CN102710213B - 一种电动机智能节电起动器 - Google Patents

Abstract

一种电动机智能节电起动器，控制器（2）嵌装在上盖板（3）上，电源变压器（15）、保险丝（16）装设在互感器托板（11）上，通过控制线（17）与电路板（9）连接，电路板（9）上装设脉冲变压器（7）、单片机（25）、三端稳压器（26）、整流桥（27）、光电耦合器（28）与三极管（Y）等电子元件连接构成的各个控制回路，通过控制线（17）连接接插座（14），通过触发线（6）连接可控硅模块（22）、再通过一次线（X）连接接线端子（13），通过外接线连接电源和电动机。本发明利用单片机（25）和可控硅模块（22）在线运行，实时检测电压与电流的相位角，能够自动调整加到电动机上的有效电压值，节约有功电，具有软起动、软停止的功能，特别适于为变载、轻载、间断空载和频繁起动状态下运行的电动机配套。

Description

一种电动机智能节电起动器

技术领域

 本发明涉及电动机配套设施，尤其涉及电动机的控制装置。

背景技术

随着三相交流异步电动机的广泛应用，交流电动机的起动和停车要求配套装备在电动机起动时能降低起动电流、在电动机停车时逐渐停机。一般交流电动机的起动电流为电动机额定电流的5～7倍，如此大的电流会引起电网电压急剧下降，从而直接影响同电网其他设备的正常运行。而且电动机直接全压起动时的大电流会在定子线圈和转子鼠笼条上产生大量的焦耳热，损伤绕组绝缘，缩短电动机使用寿命。由于三相异步电动机始终在全电压下运行，从空载到满载磁场几乎不变，因此总电流中的磁化电流部分在所有负载下基本相同，而驱动负载的转矩电流则随负载的变化成正比变化，负载越小，负载电流就越小，功率因数就越低。目前电动机起动机控制停机是瞬间停电，会产生水锤效应，对电动机形成冲击，时间长了电动机容易受损。

发明内容

本发明的目的，就是提供一种结构合理、配套性能好、使用方便安全，具有软起动、软停止功能的电动机自动控制装置，加强对电动机的保护，提高功率因数，节约有功电，减少无功损耗，降低电能消耗，延长电动机的使用寿命，提高经济效益。

本发明的任务是这样完成的：设计一种电动机智能节电起动器，由控制器、电路板、散热系统、接线端子、可控硅模块、供电与输出装置、接插座装设在柜体内组成，控制器嵌装在柜体的上盖板上，散热系统包括散热板、轴流风机、温度传感器，接线端子装设在柜体内下方固定的端子托板上，接装一次线与可控硅模块连接，供电与输出装置包括电流互感器、电源变压器、保险丝，装设在柜体内固定的互感器托板上，电源变压器（15）通过控制线与电路板连接，接插座安置在柜体内侧板上的接插座托板上，接插座的正面与控制器连接的接插器配合，背面由控制线连接电路板，电路板装设在电路板托板上，电路通过触发线连接可控硅模块。电路板上装设脉 冲变压器、单片机、三端稳压器、整流桥、光电耦合器、三极管、二极管、电容、电阻，由电路板上的连接线线路连通，脉冲变压器通过触发线与可控硅模块连接，可控硅模块固定装设在柜体内的散热板上，电路板的电路通过控制线与接插座连接。供电与输出装置的电流互感器、保险丝、电源变压器并列装设在互感器托板上，两只电流互感器的中孔内各穿插一次线，一次线两端分别连接可控硅模块和接线端子，保险丝通过连接线连接电源变压器和接插座，电源变压器通过控制线连接电路板。柜体为长方体薄板壳体，前面开口与上盖板、下盖板配装，柜体内上半段后部由散热板封隔，柜体底端连接端子托板与两边侧板固定，端子托板后面空间内装设轴流风机，散热板与端子托板之间的柜体内固定连接互感器托板，互感器托板前面一边的侧板上固定接插座托板，散热板前面的柜体两边侧板上间隔相等距离各设有两块带螺孔的固定片，用螺钉将电路板托板固定在上面。控制器的前面板上设有电压表、电流表、柜内温度表的显示屏，设有按钮和指示灯，按钮包括设置、上调、下调、开机、停止的各个控制按钮，指示灯指示电动机运行的各个状态，显示屏、按钮和指示灯与控制器连接，再通过连接线连接接插器，与柜体内的接插座配合连接。电源变压器的初极通过与连接接线端子的一次线连通引入外接电源，次极输出9V电压交流电，通过连接线输往电路板上的电源回路，由整流桥进行整流成为9V直流电，经过电容滤波，再通过可控硅和三端稳压器转换为5V直流电输向单片机，单片机连接取样执行回路，将电动机的A相电流与电压的相位角信号反馈到数据运算处理回路，由单片机进行运算处理，发出触发指令信号，通过连接线连接三极管和脉冲变压器进入触发回路，再通过触发线连接可控硅模块进入供电与输出回路，可控硅模块通过一次线与接线端子连接，接线端子通过外接电线连接控制电动机。实际应用时，本发明的接线端子接通外接连接线分别连通电源、与电动机连接。接通电动机之前，需进行试运行，将三只灯泡按星型接法与连接线接通，开机后三只功率相同的灯泡亮度一致无闪烁，证明完好，可与电动机连接运行。电动机负载率较低时，转子电流与满载电流相差不多，电动机内部损耗自然较高，致使电动机效率与功率因数都很低。当电动机负载率降低时，本发明跟踪调整加到电动机上的有效电压值，降低磁化电流，提高功率因数，从而降低电动机运行时的铜损、铁损和涡流，节约有功电，提高运行效率，达到节电目的。

按照上述技术方案进行试制、试验，证明本发明结构合理、连接方便、使用安全，自动化程度高、配套性能好，保护功能全，能够实现电动机软起动、软停止，有效地降低起动电流，减少无功损耗，提高功率因数，节约有功电，延长使用寿命，经济社会效益良好，较好地达到了预定目的。                                             

附图说明

图1是本发明的外形结构示意图；

图2是图1去掉上盖板3、下盖板4的柜体1内部结构示意图；

图3是图1中的上盖板3的内面结构示意图；

图4是图2的电路板托板8后面的内部电路结构示意图；

图5是图2的A向K-K剖面结构示意图；

图6是图2的B向N-N剖面结构示意图；

图7是图2中的电路板9的结构示意图；

图8是本发明的电气原理图。

图中，1—柜体，2—控制器，3—上盖板，4—下盖板，5—散热板，6—触发线，7—脉冲变压器，8—电路板托板，9—电路板， 10—电流互感器，11—互感器托板，12—端子托板，13—接线端子，14—接插座，15—电源变压器，16—保险丝，17—控制线，18—信号线，19—温度传感器，20—接线柱，21—接插器，22—可控硅模块，23—接插座托板，24—轴流风机，25—单片机，26—三端稳压器，27—整流桥，28—光电耦合器，29—供电与输出回路，30—电源回路，31—可控硅，32—数据运算处理回路，33—取样执行回路，34—触发回路；A—视向符号，B—视向符号，K—剖面符号，N—剖面符号，D—电压表，E—电流表，W—柜内温度表，Z—指示灯，T—按钮，M—螺钉，L—连接线，X—一次线，C—电容，R—电阻，F—二极管，Y—三极管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式加以说明。

参阅图1、图2、图3、图4，柜体1内装设起动器部件，前面开口由上盖板3，下盖板4封口，上盖板3上嵌装控制器2，控制器2前面板上设有电压表D、电流表E、柜内温度表W，以及各个控制按钮T和指示灯Z，背面板上设有两排接线柱20，通过连接线L分别与前面板上的各个电子控制元件连接，并通过内接连接线L与接插器21连接，接插器21插接在柜体1内的接插座14上，接通电路。电路板9装设在电路板托板8上；电流互感器10、电源变压器15、保险丝16装设在互感器托板11上；接线端子13装设在柜体1最下端的端子托板12上，用紧固螺钉M固定连接6条一次线X的端部，一次线X的另一端连接电路板托板8后面的可控硅模块22，三只可控硅模块22并排固定装设在柜体1内后部的散热板5上，分别通过触发线6连接电路板9。接插座14装设在柜体1侧壁上的接插座托板23上，通过控制线17连接电路板9，通过连接线L连接保险丝16和电源变压器15，并通过信号线18连接温度传感器19，温度传感器19由吸盘吸附在柜体1内壁上。

参阅图5、图6，柜体1内的电路板托板8用螺钉固定在侧板的边架上，电路板9固定在电路板托板8上，柜体1底面和侧面固定端子托板12，上面装设接线端子13，端子托板12与柜体1后面板之间的空间内装设轴流风机24。电路板托板8与端子托板12之间的柜体1上固定互感器托板11，一侧的柜体1侧板上固定设有接插座托板23，上面装设接插座14。互感器托板11上并排装设两只电流互感器10及保险丝16、电源变压器15，电路板9上并排设置三只脉冲变压器7，分别对应于电机的A相、B相、C相电流，同时设有电容C、电阻R。电路板9通过三组触发线6对应连接散热板5上装设的三个可控硅模块22。接线端子13通过6条一次线X连接可控硅模块22，每个可控硅模块22连接2条，其中两条一次线X分别穿插通过两只电流互感器10的中孔。电路板9通过连接线L连接接插座14。散热板5隔架在柜体1后面板的前边，与柜体1后面板之间的空隙形成风道，与柜体1底部的轴流风机24构成了散热系统。

参阅图7，电路板9上并排装设三个脉冲变压器7，并有配套的电阻R、电容C、二极管F、三极管Y、光电耦合器28，电路板9接出的三组触发线6分别与三个可控硅模块22连通。电路板9上装设单片机25、三端稳压器26、整流桥27，配装电阻R、二极管F，并通过连接线L与接插座14连接。

参阅图8，通过接线端子13连接的一次线X将外接380V交流电源引进电源变压器15，变压后转换为9V交流电，通过连接线L引至电源回路30，经过整流桥27进行整流成为9V直流电，再经过可控硅31和三端稳压器26转换为5V直流电，输往数据运算处理回路32作为单片机25的电源。数据运算处理回路32设有电阻排S、电阻R、电容C，通过连接线L连通取样执行电路33。取样执行回路33包括由光电耦合器28、脉冲变压器7、电容C、电阻R、三极管Y、二极管F构成的三组触发回路34，以及由电容C、电阻R、二极管F和连接电动机A相电流的脉冲变压器7构成的取样回路。取样回路将电动机A相电流与电压的相位角信号传至数据运算处理回路32，由单片机25对信号数据进行运算处理，根据电流与电压相位角的变化情况发出触发指令，经过三极管Y输出至脉冲变压器7进入触发回路34，二极管F保障脉冲触发信号单向输出，通过触发线6将触发脉冲信号输往可控硅模块22，进入供电与输出回路29。可控硅模块22连接的一次线X穿过电流互感器10连通接线端子13。在电源变压器15的电路上设有保险丝16，单片机25输出的低电平与触发回路34的高电平由光电耦合器28隔离。数据运算处理回路32通过连接线L与接插座14连接，接插座14与接插器21配合，经过连接线L连通上盖板3上的控制器2。单片机25选用MC68705P3双列直插28角型，信号检测、运算处理、触发指令、中断、软起动、输出电压的调整控制均由单片机25的内设程序完成。接线端子13通过外接电线连接电动机，对电动机的起动和运行进行控制。

本发明利用单片机25和可控硅模块22在线运行，实时检测电压与电流的相位角，根据负载变化自动调整加到电动机上的有效电压值，实现节电功效，同时具有软起动、软停止的功能，能提供过流、断相、过压、欠载、过热等保护，降低电动机的铜损、铁损和涡流，节约有功电，延长电动机使用寿命。与现有技术相比，采用本发明能够减少无功损耗20～30%，节约有功电15～20%，节电效果显著，特别适于为变载、轻载、间断空载和频繁起动状态下运行的电动机配套，具有光明的推广前景。

Claims (5)

1.一种电动机智能节电起动器，其特征在于由控制器（2）、电路板（9）、散热系统、接线端子（13）、可控硅模块（22）、供电与输出装置、接插座（14）装设在柜体（1）内组成，控制器（2）嵌装在柜体（1）的上盖板（3）上，散热系统包括散热板（5）、轴流风机（24）、温度传感器（19），接线端子（13）装设在柜体（1）内下方固定的端子托板（12）上，接装一次线（X）与可控硅模块（22）连接，供电与输出装置包括电流互感器（10）、电源变压器（15）、保险丝（16），装设在柜体（1）内固定的互感器托板（11）上，电源变压器（15）通过控制线（17）与电路板（9）连接，接插座（14）安置在柜体（1）内侧板上的接插座托板（23）上，接插座（14）通过信号线（18）连接温度传感器（19），温度传感器（19）由吸盘吸附在柜体（1）的内壁上，接插座（14）的正面与控制器（2）连接的接插器（21）配合，背面由控制线（17）连接电路板（9），电路板（9）装设在电路板托板（8）上，电路通过触发线（6）连接可控硅模块（22）；电路板（9）上装设脉 冲变压器（7）、单片机（25）、三端稳压器（26）、整流桥（27）、光电耦合器（28）、三极管（Y）、二极管（F）、电容（C）、电阻（R），由电路板（9）上的连接线（L）线路连通，脉冲变压器（7）通过触发线（6）与可控硅模块（22）连接，可控硅模块（22）固定装设在柜体（1）内的散热板（5）上，电路板（9）的电路通过控制线（17）与接插座（14）连接。

2.按照权利要求1所述的电动机智能节电起动器，其特征在于所述的柜体（1）为长方体薄板壳体，前面开口与上盖板（3）、下盖板（4）配装，柜体（1）内上半段后部由散热板（5）封隔，柜体（1）底端连接端子托板（12）与两边侧板固定，端子托板（12）后面空间内装设轴流风机（24），散热板（5）与端子托板（12）之间的柜体（1）内固定连接互感器托板（11），互感器托板（11）前面一边的侧板上固定接插座托板（23），散热板（5）前面的柜体（1）两边侧板上间隔相等距离各设有两块带螺孔的固定片，用螺钉（M）将电路板托板（8）固定在上面。

3.按照权利要求1所述的电动机智能节电起动器，其特征在于所述的供电与输出装置的电流互感器（10）、保险丝（16）、电源变压器（15）并列装设在互感器托板（11）上，两只电流互感器（10）的中孔内各穿插一次线（X），一次线（X）两端分别连接可控硅模块（22）和接线端子（13），保险丝（16）通过连接线（L）连接电源变压器（15）和接插座（14），电源变压器（15）通过控制线（17）连接电路板（9）。

4.按照权利要求3所述的电动机智能节电起动器，其特征在于所述的电源变压器（15）的初极通过与连接接线端子（13）的一次线（X）连通引入外接电源，次极输出9V电压交流电，通过连接线（L）输往电路板（9）上的电源回路（30），由整流桥（27）进行整流成为9V直流电，经过电容（C）滤波，再通过可控硅（31）和三端稳压器（26）转换为5V直流电输向单片机（25），单片机（25）连接取样执行回路（33），将电动机的A相电流与电压的相位角信号反馈到数据运算处理回路（32），由单片机（25）进行运算处理，发出触发指令信号，通过连接线（L）连接三极管（Y）和脉冲变压器（7）进入触发回路（34），再通过触发线（6）连接可控硅模块（22）进入供电与输出回路（29），可控硅模块（22）通过一次线（X）与接线端子（13）连接，接线端子（13）通过外接电线连接控制电动机。

5.按照权利要求1所述的电动机智能节电起动器，其特征在于所述的控制器（2）的前面板上设有电压表（D）、电流表（E）、柜内温度表(W)的显示屏，设有按钮（T）和指示灯（Z），按钮（T）包括设置、上调、下调、开机、停止的各个控制按钮（T），指示灯（Z）指示电动机运行的各个状态，显示屏、按钮（T）和指示灯（Z）与控制器（2）连接，再通过连接线（L）连接接插器（21），接插器（21）与柜体（1）内的接插座（14）配合连接。