CN104579100B - 一种异步电动机的变极调速装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异步电动机的变极调速装置，包括可编程控制器最小系统，以及分别与可编程控制器最小系统相连的前向通道、后向通道，其中可编程控制器最小系统从前向通道接收计数脉冲，然后向后向通道发出控制信号，所述的后向通道与异步电动机相连。本发明的变极调速装置及方法，既继承了变极调速简单经济的优点，又能在一定的范围内克服其有级调速的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及异步电动机领域，特别涉及一种异步电动机的变极调速装置及方法。
背景技术
传统的异步电动机变极调速法，虽然具有实现成本低、耗能低、控制方式简单和可靠性高等优点，但因为是有级调速，且调速级差很大，限制了其使用领域。
而采用矢量控制、直接转矩控制等方式的变频调速法，虽然具有很好的调速平滑性，且能很好地克服变极调速的缺点，但又存在实现成本高和可靠性差等缺点。
因此，需要设计出一种新的异步电动机的变极调速方法来满足人们的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种异步电动机的变极调速装置。
本发明的另一目的在于提供一种异步电动机的变极调速方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种异步电动机的变极调速装置，包括可编程控制器最小系统，以及分别与可编程控制器最小系统相连的前向通道、后向通道，其中可编程控制器最小系统从前向通道接收计数脉冲，然后向后向通道发出控制信号，所述的后向通道与异步电动机相连。
所述的异步电动机的变极调速装置，还包括与可编程控制器最小系统相连的人机通道，操作者的意志通过人机通道传输给可编程控制器最小系统，所述的操作者的意志是指操作者所设定的三相电路的通断时间。通过人机通道，操作者可以：1、随意设定三相电路的通断时间。2、看到所设定的通断时间。3、随意置可编程控制器于按设定通断时间工作和等待设定通断时间两种状态中的任一种。
所述的前向通道包括依次连接的过零检测模块、光耦隔离模块，所述的过零检测模块产生与三相电源中的某一相正弦电压同步的方波信号，以方波的零点作为可编程控制器最小系统的计数脉冲。正弦信号经过过零检测模块后变成过零信号，光耦隔离模块将高电压的过零信号转变为低电压的过零信号。
所述的过零检测模块，其过零检测方程为；
y＝E sin wt；
式中：y为电网单相电压，E为电压峰值，w为电网频率，Z为电网单相电压同步方波，ε为过零检测基准值；
可编程控制器最小系统从前向通道拾取计数脉冲，每拾取一个计数脉冲，可编程控制器最小系统内部的计数器就加1。
所述的后向通道为无触点开关。
所述的无触点开关采用三相固态继电器，三相固态继电器根据可编程控制器最小系统发出的控制信号产生接通或截断三相电路的动作。
本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：
一种异步电动机的变极调速方法，包含以下顺序的步骤：
S1.将异步电动机绕组设计成具有两种工作极数2p1和2p2；
S2.利用变极调速装置控制异步电动机交替地在这两种工作极数2p1和2p2下迅速切换，2p1的工作时间为t1，2p2的工作时间为t2，此时电机的转速,由2p1、t1、2p2、t2共同决定；
在2p1和2p2确定之后，调节t1和t2即可改变电机的转速。
本发明的工作过程：
把电机绕组设计成具有两种工作极数2p1和2p2，让电机交替地在这两种工作状态下迅速切换，此时电机的转速将不只是由电机工作极数2p1和2p2决定，而是由2p1和2p2，及工作于这两种工作级数的时间t1和t2等4个因素共同决定。于是，在2p1和2p2确定之后，调节t1和t2即可改变电机的转速。假设工作级数2p1<2p2,则对应于2p1的转速V1为电机最高转速,对应于2p2的转速V2为最低转速。通过改变电机工作状态的占空比，可使实际工作速度介于最高转速和最低转速之间，即V2<V<V1。同时，速度的过渡过程是平滑的、无级的。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明克服了当异步电机采用变极调速时存在的调速范围窄(一般只有两种速度可供选择)，且是有极调速的缺点，能在一定范围内实现无极调速。
2、相比于目前广泛采用的变频调速，本发明中的调速方法具有实现成本低、对电网污染小的特点。
附图说明
图1为本发明所述的一种异步电动机的变极调速装置的安装结构示意图；
图2为本发明所述的一种异步电动机的变极调速装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
一种异步电动机的变极调速装置，包括可编程控制器最小系统，以及分别与可编程控制器最小系统相连的前向通道、后向通道，其中可编程控制器最小系统从前向通道接收计数脉冲，然后向后向通道发出控制信号，所述的后向通道与异步电动机相连。
所述的异步电动机的变极调速装置，还包括与可编程控制器最小系统相连的人机通道，操作者的意志通过人机通道传输给可编程控制器最小系统，所述的操作者的意志是指操作者所设定的三相电路的通断时间。通过人机通道。操作者可以：1、随意设定三相电路的通断时间。2、看到所设定的通断时间。3、随意置可编程控制器于按设定通断时间工作和等待设定通断时间两种状态中的任一种。
所述的前向通道包括依次连接的过零检测模块、光耦隔离模块，所述的过零检测模块产生与三相电源中的某一相正弦电压同步的方波信号，以方波的零点作为可编程控制器最小系统的计数脉冲。正弦信号经过过零检测模块后变成过零信号，光耦隔离模块将高电压的过零信号转变为低电压的过零信号。
所述的过零检测模块，其过零检测方程为；
y＝E sin wt；
式中：y为电网单相电压，E为电压峰值，w为电网频率，Z为电网单相电压同步方波，ε为过零检测基准值；
可编程控制器最小系统从前向通道拾取计数脉冲，每拾取一个计数脉冲，可编程控制器最小系统内部的计数器就加1。
所述的后向通道为无触点开关。
所述的无触点开关采用三相固态继电器，三相固态继电器根据可编程控制器最小系统发出的控制信号产生接通或截断三相电路的动作。
一种异步电动机的变极调速方法，包含以下顺序的步骤：
S1.将异步电动机绕组设计成具有两种工作极数2p1和2p2；
S2.利用变极调速装置控制异步电动机交替地在这两种工作极数2p1和2p2下迅速切换，2p1的工作时间为t1，2p2的工作时间为t2，此时电机的转速,由2p1、t1、2p2、t2共同决定；
在2p1和2p2确定之后，调节t1和t2即可改变电机的转速。
下面结合附图对本发明做更为具体的阐述：
如图1所示感应电机绕组引出6根出线；其中3根出线接电源，另外3根出线通过无触点开关接至上述3根出线，也就是接至电源，当然，要注意相序问题。无触点开关为SSR(Solid State Relay，固态继电器)，负责转换异步电动机工作的极数。控制装置以可编程控制器最小系统为核心，按给定程序实现对无触点开关的控制，进而实现对整个调速系统的控制。
如图2，整个结构由四个模块组成：1)可编程控制器最小系统；2)前向通道；3)后向通道；4)人机通道。下面就上述模块分别进行阐述：
1)可编程控制器最小系统功能：从前向通道接收计数脉冲；从人机通道接受操作者的意志并通过人机通道向操作者反映操作者的意志；向后向通道发出反映操作者意志的控制信号。这里所谓操作者的意志，主要是指操作者所设定的三相电路的通断时间。
2)变极调速装置前向通道的功能：为控制器提供技术脉冲。具体地讲，前向通道产生与三相电源中的某一相正弦电压同步的方波信号，作为控制器的计数脉冲。控制器从前向通道拾取计数脉冲，每拾取一个计数脉冲，控制器内部的计数器就加1。前向通道的组成：过零检测、光电隔离等环节。
3)变极调速装置的后向通道的功能：执行控制器所发出的控制信号。具体地讲，可编程控制器的一个输出端发出控制信号，后向通道的执行机构---三相固态继电器根据这个信号产生接通或截断三相电路的动作。
4)变极调速装置人机通道的功能：人机通道借助于显示模块和键盘模块实现人机交互的功能。操作者可以：1、随意设定三相电路的通断时间。2、看到所设定的通断时间。3、随意置可编程控制器于按设定通断时间工作和等待设定通断时间两种状态中的任一种。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种异步电动机的变极调速装置，其特征在于：包括可编程控制器最小系统，以及分别与可编程控制器最小系统相连的前向通道、后向通道，其中可编程控制器最小系统从前向通道接收计数脉冲，然后向后向通道发出控制信号，所述的后向通道与异步电动机相连，其中可编程控制器最小系统的控制过程如下：
S1.将异步电动机绕组设计成具有两种工作极数2p1和2p2；
S2.利用变极调速装置控制异步电动机交替地在这两种工作极数2p1和2p2下迅速切换，2p1的工作时间为t1，2p2的工作时间为t2，此时电机的转速,由2p1、t1、2p2、t2共同决定；
在2p1和2p2确定之后，调节t1和t2即可改变电机的转速；
假设工作级数2p1<2p2,则对应于2p1的转速V1为电机最高转速,对应于2p2的转速V2为最低转速；通过改变电机工作状态的占空比，使实际工作速度介于最高转速和最低转速之间，即V2<V<V1。
2.根据权利要求1所述的异步电动机的变极调速装置，其特征在于：还包括与可编程控制器最小系统相连的人机通道，操作者的意志通过人机通道传输给可编程控制器最小系统，所述的操作者的意志是指操作者所设定的三相电路的通断时间。
3.根据权利要求1所述的异步电动机的变极调速装置，其特征在于：所述的前向通道包括依次连接的过零检测模块、光耦隔离模块，所述的过零检测模块产生与三相电源中的某一相正弦电压同步的方波信号，以方波的零点作为可编程控制器最小系统的计数脉冲。
4.根据权利要求3所述的异步电动机的变极调速装置，其特征在于：所述的过零检测模块，其过零检测方程为；
y＝E sin wt；
<mrow>
<mi>Z</mi>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>,</mo>
<mrow>
<mo>|</mo>
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<mo>|</mo>
</mrow>
<mo>></mo>
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</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mn>0</mn>
<mo>,</mo>
<mrow>
<mo>|</mo>
<mi>y</mi>
<mo>|</mo>
</mrow>
<mo><</mo>
<mi>&epsiv;</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>,</mo>
<mi>&epsiv;</mi>
<mo>></mo>
<mn>0</mn>
<mo>;</mo>
</mrow>
式中：y为电网单相电压，E为电压峰值，w为电网频率，Z为电网单相电压同步方波，ε为过零检测基准值；
可编程控制器最小系统从前向通道拾取计数脉冲，每拾取一个计数脉冲，可编程控制器最小系统内部的计数器就加1。
5.根据权利要求1所述的异步电动机的变极调速装置，其特征在于：所述的后向通道为无触点开关。
6.根据权利要求5所述的异步电动机的变极调速装置，其特征在于：所述的无触点开关采用三相固态继电器，三相固态继电器根据可编程控制器最小系统发出的控制信号产生接通或截断三相电路的动作。
7.一种异步电动机的变极调速方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：
S1.将异步电动机绕组设计成具有两种工作极数2p1和2p2；
S2.利用变极调速装置控制异步电动机交替地在这两种工作极数2p1和2p2下迅速切换，2p1的工作时间为t1，2p2的工作时间为t2，此时电机的转速,由2p1、t1、2p2、t2共同决定；
在2p1和2p2确定之后，调节t1和t2即可改变电机的转速；
假设工作级数2p1<2p2,则对应于2p1的转速V1为电机最高转速,对应于2p2的转速V2为最低转速；通过改变电机工作状态的占空比，使实际工作速度介于最高转速和最低转速之间，即V2<V<V1。
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