CN109742980A - 三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置，包括三相电源电路，所述的三相电源电路连接有电机核心控制电路，所述的电机核心控制电路连接有三相异步电机和风扇。通过本发明的智能控制可以根据具有工况要求，软启动、双阶启动、软停止或智能停止，在电机不使用时自动关闭电机，以及在某些应用领域中可以利用储存的能量进一步降低电耗。

Description

三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置及控制方法

技术领域

本发明涉及三相异步电机技术领域，具体来说，涉及一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置及控制方法。

背景技术

目前，全世界电机拥有量已经超过2亿台，并以每年5000万台的数量递增，这使得电机的能耗成为一个巨大问题。事实上，全球能源消耗的45%以及工厂消耗的65%来自于电动机。

大概仅有10%的电机是在变速的条件下使用，由不同速度驱动；而绝大部分的电机都是在定速条件下操作并且消耗着超额的电能。定速电机所带的负载越低，无用功就越大，能源浪费也越多。大部分定速电机都是为了特定满负载情况而设计制造，所以负载变化的工况下电机工作效率很低，能耗浪费严重。定速电机的传统启动的形式为直接启动、星三角启动或自耦启动。近年来软启动与软停止电机控制器成为了新的启停选择，因为流畅的启停可以有效地减小高突入电流和互耦现象带来的机械设备发热、铁损、噪音与震动。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置及控制方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置，包括三相电源电路，所述的三相电源电路连接有电机核心控制电路，所述的电机核心控制电路连接有三相异步电机和风扇。

进一步的，所述的电机核心控制电路包括传感器电路，所述的传感器电路连接有微处理器电路，所述的微处理器电路连接有看门狗电路、存储电路、同步信号采集电路、输入光耦隔离电路、输出光耦隔离电路、晶闸管驱动电路、功率因数角采集电路和参数设计显示控制接口电路，所述晶闸管驱动电路与功率因数角采集电路连接，所述的功率因数角采集电路与所述三相异步电机连接，所述的参数设计显示控制接口电路连接有手动模式开关电路，所述的输出光耦隔离电路连接有正常运行输出电路。

本发明还提供一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置的控制方法，包括如下步骤：

人工开启电机后，微处理器电路根据程序决定电机的启动模式为直接启动、软启动或者双阶启动，电机按照启动模式启动；

在电机工作中，根据程序设定及负载变化，传感器电路发出信号，微处理器电路接收信号后，根据收到的信号判断电机处于工作状态或者待机状态，并控制电机切换至相应的模式；

人工关闭电机后，微处理器电路根据程序决定电机的停止模式，电机按照停止模式停止。

进一步的，如果电机启动模式为直接启动，则微处理器电路给出正常启动信号，启动后电机按照节能工况工作；如果电机启动模式为软启动，则微处理器电路在100毫秒内根据设定的额定电压及额定电压倍数控制电机逐步平稳启动；如果电机启动模式为双阶启动，则微处理器电路根据设定的电压第一次给出启动信号，然后在100毫秒内根据设定的额定电压第二次给启动信号，实现重载启动工况要求。

进一步的，如果电机停止模式为直接停止，则微处理器电路给出正常停止信号，电机正常停机；如果电机停止模式为软停止，则微处理器电路在100毫秒内根据额定电压值控制电机电压按比例降低，电机缓慢停止；如果电机停止模式为刹车制动，则微处理器电路给出停止信号让电机在100毫秒内加设反向电流产生制动力，电机缓慢停止，在设定的时间内负载到达预定位置。

进一步的，如果微处理器电路根据收到的信号判断电机处于工作状态，则微处理器电路给出启动信号，控制电机根据设定的额定电压值按比例提升，电机转速缓慢上升至恢复工作模式；如果微处理器根据收到的信号判断电机处于待机状态，则微处理器电路给出停止信号，控制电机根据设定的额定电压值按比例下降，电机转速缓慢降低，进入待机模式。

本发明的有益效果：通过本发明的智能控制可以根据具有工况要求，软启动、双阶启动、软停止或智能停止，在电机不使用时自动关闭电机，以及在某些应用领域中可以利用储存的能量进一步降低电耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置的连接框图；

图2是本发明的连接电路图；

图3为本发明核心控制电路原理结构图；

图4为本发明智能启动过程流程图；

图5为本发明智能停止过程流程图；

图6为本发明智能待机过程流程图；

图中：1、三相电源电路；2、电机核心控制电路；3、风扇；4、三相异步电机；5、传感器电路；6、看门狗电路；7、存储电路；8、同步信号采集电路；9、输入光耦隔离电路；10、输出光耦隔离电路；11、正常运行输出电路；12、微处理器电路；13、晶闸管驱动电路；14、功率因数角采集电路；15、参数设计显示控制接口电路；16、手动模式开关电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，根据本发明实施例所述的一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置，包括三相电源电路1，所述的三相电源电路1连接有电机核心控制电路2，所述的电机核心控制电路2连接有三相异步电机4和风扇3。

在一具体实施例中，所述的电机核心控制电路2包括传感器电路5，所述的传感器电路5连接有微处理器电路12，所述的微处理器电路12连接有看门狗电路6、存储电路7、同步信号采集电路8、输入光耦隔离电路9、输出光耦隔离电路10、晶闸管驱动电路13、功率因数角采集电路14和参数设计显示控制接口电路15，所述晶闸管驱动电路13与功率因数角采集电路14连接，所述的功率因数角采集电路14与所述三相异步电机4连接，所述的参数设计显示控制接口电路15连接有手动模式开关电路16，所述的输出光耦隔离电路10连接有正常运行输出电路11。

本发明还提供一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置的控制方法，包括如下步骤：

人工开启电机后，微处理器电路12根据程序决定电机的启动模式为直接启动、软启动或者双阶启动，电机按照启动模式启动；

在电机工作中，根据程序设定及负载变化，传感器电路5发出信号，微处理器电路12接收信号后，根据收到的信号判断电机处于工作状态或者待机状态，并控制电机切换至相应的模式；

人工关闭电机后，微处理器电路12根据程序决定电机的停止模式，电机按照停止模式停止。

在一具体实施例中，如果电机启动模式为直接启动，则微处理器电路12给出正常启动信号，启动后电机按照节能工况工作；如果电机启动模式为软启动，则微处理器电路12在100毫秒内根据设定的额定电压及额定电压倍数控制电机逐步平稳启动；如果电机启动模式为双阶启动，则微处理器电路12根据设定的电压第一次给出启动信号，然后在100毫秒内根据设定的额定电压第二次给启动信号，实现重载启动工况要求。

在一具体实施例中，如果电机停止模式为直接停止，则微处理器电路12给出正常停止信号，电机正常停机；如果电机停止模式为软停止，则微处理器电路12在100毫秒内根据额定电压值控制电机电压按比例降低，电机缓慢停止；如果电机停止模式为刹车制动，则微处理器电路12给出停止信号让电机在100毫秒内加设反向电流产生制动力，电机缓慢停止，在设定的时间内负载到达预定位置。

在一具体实施例中，如果微处理器电路12根据收到的信号判断电机处于工作状态，则微处理器电路12给出启动信号，控制电机根据设定的额定电压值按比例提升，电机转速缓慢上升至恢复工作模式；如果微处理器电路12根据收到的信号判断电机处于待机状态，则微处理器电路12给出停止信号，控制电机根据设定的额定电压值按比例下降，电机转速缓慢降低，进入待机模式。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

根据本发明所述的一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置，包括三相电源电路1、电机核心控制电路2、风扇3、三相异步电机4。三相电源电路1的输出端与电机核心控制电路2对应接口连接, 为其提供工作电源；风扇3接口电路与电机核心控制电路2对应接口连接，为设备散热。电机核心控制电路2输出端与三相异步电机4对应极连接，串联在总电路中。

如图3所示：电机核心控制电路包括：传感器电路5；看门狗电路6；存储电路7；同步型号采集电路8；输入光耦隔离电路9；输出光耦隔离电路10；正常运行输出电路11；微处理电路12；晶闸管驱动电路13；功率因数角采集电路14；参数设计显示控制接口电路15；手动模式开关电路16。

传感器电路5接口电路与微处理器电路12对应接口连接，负责接收传感器信号；看门狗电路6的输出端与微处理器电路12连接；存储电路7输入输出端与微处理器电路12对应接口连接；所述同步信号采集电路8的输出端与微处理器电路12对应接口连接，负责处理信号与实际信号的周期同步；所述输入光耦隔离电路9的输出端与微处理器电路12对应I/O口连；所述输出光耦隔离电路10的输入端与微处理器电路12对应I/O口连，输出端与正常运行输出电路11连接；所述晶闸管驱动电路13，输入端微处理器电路12对应极连接，用于调节三相异步电机4的工作电压，三组晶闸管固定在散热片上，散热片固定在控制柜上，三组晶闸管电流大小根据三相异步电机4功率大小确定，散热片面积的大小根据三组晶闸管电流大小确定。所述功率因数角采集电路14输出端与微处理器电路12连接，综合判断功率因数大小决定降压比例；所述参数设计显示控制接口电路15包括四个按键、四个数码管，六个按键由上翻键、下翻键、确认键、后退键组成。其中上翻键、下翻键、确认键用于设定电机工作参数，后退键用于参数设定时返回，电路输出端与手动模式开关电路16对应接口连接，可手动控制节能模式手动开启与关闭。

其中，所述微处理器电路的型号为AU80586GE025D S LB73 Intel；所述看门狗电路的型号为MAX813L；所述同步信号采集电路的信号采集器型号为JCJ716AI；所述输入光耦隔离电路和输出光耦隔离电路的光耦合器型号均为PC817A-C；所述晶闸管驱动电路的晶闸管型号为KS2008。

本发明还提供了相应的控制方法，如图4所示：其启动工作过程如下：人工开启电机操作后，根据程序，微处理器电路12决定启动模式，判断是启动模式：直接启动/软启动/双阶启动，若是直接启动则微处理器电路12正常给出启动信号，启动后电机按照相应节能工况工作；若是软启动状态则根据设定在100毫秒内根据设定的额定电压值按比例提升，微处理器电路12给出启动信号，电机逐步平稳启动；若是双阶启动模式，根据设定的额定电压微处理器电路12第一次给启动信号，同时100毫秒内微处理器电路12根据设定的额定电压第二次给启动信号，实现重载启动工况要求。

如图5所示：人工操作关闭电机后，根据程序，微处理器电路12决定关闭模式：直接停止/软停止/刹车制动；若是直接停止则微处理器电路12正常给出停止信号，电机正常停机；若软停止状态根据设定微处理器电路12给出停止信号，在100毫秒内按照额定电压值按比例降低，电机缓慢停机；若刹车制动停止状态根据设定微处理器电路12给出停止信号，在100毫秒内让加设反向电流产生制动力，电机缓慢停止，在设定的时间内负载到达预定位置。

如图6所示：微处理器电路12还根据传感器信号判断是信号模式：电机工作/电机待机；若是信号表达为目前电机待机工作，则微处理器电路12给出停机信号，根据设定的额定电压值按比例降低，电机转速缓慢降低，进入待机模式；若是信号表达为目前需电机工作，则微处理器电路12给出启动信号，根据设定的额定电压值按比例提升，电机转速缓慢上升，恢复工作模式。

通过控制晶闸管驱动电路13输出电压实现三相异步电机4降压节能，三相异步电机4降压是通过功率因数角采集电路14根据获得功率因数大小综合判断，为了降低三相异步电机9工作电流的波动采用功率因数和电流双闭环控制方式，只有满足功率因数和工作电流均较低时迅速降低三相异步电机4的工作电压，双闭环控制方式保证降压过程电流平稳。

另外，在设置时，从额定电压降到设定的工作电压，降压时间小于1/1000秒。作为优选方案，风机3为三相轴流式式风机。三相电源电路1输入为380VAC，输出为两路输出，通过整流电路、滤波电路、稳压电路获得两路直流电源。晶闸管驱动电路13采用光耦驱动MOC3051。

综上所述，通过本发明的智能控制可以根据具有工况要求，软启动、双阶启动、软停止或智能停止，在电机不使用时自动关闭电机，以及在某些应用领域中可以利用储存的能量进一步降低电耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置，其特征在于，包括三相电源电路（1），所述的三相电源电路（1）连接有电机核心控制电路（2），所述的电机核心控制电路（2）连接有三相异步电机（4）和风扇（3）。

2.根据权利要求1所述的一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置，其特征在于，所述的电机核心控制电路（2）包括传感器电路（5），所述的传感器电路（5）连接有微处理器电路（12），所述的微处理器电路（12）连接有看门狗电路（6）、存储电路（7）、同步信号采集电路（8）、输入光耦隔离电路（9）、输出光耦隔离电路（10）、晶闸管驱动电路（13）、功率因数角采集电路（14）和参数设计显示控制接口电路（15），所述晶闸管驱动电路（13）与功率因数角采集电路（14）连接，所述的功率因数角采集电路（14）与所述三相异步电机（4）连接，所述的参数设计显示控制接口电路（15）连接有手动模式开关电路（16），所述的输出光耦隔离电路（10）连接有正常运行输出电路（11）。

3.一种如权利要求1-2任一所述一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

人工开启电机后，微处理器电路（12）根据程序决定电机的启动模式为直接启动、软启动或者双阶启动，电机按照启动模式启动；

在电机工作中，根据程序设定及负载变化，传感器电路（5）发出信号，微处理器电路（12）接收信号后，根据收到的信号判断电机处于工作状态或者待机状态，并控制电机切换至相应的模式；

人工关闭电机后，微处理器电路（12）根据程序决定电机的停止模式，电机按照停止模式停止。

4.根据权利要求3所述的一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置的控制方法，其特征在于，如果电机启动模式为直接启动，则微处理器电路（12）给出正常启动信号，启动后电机按照节能工况工作；如果电机启动模式为软启动，则微处理器电路（12）在100毫秒内根据设定的额定电压及额定电压倍数控制电机逐步平稳启动；如果电机启动模式为双阶启动，则微处理器电路（12）根据设定的电压第一次给出启动信号，然后在100毫秒内根据设定的额定电压第二次给启动信号，实现重载启动工况要求。

5.根据权利要求3所述的一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置的控制方法，其特征在于，如果电机停止模式为直接停止，则微处理器电路（12）给出正常停止信号，电机正常停机；如果电机停止模式为软停止，则微处理器电路（12）在100毫秒内根据额定电压值控制电机电压按比例降低，电机缓慢停止；如果电机停止模式为刹车制动，则微处理器电路（12）给出停止信号让电机在100毫秒内加设反向电流产生制动力，电机缓慢停止，在设定的时间内负载到达预定位置。

6.根据权利要求3所述的一种三相异步电动机启停、控制与降压节电的装置的控制方法，其特征在于，如果微处理器电路（12）根据收到的信号判断电机处于工作状态，则微处理器电路（12）给出启动信号，控制电机根据设定的额定电压值按比例提升，电机转速缓慢上升至恢复工作模式；如果微处理器电路（12）根据收到的信号判断电机处于待机状态，则微处理器电路（12）给出停止信号，控制电机根据设定的额定电压值按比例下降，电机转速缓慢降低，进入待机模式。