有可靠的保護(hù)，提高了實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置由三相交流電源經(jīng)三組可控半導(dǎo)體組件對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的每相供電，這些可控半導(dǎo)體組件接收隨負(fù)載大小變化的觸發(fā)信號(hào)，其特征在于其中對(duì)各組可控半導(dǎo)體組件分別設(shè)置了當(dāng)各相電壓過零以后的續(xù)流時(shí)間檢測(cè)器，它們分別將代表各相續(xù)流時(shí)間的方波信號(hào)輸入到一個(gè)共同的比例運(yùn)算器中，該運(yùn)算器根據(jù)三相電流續(xù)流時(shí)間的總和來產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)然后輸入到三相觸發(fā)脈沖發(fā)生器及經(jīng)由三相脈沖功率放大器，以輸出上述隨負(fù)載大小變化的觸發(fā)信號(hào);其中還設(shè)置了節(jié)電率控制器，它的輸出信號(hào)傳送到所述比例運(yùn)算器的反向輸入端，使該運(yùn)算器輸出的所述控制信號(hào)得到最佳調(diào)整，從而使所述電動(dòng)機(jī)在最佳節(jié)電效率下進(jìn)行;以及還設(shè)置了缺相保護(hù)裝置，它在電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)輸出一信號(hào)以斷開三相電源接觸器，保證可靠運(yùn)行。
以下將借助于附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明，并通過以下的說明使本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)更易于使人理介。其附圖為

圖1本發(fā)明的原理框圖;
圖2a及2b本發(fā)明主電路部分的兩種實(shí)施形式;
圖3可控半導(dǎo)體器件電流續(xù)流時(shí)間檢測(cè)器原理圖;
圖4比例運(yùn)算器原理圖;
圖5觸發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)生器原理圖;
圖6觸發(fā)脈沖信號(hào)功率放大圖;
圖7a及7b節(jié)電率控制器及節(jié)電率曲線;
圖8缺相保護(hù)電路。
為了清楚起見，在各附圖中用相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
圖1是本發(fā)明的原理框圖，其中A、B、C為三相電源輸入，經(jīng)由電源接觸器18，三相可控半導(dǎo)體組件1、2、3后輸出到三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)16，標(biāo)號(hào)4，5及6分別為三相可控半導(dǎo)體組件中晶閘管的電流續(xù)流時(shí)間檢測(cè)器，它們的輸出信號(hào)共同地輸入到一個(gè)比例運(yùn)算器7中，該運(yùn)算器7的輸出信號(hào)傳送到各相的觸發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)生器8，9，10，它們的輸出信號(hào)然后經(jīng)三相觸發(fā)脈沖信號(hào)功率放大器11，12，13放大后，分別輸出三相觸發(fā)脈沖信號(hào)到三相可控半導(dǎo)體組件1，2，3的控制端上，用以與續(xù)流時(shí)間成比例地，也即與負(fù)載大小成比例地控制電機(jī)各相的供電電壓，其中還設(shè)置了節(jié)電率控制器15，它的輸出信號(hào)傳送到比例運(yùn)算器7用以最佳地控制節(jié)電率及提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定度，標(biāo)號(hào)14為電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)電路，用以使電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)地起動(dòng)，標(biāo)號(hào)17為缺相檢測(cè)電路，它與三相電源接觸器18一起構(gòu)成缺相保護(hù)裝置。
圖2a)與2b)分別為本發(fā)明的主電路的兩種不同實(shí)施形式。其中圖2a)中的可控半導(dǎo)體組件1，2及3是用晶閘管與二極管反并聯(lián)組成的，它相當(dāng)于單向控制方式的節(jié)電裝置。圖2b中的可控半導(dǎo)體組件1′，2′及3′為雙向晶閘管，它相當(dāng)于雙向控制方式的節(jié)電裝置。它們的節(jié)電控制原理是相同的，即作到相應(yīng)負(fù)載的大小控制電動(dòng)機(jī)各相的供電電壓達(dá)到節(jié)電的目標(biāo)。為了清楚起見以下只對(duì)圖2a)的實(shí)施形式說明控制電路各部分的工作原理。
圖3是可控半導(dǎo)體器件電流續(xù)流時(shí)間檢測(cè)器電路，由于該電路對(duì)每相來說均是一樣的，故以A相為例，其中用兩個(gè)電路分壓支路R1，R2及R3，R4分別接于晶閘管TH1的陽極(A)、陰極(K)與地之間，運(yùn)算放大器OA1連接成比較器，它的正，反向輸入端分別接于分壓支路的分壓點(diǎn)上，輸出端a的信號(hào)因而與晶閘管TH1中流過電流的時(shí)間有關(guān)，運(yùn)算放大器OA2作為比較器檢測(cè)A相電壓半周期的寬度，a，b輸出端的信號(hào)經(jīng)過二極管D相“與”后，在輸出端Ca輸出一個(gè)其寬度代表A相正半周電壓過零后晶閘管TH1中繼續(xù)流過電流的續(xù)流時(shí)間值的方波信號(hào)。其它兩相的情況相同。
然后，參見圖4，A，B，C三相的續(xù)流時(shí)間信號(hào)通過一個(gè)由二極管D3至D5組成的或門電路加到運(yùn)算放大器OA3的反向輸入端，該運(yùn)算放大器OA3連接成比例運(yùn)算器，其反饋電路由R1，C1及R8，C2，D2并聯(lián)，輸入電阻為R6，在其輸出端D上輸出一個(gè)負(fù)的控制信號(hào)電平SD，該信號(hào)的電平與輸入的三相續(xù)流時(shí)間信號(hào)的和成正比變化。由于使用了三相續(xù)流時(shí)間信號(hào)的和作為輸入，使得該控制信號(hào)SD的波動(dòng)比使用單相續(xù)流時(shí)間信號(hào)時(shí)大大地減小了，因而增加了控制的準(zhǔn)確度及穩(wěn)定度，并使三相電流的對(duì)稱性改善，也改善了節(jié)電效果。
控制信號(hào)SD代表續(xù)流時(shí)間，也代表了電機(jī)負(fù)載的大小，如電機(jī)負(fù)載大時(shí)續(xù)流時(shí)間就短，因而觸發(fā)角就需提前。為了產(chǎn)生使觸發(fā)角這樣變化的觸發(fā)信號(hào)，設(shè)置了各相的晶閘觸發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)生器，其中用于A相的電路如圖5所示，其它兩相的電路也相同。運(yùn)算放大器OA4作為比較器，在它的正向輸入端輸入控制信號(hào)SD，在其反向輸入端經(jīng)由電阻R16輸入一個(gè)負(fù)的鋸齒波信號(hào)，該信號(hào)是由三極管TR1及電容C3、電阻R9組成的鋸齒波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的，在三極管TR15的基極上輸入由圖3中b點(diǎn)輸出的代表A相半波電壓寬度(10ms)的方波信號(hào)，這樣就在比較器OA4的輸出端上輸出了一個(gè)觸發(fā)脈沖選通信號(hào)。它對(duì)由振蕩器OA5輸出的3KC脈沖信號(hào)進(jìn)行選通形成觸發(fā)脈沖信號(hào)。該脈沖信號(hào)的前沿處于控制信號(hào)SD與鋸齒信號(hào)的交點(diǎn)上，鋸齒波信號(hào)是不變的，控制信號(hào)則隨負(fù)載變化，例如負(fù)載越小則續(xù)流時(shí)間越長，控制信號(hào)也越大，上述交點(diǎn)即觸發(fā)脈沖信號(hào)的前沿就處于正向交流電壓的越后側(cè)，因而輸出到電機(jī)A相的電壓就越小。也就是說使晶閘管的導(dǎo)通角隨電動(dòng)機(jī)負(fù)載成比例地變化。其它兩相觸發(fā)脈沖信號(hào)電路是相同的，只是各相鋸齒波信號(hào)的相位不同而已。這樣產(chǎn)生的A，B，C三相觸發(fā)脈沖信號(hào)分別經(jīng)由各相的觸發(fā)脈沖信號(hào)功率放大器11，12及13，后者的輸出端分別接到各相晶閘管的控制極上。這些觸發(fā)脈沖信號(hào)功率放大器的電路如圖6所示，它們是屬于一般的公知電路，不再贅述。
為了對(duì)各種電動(dòng)機(jī)及負(fù)載情況均能使節(jié)電率調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)，本發(fā)明的節(jié)電裝置中還設(shè)置了節(jié)電率控制器，它的電路如圖7a所示，其中由電位器W2可手動(dòng)地調(diào)節(jié)一個(gè)固定的負(fù)電壓輸入到圖4中的比例運(yùn)算器OA3的反向輸入端上，例如可作為不同電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)的節(jié)電率精確調(diào)節(jié)，使電機(jī)在此時(shí)吸收最少電能。由反相器OA6至OA8，二極管D8至D10及電阻R20至R22支路并聯(lián)后與電位器W1、電阻19串聯(lián)形成另一調(diào)節(jié)支路，其輸出也接到運(yùn)算器OA3的反向輸入端上。它的作用是在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中在不同負(fù)載情況下對(duì)控制電壓進(jìn)行補(bǔ)償，以獲取最佳的各種負(fù)載下的節(jié)電率。其中由反相器OA6至OA8的反向輸入端輸入由圖5中比較器OA4輸出的觸發(fā)脈沖信號(hào)FA至FC。由于該觸發(fā)脈沖的寬度是隨負(fù)載情況變化的，因而該調(diào)節(jié)支路輸出的補(bǔ)償電壓值也是隨負(fù)載變化的，故能在不同的負(fù)載情況下得到最佳的節(jié)電率，其中還可配合電位器W1作手工調(diào)節(jié)到最佳點(diǎn)。由圖7b可見，曲線1是未使用節(jié)電率控制器的節(jié)電率曲線，曲線2是使用了節(jié)電率控制器的節(jié)電率曲線。由此可清楚地看到節(jié)電率控制器很好地改善了節(jié)電效果，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果有功功率節(jié)電率能達(dá)到30%左右。此外該電路起到一些負(fù)反饋?zhàn)饔?，使外界干擾如電壓波動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性增加。
為了提高運(yùn)行可靠性，該節(jié)能裝置中還設(shè)置了缺相保護(hù)裝置17，18，如圖8所示，其中左邊部分是缺相檢測(cè)器電路17，它由三個(gè)變壓器B1至B3變壓再經(jīng)二極管D11至D13整流，電容C6至C8濾波供給與非門NA。在缺相時(shí)與非門NA輸出為低電位，當(dāng)A，B，C其中一相電壓失掉時(shí)，在與非門的輸出端輸出一高電位，它使右邊電源接觸器路18中的晶閘管TH導(dǎo)通，使該接觸器的跳閘線圈L得電，從而操作三相接觸器開關(guān)KA至KC打開，從而可靠地達(dá)到保護(hù)。
此外，為了起動(dòng)平穩(wěn)并使起動(dòng)時(shí)間可調(diào)，該節(jié)電裝置中還設(shè)置了軟起動(dòng)電路14。它由積分和起動(dòng)時(shí)間可調(diào)的控制支路組成，由于它是一般的公知技術(shù)，故未在圖中詳細(xì)給出。通過改變所述控制支路的電位器，可使軟起動(dòng)時(shí)間在1至20秒范圍中調(diào)整。
以上是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，實(shí)際上在這個(gè)節(jié)電裝置原理的基礎(chǔ)上，還可能有各種變型。并且，雖然以上是描述了三相感應(yīng)動(dòng)機(jī)的情況，事實(shí)上其中一相的節(jié)電控制電路還可用于單相電動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于控制準(zhǔn)確度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，尤其是具有良好的節(jié)電效果。此外電路較簡單，使用的元器件成本低，易于實(shí)施。
權(quán)利要求
1.交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置，它由三相交流電源經(jīng)由三相可控半導(dǎo)體組件對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的每相供電，這些可控半導(dǎo)體組件接收隨負(fù)載大小變化的觸發(fā)信號(hào)，其特征在于其中對(duì)各組可控半導(dǎo)體組件(1，2，3)分別設(shè)置了當(dāng)各相電壓過零后的續(xù)流時(shí)間檢測(cè)器(4，5，6)，它們分別將代表各相續(xù)流時(shí)間的方波信號(hào)輸入到一個(gè)共同的比例運(yùn)算器(7)中，該運(yùn)算器(7)根據(jù)三相電流續(xù)流時(shí)間的總和來產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)然后經(jīng)三相觸發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)生器(8，9，10)及三相觸發(fā)脈沖信號(hào)的功率放大器(11，12，13)以輸出上述隨負(fù)載大小變化的觸發(fā)信號(hào)；其中還設(shè)置了節(jié)電率控制器(15)，它的輸出信號(hào)傳送到所述比例運(yùn)算器(7)的反向輸入端，使該運(yùn)算器(7)輸出的所述控制信號(hào)得到最佳調(diào)整，從而使上述電動(dòng)機(jī)在最佳節(jié)電率下穩(wěn)定運(yùn)行；以及還設(shè)置了缺相保護(hù)裝置(17，18)，它在電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)輸出一信號(hào)以斷開三相電源接觸器(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置，其特征在于其中所述三組可控半導(dǎo)體組件可以是三組晶閘管與二極管的反并聯(lián)組件(1，2，3)或是雙向晶閘管器件(1′，2′，3′)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置，其特征在于其中所述A相續(xù)流時(shí)間檢測(cè)器(4)的電路為用兩個(gè)電路分壓支路(R1，R2)及(R3，R4)分別接于所述可控半導(dǎo)體組件中的晶閘管(TH1)的陽極(A)、陰極(K)與地之間，運(yùn)算放大器(OA1)接成比較器，它的正反向輸入端分別接于分壓支路的分壓點(diǎn)上，輸出端(a)與晶閘管(TH1)中流過電流時(shí)間有關(guān)，另一運(yùn)算放大器(OA2)作為比較器檢測(cè)A相電壓半周期的寬度，二個(gè)輸出端(a及b)的信號(hào)經(jīng)過二極管(D)相“與”后，在輸出端(Ca)輸出一個(gè)寬度代表A相正半周電壓過零后晶閘管(TH1)中繼續(xù)流過電流的續(xù)流時(shí)間值的方波信號(hào);其它兩相的電路相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置，其特征在于其中所述的三相觸發(fā)脈沖信號(hào)發(fā)生器(8，9，10)中的每一個(gè)包括運(yùn)算放大器(OA4)，它作為比較器，在其正向輸入端輸入控制信號(hào)(SD)，在其反向輸入端經(jīng)由電阻(R16)輸入一個(gè)負(fù)的鋸齒波信號(hào)，該信號(hào)是由三極管(TR1)及電容(C3)、電阻(R9)組成的鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生的，在該三極管(TR1)的基級(jí)上輸入代表各相半波電壓寬度(10ms)的方波信號(hào)，這樣便在比較器(OA4)的輸出端上輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖選通信號(hào)，它對(duì)由振蕩器(OA5)輸出的3KC脈沖信號(hào)進(jìn)行選通形成觸發(fā)脈沖信號(hào)，它使晶閘管(1，2，3)的導(dǎo)通角隨電動(dòng)機(jī)負(fù)載成比例變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1或2的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置，其特征在于其中所述節(jié)電率控制器中由電拉器(W2)調(diào)節(jié)一固定負(fù)電壓輸入到運(yùn)算器(OA3)的反向輸入端上，并由反相器(OA6至OA8)、二極管(D8至D10)及電阻(R20至22)各支路并聯(lián)后與電位器(W1)、電阻R19串聯(lián)形成另一調(diào)節(jié)支路，其輸出也連接到運(yùn)算器(OA3)的反向輸入端上，而所述反相器(OA6至OA8)的輸入端接收觸發(fā)脈沖信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1或2的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置，其特征在于其中所述缺相保護(hù)裝置(17，18)，由缺相檢測(cè)器電路(17)及電源接觸器電路(18)組成，前者由三個(gè)變壓器(B1至B3)變壓再經(jīng)二極管(D11至D13)整流，電容器(C6至C8)濾波供給與非門(NA)，當(dāng)缺相時(shí)該與非門(NA)輸出一高電位使電源接觸器電路中的晶閘管(TH)導(dǎo)通，以使電源接觸器的跳閘線圈(L)得電，從而使其斷開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)能裝置，共特征在于其中還設(shè)置了軟起動(dòng)電路，它可以使軟起動(dòng)的時(shí)間在1至20秒的范圍中調(diào)整。
全文摘要
交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置，它由三相交流電源經(jīng)由三組可控半導(dǎo)體組件對(duì)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的每相供電，這些可控半導(dǎo)體組件接收隨負(fù)載大小變化的觸發(fā)脈沖。其特征在于其中產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號(hào)的控制信號(hào)是由三相電流續(xù)流時(shí)間總和來產(chǎn)生的；其中還設(shè)置了節(jié)電率控制器及缺相保護(hù)電路，因而控制準(zhǔn)確度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)H02H7/09GK1073058SQ91111419
公開日1993年6月9日 申請(qǐng)日期1991年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月3日
發(fā)明者石耀明 申請(qǐng)人:王文閣