全自動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置，特別是涉及一種全自動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置的節(jié)能技術(shù)方案，屬于節(jié)能技術(shù)與電子電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]中大容量交流電機(jī)的起動(dòng)和節(jié)能一直是電機(jī)控制領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。一方面，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)過大的起動(dòng)電流將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，并產(chǎn)生較大的線路壓降，使電網(wǎng)電壓波動(dòng)過大，影響電網(wǎng)中其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。對(duì)慣性較大，起動(dòng)時(shí)間較長或起動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)來說，過大的起動(dòng)電流，將使電動(dòng)機(jī)繞組絕緣過熱而老化。另一方面，隨著電動(dòng)機(jī)負(fù)載的變化，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率、功率因數(shù)等工作特性也將發(fā)生較大變化，特別當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，其功率因數(shù)和運(yùn)行效率均很低。
[0003]隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)和綜合節(jié)能控制的裝置開始逐步取代一些常規(guī)的起動(dòng)方式，大大地減小了起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟停車、軟制動(dòng)，以及電動(dòng)機(jī)輕載節(jié)能控制和電動(dòng)機(jī)的過載、缺相等多種保護(hù)等功能。
[0004]由于電機(jī)的運(yùn)行效率取決于電機(jī)的各種損耗，而電機(jī)運(yùn)行中的損耗主要包括鐵損、銅損、機(jī)械損耗，雜散損耗(包括風(fēng)損)等。當(dāng)交流電機(jī)輕載時(shí)輸出功率減少，同時(shí)轉(zhuǎn)子銅耗隨之降低，但鐵耗、機(jī)械損耗和雜散損耗基本不變。由于勵(lì)磁電流不變，定子銅耗降低不多，此時(shí)電機(jī)效率和功率因數(shù)大為降低;但如果在輕載時(shí)適當(dāng)降低輸入電壓，則電機(jī)鐵損差不多隨電壓平方而減少，勵(lì)磁電流也因磁通的減小而下降，使定子銅耗減小，從而降低了總損耗，使電機(jī)效率和功率因數(shù)得到提高。
[0005]基于以上分析，本發(fā)明將采集的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的電壓、電流信號(hào)通過硬件計(jì)算與系列波形變換得出電機(jī)功率因數(shù)，然后將實(shí)際功率因數(shù)與設(shè)定基準(zhǔn)值比較，通過比較結(jié)果調(diào)整可控硅導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)了以根據(jù)負(fù)載變化來合理調(diào)節(jié)供電電壓的方式達(dá)到電動(dòng)機(jī)節(jié)電的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]該發(fā)明可安全、可靠、合理地實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)高效率、高功率因數(shù)運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。本全自動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置的啟動(dòng)模式可設(shè)定為兩種:①按時(shí)間逐漸增大電壓;②按設(shè)定啟動(dòng)電流逐步調(diào)整電壓。其節(jié)電方案可概括如下:
[0007]該方案是應(yīng)用模擬電子電路和數(shù)字電子電路兩種方式實(shí)現(xiàn)的，包括電壓、電流信號(hào)的采集，功率因數(shù)轉(zhuǎn)換、比較，雙向可控硅導(dǎo)通角控制，過零檢測(cè)，供電電壓調(diào)節(jié)及反饋等環(huán)節(jié)。
[0008]1.功率因數(shù)是相電壓和相電流的夾角余弦值coscD，因此可通過電壓、電流信號(hào)的采集與處理來實(shí)時(shí)獲取電機(jī)運(yùn)行中的功率因數(shù)。其中，電流信號(hào)的采集選用精密電流互感器，電壓與電流信號(hào)經(jīng)過運(yùn)放電路和相關(guān)門電路后可實(shí)現(xiàn)相位差的檢測(cè)。
[0009]2.功率因數(shù)的轉(zhuǎn)換可通過多級(jí)濾波電路或計(jì)數(shù)電路將相位差轉(zhuǎn)換為功率因數(shù)的有效值。
[0010]3.采用加法運(yùn)算電路或者門電路，將功率因數(shù)的設(shè)定有效值與實(shí)際有效值進(jìn)行比較。
[0011 ] 4.采用無觸點(diǎn)電子開關(guān)-雙向可控硅來控制電動(dòng)機(jī)的啟、停，由此可通過調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角來控制電動(dòng)機(jī)的輸入功率。當(dāng)負(fù)載增加，功率因數(shù)升高，控制導(dǎo)通角左移，即升壓調(diào)節(jié)，輸入功率升高;反之，負(fù)載減小，功率因數(shù)下降，則控制導(dǎo)通角右移，即降壓調(diào)節(jié)，輸入功率降低。
[0012]5.因?yàn)榭煽毓柙谶^零點(diǎn)可自然關(guān)斷，因此采用過零檢測(cè)電路可有效避免導(dǎo)通角處于零點(diǎn)附近造成的電壓調(diào)節(jié)異常。
[0013]6.本方案采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電壓實(shí)時(shí)有效調(diào)節(jié)。簡單來說，功率因數(shù)的比較結(jié)果可影響雙向可控硅的導(dǎo)通角，而導(dǎo)通角的變化能夠調(diào)節(jié)供電電壓，同時(shí)供電電壓反饋到信號(hào)采集端，可及時(shí)得到電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)變化情況，然后再次調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角，如此循環(huán)即實(shí)現(xiàn)“所供即所需”的節(jié)電目的。
[0014]該發(fā)明的有益效果:
[0015]1.節(jié)能方案采取硬件電路來實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)勢(shì)在于:進(jìn)入工作狀態(tài)快、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)；
[0016]2.通過合理地設(shè)計(jì)電路，恰當(dāng)?shù)剡x取電子器件，將采集的電壓、電流信號(hào)經(jīng)硬件電路計(jì)算與轉(zhuǎn)換得到所需的實(shí)際功率因數(shù)有效值；
[0017]3.實(shí)時(shí)獲取電機(jī)運(yùn)行中功率因數(shù)，使供電電壓跟隨負(fù)載合理變化，從而使交流電動(dòng)機(jī)始終工作在最佳電壓、電流和功率因數(shù)狀態(tài)下；
[0018]4.采用電子開關(guān)控制電動(dòng)機(jī)起、停，避免了有觸點(diǎn)開關(guān)的開、關(guān)不穩(wěn)定性；
[0019]5.過零檢測(cè)電路使調(diào)壓節(jié)能更加準(zhǔn)確、合理、有效；
[0020]6.采取閉環(huán)反饋控制方式，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的節(jié)電功能。
【附圖說明】
[0021]圖1為全自動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置的原理框圖。
[0022]其中，(I)-設(shè)定值；(2)-實(shí)際值；(3)-電壓調(diào)節(jié)；(4)-雙向可控硅主回路；(5)-電壓輸出；(6)-信號(hào)采集;(7)-過零檢測(cè)。
[0023]圖2為電機(jī)運(yùn)行中相位信號(hào)采集和功率因數(shù)有效值轉(zhuǎn)換的電路原理圖。
[0024]其中0UT_L為采集的電流信號(hào);0UT_L1為接地信號(hào);Tl為電流互感器;UA(L)為采集的線電壓信號(hào)(電機(jī)運(yùn)行中的電壓信號(hào))。
[0025]圖3為電壓調(diào)節(jié)(方案一)電路原理圖。
[0026]其中Ql、Q2為NPN型三極管;Q3為雙向可控硅;Fl為保險(xiǎn)。
[0027]圖4為過零檢測(cè)電路原理圖。
[0028]圖5為相位信號(hào)采集與檢測(cè)電路原理圖。
[0029 ]其中L為火線;NS零線；11為電動(dòng)機(jī)兩端的電流信號(hào);PE為接地信號(hào)。
[0030]圖6為功率因數(shù)設(shè)定電路原理圖。
[0031 ]圖7為信號(hào)發(fā)生器電路原理圖。
[0032]圖8為存儲(chǔ)電路和功率因數(shù)設(shè)定值與實(shí)際值的比較電路圖。
[0033]圖9為電壓調(diào)節(jié)電路原理圖。
[0034]上述附圖中:Rxx代表電阻;Cxx代表電容;Dxx代表二極管;ICxx代表集成電路。并且各圖中標(biāo)號(hào)一致的部分均代表相同的信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0035]圖1所示為全自動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置原理框圖，首先采集電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的電流、電壓信號(hào)(6)，經(jīng)過相關(guān)電路變換，得到電機(jī)實(shí)際功率因數(shù)有效值(2)，然后與設(shè)定值(I)比較，比較結(jié)果控制雙向可控硅導(dǎo)通角，即可進(jìn)行供電電壓調(diào)節(jié)(3)，可控硅主電路(4)與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，輸出電壓(5)為電動(dòng)機(jī)供電輸入電壓，供電電壓的變化同樣會(huì)引起信號(hào)米集(6)