CN1009236B - 选通调速方法及装置 - Google Patents

Abstract

选通调速方法及装置，利用开关向异步电动机的输入端之间分别顺序输入一个正半波和一个负半波，然后间隔一定时间，并以此如此循环，可在普通单速鼠笼电动机上实现有级或无级调速。本方法及装置尤其适用于拖动风机，水泵的异步电动机的调速。

Description

本发明是用于异步电动机调速节电的方法及装置。

异步电动机的调速现有技术已有多种方法及装置，但还没有一种能够同时做到简单、可靠、价廉、效率高、可在普通单速鼠笼电动机上实现的方法及装置。经检索，美国专利US-3668489所公开的调速器及方法虽然比较简单，但仅能实现将特制异步电动机的最高转速提高一倍的单一速度。

本发明的目的是要达到这个现有技术没达到的目标，并要在拖动风机、水泵等设备的异步电动机调速上达到显著的节电效果。

本方法用图1的基本方式对异步电动机（1）实现调速控制。异步电动机（1）可以是单相的或三相的，鼠笼的或绕线的，对其绕组和结构没有特殊要求（使用线绕电动机时，以下所指的输入端是定子输入端，转子输出端可直接短接。）。当异步电动机（1）是单相电动机时：（2、4）分别为起动绕组和工作绕组输入端，（3）为公共输入端。当异步电动机（1）是三相电动机时：（2、3、4）为三相输入端。调速控制动作如下：开关（5）闭合一定时间后断开，开关（6）再闭合一定时间后断开，之后再间隔一定时间;并重复这一过程，“之后再间隔一定时间”也就是之后等待一段时间。即利用开关（5、6）向异步电动机（1）的输入端（2、4）和（3）之间分别顺序输入一个正半波和一个负半波，然后间隔一定时间，并不断如此循环的调速方法。设这 一循环周期为T，一般正负半波宽度相等，循环周期T（单位是秒）为3至4个半波时间。这样的调速控制使异步电动机（1）的定子产生了移进磁场，使转子转动，当电动机的转速略低于120/PT时（转速单位是r/min），转子上的转差功耗很小，并能在没有速度反馈条件下稳定运行，为效率高、稳定性好的调速创造了有利条件，式中P为所控异步电动机（1）的极数，改变T即完成调速。由于本方法没有向异步电动机的各绕组“均衡”供电，为此所控异步电动机（1）的输出功率一般不要超过其额定值的1/3至1/2。但由于风机、水泵所需轴功率与转速的立方成正比，为此在额定转速的75%以下使用本方法对风机、水泵调速不需要更换原有电动机。用本调速方法电动机（1）的转向与三相交流电直接顺相接到（1）的（2）、（3）、（4）时相同。如果开关（5）与开关（6）（亦称K5与K6）动作顺序对换一下，即改用循环体“开关（6）闭合一定时间后断开，开关（5）再闭合一定时间后断开，之后再间隔一定时间”循环，异步电动机（1）的转向将改变，而其他调速性能无任何变化;它与循环体“开关（5）闭合一定时间后断开，间隔一定时间，开关（6）闭合一定时间后断开”循环后的情形是完全一样的。如果图1中直流电源的极性对换，即负极接K5，正极接K6，异步电动机（1）的转向与调速性能无任何变化。

用与上述开关（5、6）功能相同的主回路和能控制完成上述动作的控制器组成本发明的装置，它是简单可靠的。

本发明较简单地解决了一般异步电动机在其额定转速以下工作时转差功耗十分突出的问题，为此能在风机、水泵调速上达到显著的节电和经济效果，这一点已为大量实验所证实。

附图说明：

图1为本发明的基本方式。

图2为有级调速的主回路。单向晶闸管（9）、（10）、（11）、（12）亦称T9、T10、T11、T12，T9阳极和T11阴极所接电源端亦称同相端，T10阳极和T12阴极接的是反向端。

图3为1/2有级调速的主回路。单向晶闸管（14）、（15）亦称T14、T15。

图4为有级调速的控制器。

图5为同步电源。

图6为同步计数脉冲发生器。

图7为导通角控制电路。

图8为触发电路。

图9为1/2有级调速用的同步电源。

图10为基本方式对异步电动机（1）的供电波形时序图，正半波为K5闭合，负半波为K6闭合。

图11为1/3和1/4有级调速时的供电波形时序图。t是间隔时间，为2或4个半波时间。

附图中的“～”均为同相的单相交流电源。（24）、（25）、（29）、（30）、（36）、（37）、（42）、（43）、（44）、（45）、（46）均为控制器电路联接点。

发明的实施：

采用单相交流电作电源的有级调速是本发明比较简单的装置：

图4是有级调速的控制器。同步电源（16）采用图5的形式，（24） 输到（17）和（21），（25）输到（22）和（23）。同步计数脉冲发生器（17）采用图6的形式，（29）输入同步电源（16）信号，（30）输出同步计数脉冲，调整电阻（27）和电容（28）的参数使得同步电源（16）每半波电压开始下降时（17）只产生一个可使可变进制计数器（18）动作的计数脉冲。可变进制计数器（18、19）可采用国产的C186集成电路可变进制串行计数器。（20）为十进制译码器，它输出低电平有效，输出的“0”接到触发电路（22），输出的“1”接到触发电路（23）。十进制译码器即十进制计数器通用的的译码器;十进制计数器亦称二～十进制计数器，一般多采用BCD的8421码;十进制译码器比如就可用国产集成电路T4042译码器，它有“0”至“9”10个输出端，这里仅用“0”和“1”输出端。导通角控制电路（21）通过触发电路（22、23）控制被控晶闸管的导通角，它采用图7的形式，同步电源（16）的信号从（36）输入，（37）输出信号到触发电路（22、23），也是低电平有效。可变电阻和与其串联的电阻、电容（33）、稳压二极管（34）的参数将决定晶体管（35）的导通时间，单结晶体管（31）能在同步电源（16）送来的信号在每半波将结束时把电容（33）的电荷放掉，改变可变电阻（32）。即能改变被空晶闸管的导通角。触发电路（22）、（23）均采用图8的形式，导通角控制器（21）的信号从（42）加入，译码器（20）的信号从（43）加入，同步电源（16）的信号从（44）加入，脉冲变压器（41）的输出接到被控晶闸管，当（42、43）均为低电平时，晶体管（38）截止，电容（39）充电到双向二极管工作电压，产生触发脉冲列通过脉冲变压器（41）输出。将触发电路（22）的输出接到图2中单向晶闸管（9、10）的控制极，触发电路（23）的输出接到单向晶闸管 （11、12）的控制极，图2的（7）是被控异步电动机，（8）是反相变压器，这样就得到了有级调速装置。如果可变进制计数器（18）为n进制状态，n为正整数，当n为1时，（17）的输出直接到（19）。可变进制计数器（19）为3进制状态，则调速器的循环周期T为单相交流电周期的1.5n倍，能实现2/3n级调速;如计数器（19）为4进制，则调速器的循环周期T为单相交流电周期2n倍，能实现1/2n级调速。这里当n大于1时，一个循环周期T内有一个以上的正半波和一个以上的负半波，它们分别等效于前述基本方法中一个循环周期T内的一个正半波和一个负半波。综合上述，这种调速器能实现2/3、1/2、1/3、1/4……有级调速。如使用调速器起动异步电动机，显然应以低速档开始，逐步过渡到所需转速档次，这样可以达到起动电流较小，起动力矩较大的效果。这种调速器输到所控异步电动机的电压正负半波均是单相交流电源波的半波或一部分。如果将导通角控制电路（21）中的可变电阻（32）调到最小，使工作的晶闸管在相应的半波中的导通角接近兀，而通过异步电动机的△-Y变换或用电源变压器变压来适应异步电动机的负载，则可以减少谐波问题影响。

采用单相交流电源的1/2有级调速器最为简单：

将图4中的（18、20、23）取消，将（19）改为二进制计数器，（17）直接输出到这个二进制计数器，这个二进制计数器输出接到（22），触发电路（22）的输出接到图3中的单向晶闸管（14）和（15）的控制极上，同步电源（16）这时应采用图9的形式，（45）输给同步计数脉冲发生器（17），取消导通角控制电路（21），（46）输给触发电路（22）。这个1/2有级调速的控制器这里也把它称为简化的控制器。1/2有 级调速器起动比较困难，可用三相交流电源帮助异步电动机（13）起动之后，再切换到使用调速器。显然这样组成的1/2有级调速装置，是由单向晶闸管（14、15）组成主回路对异步电动机（13）调速，控制器控制其循环周期T为单相交流电源周期的2倍。

Claims (4)

1、一种用于拖动风机、水泵等设备的异步电动机调速节电方法，包括下列步骤：提供一个单相或三相，鼠笼或线绕的异步电动机，一个有中心输出端的直流电源，两个动合开关K5和K6，把该直流电源的中心输出端用导线联接到该电动机的一个输入端，当该电动机为单相时联到电动机的公共输入端，把该直流电源的正负极分别通过开关K5和K6联接到该电动机的另外两个输入端，重复完成以下过程；闭合开关K5一定时间后断开K5，再闭合开关K6一定时间后断开K6，之后等待一段时间。

2、一种应用权利要求1所述的调速节电方法的调速装置，其特征是，由反相变压器和四只单向晶闸管T9、T10、T11、T12及控制器组成，反相变压器与供电的单相交流电源的公共端接到异步电动机的一个输入端，T9、T10的阴极和T11、T12阳极分别接到异步电动机的另外两个输入端，T9的阳极和T11的阴极接到该交流电源的另一端（同相端），T10的阳极和T12的阴极则接到该反相变压器的另一端（反相端），控制器的输出分别接到T9、T10、T11、T12。

3、如权利要求2所述的调速装置，其特征是，所指的控制器由同步计数脉冲发生器、可变进制计数器、十进制译码器、导通角控制电路和触发电路组成，并且是一个实现其循环周期T为单相交流电源周期的1.5n或2n倍（n为正整数）的控制器。

4、如权利要求2所述的调速装置，其特征是，仅由两只单向晶闸管T14、T15和简化的控制器组成，单相交流电的一端接异步电动机的一输入端，单相交流电的另一端接T14的阳极和T15的阴极，而T14的阴极和T15的阳极分别接异步电动机的另两个输入端，简化的控制器则是仅实现其循环周期T为单相交流电周期的2倍的控制器。

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