CN104426456B - 一种自动调压的进相器 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为一种自动调压的进相器。属于电机无功功率补偿技术领域。它主要是解决现有多触头补偿变压器存在不能根据电机负载的变化选择改变补偿电压的问题。它的主要特征是：包括键盘和显示屏、电机定子电流变送器、控制器、转子电流传感器、交交变频电路、触发控制电路、补偿变压器、进退相机构；交交变频电路与所述补偿变压器次边、触发控制电路和进退相机构连接，补偿变压器的原边与辅助电源连接，进退相机构与待控电机连接。本发明具有使补偿电压能根据工况的改变而改变，提高进相器的整体补偿效果，增加进相器的适用范围的特点，主要用于可对各种不同工况下的绕线式异步电机进行可变电压补偿提高电机功率因数的进相器。
Description
技术领域
本发明属于电机无功功率补偿技术领域，具体涉及一种可对各种不同工况下的绕线式异步电机进行可变电压补偿提高电机功率因数的进相器。
背景技术
在我国，各企业生产过程中使用的大中型绕线式异步电机运行的工况特点是负载在不停的变化，同时电机的功率因数也相应的变化，特别是部分场合的电机，在所拖动的设备中，设备一直处于空转和负载不断交替的条件下运行，对应电机一直处于空转和负载的交替工作状态，电机功率因数大范围波动，在使用进相器进行无功补偿时，要求不同的负载条件下能够输出不同的补偿电压，使电机功率因数一直保持在理想的范围内。
现有的进相器采用多触头的补偿变压器，通过接不同的变压器触头来改变补偿电压的值，进而调整进相器的补偿效果，此方式下，对应一个电机只能选定一种补偿电压值，不能根据电机负载的变化选择改变补偿电压，导致进相器只能适应部分工况下的无功补偿要求，在部分状态下补偿效果达不到要求，限制了进相器的应用范围。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可以调整输出补偿电压的进相器，根据负载变化在不同的控制模式下输出可变补偿电压，使电动机在各种负载下均能达到理想的无功功率补偿效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自动调压的进相器，包括键盘和显示屏、电机定子电流变送器、控制器、转子电流传感器、触发控制电路、补偿变压器、进退相机构；其特征在于：所述电机定子电流变送器与待控电机的定子电流线圈连接；所述转子电流传感器与待控电机的三相绕组的转子电流线圈连接；还包括交交变频电路，该交交变频电路与所述补偿变压器次边、触发控制电路和进退相机构连接，补偿变压器的原边与辅助电源连接，进退相机构与待控电机连接。
本发明采用的技术方案中所述的补偿变压器原边只有一组触头，其输出电压恒定，与现有技术不同的是，现有技术中补偿变压器有多组触头，通过接不同的触头改变补偿变压器的输出电压，从而改变附加在电机转子绕组上的电压，本发明通过控制器改变交交变频的触发控制信号，在补偿变压器输出恒定的情况下改变附加在电机转子绕组上的电压。
本发明采用的技术方案中所述的控制器由第一微处理器、微第二处理器、电机定子电流信号变换电路、电机定子电压信号变换电路、转子电流幅值信号变换电路、退相信号输入变换电路、进相信号输入变换电路、电机启动完毕信号输入变换电路、转子电流相位信号变换电路、进相输出信号变换电路、退相输出信号变换电路、故障退相输出信号变换电路、与显示板的RS232通讯电路、外部RS485通讯电路、同步信号变换电路、触发控制信号变换电路组成。第一微处理器分别与电机定子电流信号变换电路、电机定子电压信号变换电路、转子电流幅值信号变换电路、退相信号输入变换电路、进相信号输入变换电路、电机启动完毕信号输入变换电路、转子电流相位信号变换电路、进相输出信号变换电路、退相输出信号变换电路、故障退相输出信号变换电路、与显示板的RS232通讯电路、外部RS485通讯电路连接；第二微处理器分别与转子电流相位信号变换电路、同步信号变换电路、触发控制信号变换电路连接；第一微处理器和第二微处理器连接。
本发明由于采用由键盘和显示屏、电机定子电流变送器、控制器、转子电流传感器、触发控制电路、补偿变压器、交交变频电路、进退相机构构成的一种自动调压的进相器，其中电机定子电流变送器与待控电机的定子电流线圈连接，转子电流传感器与待控电机的三相绕组的转子电流线圈连接，交交变频电路与所述补偿变压器、触发控制电路和进退相机构连接，交交变频的输出端与待控电机的转子绕组连接，因而电机定子电流变送器可检测电机运行时的定子电流，转子电流传感器可检测电机转子三相绕组的电流信号，键盘和显示屏设置轻载补偿电压值和重载补偿电压值，控制器根据电机定子电流信号和转子电流传感器信号，将电机运行工况分成轻载和重载两种状态，轻载时输出的三相补偿电压均为直流电压，方向一直不变，重载时输出控制信号通过触发控制电路使交交变频电路将经补偿变压器降压的辅助电源，变换成三相补偿电压，其频率与对应相的转子电流频率相同，相位滞后对应相的转子电流90度，再通过进退相机构叠加到待控电机转子的三相绕组上，实现不同的负载条件下能够输出不同的补偿电压，使电机功率因数一直保持在理想的范围内。本发明对比现有技术，首次提出了通过键盘和显示屏设置补偿电压值，由控制器控制交交变频电路输出补偿电压的波形，在补偿变压器输出电压幅值固定的情况下，根据电机实际负载情况调整实际补偿电压。同时，通过此方法，可分别选择不同的轻载补偿电压和重载补偿电压，解决了现有进相器在所有工况下只能选择一种补偿电压的不足。本发明具有使补偿电压能根据工况的改变而改变，提高进相器的整体补偿效果，增加进相器的适用范围的特点。本发明主要用于可对各种不同工况下的绕线式异步电机进行可变电压补偿提高电机功率因数的进相器。
附图说明
图1为本发明实施方式示意图。
图2为补偿变压器原边电压示意图。
图3为补偿变压器次边电压示意图。
图4为轻载时输出补偿电压的第1种示意图。
图5为轻载时输出补偿电压的第2种示意图。
图6为附加转子侧的补偿电压波形图。
图7为第1种A相调压方法示意图。
图8为第1种B相调压方法示意图。
图9为第1种C相调压方法示意图。
图10为第2种A相调压方法示意图。
图11为第2种B相调压方法示意图。
图12为第2种C相调压方法示意图。
图13为控制器硬件框图。
具体实施方式
如图1所示，进相器由键盘和显示屏11、电机定子电流变送器12、控制器13、转子电流传感器14、触发控制电路15、补偿变压器16、交交变频电路17、进退相机构18组成。电机定子电流变送器12检测电机运行时的定子电流，转子电流传感器14检测电机转子三相绕组的电流信号，键盘和显示屏11设置轻载补偿电压值和重载补偿电压值，控制器13根据电机定子电流信号和转子电流传感器信号，输出控制信号通过触发控制电路15，使交交变频电路17将经补偿变压器16降压的辅助电源，变换成三相补偿电压，再通过进退相机构18叠加到待控电机转子的三相绕组上。
如图13所示，控制器由第一微处理器CPU1、第二微处理器CPU2、电机定子电流信号变换电路、电机定子电压信号变换电路、转子电流幅值信号变换电路、退相信号输入变换电路、进相信号输入变换电路、电机启动完毕信号输入变换电路、转子电流相位信号变换电路、进相输出信号变换电路、退相输出信号变换电路、故障退相输出信号变换电路、与显示板的RS232通讯电路、外部RS485通讯电路、同步信号变换电路、触发控制信号变换电路组成。
本发明中，控制器中的电机定子电流变换电路将电机定子电流变送器信号变换成0-5V信号，送给第一微处理器CPU1，第一微处理器CPU1判定电机处于轻载和重载状态，并将状态信号送给第二微处理器CPU2，第二微处理器CPU2可根据轻重载状态输出不同的晶闸管控制波形。
控制器中的转子电流幅值信号变换电路将电机转子电流传感器信号变换成0-5V信号，送给第一微处理器CPU1，第一微处理器CPU1计算出转子电流的大小并将转子电流大小信息传给第二微处理器CPU2，转子电流传感器信号经转子电流相位信号变换电路变换成方波信号送给第二微处理器CPU2，微处理器根据转子电流的大小和相位判定每个晶闸管上的电流大小和方向，改变触发控制信号的超前同步信号的时间。
控制器中的退相信号输入变换电路、进相信号输入变换电路、电机启动完毕信号输入变换电路将进相和退相指令，电机启动完成信号送给第一微处理器CPU1，第一微处理器CPU1根据以上信号发出控制指令再通过进相、退相输出信号变换电路，传给进退相机构，控制进相器的进相和退相动作。
通过键盘和显示屏11可以分别设置轻载补偿电压和重载补偿电压，通过RS232通讯电路传送给为处理器CPU1，再通过第一微处理器CPU1和第二微处理器CPU2之间的连接传给第二微处理器CPU2，由第二微处理器CPU2输出晶闸管脉冲控制信号，使交交变频输出不同的电压波形。实际输出的补偿电压波形由补偿变压输出电压的正负半波叠加而成，其有效值由补偿变压器输出电压的有效值和控制器输出的控制波形共同决定，当需要减小输出电压的有效值时，控制器输出控制波形使交交变频电路每输出n个半波后，使下一个半波周期内三相输出的半波方向相同，则输出电压的有效值相当于原来的n/（n+1），通过此方法即可以减小输出电压。
如图2至图6所示，辅助电源经补偿变压器16和交交变频电路17后变换成相应的电压附加到转子绕组上，辅助电源波形1经降压变压器后，幅值降低。当待控电机运行在轻载状态时，附加在待控电机绕组上的电压方向不变，当附加电压为正时，波形由补偿变压器输出电压波形2的正半波叠加而成，如图中的波形3；当附加电压为负时，波形由补偿变压器输出电压波形2的负半波叠加而成，如图中的波形4。当电机运行在重载状态时，转子补偿电压6分别由补偿变压器输出波形的正和负半波组成，正负半波切换的频率与转子电流5相同，转子补偿电压的基波7相位滞后转子电流90度。
如图7至图12所示，输出波形由补偿变压器波形的正负半波叠加而成，因补偿变压器输出电压幅值确定，所以组成输出波形的半波的幅值不能改变，当控制器通过改变控制信号时，可使交交变频电路每输出n个补偿变压器补偿电压的半波后，输出一个三相波形相同半波波形，即在第n+1个半波周期内，电机转子三相上同时输出正向半波或同时输出负向半波，因三相上附加波形的电压大小和方向完全一致，则此半波周期内三相之间的电压一直为0，相当于在此半波周期内转子三相绕组上的补偿电压全部为0，假定补偿变压器输出电压有效值为U,则此时补偿电压的有效值为U，即输出电压的有效值减小。改变n值的大小，即可改变输出电压的有效值，即通过改变控制器输出控制信号，就可以在输出补偿变压器输出固定电压的情况下，输出不同的补偿电压。输出的补偿电压可与随n值的改变而改变，而不受补偿变压器输出电压制约。
Claims (3)
1.一种自动调压的进相器，包括键盘和显示屏、电机定子电流变送器、控制器、转子电流传感器、触发控制电路、补偿变压器、进退相机构；其特征在于：所述电机定子电流变送器与待控电机的定子电流线圈连接；所述转子电流传感器与待控电机的三相绕组的转子电流线圈连接；还包括交交变频电路，该交交变频电路与所述补偿变压器次边、触发控制电路和进退相机构连接，补偿变压器的原边与辅助电源连接，进退相机构与待控电机连接；键盘和显示屏设置轻载补偿电压值和重载补偿电压值；控制器根据电机定子电流变送器检测电机运行时的定子电流信号和转子电流传感器检测电机转子三相绕组的电流信号，将电机运行工况分成轻载和重载两种状态；轻载时输出的三相补偿电压均为直流电压，方向一直不变；重载时输出控制信号通过触发控制电路使交交变频电路将经补偿变压器降压的辅助电源，变换成三相补偿电压，其频率与对应相的转子电流频率相同，相位滞后对应相的转子电流90度；再通过进退相机构叠加到待控电机转子的三相绕组上，实现不同的负载条件下能够输出不同的补偿电压，使电机功率因数一直保持在理想的范围内；所述控制器的第一微处理器（CPU1）分别与电机定子电流信号变换电路、电机定子电压信号变换电路、转子电流幅值信号变换电路、退相信号输入变换电路、进相信号输入变换电路、电机启动完毕信号输入变换电路、转子电流相位信号变换电路、进相输出信号变换电路、退相输出信号变换电路、故障退相输出信号变换电路、与显示板的RS232通讯电路、外部RS485通讯电路连接；第二微处理器（CPU2）分别与转子电流相位信号变换电路、同步信号变换电路、触发控制信号变换电路连接；第一微处理器（CPU1）和第二微处理器（CPU2）连接；
通过键盘和显示屏（11）分别设置轻载补偿电压和重载补偿电压，通过RS232通讯电路传送给第一微处理器（CPU1），再通过第一微处理器（CPU1）传给第二微处理器（CPU2）；
控制器中的电机定子电流变换电路将电机定子电流变送器信号变换成0-5V信号，送给第一微处理器（CPU1），第一微处理器（CPU1）判定电机处于轻载和重载状态，并将状态信号送给第二微处理器（CPU2），第二微处理器（CPU2）可根据轻重载状态输出不同的晶闸管控制波形，使交交变频输出不同的电压波形；
控制器中的转子电流幅值信号变换电路将电机转子电流传感器信号变换成0-5V信号，送给第一微处理器（CPU1），第一微处理器（CPU1）计算出转子电流的大小并将转子电流大小信息传给第二微处理器（CPU2），转子电流传感器信号经转子电流相位信号变换电路变换成方波信号送给第二微处理器（CPU2），微处理器根据转子电流的大小和相位判定每个晶闸管上的电流大小和方向，改变触发控制信号的超前同步信号的时间；
控制器中的退相信号输入变换电路、进相信号输入变换电路、电机启动完毕信号输入变换电路将进相和退相指令，电机启动完成信号送给第一微处理器（CPU1），第一微处理器（CPU1）根据以上信号发出控制指令再通过进相、退相输出信号变换电路，传给进退相机构，控制进相器的进相和退相动作。
2.根据权利要求1所述的一种自动调压的进相器，其特征在于：所述的补偿变压器原边只有一组触头。
3.根据权利要求1或2所述的一种自动调压的进相器，其特征在于：所述控制器的第一微处理器（CPU1）分别与电机定子电流信号变换电路、电机定子电压信号变换电路、转子电流幅值信号变换电路、退相信号输入变换电路、进相信号输入变换电路、电机启动完毕信号输入变换电路、转子电流相位信号变换电路、进相输出信号变换电路、退相输出信号变换电路、故障退相输出信号变换电路、与显示板的RS232通讯电路、外部RS485通讯电路连接；第二微处理器（CPU2）分别与转子电流相位信号变换电路、同步信号变换电路、触发控制信号变换电路连接；第一微处理器（CPU1）和第二微处理器（CPU2）连接。
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