專利名稱：電動機無觸點節(jié)電啟動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及了一種電動機的啟動器，特別是一種無觸點式的節(jié)電啟動器。
中國實用新型專利92208916.7號公開了一種電動機無觸點電腦節(jié)電起動器，主要是利用單片機、可控硅啟動電動機和控制供電電壓，以降低電動機的有功和無功損耗。其不足之處是電路復(fù)雜，穩(wěn)定性差，維護不便。
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，給出一種電路結(jié)構(gòu)簡單、可以自動跟蹤電動機負載變化以連續(xù)調(diào)整電動機端電壓，提高電動機功率因數(shù)的啟動器。
完成本實用新型任務(wù)的技術(shù)方案是在被控三相交流電源和電動機之間接入一個可控硅組合，用來調(diào)整電動機的端電壓；設(shè)置一個控制環(huán)路，該控制環(huán)路和可控硅組合相連接，控制環(huán)路產(chǎn)生一個隨交流電壓與電流相位差大小變化的可控硅觸發(fā)信號，控制可控硅的導(dǎo)通角，使得流經(jīng)電動機的電流和電動機上的端電壓的相位差最?。辉诳刂骗h(huán)路和可控硅組合之間連接一個控制電壓產(chǎn)生器和一個相位差信號檢測裝置，該裝置把從可控硅組合中檢測出的電壓和電流相位差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的相位差信號電壓，控制電壓產(chǎn)生器連接在控制環(huán)路與相位差信號檢測裝置之間，把相位差信號檢測裝置輸出的相位差信號電壓轉(zhuǎn)換成控制電壓送給控制環(huán)路；振蕩器和控制環(huán)路相連，振蕩器產(chǎn)生窄脈沖，通過控制環(huán)路觸發(fā)可控硅導(dǎo)通。
本實用新型還包括恒流缺相過流保護裝置，當(dāng)缺相和過流其中任意一種現(xiàn)象發(fā)生時，上述裝置便發(fā)出一個信號，使控制環(huán)路無輸出，從而使可控硅斷開，保護電動機不被損壞，恒流缺相過流保護裝置還具有使電動機恒流啟動的功能，當(dāng)電動機剛啟動時，該裝置輸出一個恒流啟動信號，使電動機的啟動電流為一允許的恒定值，避免因啟動電流過大燒壞電動機或者造成線路上較大的電壓損失而影響其它用電設(shè)備的正常運行。
完成本實用新型的恒流缺相過流保護裝置功能的技術(shù)方案是在可控硅組合的三相交流電的輸入端各安裝一個交流互感器，恒流缺相過流保護裝置連接在交流互感器和控制電壓產(chǎn)生器之間，交流互感器上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓使恒流缺相過流保護裝置中的恒流啟動電路輸出一個恒定的恒流啟動信號，并饋送給控制電壓產(chǎn)生器，使控制電壓產(chǎn)生器輸出一個恒定電壓，該恒定電壓通過控制環(huán)路使電動機端電壓保持恒定，得到恒流啟動的目的；缺相保護的原理是在電動機正常運行時，三個交流互感器輸出的感應(yīng)電壓幅度相等，恒流缺相過流保護裝置中的缺相保護電路不工作，一旦發(fā)生缺相故障時，缺相保護電路便輸出缺相阻斷信號送給控制電壓產(chǎn)生器，產(chǎn)生一個控制電壓使控制環(huán)路不工作，切斷電動機上的交流電源；當(dāng)三相交流電中的任一相電出現(xiàn)過流故障時，恒流缺相過流保護裝置的過流保護電路把交流互感器上感應(yīng)到感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換成過流保護信號送給控制電壓產(chǎn)生器，使控制環(huán)路不工作，切斷電動機上的交流電源，保護了電動機。


圖1是本實用新型的組成方框圖。
可控硅組合［10］連接在三相交流電源和被控電動機D之間，用來調(diào)整被控電動機的端電壓。
振蕩器［9］用來產(chǎn)生連續(xù)的窄脈沖。
控制環(huán)路A連接在振蕩器［9］和可控硅組合［10］之間?？刂骗h(huán)路A把振蕩器［9］送來的窄脈沖移相，產(chǎn)生可控硅觸發(fā)脈沖送給可控硅組合［10］。
控制電壓產(chǎn)生器［14］和控制環(huán)路A相連接。控制電壓產(chǎn)生器［14］輸出控制可控硅觸發(fā)脈沖相移量的控制電壓，并送給控制環(huán)路A。
相位差信號檢測裝置B連接在控制電壓產(chǎn)生器［14］和可控硅組合［10］之間用來檢測出控硅組合［10］送來的交流電壓和電流的相位差，轉(zhuǎn)換成相位差信號電壓饋送到控制電壓產(chǎn)生器［14］。
在可控硅組合［10］的三相交流電源的輸入端各裝有交流互感器LH1、H2、LH3，用來產(chǎn)生相應(yīng)于交流電運行狀況的感應(yīng)電壓。
恒流缺相過流保護裝置C連接在控制信號產(chǎn)生器［14］和交流互感器LH1、LH2、LH3之間，從交流互感器來的感應(yīng)電壓中檢測出恒流啟動信號或缺相阻斷信號或過流保護信號并送至控制電壓產(chǎn)生器［14］。電動機剛啟動時，恒流缺相過流保護裝置C把交流互感器感應(yīng)到的感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)換成恒流啟動信號送給控制信號產(chǎn)生器［14］，使該控制信號產(chǎn)生器［14］輸出恒定電壓，電動機則處于恒流啟動狀態(tài)；電動機正常運行時，恒流缺相過流保護裝置無恒流啟動信號輸出。當(dāng)缺相故障發(fā)生時，恒流缺相過流保護裝置C從交流互感器感應(yīng)的感應(yīng)電壓中檢測出缺相電壓，輸出一個缺相阻斷信號，送給控制電壓產(chǎn)生器［14］，使控制環(huán)路A無可控硅觸發(fā)脈沖輸出。當(dāng)過流故障發(fā)生時，不論三相交流電的任一相發(fā)生這種現(xiàn)象時都會使交流互感器感應(yīng)的感應(yīng)電壓升高。這個感應(yīng)電壓使恒流缺相過流保護裝置C產(chǎn)生過流保護信號，送給控制電壓產(chǎn)生器［14］產(chǎn)生控制電壓使控制環(huán)路A無可控硅觸發(fā)脈沖輸出。
控制電壓產(chǎn)生器［14］在沒有恒流啟動信號和缺相阻斷信號以及過流保護信號輸入時，所輸出的控制電壓大小隨著三相交流電壓與電流的相位差大小而變化。
圖1中的控制環(huán)路A、可控硅組合［10］、控制電壓產(chǎn)生器［14］、相位差信號控制裝置B只是a相的連接關(guān)系，b相、c相與a相的連接相同。
圖2是本實用新型實施例的電路原理方框圖。
同步信號產(chǎn)生器［1］、鋸齒波產(chǎn)生器［2］、移相器［3］、可控硅觸發(fā)器［4］構(gòu)成控制環(huán)路A?？刂骗h(huán)路A連接在振蕩器［9］和可控硅組合［10］之間。
振蕩器［9］和控制環(huán)路A相連接。
交流電經(jīng)同步信號產(chǎn)生器［1］在交流電壓過零伏點時產(chǎn)生一個同步信號脈沖，每個同步信號脈沖都和交流電壓過零伏點的時刻相對應(yīng)。
同步信號脈沖饋送到和同步信號產(chǎn)生器［1］相連接的鋸齒波產(chǎn)生器［2］的輸入端［15］，鋸齒波產(chǎn)生器［2］在同步信號脈沖到來時產(chǎn)生一個負向的鋸齒波電壓。
鋸齒波電壓輸出到和鋸齒波產(chǎn)生器［2］相連接的移相器［3］的輸入端［16］。振蕩器［9］輸出的窄脈沖饋送到與它相連接的移相器［3］的輸入端［31］。
控制電壓產(chǎn)生器［14］產(chǎn)生的控制電壓信號饋送到與它相連接的移相器［3］的輸入［17］。
移相器［3］和［16］端輸入信號和［17］端的輸入信號在移相器［3］中相比較，形成一個相位變化的比較脈沖信號。該比較脈沖信號和移相器［3］的［31］端的窄脈沖信號相與，在移相器［3］的輸出端［32］輸出一組被移相的窄脈沖。該脈沖送給和移相器［3］相連接的可控硅觸發(fā)器［4］。
可控硅觸發(fā)器［4］和可控硅組合［10］相連接?？煽毓栌|發(fā)器［4］產(chǎn)生可控硅觸發(fā)脈沖信號，并饋送給可控硅組合［10］。
可控硅組合［10］連接在交流電源和被控電動機D之間，用于調(diào)整被控電動機D的端電壓?？煽毓栌|發(fā)脈沖使可控硅組合［10］導(dǎo)通，改變可控硅的導(dǎo)通角就可調(diào)整交流電源加在被控電動機D上的端電壓。
相位差電壓產(chǎn)生器［8］、相位差檢測器［7］、電流信號采樣器［5］、電壓信號采樣器［6］構(gòu)成一個相位差信號檢測裝置B。相位差信號檢測裝置B連接在控制電壓產(chǎn)生器［14］和可控硅組合［10］之間。
可控硅組合［10］的［28］端和電流信號采樣器［5］相連接?？煽毓杞M合［10］的輸出端輸出一個正弦電流信號到電流信號采樣器［5］。這個正弦電流信號的相位和被控電動機D的電流相位同相。電流信號采樣器［5］輸出和該正弦電流信號同相的采樣電壓信號并饋送至與電流信號采樣器［5］相連接的相位差檢測器［7］的輸入端［18］。
可控硅組合［10］的輸出端［29］和電壓信號采樣器［6］相連接?？煽毓杞M合［10］的輸出端［29］的正弦電壓信號送至電壓信號采樣器［6］。電壓信號采樣器［6］把這個正弦電壓信號轉(zhuǎn)換成和電流信號采樣器［5］輸出的采樣電壓相比是信號幅度相同、相位不同的方波電壓信號，并送至與電壓信號采樣器［6］相連接的相位差檢測器［7］的另一個輸入端［19］。
相位差檢測器［7］將上述兩個不同相位的方波電壓的相位差，轉(zhuǎn)換成相位差信號。相位差越大，相位差信號也越大。相位差信號送至相位差電壓產(chǎn)生器［8］的［20］端。
相位差電壓產(chǎn)生器［8］連接在相位差檢測器［7］和控制電壓產(chǎn)生器［14］之間。相位差電壓產(chǎn)生器［8］輸出一個相應(yīng)于相位差信號大小的相位差電壓，并送至控制電壓產(chǎn)生的［14］的一個輸入端［21］。
恒流缺相過流信號檢測器［11］、恒流缺相過流信號產(chǎn)生器［12］、恒流缺相過流信號相加器［13］構(gòu)成恒流缺相過流保護裝置C，它連接在交流互感器和控制電壓產(chǎn)生器［14］之間。
交流互感器LH1、LH2、LH3感應(yīng)的感應(yīng)電壓送到和它相連接的恒流缺相過流信號檢測器［11］的輸入端a1、b1和a2、b2以及a3、b3。恒流缺相過流檢測器［11］檢測出反應(yīng)三相交流電運行狀況的狀態(tài)信號，并送至與它相連接的恒流缺相過流信號產(chǎn)生器［12］。
恒流缺相過流信號產(chǎn)生器［12］在電動機D剛啟動時通過恒流缺相過流信號檢測器［11］來的狀態(tài)信號產(chǎn)生一個恒流啟動控制信號；在發(fā)生缺相或過流故障時，分別輸出缺相控制信號或過流控制信號。
恒流缺相過流信號相加器［13］連接在控制電壓產(chǎn)生器［14］和恒流缺相過流信號產(chǎn)生器［12］之間。
當(dāng)恒流缺相過流信號產(chǎn)生器［12］輸出恒流啟動控制信號時，恒流缺相過流信號相加器［13］把該信號轉(zhuǎn)換成恒流啟動信號送給控制電壓產(chǎn)生器［14］的［27］端，當(dāng)［12］輸出缺相控制信號或過流控制信號時，恒流缺相過流信號相加器［13］則輸出缺相阻斷信號或過流保護信號，并送給控制電壓產(chǎn)生器［14］的［27］端。
控制電壓產(chǎn)生器［14］的［27］端為恒流啟動信號時，控制電壓產(chǎn)生器［14］輸出為一恒定電壓值，以保證電動機在恒流狀態(tài)下啟動；當(dāng)［27］端為過流保護信號或缺相阻斷信號時，則輸出一個控制電壓，使控制環(huán)路A無可控硅觸發(fā)脈沖輸出；當(dāng)［27］端無恒流啟動信號、缺相阻斷信號和過流保護信號時，控制電壓產(chǎn)生器［14］則輸出一個隨三相交流電的電壓電流相位差改變的控制電壓。
圖3是本實用新型實施例的控制環(huán)路A、相位差信號檢測裝置B、振蕩器［9］、控制電壓產(chǎn)生器［14］、可控硅組合［10］的電原理圖。
ka點接三相交流電的a相。M1點接電動機D的a相。
運算放大器A1和電阻1R1、1R2、1R3、1R4、1R5、1R6、二極管IV1、IV2組成同步信號產(chǎn)和器［1］。A1的7腳輸出和a相電同步的矩形脈沖。
晶體管IV17和電阻IR9、IR10、電容IC2構(gòu)成鋸齒波產(chǎn)生器。IV17的集電極輸出一個負向的鋸齒波電壓送給A1的3腳。
運算放大器A1的1、2、3腳部分和二極管IV4、電阻IR11組成移相器［3］。A1的2腳和控制電壓產(chǎn)生器［14］的輸出端相連接。A1的2腳電壓和3腳的鋸齒波電壓相比較，在A1的2腳產(chǎn)生移相的矩形脈沖。2腳電太決定相移的大小。振蕩器［9］送來的窄脈沖經(jīng)1R11加在二極管IV4的負極。當(dāng)1V4的正極為負脈沖時，1V4截止，移相器［3］的輸出端即1V4的負極輸出被移相了的窄脈沖移相信號。
可控硅觸發(fā)器［4］由晶體管1V18和與它相連的脈沖變壓器組成。在脈沖變壓器次級輸出可控硅觸發(fā)信號。
可控硅組合［10］由兩個反向連接的可控硅KP1組成?？煽毓杞M合［10］控制加在電動機上的電壓?？煽毓栌|發(fā)器［4］輸出的可控硅觸發(fā)信號通過兩個二極管IV6，分別加到KP1的兩個控制極上。
運算放大器1A的1、2、3腳部分和電阻1R22構(gòu)成電壓信號采樣器［6］。1A的1腳輸出電壓采樣信號。
運算放大器1A的5、6、7腳部分和電阻1R18、1R20、1R19構(gòu)成電流信號采樣器［5］。在IA的7腳輸出電流采樣信號。
相位差檢測器［7］由二極管1V7、1V8、1V9、1V10組成的橋式電路構(gòu)成。當(dāng)運算放大器1A的1腳和7腳的電壓采樣信號和電流采樣信號同相時，橋式電路輸出端無輸出。不同相時，橋式電路有相位差信號輸出。
相位差電壓產(chǎn)生器［8］由光電隔離器1B1和電阻1R25、1R26、1R27組成，產(chǎn)生相位差電壓。平時1B1的4腳為零電平，當(dāng)相位差信號到來時輸出一個負脈沖。
控制電壓產(chǎn)生器［14］由運算放大器A2和有關(guān)的元件組成，產(chǎn)生控制相移量的控制電壓。光電隔離器1B1的5腳送出的相位差電壓經(jīng)電阻4R24送到A2的9腳，在A2的7腳送出控制電壓到運算放大器A1的2腳。
運算放大器A2的6腳通過電位器4R27設(shè)置一個初始電壓，這個初始電壓根據(jù)電動機功率大小而定，使電動機在較小的電壓下啟動，實現(xiàn)“軟啟動”。
A2的2腳在恒流缺相過流保護裝置C送來缺相阻斷信號或過流保護信號時，使運算放大器A2的1端輸出正電位，通過4V8二極管加到A2的9腳。在A2的7腳產(chǎn)生一個負電位通過電阻4R21的K端，送給移相器［3］，使它無輸出信號。
當(dāng)A2的2腳有恒流啟動信號時，A2的7腳輸出一個恒定電壓通過4R21的K端，送給移相器［3］，使電動機得到恒定電流。
振蕩器［9］由運算放大器A1的12、13、14腳部分的電路和晶休管4V10、4V9組成。在4V9的集電極通過電阻4R1向移相器［3］饋送連續(xù)的窄脈沖。
圖中V＋為＋13V、V－為13V。
圖4是本實用新型的恒流缺相過流保護裝置的電原理圖。
隔離變壓器BT1、BT2、BT3和二極管5V6、5V7、5V8、5V9、5V10、5V11、電阻5R1、5R2、5R3組成恒流缺相過流信號檢測器。分別從二極管5V6、5V8、5V10負端輸出的狀態(tài)信號就反應(yīng)了三相交流電各相的運行情況。
運算放大器A3、電阻5R10和周圍電路以及運算放大器A4、A5、晶體管5V24、5V25、5V26、光電隔離器5B1組成恒流缺相過流信號產(chǎn)生器。
運算放大器A3及其電路兼有恒流缺相過流信號相加器的功能。
當(dāng)電動機剛啟動時，交流互感器LH1上的感應(yīng)電壓經(jīng)隔離變壓器BT1、二極管5V6、5V7整流在5V6的負端得恒流啟動控制信號，通過A3的輸出端輸出恒流啟動信號。5R10為設(shè)定恒定電流而設(shè)置的電位器。
當(dāng)過流現(xiàn)象發(fā)生時，不論在三相交流電的哪一相出現(xiàn)，都會通過交流互感器LH1感應(yīng)出一個感應(yīng)電壓。通過BT1、5V6，在5V6負端輸出電壓，加到A4的輸入端。在A4的輸出端輸出過流控制信號，通過二極管5V14送至A3，使A3輸出過流保護信號。
當(dāng)三相交流電發(fā)生缺相故障時，交流互感器LH1、LH2、LH3上感應(yīng)的感應(yīng)電壓大小不相等，經(jīng)隔離變壓器BT1、BT2、BT3，由5V6、5V8、5V10的負端分別輸出到晶體管5V244、5V25、5V26的基極。三相交流電中只要有一相缺相，晶體管5V24、5V24、5V26基極電壓就不平衡，相應(yīng)的晶體管導(dǎo)通。其集電極電流使光電隔離器5B1輸出一個信號至A5的輸入端，在A5的輸出端經(jīng)與5V16輸出一個缺相控制信號送給A3的輸入端。由A3輸出缺相保護信號。
圖4為VA為＋12V，VB為－12V。
本實用新型電路簡單、穩(wěn)定可靠、節(jié)電效果顯著，并且還具有恒流啟動、缺相、過流保護功能，特別適用于需要頻繁啟動電動機的場合，可廣泛地作為各種三相電動機的節(jié)電啟動設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種電動機的啟動器，特別是一種電動機的無觸點節(jié)電啟動器，其特征在于，包括可控硅組合[10]，連接在三相交流電源和被控電動機D之間，用來調(diào)整加在被控電動機D上的端電壓；振蕩器[9]，用來產(chǎn)生連續(xù)的窄脈沖；控制環(huán)路A(1、2、3、4)，連接在振蕩器[9]和可控硅組合[10]之間，輸出可移相的可控硅觸發(fā)脈沖，并饋送至可控硅組合[10]；控制電壓產(chǎn)生器[14]，和控制環(huán)路A相連接，輸出控制可控硅觸發(fā)脈沖相移量的控制電壓，并送給控制環(huán)路A；相位差信號檢測裝置B，連接在控制電壓產(chǎn)生器[14]和可控硅組合[10]之間，用來檢測出可控硅組合[10]送來的交流電壓與電流的相位差，轉(zhuǎn)換成相位差信號電壓并饋送給控制電壓產(chǎn)生器[14]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機無觸點節(jié)電啟動器，其特征在于，還包括交流互感器(LH1、LH2、LH3)，安裝在可控硅組合［10］的三相交流電源的輸入端，用于產(chǎn)生相應(yīng)于交流電運行狀況的感應(yīng)電壓；恒流缺相過流保護裝置C(11、12、13)，連接在交流互感器(LH1、LH2、LH3)和控制信號產(chǎn)生器［14］之間，從交流互感器(LH1、LH2、LH3)感應(yīng)來的感應(yīng)電壓中檢測出恒流啟動信號或缺相阻斷信號或過流保護信號并饋送至控制信號產(chǎn)生器［14］。
專利摘要本實用新型公開了一種電動機的啟動器，特別是一種無觸點式的節(jié)電啟動器，其特征在于包括調(diào)整加在電動機上的端電壓的可控硅組合、產(chǎn)生連續(xù)窄脈沖的振蕩器、輸出可控硅觸發(fā)脈沖的控制環(huán)路、檢測出交流電電壓和電流相位差信號的相位差檢測裝置、使控制環(huán)路輸出的可控硅觸發(fā)脈沖產(chǎn)生相移的控制電壓產(chǎn)生器，通過調(diào)整電動機的端電壓，使三相交流電電壓、電流相位趨于同相，提高了功率因數(shù)。本實用新型還具有一個恒流缺相過流保護裝置，使本實用新型還具有恒流啟動、缺相保護、過流保護功能。
文檔編號H02P1/26GK2187354SQ9422825
公開日1995年1月11日 申請日期1994年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月7日
發(fā)明者張旭春, 周協(xié)堂 申請人:大連華龍企業(yè)集團高新科技發(fā)展公司