和實(shí)際功率因數(shù)(2)的變化，同時(shí)電機(jī)端電壓變化會(huì)影響過零檢測(cè)(7)，過零檢測(cè)信號(hào)還會(huì)反饋到可控硅導(dǎo)通角控制端，即控制電壓調(diào)節(jié)模塊(3)，如此一個(gè)完整的閉環(huán)控制方案可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效節(jié)能。下面將結(jié)合電路附圖具體說明方案的兩種實(shí)現(xiàn)過程:
[0036]方案一:模擬電路節(jié)電方案
[0037]1.相位信號(hào)的采集，功率因數(shù)有效值的轉(zhuǎn)換與比較
[0038]!1、1?1、(:1，1?2、1?、1?4、1?5分別用于采集電機(jī)運(yùn)行中的電流、電壓信號(hào)，經(jīng)過1(:1、1〇9過零比較、IC2、IC10、IC4反相器、IC3異或門電路得到電壓與電流信號(hào)的相位差波形，然后再經(jīng)過R6、C2、R7、C3、R8、C4三級(jí)低通濾波得到功率因數(shù)有效值信號(hào)，由IC6、IC7運(yùn)算電路、IC5、IC8電壓跟隨器得到功率因數(shù)實(shí)際值與設(shè)定值的比較結(jié)果Vf，如圖2所示。
[0039]2.雙向可控硅導(dǎo)通角控制
[0040]如圖3所示，ICll過零比較電路將采集的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，然后經(jīng)過由R24、C6、IC13構(gòu)成的相移電路、IC14異或電路，得到窄脈沖信號(hào)，控制三極管Ql的開關(guān)，進(jìn)而控制電容C7的充放電過程，C7的充放電快慢由Vf決定?？勺冸娮鑂26給出基準(zhǔn)值，經(jīng)IC16比較電路，C8、R28構(gòu)成的微分電路，和Vg信號(hào)相與(IC17)，得到的脈沖信號(hào)經(jīng)過三極管Q2和光耦I(lǐng)C18控制可控硅導(dǎo)通角。當(dāng)Vf降低，即電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率因數(shù)減小，亦負(fù)載減小時(shí)，使可控硅導(dǎo)通角右移，降低電動(dòng)機(jī)輸入電壓，可提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率和功率因數(shù);反之亦然，如此實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。
[0041 ] 3.過零檢測(cè)
[0042]如圖4所示，采集電機(jī)兩端供電電壓，經(jīng)過R32、R33、D2、D3、D4、D5整流電路，光耦I(lǐng)C19、IC20，D6、D7、R34、R36構(gòu)成的或門電路，得到零點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)Vg，該信號(hào)反饋到圖3所示的可控硅導(dǎo)通角控制電路，有效避免可控硅觸發(fā)信號(hào)處于零點(diǎn)附近造成的調(diào)壓異常現(xiàn)象。
[0043]方案二:數(shù)字電路節(jié)電方案
[0044]方案二與方案一的原理一致，且過零檢測(cè)部分和可控硅觸發(fā)部分電路一致，此處不再贅述。下面結(jié)合電路【附圖說明】其實(shí)現(xiàn)方式。
[0045]1.相位信號(hào)采集與檢測(cè)
[0046]如圖5所示，町、1?2、1?、(:1、1(:1、102用于采集電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，1?5、02、105、106用于采集電動(dòng)機(jī)的輸入電流信號(hào)，而后經(jīng)過02、03、04、05、1047、1048、103、104完成采集信號(hào)的波形變換與實(shí)際相位檢測(cè)。
[0047]2.電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的設(shè)定
[0048]與門電路IC18與D觸發(fā)器IC19完成功率因數(shù)的理想值設(shè)定，如圖6所示。
[0049]3.信號(hào)發(fā)生器
[0050]計(jì)數(shù)分頻芯片IC7、IC9和鎖相環(huán)IC8構(gòu)成信號(hào)發(fā)生器，可得到穩(wěn)定的方波信號(hào)f，如圖7所示。
[0051 ] 4.電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)設(shè)定值與實(shí)際值的比較
[0052]采用多個(gè)異或門IC27?IC39、或門IC39?IC40及非門IC46實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)設(shè)定值與實(shí)際值的比較，即信號(hào)QO?Q9與AO?A9的對(duì)應(yīng)比較，IC42、IC43、IC44三個(gè)寄存器構(gòu)成存儲(chǔ)電路，如圖8所示。
[0053]5.電壓調(diào)節(jié)電路(可控硅導(dǎo)通角調(diào)節(jié))
[0054]如圖9，計(jì)數(shù)器IC49、IC50及相關(guān)門電路IC51?IC55得到QA信號(hào)與Vg信號(hào)(如圖4，過零檢測(cè)電路的輸出信號(hào))做與運(yùn)算后得到可控硅的觸發(fā)信號(hào)，由可控硅導(dǎo)通角的變化來控制調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的供電電壓，該方案同樣可實(shí)現(xiàn)由電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化調(diào)節(jié)供電電壓最終達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全自動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置，主要包括相位信號(hào)的采集電路、相位差檢測(cè)電路、功率因數(shù)的設(shè)定、功率因數(shù)設(shè)定值與實(shí)際值的比較電路、電壓調(diào)節(jié)電路，過零檢測(cè)電路及相應(yīng)的反饋環(huán)節(jié)，其特征在于利用功率因數(shù)實(shí)際值與設(shè)定值的比較結(jié)果控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，進(jìn)而完成調(diào)壓，并使用閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供電電壓隨電動(dòng)機(jī)負(fù)載動(dòng)態(tài)變化的有效節(jié)電方案，提高了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率與功率因數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位信號(hào)采集電路，其特征在于合理選用精密電流互感器，運(yùn)放芯片及系列信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的完整、清晰、準(zhǔn)確地獲取。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位差檢測(cè)電路，其特征是利用邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器和系列門電路完成了相位差的計(jì)算。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率因數(shù)設(shè)定與比較電路，其特征在于利用比較結(jié)果，一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，來控制電子開關(guān)-雙向可控硅的導(dǎo)通角度，基于可控硅主電路與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，使得不同的功率因數(shù)比較結(jié)果可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸入電壓。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)電路，其特征在于可根據(jù)負(fù)載變化情況有效調(diào)節(jié)電壓輸入值，即當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，因?yàn)閷?shí)際功率因數(shù)會(huì)增加，可將可控硅導(dǎo)通角度左移來進(jìn)行升壓調(diào)節(jié);相反，功率因數(shù)實(shí)際值降低，說明負(fù)載在減小，這樣只需調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角右移即可實(shí)現(xiàn)降壓調(diào)節(jié)，如此便實(shí)現(xiàn)了通過負(fù)載變化，來有效的、實(shí)時(shí)的進(jìn)行調(diào)壓處理，以使電動(dòng)機(jī)始終處于高效的運(yùn)行狀態(tài)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可控硅導(dǎo)通角的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓，這里需要加入過零檢測(cè)電路，其特征在于可通過過零檢測(cè)避免可控硅的觸發(fā)信號(hào)發(fā)生在過零點(diǎn)附近，而導(dǎo)致調(diào)壓出現(xiàn)異常。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反饋環(huán)節(jié)，其特征在于采用閉環(huán)反饋系統(tǒng)，將調(diào)節(jié)后的電壓反饋到相位信號(hào)的采集端，如此即實(shí)現(xiàn)了既可以將電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化及時(shí)地提供給電壓調(diào)整環(huán)節(jié)，又可以及時(shí)地把優(yōu)化的輸入電壓提供給電動(dòng)機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全自動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)節(jié)電裝置的節(jié)電技術(shù)方案，解決了交流電動(dòng)機(jī)長期處于低效率、低功率因數(shù)的欠載運(yùn)行狀態(tài)而造成電能浪費(fèi)十分嚴(yán)重的問題。該節(jié)電裝置是通過硬件電路處理，實(shí)時(shí)獲取電機(jī)運(yùn)行中功率因數(shù)，然后與設(shè)定值進(jìn)行比較，由比較結(jié)果控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，進(jìn)而合理地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的供電電壓，及時(shí)調(diào)整輸入電機(jī)的功率，并且交流異步電動(dòng)機(jī)的特性是運(yùn)行轉(zhuǎn)速與電壓的大小影響不大，主要與頻率有關(guān)，如此便可有效地實(shí)現(xiàn)“所供即所需”的電能管理功能，最終達(dá)到節(jié)電的目的。
【IPC分類】H02P1/28, H02P23/26
【公開號(hào)】CN105656383
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王振鐸, 楊金成, 郭艷軍
【申請(qǐng)人】王振鐸
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2016年3月9日