CN201750381U - 一种用于高压异步电动机的节能软起动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高压异步电动机应用的技术领域，公开了一种用于高压异步电动机的节能软起动装置。为了解决现有技术中软起动器存在的占地大等问题，提出了如下技术方案：一种节能软起动装置，其特征是：包括：信号检测处理电路，同步信号电路，控制电路，触发信号功率放大电路，功率执行电路，提供一路以上直流电源的电源电路；功率执行电路包括三大组元器件，其分别串联连接在三相高压交流电源的接线端和高压异步电动机的接线端之间；每一大组元器件均包括两小组反向并联的大功率晶闸管，在每小组中同向串联三个以上的大功率晶闸管、并且在每个大功率晶闸管的两端并联连接具有均压保护吸收作用的电路。有益效果是实现了软起动、低负荷率下的节能运行。

Description

一种用于高压异步电动机的节能软起动装置

技术领域

本实用新型涉及高压异步电动机应用的技术领域，特别是涉及一种用于高压异步电动机的节能软起动装置。本实用新型可以应用在高压抽油机、高压水泵、高压风机等场合，比如：电动机的额定电压为3KV～10KV、容量在100KW以上的大功率电机等等。

背景技术

交流异步电动机广泛用于工矿企业、交通运输和国防工业等国民经济各个领域，其使用量大、范围广，用电量占全国发电总量的60％以上。应用高压(3KV～10KV)异步电动机的行业十分广泛，如冶金、石油、化工、煤炭、水厂、电厂、机械加工等行业。根据1995年《电动机调速技术产业化途径与对策的研究报告》，全国仅风机泵类设备就达4200万台，其中低压小容量电动机与高压(3KV～10KV)大容量电动机的比例为4∶1，仅风机泵类设备的高压电动机就达800万台以上，如果再加上其它设备所使用的高压异步电动机，其数量将是非常巨大的。高压电动机的容量一般都比较大，通常都在几百kW以上。而电动机的直接起动会产生很大的起动电流，一般可达额定电流的5～7倍，最大可达15倍，这样大的起动电流会在电动机定子绕组和转子导条上产生很大的冲击力，破坏绕组绝缘和造成鼠笼条断裂，引起电动机的故障，大电流还会产生大量的焦耳热，降低电动机的寿命，此外电动机直接起动时的瞬时起动转矩约为额定转矩的2倍，对齿轮传动设备来说，这么大大的冲击力会使齿轮磨损加快，而对于皮带传动设备来说，加大了皮带磨损甚至拉断皮带。

对交流异步电动机起动电流的限制，一般通过降低定子输入电压的方式来实现，过去人们采取的降压措施有：定子串电抗降压、自耦变压器降压、Y-Δ降压、延边三角形降压等方法，对于绕线式异步电动机，还可以采取在转子回路中串接频敏电阻、水电阻等方法。这些方法虽然可以限制电动机的起动电流，但它们对于电动机定子电压的调节是非连续的，导致电动机在起动过程中存在二次冲击电流。

同时从各种电动机的使用数量上来看，三相异步电动机约占总使用量的70％左右。因此开展对三相异步电动机的节能研究，具有重要意义。软起动器的控制对象为普通的三相异步电动机，它能对电动机的输入电压予以控制，而电动机的节能运行一般也需要通过调节电动机输入电压来实现，因而利用软起动器本身的电压调节能力来实现电动机的节能控制是完全可行的。这种方式不需要增加额外的节能装置，仅仅改变系统内部的控制策略就可以达到节能的目的。

目前较为流行的低压软起动器为晶闸管软起动器，而高压软起动器由于受到晶闸管耐压的限制一直解决不好，由于高压异步电动机的应用越来越多且向大型化的方向发展，其起动问题摆在我们的面前。以往对高压大功率电动机软起动往往采用液阻式软起动器，这种软起动器具有便于控制和成本低的优点，但存在占地大、消耗大量能量等缺点。

实用新型内容

为了解决现有技术中软起动器存在的占地大、消耗大量能量、在低负荷率的情况下功率因数不能自动提高等问题，本实用新型提出了一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其技术方案如下。

1.一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，使用三相高压交流电源，所述的三相，其正相序的顺序为A相、B相、C相，并且后者均比前者滞后120°相位角；

包括：信号检测处理电路，同步信号电路，控制电路，触发信号功率放大电路，功率执行电路，提供一路以上直流电源的电源电路；

三相高压交流电源、功率执行电路和电动机顺序串联连接；电源电路的输出端与后续用电部件相连；同步信号电路，其输入端与三相高压交流电源连接、其输出端与控制电路的输入端连接；信号检测处理电路，其输入端与被测电路或被测部件连接、其输出端与控制电路的输入端连接；触发信号功率放大电路，其输入端与控制电路的输出端连接、其输出端与功率执行电路连接；

所述的功率执行电路，包括三大组元器件，其分别串联连接在三相高压交流电源的接线端和高压异步电动机的接线端之间；每一大组元器件均包括两小组反向并联的大功率晶闸管，在每小组中同向串联三个以上的大功率晶闸管、并且在每个大功率晶闸管的两端并联连接具有均压保护吸收作用的电路；所述的均压是指：在一个小组中、同向串联的各个大功率晶闸管承受相同的电压；所述的保护吸收是指吸收尖峰电压或尖峰电流；换言之，所述的功率执行电路共计有六小组的大功率晶闸管；所述的大功率晶闸管为单向大功率晶闸管，其均包括阳极、阴极和门极；

所述的控制电路，包括a和b：a.用于输出触发信号的六个输出接口；b.编写并输入了自动化控制程序、具有计算判断控制功能、能对起动电压电流进行从小到大无级连续调节的CPU；

控制电路的六个输出接口与触发信号功率放大电路的六个输入端连接；

触发信号功率放大电路，其输出端具有六路，每一路中包括三对以上的输出端，所述的三对以上，其具体对数与每一小组中同向串联的大功率晶闸管的数量对应相同，并且每一对输出端与大功率晶闸管门极、阴极跨接相连。

2.所述的电源电路，包括：电源输入接线端，电源变压器，整流电路和直流稳压电路；

电源输入接线端与电网交流电连接，所述的电网交流电为110V交流电或220V交流电或230V交流电或380V交流电；电源变压器的输入端与电源输入接线端连接；电源变压器的输出端为一组以上；整流电路的输入端与电源变压器对应的一组输出端连接；整流电路的输出端与直流稳压电路的输入端连接；

所述的直流稳压电路，其输出端为正极和负极；正极、负极与后续用电部件连接、并且负极与电平接地端连接；

直流稳压电路的输出正极和负极构成直流电源。

3.所述的三相高压交流电源，其三相为A相、B相和C相；

所述的同步信号电路包括：共用电阻，共用电容，三相同步变压器，三条相同的同步分电路；

所述的三相同步变压器，包括初级绕组和次级绕组；

初级绕组包括三个分绕组，各分绕组的一端分别与三相高压交流电源的一相连接，各分绕组的另一端连接在一起；

次级绕组包括三个分绕组，三个分绕组的首端构成三相同步变压器的三个输出接线端；三个分绕组的末端连接在一起、并和直流电源的负极相连，同时该连接点作为电平接地端；

每一条同步分电路均包括：集成运放电路构成的比较器、光电耦合器、第一输入电阻、第二输入电阻、第一叠加电阻、第二叠加电阻、比较器输出电阻、光电耦合器射极输出电阻、同步滤波电容；比较器的电源接线端连接直流电源的正极、负极；

三相同步变压器的三个输出接线端各连接一条同步分电路，即每一同步分电路具有如下的连接关系：三相同步变压器的一个输出接线端、第一输入电阻、第二输入电阻、比较器的正相输入端，四者串联连接；第一叠加电阻的一端和第二叠加电阻的一端、它们均与第一输入电阻和第二输入电阻的公共接线端连接；同步滤波电容，其一端与比较器的同相输入端连接、其另一端与电平接地端相连；比较器输出电阻，其一端与比较器输出端连接、其另一端与光电耦合器的输入正端连接；光电耦合器的输入负端与电平接地端连接；光电耦合器，其输出正端与直流电源正极端连接，其输出负端通过光电耦合器射极输出电阻与电平接地端连接；光电耦合器的输出负端还与控制电路的输入端连接、输出同步信号；

共用电阻的下端和共用电容的上端连接形成公共点，该点同时与三条同步分电路中的三个比较器的反相输入端全部连接；共用电阻的上端与三条同步分电路中的三个第二叠加电阻的另一端全部连接；共用电容的下端与电平接地端相连；三个第一叠加电阻的另一端全部与直流电源正极端连接。

4.所述的信号检测处理电路包括对流过电动机电流大小进行检测的电流检测电路；所述的电流检测电路，包括三个电流互感器、六个整流二极管、两个钳位二极管、一个电位器、一个限流电阻、一个滤波电解电容、一个平滑滤波电容；

六个整流二极管分成三组，每组中的上下两个整流二极管均同向串联连接；串联连接后的三组整流二极管、电位器固定的上端下端、滤波电解电容再并联连接；

三个电流互感器，其原边线圈分别串接在三条相线中，其副边线圈的一端分别通往对应的一组整流二极管、并与该组上下整流二极管的公共接线端连接，其副边线圈的另一端与电平接地端连接；或者，每个电流互感器均包括磁环和缠绕在磁环上的感应线圈，三条相线分别穿过三个电流互感器的磁环，感应线圈的一端分别通往对应的一组整流二极管、并与该组上下整流二极管的公共接线端连接，感应线圈的另一端与电平接地端连接；

电位器的移动接线端分成三路连接：第一路与一个钳位二极管的正极连接、该管的负极与直流电源正极端连接；第二路与另一个钳位二极管的负极连接、此管的正极与电平接地端连接；第三路是按移动接线端、限流电阻、平滑滤波电容、电平接地端进行串联连接；限流电阻和平滑滤波电容的公共端与与控制电路的输入端连接、输出检测到的电流信号。

5.所述的信号检测处理电路包括对电动机接线端电压大小进行检测的电压检测电路；

所述的电压检测电路，包括：滤波电容、电位器、限流电阻、平滑滤波电容、由四个整流二极管构成的桥式整流电路；桥式整流电路的输出两端，其一端为正极输出端，其另一端为负极输出端、并与电平接地端连接；

桥式整流电路，其输入端与电动机的三个接线端中的任意两个接线端连接，其输出端与滤波电容、电位器固定的上端下端并联连接；电位器的中间移动接线端、限流电阻、平滑滤波电容、电平接地端串联连接；限流电阻和平滑滤波电容的公共端与控制电路的输入端连接、输送检测到的电压信号。

6.所述的信号检测处理电路包括功率因数信号检测电路；所述的功率因数信号检测电路包括两个电路：其一个电路是：间接检测电动机电流过零点的管压降检测电路；其另一个电路是：检测电网电压过零点的同步信号电路；

所述的管压降检测电路包括输入端和输出端，其输入端跨接在大功率晶闸管的阳极、阴极之间；所述的大功率晶闸管的阳极、阴极是指功率执行电路中的任意一个大功率晶闸管的阳极、阴极；或者，所述的大功率晶闸管是指功率执行电路中六小组大功率晶闸管中的任意一组，所述的阳极是指串联在该小组最前的大功率晶闸管阳极、所述的阴极是指串联在该小组最后的大功率晶闸管阴极；

所述的管压降检测电路和所述的同步信号电路，它们的输出端分别与控制电路的输入端相连。

7.所述的管压降检测电路，是以下三者中的任意一者：

a.所述的管压降检测电路包括：第一分压电阻，第二分压电阻；第一分压电阻的阻值大于第二分压电阻的阻值；管压降检测电路的输入一端、第一分压电阻、第二分压电阻、管压降检测电路的输入另一端，它们串联连接；第二分压电阻，其两端与控制电路的输入端相连接；

b.所述的管压降检测电路包括：第一限流电阻，第二限流电阻，输入侧内部设有双向发光二极管的光电耦合器，集电极电阻，输出电阻；管压降检测电路的输入一端、第一限流电阻、光电耦合器的输入侧、第二限流电阻、管压降检测电路的输入另一端，它们串联连接；直流电源的正极端、集电极电阻、光电耦合器的输出侧、直流电源的负极端，它们串联连接；集电极电阻和光电耦合器输出侧的公共连接点、输出电阻、控制电路的输入端，它们串联连接；

c.所述的管压降检测电路包括：降压隔离变压器，第一电阻，第二电阻，输入侧内部设有双向发光二极管的光电耦合器，集电极电阻，输出电阻；所述的降压隔离变压器包括原边绕组和副边绕组；

降压隔离变压器的原边绕组跨接在管压降检测电路的输入两端；降压隔离变压器的副边绕组的一端、第一电阻、光电耦合器的输入侧、第二电阻、降压隔离变压器的副边绕组的另一端，它们串联连接；直流电源的正极端、集电极电阻、光电耦合器的输出侧、直流电源的负极端，它们串联连接；集电极电阻和光电耦合器输出侧的公共连接点、输出电阻、控制电路的输入端，它们串联连接。

8.所述的节能软起动装置包括节能电路，其包括三相联动开关；

三相联动开关输入端的三个接线桩分别与三相高压交流电源的接线端连接；三相联动开关输出端的三个接线桩分别与高压异步电动机接线端的三个接线桩连接。

9.所述的节能软起动装置包括：型号为74LS244的缓冲驱动器，型号为8279的可编程显示电路，可以显示预置信息、故障信息、电压参数、电流参数、起动时间参数的显示单元，用于选择显示模式、选择运行方式、调阅程序、确定或修改参数的键盘及其输入电路；所述的控制电路包括PIC16F877单片机；

所述的信号检测处理电路，其输出端与控制电路的输入端连接；所述的连接关系包括：信号检测处理电路的部分输出端或全部输出端，它们与单片机A/D模数转换通道的输入接口连接，使模拟信号转换成数字信号、以方便单片机作后续处理；

所述的大功率晶闸管共十八个，即每一相电路中为六个；该六个分为两组，第一组的三个同向串联后再串接在相电路中，第二组的三个同向串联后、再与第一组反向并联连接；所述的具有均压吸收作用的电路，其具体是指：每个大功率晶闸管的两端连接的元器件包括均压电阻、吸收电阻和吸收电容，即：吸收电阻、吸收电容串联连接后，再与均压电阻并联连接、与该大功率晶闸管的两端并联连接；

所述的单片机，其输出端分配六个输出接口与驱动器的输入端连接；驱动器的六个输出端与触发信号功率放大电路的六个输入端连接，触发信号功率放大电路的六个输出端再分别与大功率晶闸管的门极连接。

10.所述的触发信号功率放大电路包括：一个六门或者六门以上的驱动器，六路相同的放大分电路；

每一个放大分电路均包括：限流电阻、达林顿管、脉冲变压器和三组以上的推动组件；每一组推动组件均包括限位二极管、正向导通二极管、续流限位保护二极管；脉冲变压器具有一个输入绕组和三个以上的输出绕组，并且每一个绕组均有两个接线端；

推动组件的具体数量、脉冲变压器输出绕组的具体数量、每小组中同向串联的大功率晶闸管的具体数量，该三个的具体数量为一致；

所述的内含CPU的控制电路，其输出端包括用于输出触发信号的六路接口，该六路接口分别与驱动器的六个输入端连接；

驱动器的六个输出端，分别通过六个放大分电路与功率执行电路中六小组的大功率晶闸管连接，由此形成六路连接电路；即在六路连接电路中，其每一路连接电路均有如下的连接关系：

驱动器的输出端、限流电阻、达林顿管的名义基极串联连接；直流电源的正极、脉冲变压器的输入绕组、达林顿管的名义集电极串联连接；达林顿管的名义发射极与电平接地端连接；限位二极管跨接在脉冲变压器输入绕组两端、并且其负极与直流电源的正极连接；

脉冲变压器的各输出绕组分别通过一组推动组件与一个大功率晶闸管连接，即：脉冲变压器输出绕组的一个接线端，正向导通二极管的正极、负极，大功率晶闸管的门极、阴极，脉冲变压器输出绕组的另一个接线端，它们形成闭环的串联连接；续流限位保护二极管，其负极与正向导通二极管的负极连接、其正极与脉冲变压器输出绕组的另一个接线端连接；

所述的达林顿管为已经复合成单一器件的产品、或者所述的达林顿管为两个分列的三极管复合组成。

有益效果

本实用新型装置实现了高压异步电动机软起动、低负荷率下的节能运行。

具体的来讲，其好处是：体积小、重量轻、使用方便，能平滑的增加起动电压；同时，由于软起动运行，减少了起动时巨大的起动电流对电网的冲击和对电动机的损害；根据需要，还可以在低负荷率情况下对功率因数进行检测、进而达到对电机功率因数的控制，提高了电动机的运行效率，节省了电能。

附图说明

图1是本实用新型的电原理方框图；

图2是本实用新型的总电原理图的第一部分图纸，图2和图3构成完整的总电原理图；

图3是本实用新型的总电原理图的第二部分图纸，图2和图3构成完整的总电原理图；

图4是三相同步变压器和电流互感器的连接示意图；

图5是功率执行电路的连接示意图，图中只绘制了A相功率执行电路的连接情况，省略了B相、C相功率执行电路的连接情况；

图6是同步信号产生电路的电路图；

图7是大功率晶闸管的门极触发电路的电路图；

图8是电流检测电路的电路图；

图9是电压检测电路的电路图；

图10是某一具体的管压降检测电路，该电路可以间接检测电动机的电流过零点；在控制电路的指挥下，本图的电路和同步信号产生电路配合使用，还可以进行功率因数的检测；

图11是主程序流程图；

图12是与功率因数角相关的三个波形位置关系图，其中：位于上部的图是大功率晶闸管两端的电压波形图，位于中间的图是输入单片机的电流波形图，位于下部的图是同步电压信号图；图中的

为相位角；

图13是起动结束后、重载运行时的定子线电压波形图；此时的电网电压全额施加在定子上；

图14是使用本实用新型装置软起动过程中的定子线电压波形图；

图15是电机定子线电压、大功率晶闸管两端的电压和触发脉冲的波形图，曲线1电机定子线电压波形图，曲线2是大功率晶闸管两端的电压波形图，曲线3是触发脉冲的波形图；

图16是恒流起动时的电压、电流波形图，图中上面一个为恒流起动时的电压波形、下面一个为恒流起动时的电流波形，两个波形均为整流后得到的波形；

图17是功率因数电路示意图之一；

图18是功率因数电路示意图之二，与图17相比较，本图增加了降压隔离变压器；

图19是功率因数电路示意图之三；

图20是轻载节能运行时的电机定子电流波形；

图21是轻载节能运行时的电机定子电压波形；

图22是同步信号和输入信号的波形示意图；

图23是直流稳压电源的电原理图。

具体实施方式

下面，首先对本实用新型装置进行总体的描述、说明和解释。

大功率晶闸管，简称晶闸管，又称可控硅、SCR；本专利文件中的晶闸管均为单向晶闸管。

本实用新型的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，使用三相高压交流电源，所述的三相，其正相序的顺序为A相、B相、C相，并且后者均比前者滞后120°相位角。这里需要特别说明的是：上述“后者均比前者滞后120°相位角”是对理想供电情况作一简便的描述，由供电网实际提供的三相电，由于各相线线路的实际负载不一样，所以对120°的相位角，会造成或多或少的偏差，当三相不平衡时、这种偏差就更显得严重。因此，本实用新型装置适用的范围、专利权保护的范围包含相位角出现若干偏离的三相高压交流电源。

本实用新型装置包括：信号检测处理电路，同步信号电路，控制电路，触发信号功率放大电路，功率执行电路，提供一路以上直流电源的电源电路。电源电路可以是单独设置，也可以是内含在其他的装置、或部件、或电路中，比如，市场上出售的整套单片机，它就附加了含有直流电源的电源电路。

三相高压交流电源、功率执行电路和电动机顺序串联连接；电源电路的输出端与后续用电部件相连；同步信号电路，其输入端与三相高压交流电源连接、其输出端与控制电路的输入端连接；信号检测处理电路，其输入端与被测电路或被测部件连接、其输出端与控制电路的输入端连接；触发信号功率放大电路，其输入端与控制电路的输出端连接、其输出端与功率执行电路连接；

所述的功率执行电路，包括三大组元器件，其分别串联连接在三相高压交流电源的接线端和高压异步电动机的接线端之间；每一大组元器件均包括两小组反向并联的大功率晶闸管，在每小组中同向串联三个以上的大功率晶闸管、并且在每个大功率晶闸管的两端并联连接具有均压保护吸收作用的电路；所述的均压是指：在一个小组中、同向串联的各个大功率晶闸管承受相同的电压；所述的保护吸收是指吸收尖峰电压或尖峰电流；换言之，所述的功率执行电路共计有六小组的大功率晶闸管；所述的大功率晶闸管为单向大功率晶闸管，其均包括阳极、阴极和门极。

所述的控制电路，包括a和b：a.用于输出触发信号的六个输出接口；b.编写并输入了自动化控制程序、具有计算判断控制功能、能对起动电压电流进行从小到大无级连续调节的CPU。

控制电路的六个输出接口与触发信号功率放大电路的六个输入端连接。

触发信号功率放大电路，其输出端具有六路，每一路中包括三对以上的输出端，所述的三对以上，其具体对数与每一小组中同向串联的大功率晶闸管的数量对应相同，并且每一对输出端与大功率晶闸管门极、阴极跨接相连。

上述“对起动电压电流进行从小到大无级连续调节”，其内容包括：以单片机为核心的控制电路，在软起动的最初阶段使本实用新型装置输出较低的电压，以图求该最初阶段流过电机的电流值得到控制，防止出现很大的起动电流，进而避免对三相高压交流电源电网以及高压异步电动机带来冲击；为此，采取的技术措施是：触发脉冲的上前沿位置比较靠后、大功率晶闸管在每一个周期中的导通时间比较短；随着电机的转动、并越转越快，在谋求电机电流大小基本稳定的前提下、本实用新型装置不断提高输出电压，即不断改变触发角、使触发脉冲的上前沿位置越来越靠前、大功率晶闸管在每一个周期中的导通时间越来越长。

当软起动结束之际，电机达到正常的转速，此时在触发脉冲的作用下：每一小组的大功率晶闸管，在其对应的正向电压期间导通、在其对应的反向电压期间截止。

下面通过多个实施例作进一步的说明。

在实施本实用新型时，并不局限于实施例的电路，还可以根据本实用新型的原理来灵活处理，其包括局部的电路取舍、变化和进一步的深化。

实施例1

本实施例是通过对一种具体电路的介绍，从而对本实用新型装置作进一步的说明。

本实施例中的硬件电路用图1至图9以及图17来进行表达；另外，本实施例电路中还有具有显示单元、键盘输入电路、远程控制电路，这些内容在图中省略未画，另外，直流电源电路也未作详细绘制。上述省略未画的内容和未详细绘制的内容，有些是本技术领域常见、熟知的技术手段，相关的书籍充斥于图书馆和书店，为了压缩篇幅，对人们熟知的公知、常见技术的，不再重复赘述，以求有足够多的篇幅来详细说明本实用新型的技术。

下面结合图1至图9以及图17对本实施例中的电路进行详细说明。

关于图1、图2和图3的说明。

图1是本实施例中实用新型电路的电原理方框图。图1中的标号说明：A是三相交流电中的第一相序，即A相相序，同时也表示为A相接线端；B是三相交流电中的第二相序，即B相相序，同时也表示为B相接线端；C是三相交流电中的第三相序，即C相相序，同时也表示为C相接线端；M是电机；U是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于A相线路上；V是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于B相线路上；W是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于C相线路上；K是三相联动开关。

图1中，控制电路中的单片机，根据检测电路送过来的各种信号、数据以及事先设置的软件程序，经过处理、计算和判断，适时的将控制信号发给触发电路，再由触发电路分六路，将触发信号送到功率执行电路。

上述图1仅仅是表达了本实施中的各电路、各部件，它们的总体相互关系；下面结合图2至图9以及图17作更加详尽的说明和解释。

对于本实施例中的总电原理图之说明：由于图纸尺寸的篇幅关系，本实施例中实用新型装置的总电原理图内容较多，无法用一张A4尺寸的图幅将总电原理图全部内容清晰地画出，所以使用图2、图3两张图来表达总电原理图的全部内容；即：图2是总电原理图的第一部分图纸，图3是总电原理图的第二部分图纸；图2和图3构成完整的总电原理图。

图2中的标号说明：A是三相电中的第一相，即A相；B是三相电中的第二相，即B相；C是三相电中的第三相，即C相；Ka是三相联动开关中的第一分刀；Kb是三相联动开关中的第二分刀；Kc是三相联动开关中的第三分刀；U是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于A相线路上；V是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于B相线路上；W是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于C相线路上；M是电机；USA是三相同步变压器的输出电压，其反映了A相电的变化情况；USB是三相同步变压器的输出电压，其反映了B相电的变化情况；USC是三相同步变压器的输出电压，其反映了C相电的变化情况；I′A是由电流互感器检测到的A相电流变化信号；I′B是由电流互感器检测到的B相电流变化信号；I′C是由电流互感器检测到的C相电流变化信号；GK是触发电路送往大功率晶闸管门极的触发信号，触发电路共分六路送出，触发信号到大功率晶闸管的门极和阴极之间，后面有更详尽的描述和说明。

本实用新型装置通过串联的晶闸管来承受电网的高压，在起动或节能运行时，控制电路通过触发晶闸管，即通过连续控制晶闸管的触发角，实现连续控制电动机的端电压，进而控制电动机的电流，这样电机就可进行软起动或节能运行。本实用新型的具体技术措施有：将每小组中的多个晶闸管同向串联连接、并对同一小组中的多个晶闸管进行同时触发，这样的好处是：晶闸管能耐受高电压、并且在导通的的瞬间不容易损坏；每小组中同向串联的晶闸管为三个，也可以更多；晶闸管越多、其耐受的电压越高，当然成本也越高。

在图2中，功率执行电路共计有六小组、十八个大功率晶闸管；或者说，每一相电路中有六个大功率晶闸管；该六个晶闸管分为两组，第一组的三个同向串联后再串接在相电路中，第二组的三个同向串联后、再与第一组反向并联连接。

还有，每个大功率晶闸管的两端连接的元器件包括均压电阻、吸收电阻和吸收电容，即：吸收电阻、吸收电容串联连接后，再与均压电阻并联连接、与该大功率晶闸管的两端并联连接。均压电阻可以使高电压变成相对较低的、电压值相同的低电压，并均匀的分配到每一个大功率晶闸管的两端；吸收电阻和吸收电容可以对尖峰电压、尖峰电流、高次谐波电能等进行吸收、旁路，从而对大功率晶闸管进行良好的保护。通常来讲：均压电阻为相同的阻值，吸收电阻为相同的阻值，吸收电容为相同的容量。

上述内容可以结合图4及关于图4的说明、图5及关于图5的说明进行理解，相关内容详见后面的介绍。

图3中的部分标号说明：PIC16F877是单片机；74LS244是缓冲器驱动器。图3中的五个电路：功率因数电路、电流检测电路、电压检测电路、同步信号产生电路、门极触发电路。在本实用新型中，门极触发电路中含有六个放大分电路，图3中只画了其中的一个放大分电路，省略了其他五个放大分电路。

上述五个电路在后面还要进行进一步的说明和解释，届时，再对图3中五个电路的相关标号进行说明。

关于图4的说明。

在上述总电原理图(图2和图3)中，三相同步变压器和电流互感器，它们各自的输入、输出连接关系还不够细化，为此，提供图4进行细化表达，即图4是本实施例中的三相同步变压器和电流互感器的连接示意图。

图4中的标号说明：

A是三相电中的第一相，即A相；B是三相电中的第二相，即B相；C是三相电中的第三相，即C相；Ka是三相联动开关中的第一分刀；Kb是三相联动开关中的第二分刀；Kc是三相联动开关中的第三分刀；U是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于A相线路上；V是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于B相线路上；W是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于C相线路上；M是电机；USA是三相同步变压器的输出电压，其反映了A相电的变化情况；USB是三相同步变压器的输出电压，其反映了B相电的变化情况；USC是三相同步变压器的输出电压，其反映了C相电的变化情况；I′A是由电流互感器检测到的A相电流变化信号；I′B是由电流互感器检测到的B相电流变化信号；I′C是由电流互感器检测到的C相电流变化信号。

C9是吸收电容；C10是吸收电容；C11是吸收电容；C12是吸收电容；C13是吸收电容；C14是吸收电容；C15是吸收电容；C16是吸收电容；C17是吸收电容；C18是吸收电容；C19是吸收电容；C20是吸收电容；C21是吸收电容；C22是吸收电容；C23是吸收电容；C24是吸收电容；C25是吸收电容。

R24是吸收电阻；R25是均压电阻；R26是吸收电阻；R27是均压电阻；R28是吸收电阻；R29是均压电阻；R30是吸收电阻；R31是均压电阻；R32是吸收电阻；R33是均压电阻；R34是吸收电阻；R35是均压电阻；R36是吸收电阻；R37是均压电阻；R38是吸收电阻；R39是均压电阻；R40是吸收电阻；R41是均压电阻；R42是均压电阻；R43是吸收电阻；R44是均压电阻；R45是吸收电阻；R46是均压电阻；R47是吸收电阻；R48是均压电阻；R49是吸收电阻；R50是均压电阻；R51是吸收电阻；R52是均压电阻；R53是吸收电阻；R54是均压电阻；R55是吸收电阻；R56是均压电阻；R57是吸收电阻；R58是均压电阻；R59是吸收电阻。

MCB1是脉冲变压器；MCB2是脉冲变压器；MCB3是脉冲变压器；Ka是三相联动开关中的第一分刀；Kb是三相联动开关中的第二分刀；Kc是三相联动开关中的第三分刀；

如图4所示：三相同步变压器包括初级绕组和次级绕组；初级绕组包括三个分绕组，各分绕组的一端分别与三相高压交流电源的一相连接，各分绕组的另一端连接在一起；次级绕组包括三个分绕组，三个分绕组的首端构成三相同步变压器的三个输出接线端；三个分绕组的末端连接在一起、并和直流电源的负极相连，同时该连接点作为电平接地端；

图4中表达的电流互感器的连接情况是：电流互感器有一个环形的磁性材料，相线从磁环中穿过，感应绕组缠绕在磁环上，每一个感应绕组的一端送出感应电流至电流检测电路，该感应电流再从电流检测电路回到感应绕组的另一端，从而形成环路流通。电流互感器的连接不限于上述描述，可以根据具体的情况以及电流互感器的型号、规格确定连接的方式方法。图4中的三个电流互感器的连接情况，在下面关于图8的说明中还有更加详尽的说明。

关于图5的说明。

在上述总电原理图(图2和图3)中，功率执行电路的连接关系还不够细化，为此，提供图5进行细化表达，即图5是本实施例中的功率执行电路的连接示意图。还要说明的是：图5中只绘制了A相功率执行电路的连接情况，省略了连接原理雷同的B相、C相功率执行电路的连接情况。图5中的标号说明：A是三相交流电中的第一相序，即A相相序，同时也表示为A相接线端；U是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于A相线路上；PIC16F877是单片机；74LS244是缓冲驱动器；C9是吸收电容；C10是吸收电容；C11是吸收电容；C18是吸收电容；C19是吸收电容；C20是吸收电容；R24是吸收电阻；R25是均压电阻；R26是吸收电阻；R27是均压电阻；R28是吸收电阻；R29是均压电阻；R42是均压电阻；R43是吸收电阻；R44是均压电阻；R45是吸收电阻；R46是均压电阻；R47是吸收电阻；MCB1是脉冲变压器；MCB2是脉冲变压器；Ka是三相联动开关中的第一分刀。

GK_A+1、GK_A+2、GK_A+3是送往图5中上面一小组大功率晶闸管的触发信号，并且该三个触发信号是同时发出的；GK_A-1、GK_A-2、GK_A-3是送往图5中下面一小组大功率晶闸管的触发信号，并且该三个触发信号也是是同时发出的；GK_A+1、GK_A+2、GK_A+3和GK_A-1、GK_A-2、GK_A-3在相位上相差180°。

在本实施例，功率执行电路中的大功率晶闸管共十八个，即每一相电路中为六个；该六个分为两组，第一组的三个同向串联后再串接在相电路中，第二组的三个同向串联后、再与第一组反向并联连接；所述的具有均压吸收作用的电路，其具体是指：每个大功率晶闸管的两端连接的元器件包括均压电阻、吸收电阻和吸收电容，即：吸收电阻、吸收电容串联连接后，再与均压电阻并联连接、与该大功率晶闸管的两端并联连接。有关大功率晶闸管的门极、阴极与触发电路的连接，后面关于图7的说明中有详细的说明和介绍。

关于图6的说明。

图6是同步信号产生电路的电路图，它与图3中同步信号产生电路的内容基本相同，并且图画的幅面变大、看得更清楚。图6中的标号说明：USA是三相同步变压器的输出电压，其反映了A相电的变化情况；USB是三相同步变压器的输出电压，其反映了B相电的变化情况；USC是三相同步变压器的输出电压，其反映了C相电的变化情况。关于USA、USB、USC可参见图4。

INT_A是光电耦合器的输出负端；INT_B是光电耦合器的输出负端；INT_C是光电耦合器的输出负端；C1是同步滤波电容；C2是同步滤波电容；C3是同步滤波电容；C4是共用电容；LM224-1是比较器；LM224-2是比较器；LM224-3是比较器；R1是第一输入电阻；R2是第二输入电阻；R3是比较器输出电阻；R4是光电耦合器射极输出电阻；R5是第一叠加电阻；R6是第二叠加电阻；R7是第一输入电阻；R8是第二输入电阻；R9是比较器输出电阻；R10是光电耦合器射极输出电阻；R11是第一叠加电阻；R12是第二叠加电阻；R13是第一输入电阻；R14是第二输入电阻；R15是比较器输出电阻；R16是光电耦合器射极输出电阻；R17是第一叠加电阻；R18是第二叠加电阻；R101是共用电阻；VCC是直流电源。

同步信号产生电路的三个输入端：USA、USB和USC是三相同步变压器的三个输出端；对于三相同步变压器可以结合图4和图6理解以下的描述：

所述的三相同步变压器，包括初级绕组和次级绕组；初级绕组包括三个分绕组，各分绕组的一端分别与三相高压交流电源的一相连接，各分绕组的另一端连接在一起；次级绕组包括三个分绕组，三个分绕组的首端构成三相同步变压器的三个输出接线端；三个分绕组的末端连接在一起、并和直流电源的负极相连，同时该连接点作为电平接地端。

需要指出的是：初级绕组和次级绕组没有直接的电连接。不进行直接的电连接，其好处是：同步电路、控制电路以及其他的弱电部分均可设计为安全低电压，从而保障人身的安全。还有，次级三个分绕组的末端、直流电源的负极、同步信号产生电路的的电平接地端，它们连接在一起。

在图6中，当USA为高电平时，最上面的比较器LM224-1，其同相输入端为高电平、其输出端也高电平，该高电平通过比较器输出电阻R3施加在光电耦合器的输入端、并点亮输入端的发光器件，光电耦合器的输出端接收到亮光后导通，使光电耦合器的输出负端INT_A由原先的低电平变为高电平，最后将高电平信号作为该相的同步信号送入控制电路中去。简而言之，当USA为正半周高电平、导致光电耦合器的输出负端INT_A也变为5V高电平；反之，当USA为负半周低电平、导致光电耦合器的输出负端INT_A也变为0V低电平；USB和INT_B、USC和INT_C也存在相同性质的高低电平关系。

需要说明的有三点：第一点，对每一相来讲，其高电平和低电平出现的相位差为180°角度；第二点，只要三相交流电源提供的交流电、其各相之间保持120°角度的相位差，由于各分电路的元器件设置完全相同，所以三个光电耦合器输出负端送到控制电路中去同步信号也保持为120°角度的相位差；第三点，每一个周期中，同步信号产生电路共送出三个同步方波信号，每个信号相差120°角度，即在一个周期中的三个同步信号是：第一个是A相的信号、第二个是B相的信号、第三个是C相的信号，接着进入第二个周期，如此循环不已。

在实施本实用新型时，可以(但不限定)将设计和制造调试的目标定为：参见图22以及其他的相关图纸，其中的图22是同步信号和输入信号的波形示意图。由三相同步变压器提供的USA、USB和USC电压信号，再经同步信号产生电路中的RC滤波器滞后移相，其波形正好使得对应小组晶闸管的自然换向点处于过零变正。其中：A相中的R₂、R₅、R₆、C₁、R₁₀₁、C₄参与了滞后移相；B相中的R₈、R₁₁、R₁₂、C₂、R₁₀₁、C₄参与了滞后移相；C相中的R₁₄、R₁₇、R₁₈、C₃、R₁₀₁、C₄参与了滞后移相。经过比较器将正弦交流信号变换为180°的方波信号，三相中的各个方波信号依次相差120°，在INT_A、INT_B、INT_C三处形成了晶闸管的同步信号，并送入PIC16F877的RB5、RB6、RB7口；上述同步信号既可作为触发信号的基准，又可用于缺相保护和相序检测。三相同步信号INT_A、INT_B、INT_C的波形遵循三相交流电相序规律轮换出现；在同一相中，每一个信号变化的时间间隔为π；各相的相位差是2π/3。所以如果以INT A为基准，当INT_A的上升沿到来后，微机进行计时，如果经过2π/3到来的信号是INT_B，再经过2π/3到来的是INT_C，则可判定为正相序；相反，当INT_A的上升沿到来后，经过2π/3到来的信号是INT_C，再经过到来的是INT_B，则可判定为逆相序。还有，如果缺相的话，则微机在相应的计时时间段内没有接收到有关的信号。

关于图7的说明。

图7是大功率晶闸管的门极触发电路的电路图，它与图3中的门极触发电路内容基本相同，并且图7画的幅面变大、看得更清楚。图7中的标号说明：PIC16F877是单片机；74LS244是缓冲驱动器；MCB是脉冲变压器；GK_A+1、GK_A+2、GK_A+3是触发信号。对图2、图3图和图7进行观察、分析可得知：内含CPU的控制电路(本实施例中为单片机芯片PIC16F877、缓冲驱动器74LS244等)，其输出包括用于输出触发信号的六路接口；缓冲驱动器74LS244输出的每一接口再接一个放大分电路。

如图2、图3图和图7所示：

在本实施例中，每小组中同向串联三个大功率晶闸管；与此相对应的，每一个放大分电路均包括：限流电阻、达林顿管、脉冲变压器和三组推动组件；每一组推动组件均包括限位二极管、正向导通二极管、续流限位保护二极管；脉冲变压器具有一个输入绕组和三个输出绕组，并且每一个绕组均有两个接线端。

内含CPU的控制电路，其输出端包括用于输出触发信号的六路接口，该六路接口分别与驱动器的六个输入端连接；

驱动器的六个输出端，分别通过六个放大分电路与功率执行电路中六小组的大功率晶闸管连接，由此形成六路连接电路；即在六路连接电路中，其每一路连接电路均有如下的连接关系：

驱动器的输出端、限流电阻、达林顿管的名义基极串联连接；直流电源的正极、脉冲变压器的输入绕组、达林顿管的名义集电极串联连接；达林顿管的名义发射极与电平接地端连接；限位二极管跨接在脉冲变压器输入绕组两端、并且其负极与直流电源的正极连接；

脉冲变压器的各输出绕组分别通过一组推动组件与一个大功率晶闸管连接，即：脉冲变压器输出绕组的一个接线端，正向导通二极管的正极、负极，大功率晶闸管的门极、阴极，脉冲变压器输出绕组的另一个接线端，它们形成闭环的串联连接；续流限位保护二极管，其负极与正向导通二极管的负极连接、其正极与脉冲变压器输出绕组的另一个接线端连接。

关于达林顿管的说明：由于单只三极管的放大倍数还不够大等原因，在电路中经常将两只、甚至更多的三极管连在一起而形成所谓的达林顿管；该达林顿管可以用分列的三极管复合、搭建，比如在电路中用两只三极管复合、搭建一个达林顿管，也可以购买已经复合搭建好、并集成为一体的达林顿管。不论是用分列的三极管搭建达林顿管、还是集成为一体的达林顿管，其均可以被简化、视为一只三极管，因而具有名义发射极、名义基极和名义集电极。在本实用新型中，门极触发电路中使用的达林顿管，可以结合图3、图5、图7进行理解。

关于图8的说明。

图8是电流检测电路的电路图，它与图3中电流检测电路的电路的内容基本相同，并且图画的幅面变大、看得更清楚。图8中的标号说明：I′A是由电流互感器检测到的A相电流变化信号；I′B是由电流互感器检测到的B相电流变化信号；I′C是由电流互感器检测到的C相电流变化信号；C5是平滑滤波电容；C6是滤波电解电容；RW1是电位器；R20是限流电阻；A/D-I是电流检测信号、它被送到单片机的A/D输入口。图8中的电流检测电路用于检测流过电动机的电流，电流检测电路的输入端分别与三个电流互感器相连，下面结合图4和图8进行说明。电流检测电路包括：三个电流互感器、六个整流二极管、两个钳位二极管、一个电位器、一个限流电阻、一个滤波电解电容、一个平滑滤波电容；六个整流二极管分成三组，每组中的上下两个整流二极管均同向串联连接；串联连接后的三组整流二极管、电位器固定的上端下端、滤波电解电容再并联连接；三个电流互感器，其原边线圈分别串接在三条相线中，其副边线圈的一端分别通往对应的一组整流二极管、并与该组上下整流二极管的公共接线端连接，其副边线圈的另一端与电平接地端连接。其余连接关系如图8所示。电流检测电路的输出为直流电信号、送往控制电路，即送往单片机PIC16F877，直流电信号的大小反映了电动机的电流大小；另外，当电流过大时，该直流电信号被送入控制电路，经单片机PIC16F877判断确认为是过流了，则单片机可以发出过流保护的指令，命令相关电路采取保护措施，比如命令触发电路停止输出触发信号、使全部大功率晶闸管不再导通，同时将过流保护的信息在显示单元上醒目地显示出来，以便进行人工干预或人工检查、修复。上述电流检测电路的输入端分别与三个电流互感器相连，可以结合图4、图8进行理解。与限流电阻R20输入端相连的两个二极管用于钳制电位。关于钳制电位的问题有如下说明：以二极管正向导通管压降为0.5V为例，限流电阻R20输出的直流电信号，最大值为+5.5V、最小值为-0.5V，由此而保护单片机PIC16F877免受过高电压的损坏。

关于图9的说明。

图9是电压检测电路的电路图，它与图3中电压检测电路的内容基本相同，并且图画的幅面变大、看得更清楚。图9中的标号说明：UUV是电机两个接线端之间的电压；C7是滤波电容；C8是平滑滤波电容；RW2是电位器；R21是限流电阻；A/D-U是电压检测信号，该信号送到单片机的A/D输入口。观察、分析图9，图9中电压检测信号A/D-U的大小反映了电机两个接线端之间的电压UUV的大小。

关于图17的说明。

在本实用新型的功率因数信号检测电路中，所述的功率因数信号检测电路包括两个电路：其一个电路是：间接检测电动机电流过零点的管压降检测电路；其另一个电路是：检测电网电压过零点的同步信号电路。

图17绘制了管压降检测电路及其相关的连接电路。本实用新型设计特点是：电动机电流过零点并不是直接测量得到的，而是通过测量管压降的变化情况、间接近似地测得了电动机的电流过零点。

图17中的标号说明：A是三相交流电中的第一相序，即A相相序，同时也表示为A相接线端；B是三相交流电中的第二相序，即B相相序，同时也表示为B相接线端；C是三相交流电中的第三相序，即C相相序，同时也表示为C相接线端；M是电机；U是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于A相线路上；V是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于B相线路上；W是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于C相线路上；R22是第一限流电阻；R23是第二限流电阻；DLGLD是电流过零点信号；PIC16F877是单片机。

管压降检测电路包括：第一限流电阻，第二限流电阻，输入侧内部设有双向发光二极管的光电耦合器，集电极电阻，输出电阻；管压降检测电路的输入一端、第一限流电阻、光电耦合器的输入侧、第二限流电阻、管压降检测电路的输入另一端，它们串联连接；直流电源的正极端、集电极电阻、光电耦合器的输出侧、直流电源的负极端，它们串联连接；集电极电阻和光电耦合器输出侧的公共连接点、输出电阻、控制电路的输入端，它们串联连接。

管压降检测电路包括输入端和输出端，其输入端跨接在大功率晶闸管的阳极、阴极之间。本实施例中，所述的大功率晶闸管的阳极、阴极具体为如下：

如图17所示，在最上面的一小组大功率晶闸管(该小组大功率晶闸管由图17中最上面左右串联连接的三只大功率晶闸管构成)中，其最前的、即最左的一个大功率晶闸管阳极，其最后的、即最右的一个大功率晶闸管阴极。前述的阳极和阴极，它们和管压降检测电路输入端连接。

管压降检测电路和同步信号电路，它们的输出端分别与控制电路的输入端相连。图17中未画出同步信号电路，同步信号电路可参见图3和图6进行理解。

进一步说明如下：

1.当大功率晶闸管关断时，其两端的电压升高，该升高的电压信号通过第一限流电阻和第二限流电阻，送至光电耦合器的输入侧，使位于输入侧的双向发光二极管点亮，进而造成输出侧的光电接收管导通，集电极的电位由高降低，控制电路(即单片机)收到该由高降低的变化信号，可以判断此时大功率晶闸管关断。由于A相电路中的大功率晶闸管关断时刻，意味着A相电路的电流过零点时刻；或者说大功率晶闸管关断时间近似的等于电流过零点时间，所以，控制电路(即单片机)收到上述由高降低的变化信号可以看作为电流过零点的信号。

2.检测出A相同步电压过零点，并送控制电路。

结合图6说明如下：同步信号产生电路中INT_A、INT_B、INT_C三处均是光电耦合器的输出负端；在该三处出现的波形，其实质是将电源电压的正弦波转换成矩形波，同时延迟了一定的相位角度，比如延迟了30°度(具体实施中也可以是其它度数的数值，通过改变电路中的电阻阻值和电容容量大小可以调整延迟时间，下同)，换言之，该矩形波的上升沿出现时间与电源电压过零点出现的时间密切关联；对于一个具体电路而言，由于相关的电阻阻值和电容容量大小是确定的，因而电源电压过零点出现后再经过一个固定的延时时间就会出现矩形波的上升沿。

上述INT_A、INT_B、INT_C三处出现的矩形波送入单片机，它们可以有以下两个作用：

a.作为各相触发信号的基准；单片机以此基准为基础，再结合其他的信息，经过分析、判断和计算，立即发出触发大功率晶闸管的指令、或者经过一段精确控制的延时时间后发出触发大功率晶闸管的指令，门极触发电路收到指令后、对大功率晶闸管进行触发。

b.矩形波出现的时刻和该相的电流过零点时刻相减、再加上30度(如果在同步信号产生电路中，延迟的相位角度不是30度、而是另一个数值，则应加上该另一个数值的相位角度)，便近似得到当前电机的功率因数角。控制电路得知当前电机的功率因数角数值后，就能据此数值、进行相关的节能运行控制了。

图12是与功率因数角相关的三个波形位置关系图，其中：位于上部的图是大功率晶闸管两端的电压波形图，位于中间的图是输入单片机的电流波形图，位于下部的图是同步电压信号图；图中的

为相位角。

3.在实际调试中，还可以使用示波器在同一屏幕上观察电压、电流实际变化情况，并可以根据屏幕上显示的情况进行调整。还有，如果管压降检测、同步电压过零点检测、以及控制电路的计算，它们都有可能存在一定的误差；为此，可以借助观察示波器屏幕上显示的波形，在通过修改控制电路的计算参数值，对各种误差进行总体补偿，从而达到将功率因数角精确控制在一定的范围内。

实施例2

结合图18进行说明。先对图18中的标号进行说明：A是三相交流电中的第一相序，即A相相序，同时也表示为A相接线端；B是三相交流电中的第二相序，即B相相序，同时也表示为B相接线端；C是三相交流电中的第三相序，即C相相序，同时也表示为C相接线端；M是内部为Y形连接的电机；U是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于A相线路上；V是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于B相线路上；W是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于C相线路上；N是三相交流电源的中性线接线端；N′是电机中性线接线端，并且

N′与N连接；R201是第一分压电阻；R202是第二分压电阻；PIC16F877是单片机。

在本实施例中，管压降检测电路包括：第一分压电阻，第二分压电阻；第一分压电阻的阻值大于第二分压电阻的阻值；管压降检测电路的输入一端、第一分压电阻、第二分压电阻、管压降检测电路的输入另一端，它们串联连接；第二分压电阻，其两端与控制电路的输入端相连接。

还有，如图18所示，管压降检测电路对外连接为：管压降检测电路的输入端跨接在大功率晶闸管的阳极、阴极之间；管压降检测电路的输出端(即第二分压电阻的两端)与控制电路的输入端相连。

分析图18，A相大功率晶闸管关断时，其两端的电压升高，该升高的电压信号通过第一分压电阻和第二分压电阻分压，由第二分压电阻获得较低电压的信号送至控制电路(即单片机)，控制电路收到该由高降低的变化信号，可以判断此时大功率晶闸管关断。由于A相电路中的大功率晶闸管关断时刻，意味着A相电路的电流过零点时刻；或者说大功率晶闸管关断时间近似的等于电流过零点时间，所以，控制电路(即单片机)收到上述由高降低的变化信号可以看作为电流过零点的信号。

本实施例2中的管压降检测电路，可以替换实施例1中的管压降检测电路；阅读实施例1的内容可以帮助理解本实施例2。

实施例3

结合图19进行说明。先对图19中的标号进行说明：A是三相交流电中的第一相序，即A相相序，同时也表示为A相接线端；B是三相交流电中的第二相序，即B相相序，同时也表示为B相接线端；C是三相交流电中的第三相序，即C相相序，同时也表示为C相接线端；M是内部为Y形连接的电机；U是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于A相线路上；V是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于B相线路上；W是软起动装置的输出端、即电机的输入端，位于C相线路上；N是三相交流电源的中性线接线端；N′是电机中性线接线端，并且

N′与N连接；RDY是第一电阻；RDE是第二电阻；DLGLD是电流过零点信号；PIC16F877是单片机。

在本实施例3中，管压降检测电路包括：降压隔离变压器，第一电阻，第二电阻，输入侧内部设有双向发光二极管的光电耦合器，集电极电阻，输出电阻；所述的降压隔离变压器包括原边绕组和副边绕组。

降压隔离变压器的原边绕组跨接在管压降检测电路的输入两端；降压隔离变压器的副边绕组的一端、第一电阻、光电耦合器的输入侧、第二电阻、降压隔离变压器的副边绕组的另一端，它们串联连接；直流电的正极端、集电极电阻、光电耦合器的输出侧、直流电的负极端，它们串联连接；集电极电阻和光电耦合器输出侧的公共连接点、输出电阻、控制电路，它们串联连接。

分析图19，A相大功率晶闸管关断时，其两端的电压升高，该升高的电压信号被送到降压隔离变压器的原边绕组，再被感应到降压隔离变压器的副边绕组，然后通过第一电阻、第二电阻送至光电耦合器的输入侧，使位于输入侧的双向发光二极管点亮，进而造成输出侧的光电接收管导通，集电极的电位由高降低，控制电路(即单片机)收到该由高降低的变化信号，可以判断此时大功率晶闸管关断。由于A相电路中的大功率晶闸管关断时刻，意味着A相电路的电流过零点时刻；或者说大功率晶闸管关断时间近似的等于电流过零点时间，所以，控制电路(即单片机)收到上述由高降低的变化信号可以看作为电流过零点的信号。

实施例4

在实施例1中，通过对一种具体电路的介绍，从而对本实用新型装置作了进一步的说明。本实施例仍然使用实施例1中介绍过的具体电路，进行相关的说明。

实用新型装置，串联的晶闸管由于采用了均压的技术措施，使很高的交流电分压成相对较低的低压，所以能够承受电网的高压；起动或节能运行时，采取的技术措施有：a.对于同一小组中串联的大功率晶闸管，进行同时触发、使其同时导通，因而大功率晶闸管更加可靠耐用；b.控制晶闸管的触发角，连续调整晶闸管的触发、导通时间，进而达到连续控制电动机的端电压，即控制端电压逐渐的由小变大直至全电压、或者控制端电压使其维持在节能运行的电压值上，从而控制其电流，这样可以实现电机的软起动或节能运行。硬件电路包括：功率单元、检测单元、信号处理单元、同步电路、控制单元、触发信号功放单元、显示单元、键盘输入电路、远程控制电路、直流电源电路等，其中同步信号产生电路的输入端接三相同步变压器的输出端，同步信号产生电路的输出再将同步信号输入到单片机作为触发脉冲的基准信号，触发信号的输出接到晶闸管的控制极，电路总体结构如图1、图2和图3所示；图1是本实用新型的电原理方框图；图2是本实用新型的总电原理图的第一部分图纸，图2和图3构成完整的总电原理图；图3是本实用新型的总电原理图的第二部分图纸，图2和图3构成完整的总电原理图。

本实施例的情况介绍如下。

1、晶闸管串联的高压异步电动机软起动及节能装置，由功率部分和控制电路部分构成，功率部分包括18只大功率晶闸管，每相有6个晶闸管，3个串联为一小组，然后两组反向并联，为了保证串联的各大功率晶闸管所承担的电压一样、并且达到保护吸收的目的，在每一小组中，各大功率晶闸管的两端并有均压电阻和阻容吸收电路。

采用以单片机为核心的微机控制电路。单片机控制电路是以PIC16F877单片机为核心，并配有8279可编程显示和键盘电路

在通往电动机的三相相线中，装有电流互感器，每个电流互感器的输出两端与单片机控制电路的输入端相连，由此实现电流信号的采集。

信号检测处理电路中，包括有：同步电压信号采集电路、输出电压信号采集电路、电流信号采集电路、管压降和功率因数信号检测电路。。

2.检测单元有电压传感器和电流传感器。电压传感器主要检测电动机的定子电压值，经降压整流后送入单片机的A/D(模数转换)通道，转换成数字量，用于故障检测、过压及欠压保护、电压显示及电压控制等，前述降压整流原理可参见图9(图9中可以在整流前增加限流电阻)。电流互感器用来检测定子电流，用来进行电流反馈或过流保护等。

3.信号处理单元包括电压、电流绝对值、滤波、整形、比较电路，配合单片机的A/D转换单元，实现电压、电流的数值检测。

4.同步信号产生电路是将三相电源电压的正弦波信号转变为方波信号，作为触发晶闸管的同步信号之基准，单片机收到方波信号后，经过一系列的读取、判断、分析和处理后，再发出相关的指令，实现6路触发脉冲与三相电源电压6个过零点同步。另外，这些方波信号被送入单片机后，可通过软件实现缺相保护和相序判断。

5.门极触发电路作为触发功放单元，将单片机输出的信号放大，从功率上满足晶闸管的触发要求。

6.显示单元是显示预置信息、故障信息及运行参数，如电压、电流、起动时间等参数；键盘输入电路可完成预定参数的设置，如运行方式、起动电流倍数、起动时间、显示模式等任务。

7.远程控制电路是为了方便使用，有些功能如电动机的起动、停止、节能运行等功能，可在单独控制室完成，为此需要具备远距离信号传输功能，即远程控制功能。

利用本实用新型装置可以实现高压电机的软起动，减少高压电机起动时大电流对电机的损害和对电网的冲击。通过对功率因数的检测，提高了高压电动机的运行效率，节省了电能。

实施例5

本实施例仍然使用实施例1中介绍过的具体电路，进行相关的说明。

如图4所示，主电路靠近电机侧的三相电路中装有检测电流信号的三个电流互感器，经三相桥式整流、滤波、分压后获得一个直流电压信号(图8中电流检测信号A/D-I)，将此信号作为电流反馈信号输入PIC16F877的A/D口(见图3)，CPU对此信号每半周期采样50次，再取其平均值作为此时的电流反馈值。

在靠近电机侧三相电中、取两相引出作为线电压；该线电压经过全桥整流、滤波和分压后获得一个直流电压信号(图9中电压检测信号A/D-U)，将此信号输入PIC16F877的A/D口，A/D对此信号每半周内采样50次，再取其平均值作为此时电压的反馈值，然后根据此值的大小进行判断和处理；此电压信号既可作为系统执行软起动功能时的电压反馈信号，又作为电动机运行时过压和欠压的保护信号。

同步信号产生电路的输入输出信号如图3所示，由同步变压器(即三相同步变压器)提供同步电压信号，经RC滤波器滞后移相，其波形正好在该相晶闸管的自然换向点处过零变正。由此，将每一相输入的正弦交流信号变换为输出为正负180°的方波信号；三相方波信号依次相差120°，INT_A、INT_B、INT_C形成了晶闸管的同步信号，送入PIC16F877的RB5、RB6、RB7口，作为触发信号的基准，同时可以判断是否缺相以及相序的先后是否准确，如果缺相或者相序错误、可以进行相关的保护。三相同步信号INT_A、INT_B、INT_C的波形遵循三相交流电相序规律，各相的相位差是2π/3，所以如果以INT_A为基准，当INT_A的上升沿到来后，微机进行计时，如果经过2π/3到来的上升沿信号是INT_B，再经过2π/3到来的上升沿信号是INT_C，则可判定为正相序；相反，当INT_A的上升沿到来后，经过2π/3到来的上升沿信号是INT_C，再经过2π/3到来的上升沿是INT_B，则可判定为逆相序。

相关的信号进入PIC16F877单片机进行处理后，形成相应的触发信号，触发信号从单片机的RD0/PSP0～RD5/PSP5口输出。

功率执行电路共计有六小组、十八个大功率晶闸管；即每一相电路中有六个大功率晶闸管；该六个晶闸管分为两组，第一组的三个同向串联后再串接在相电路中，第二组的三个同向串联后、再与第一组反向并联连接。

本实施例的总体原理是：异步电机M起动时、在每一个正弦波的周期内对晶闸管进行六次触发，即前后相差60°角度依序对各组的晶闸管进行触发；对每一组中的三个晶闸管进行的是同时触发(如果不是同时触发，则最后触发的晶闸管受到的是全电压造成击穿直通，在后续触发中其它晶闸管也将相继击穿损毁)；另外，控制电路还连续控制晶闸管的触发角，也就是讲：触发时间逐渐的提前、晶闸管导通时间逐渐增加，如此，电动机的端电压也逐渐提高、最后达到全电压，相应的电动机的起动电流也在整个软起动过程中被限制在一定的数值范围内，这样可以实现电机的软起动。软起动结束后，控制电路可以在线检测电机的功率因数，当电机轻载运行时，功率因数很低，这时减少电动机的端电压，可以提高电机的功率因数，也就提高了电机的效率，节省了电能。

硬件设计是系统的物理基础，然而要使系统能够正常较好的运行更要求有软件来支持。在电机控制系统中引入微机控制技术是本实用新型的一个非常重要的部分，实现电机软起动的高性能控制以及优化电机的起动和节能运行是本实用新型的目的，而其中系统软件的设计在控制系统中有着举足轻重的地位，它直接关系到系统能否正常运行、能否较好的满足系统的设计要求。在本软起动系统中，为了简化硬件、提高系统的可靠性，很大一部分硬件功能由软件来实现，因此软件设计是整个系统的重点之一。本系统设计的软件部分主要包括：主程序、闭环计算子程序、节能运行子程序和中断服务子程序。

本软起动系统的主程序主要包括3个部分：1.系统的初始化、自检；2.键盘、显示；3.运行部分。高压异步电动机软起动和节能运行器的主程序，其流程图如图11所示。

在主程序中首先检测三相电源的输入电压，可根据三相电源输入电压的大小，判断电源是否断相、过压、欠压及三相是否平衡，当发现系统有断相、过压、欠压及三相严重不平衡等故障时，系统停止工作；当无故障时，可通过键盘、人工输入当前理想的控制参数。在起动按钮按下前，系统循环进行检测。当起动按钮按下时，设立允许晶闸管触发的标记(该标记由单片机接收后、可以进行相应的后续处理工作)，为相关的中断程序提供状态信息；晶闸管开始工作后，仍需检测是否断相、过压、欠压及三相是否平衡等，同时要检测电机的电流，根据测得的数据进行故障识别及实施保护。系统还设置有停止按钮，控制电路持续检测停止按钮是否按下，如果没有按下停止按钮是则系统继续运行，如果检测到按下停止按钮的信息、则系统不再运行或重新开始。

实施例6

对于图1、图2、图4和图5中出现的三相联动开关K，本实施例予以说明。

该开关冠以“三相联动”，其意思就是开关所在的三相电路中，当开关闭合时，其两侧连接的三相电路均通过开关一一对应的连通，当开关切断时，其两侧连接的三相电路均被开关切断。三相联动开关K的开或关之动作，在以单片机为核心的控制电路的指挥下进行。

下面介绍两种三相联动开关K的应用情况。

第一种应用情况是，本实用新型装置仅仅应用于软起动、不承担节能运行的任务。在本应用情况中，三相联动开关K在软起动前处于断开状态，当软起动结束后、在电机的接线端保持全电压的情况下，三相联动开关K在控制电路的指挥下闭合，闭合后、装置中的晶闸管不再工作，如此，一是可以减少晶闸管的损坏概率，二是可以减少控制电路的工作负担。

第二种应用情况是，本实用新型装置不仅应用于软起动、而且在软起动结束后、还要承担节能运行的任务。在本应用情况中，可以使三相联动开关K始终处于断开状态。

第三种应用情况是，由于电网电压的变化和电机负载的变化，电机运行中的功率因数也发生变化，如果这种变化不是十分迅速的话，可以在功率因数高的时候闭合三相联动开关K，而在功率因数低的时候切断三相联动开关K、从而进行节能运行。如果上述功率因数高低变化十分迅速，则可以较长时间切断三相联动开关K，从而进行节能运行。

以上的节能运行，可以由控制电路自动选择，也可以由操作人员控制，还可以是在控制电路自动选择的基础上、由操作人员强行控制。

在本实用新型装置中，如果不使用三相联动开关K也是可以的，此种情况，可以使用在上述第二种的情况。

实施例7

本实施例通过对软起动过程中情况的描述、说明和解释，从而对本实用新型作出进一步的说明。本实施例可以结合实施例1中介绍过的具体电路，进行相关的说明。

图11主程序流程图；下面结合图11进行说明。

本实施例中的具体电路如实施例1所介绍的。在硬件电路连接、装配完毕后，还要输入软件程序，并且进行调试。

实用新型装置经上述连接，装配，输入软件程序并调试合格。下面就使用中的软起动情况进行说明。

在本实施例中，接通三相交流电源后，并不立即开始软起动，而是进行以下工作。

第一步，控制电路、特别是单片机，进行准备工作，包括：开启显示单元，运行单片机(包括运行主程序、调用系统初始化的子程序)。

本步骤中，还可以通过显示单元和键盘对单片机软件程序中已有的参数进行人工新设定或修改。在本步骤中，以及在其它步骤中，均可以通过显示单元和键盘进行人机对话。

第二步，启动具有保护功能的子程序，所谓的保护功能，其内容包括检测和判断，检测的内容如：控制电路和检测电路工作是否正常？三相电路是否缺相？三相相序是否准确？三相电路是否过压？三相电路是否欠压？三相是否基本平衡？

关于三相平衡问题的说明，其是否平衡的方法有：可以将三相输入电压各取得信号，再分别经降压、整流、滤波，均变成直流信号后分别送控制电路的输入端，然后通过模数转换，模拟直流信号变成数字信号送单片机内，单片机对三路数字信号的大小进行比较，如大小误差在设定值的范围之内、则为基本平衡，如大小误差在设定值的范围之外、则为不平衡。设定值可以根据具体情况在软件中预先设置。

第三步，单片机对上述第二步的全部检测内容进行判断，如果检测内容发现有不正常的，则回到第一步，同时在显示单元显示故障信息；如果检测内容全部正常的，则进行以下的第四步。

第四步，设定或新设定或修改控制信息，控制信息的内容可以包括起动电流大小的信息。

本步骤也可以合并在上述第一步中进行，如此，则上述第三步如果检测内容全部正常的，则直接进行以下的第五步，本第四步不再存在。

第五步，进入软起动的核心工作。

本步骤可以设计为在显示单元上出现相关的选择信息，再由操作人员通过键盘确认后起动开始，也可以另设一个专门的起动按钮进行起动开始，还可以设计为由程序直接导入起动开始。

进入起动状态后，单片机调用恒流软起动模快，并在该模快和其他控制电路(包括单片机)的配合下，进行电机电流为恒流的起动，即在起动过程中控制起动电流为恒流。说明：在无软起动装置的情况下，电机起动时、其电机定子两端施加的是三相交流电源的全电压，由于转子还没有转动、或者虽然转动但还没有达到额定转速，所以起动电流很大，该起动大电流对电网、对电机本身冲击很大。本实用新型软起动装置在起动初始阶段，通过控制触发角、输出较小的电压，施加到电机的定子上，这样起动初始阶段的起动电流就被控制为较小的数值，比如：根据将起动电流的数值控制为与正常转动时的额定电流一定的倍数。随着电机的转动、并越转越快，可以通过不断提高本实用新型装置的输出电压、即不断改变触发角，使起动电流基本维持为恒定；当电机的转速达到全速时，对应小组的晶闸管全部导通(就每一大组元器件而言，其反向并联的两小组大功率晶闸管，间隔180°轮流导通)，流过晶闸管的电流即为流过电机的电流，这样软起动任务就完成了，进入下一步。

在上述软起动的过程中，控制电路还可以同时进行相关的保护监控工作，比如，不断的循环检测：三相电路是否缺相？三相相序是否准确？三相电路是否过压？三相电路是否欠压？三相是否基本平衡？三相电路中的电流是否过流？一旦发现、确认有不允许出现的异常情况时，立即起用优先级别更高的中断子程序，停止软起动工作、停止输出电压，并在显示单元上显示故障信息，以提醒操作人员进行相关的检查、修理工作；如果循环检测中未发现异常情况，则软起动继续进行、直至完成。

第六步，决定是否需要进行节能运行。

当软起动结束后，本实用新型装置接下来是否需要进行节能运行，是根据程序安排决定的，也可以是由操作人员在上述第一步中修改或新设定。

如果不需要进行节能运行的，先闭合三相联动开关K、后停止晶闸管的工作(即后停止向晶闸管输送触发脉冲)，否则将在开关内产生大电流的火花、造成三相联动开关K损毁。

如果需要进行节能运行的，则三相联动开关K不闭合，晶闸管继续工作。

由于电机在低负荷的情况下，功率因数不高、浪费了电能。在节能运行中，本实用新型装置需要循环不已的检测电机的功率因数，以保证在较高功率因数的数值情况下实现节能运行。以单片机为核心的控制电路，通过检测电机的电压和电流的相位角关系，从而得知、或经过计算得知电机的功率因数。因为电机是电感性负载，其电流滞后于电压，电流滞后于电压的相位角越大、或者说电压向量和电流的向量之间的夹角越大，说明功率因数越低。

以中国大陆的三相交流供电电网为例，三相交流电的频率为每秒钟50Hz，即每一次正弦波变化的周期为2π(即角度为360°)、占用的时间为0.02秒，进一步的讲，正弦波每变化1°角度所占用的时间为0.02秒/360；因此，通过检测电机的相电压的过零点和相电流的过零点，得到该两个过零点的时间差后就可以知道、或再经过计算就可以知道电机的相电流滞后于电机的相电压多少相位角度。在节能运行中，单片机也可以不用计算相电压、相电流的相位夹角，而直接检测、计算和控制上述两个过零点的时间差即可。当电机的负荷由重变轻时，检测到的功率因数就会由正常值变为偏低值，此时将触发脉冲的上升沿的时间位置向后移动、大功率晶体管的导通时间变短、本实用新型装置的输出电压降低，如此就可以提高功率因数，达到节能运行的目的。

以上以中国大陆的三相交流供电电网为例进行的说明，世界上其他国家或地区如果三相交流电的频率每秒钟不是50Hz的，则依照上面描述的原理进行理解、并进行类似的计算。

以上描述可以结合图12进行理解。图12是与功率因数角相关的三个波形位置关系图，其中：上部为大功率晶闸管两端的电压波形，中间为输入单片机的电流波形，下部为同步电压信号，图中的

为相位角。

实施例8

前面，具体实施方式、以及实施例1至实施例8，对本实用新型进行了描述、说明和解释；此外，还可以结合图13、图14、图15和图16对本实用新型进行理解。

图13是起动结束后、重载运行时的定子线电压波形图；此时的电网电压全额施加在定子上。

图14是使用本实用新型装置软起动过程中的定子线电压波形图，图中绘制的是不足一个周期的波形；结合本图进行说明：在每个周期的

时触发相应的一组晶闸管，该组的晶闸管全部导通，此时电网电压都加到电动机的相应极上，电网电压按固有的正弦波的方式变化，其电压由小变化至大，过了最大值后再由大变小；在电压变小的阶段、电动机的电流也在减少，当减少到小于单向晶闸管的维持电流时，晶闸管关断，电网电压都加到相应的晶闸管上。

图15是电机定子线电压、大功率晶闸管两端的电压和触发脉冲的波形图；其中曲线1是定子线电压的波形，曲线2是晶闸管两端的电压波形，曲线3是对应的触发脉冲波形，可以看出，当触发脉冲到来后，对应的晶闸管两端电压为零，电网电压加到电动机定子上。

图16是恒流起动时的电压、电流波形图，图中上面一个为恒流起动时的电压波形、下面一个为恒流起动时的电流波形，两个波形均为整流后得到的波形；从图可以看出：使用本软起动装置后、在起动过程中，电动机的定子电压逐渐上升；起动电流大约比正常转动时额定电流大一倍，大大低于不使用软起动装置的全电压起动电流；所以避免了对电网、对电机的冲击。

实施例9

结合图20和图21进行说明。

图20是轻载节能运行时的电机定子电流波形；图21是轻载节能运行时的电机定子电压波形。

电机内部的三个定子绕组按三角形连接。

当电机处于轻载运行，如果电机直接与三相电源连接，其电流较大，浪费严重；如果通过本实用新型装置、启用节能运行，可以明显较少电流，节约电能，同时还可以使电机的转速保持在额定转速的范围内，现分析如下：

当本实用新型装置启用轻载节能运行时，在一个2π的周期内，其电压波形，在正弦波的基础上被六次削波，比如：第一次削波发生在A相；第二次削波发生在B相；第三次削波发生在C相；第四次削波发生在A相；第五次削波发生在B相；第六次削波发生在C相。前述6次削波，每次间隔1/3π(即间隔60°)。一个周期内的电压经过六次削波、减少，所以与三相交流电网电压比较，本实用新型装置输出的电压有效值大大降低，进而电机定子电压的有效值也大大降低，如图21所示。

另外，从图20中可以看出，由于使用本实用新型装置轻载节能运行，电机定子电压降低了、电机定子电压的波形改变了，造成定子的电流也与正弦波的电流波形不同，其电流的有效值也大大降低，从而达到提高功率因数，节约电能的目的。

实施例10

结合图23进行说明。图23是直流稳压电源的电原理图，图中的电路也可以称之为直流电源的电源电路。

如图所示，本电源电路的输入端为220V交流电，其输出有两个，一个是12V的直流电，另一个是5V的直流电。

Claims (10)

1.一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，使用三相高压交流电源，所述的三相，其正相序的顺序为A相、B相、C相，并且后者均比前者滞后120°相位角；

其特征是：包括：信号检测处理电路，同步信号电路，控制电路，触发信号功率放大电路，功率执行电路，提供一路以上直流电源的电源电路；

三相高压交流电源、功率执行电路和电动机顺序串联连接；电源电路的输出端与后续用电部件相连；同步信号电路，其输入端与三相高压交流电源连接、其输出端与控制电路的输入端连接；信号检测处理电路，其输入端与被测电路或被测部件连接、其输出端与控制电路的输入端连接；触发信号功率放大电路，其输入端与控制电路的输出端连接、其输出端与功率执行电路连接；

所述的功率执行电路，包括三大组元器件，其分别串联连接在三相高压交流电源的接线端和高压异步电动机的接线端之间；每一大组元器件均包括两小组反向并联的大功率晶闸管，在每小组中同向串联三个以上的大功率晶闸管、并且在每个大功率晶闸管的两端并联连接具有均压保护吸收作用的电路；所述的均压是指：在一个小组中、同向串联的各个大功率晶闸管承受相同的电压；所述的保护吸收是指吸收尖峰电压或尖峰电流；换言之，所述的功率执行电路共计有六小组的大功率晶闸管；所述的大功率晶闸管为单向大功率晶闸管，其均包括阳极、阴极和门极；

所述的控制电路，包括a和b：a.用于输出触发信号的六个输出接口；b.编写并输入了自动化控制程序、具有计算判断控制功能、能对起动电压电流进行从小到大无级连续调节的CPU；

控制电路的六个输出接口与触发信号功率放大电路的六个输入端连接；

触发信号功率放大电路，其输出端具有六路，每一路中包括三对以上的输出端，所述的三对以上，其具体对数与每一小组中同向串联的大功率晶闸管的数量对应相同，并且每一对输出端与大功率晶闸管门极、阴极跨接相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：所述的电源电路，包括：电源输入接线端，电源变压器，整流电路和直流稳压电路；

电源输入接线端与电网交流电连接，所述的电网交流电为110V交流电或220V交流电或230V交流电或380V交流电；电源变压器的输入端与电源输入接线端连接；电源变压器的输出端为一组以上；整流电路的输入端与电源变压器对应的一组输出端连接；整流电路的输出端与直流稳压电路的输入端连接；

所述的直流稳压电路，其输出端为正极和负极；正极、负极与后续用电部件连接、并且负极与电平接地端连接；

直流稳压电路的输出正极和负极构成直流电源。

3.根据权利要求1所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：

所述的三相高压交流电源，其三相为A相、B相和C相；

所述的同步信号电路包括：共用电阻，共用电容，三相同步变压器，三条相同的同步分电路；

所述的三相同步变压器，包括初级绕组和次级绕组；

初级绕组包括三个分绕组，各分绕组的一端分别与三相高压交流电源的一相连接，各分绕组的另一端连接在一起；

次级绕组包括三个分绕组，三个分绕组的首端构成三相同步变压器的三个输出接线端；三个分绕组的末端连接在一起、并和直流电源的负极相连，同时该连接点作为电平接地端；

每一条同步分电路均包括：集成运放电路构成的比较器、光电耦合器、第一输入电阻、第二输入电阻、第一叠加电阻、第二叠加电阻、比较器输出电阻、光电耦合器射极输出电阻、同步滤波电容；比较器的电源接线端连接直流电源的正极、负极；

三相同步变压器的三个输出接线端各连接一条同步分电路，即每一同步分电路具有如下的连接关系：三相同步变压器的一个输出接线端、第一输入电阻、第二输入电阻、比较器的正相输入端，四者串联连接；第一叠加电阻的一端和第二叠加电阻的一端、它们均与第一输入电阻和第二输入电阻的公共接线端连接；同步滤波电容，其一端与比较器的同相输入端连接、其另一端与电平接地端相连；比较器输出电阻，其一端与比较器输出端连接、其另一端与光电耦合器的输入正端连接；光电耦合器的输入负端与电平接地端连接；光电耦合器，其输出正端与直流电源正极端连接，其输出负端通过光电耦合器射极输出电阻与电平接地端连接；光电耦合器的输出负端还与控制电路的输入端连接、输出同步信号；

共用电阻的下端和共用电容的上端连接形成公共点，该点同时与三条同步分电路中的三个比较器的反相输入端全部连接；共用电阻的上端与三条同步分电路中的三个第二叠加电阻的另一端全部连接；共用电容的下端与电平接地端相连；三个第一叠加电阻的另一端全部与直流电源正极端连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：所述的信号检测处理电路包括对流过电动机电流大小进行检测的电流检测电路；所述的电流检测电路，包括三个电流互感器、六个整流二极管、两个钳位二极管、一个电位器、一个限流电阻、一个滤波电解电容、一个平滑滤波电容；

六个整流二极管分成三组，每组中的上下两个整流二极管均同向串联连接；串联连接后的三组整流二极管、电位器固定的上端下端、滤波电解电容再并联连接；

三个电流互感器，其原边线圈分别串接在三条相线中，其副边线圈的一端分别通往对应的一组整流二极管、并与该组上下整流二极管的公共接线端连接，其副边线圈的另一端与电平接地端连接；或者，每个电流互感器均包括磁环和缠绕在磁环上的感应线圈，三条相线分别穿过三个电流互感器的磁环，感应线圈的一端分别通往对应的一组整流二极管、并与该组上下整流二极管的公共接线端连接，感应线圈的另一端与电平接地端连接；

电位器的移动接线端分成三路连接：第一路与一个钳位二极管的正极连接、该管的负极与直流电源正极端连接；第二路与另一个钳位二极管的负极连接、此管的正极与电平接地端连接；第三路是按移动接线端、限流电阻、平滑滤波电容、电平接地端进行串联连接；限流电阻和平滑滤波电容的公共端与与控制电路的输入端连接、输出检测到的电流信号。

5.根据权利要求1所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：所述的信号检测处理电路包括对电动机接线端电压大小进行检测的电压检测电路；

所述的电压检测电路，包括：滤波电容、电位器、限流电阻、平滑滤波电容、由四个整流二极管构成的桥式整流电路；桥式整流电路的输出两端，其一端为正极输出端，其另一端为负极输出端、并与电平接地端连接；

桥式整流电路，其输入端与电动机的三个接线端中的任意两个接线端连接，其输出端与滤波电容、电位器固定的上端下端并联连接；电位器的中间移动接线端、限流电阻、平滑滤波电容、电平接地端串联连接；限流电阻和平滑滤波电容的公共端与控制电路的输入端连接、输送检测到的电压信号。

6.根据权利要求1所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：

所述的信号检测处理电路包括功率因数信号检测电路；所述的功率因数信号检测电路包括两个电路：其一个电路是：间接检测电动机电流过零点的管压降检测电路；其另一个电路是：检测电网电压过零点的同步信号电路；

所述的管压降检测电路包括输入端和输出端，其输入端跨接在大功率晶闸管的阳极、阴极之间；所述的大功率晶闸管的阳极、阴极是指功率执行电路中的任意一个大功率晶闸管的阳极、阴极；或者，所述的大功率晶闸管是指功率执行电路中六小组大功率晶闸管中的任意一组，所述的阳极是指串联在该小组最前的大功率晶闸管阳极、所述的阴极是指串联在该小组最后的大功率晶闸管阴极；

所述的管压降检测电路和所述的同步信号电路，它们的输出端分别与控制电路的输入端相连。

7.根据权利要求6所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：所述的管压降检测电路，是以下三者中的任意一者：

a.所述的管压降检测电路包括：第一分压电阻，第二分压电阻；第一分压电阻的阻值大于第二分压电阻的阻值；管压降检测电路的输入一端、第一分压电阻、第二分压电阻、管压降检测电路的输入另一端，它们串联连接；第二分压电阻，其两端与控制电路的输入端相连接；

b.所述的管压降检测电路包括：第一限流电阻，第二限流电阻，输入侧内部设有双向发光二极管的光电耦合器，集电极电阻，输出电阻；管压降检测电路的输入一端、第一限流电阻、光电耦合器的输入侧、第二限流电阻、管压降检测电路的输入另一端，它们串联连接；直流电源的正极端、集电极电阻、光电耦合器的输出侧、直流电源的负极端，它们串联连接；集电极电阻和光电耦合器输出侧的公共连接点、输出电阻、控制电路的输入端，它们串联连接；

c.所述的管压降检测电路包括：降压隔离变压器，第一电阻，第二电阻，输入侧内部设有双向发光二极管的光电耦合器，集电极电阻，输出电阻；所述的降压隔离变压器包括原边绕组和副边绕组；

降压隔离变压器的原边绕组跨接在管压降检测电路的输入两端；降压隔离变压器的副边绕组的一端、第一电阻、光电耦合器的输入侧、第二电阻、降压隔离变压器的副边绕组的另一端，它们串联连接；直流电源的正极端、集电极电阻、光电耦合器的输出侧、直流电源的负极端，它们串联连接；集电极电阻和光电耦合器输出侧的公共连接点、输出电阻、控制电路的输入端，它们串联连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：所述的节能软起动装置包括节能电路，其包括三相联动开关；

三相联动开关输入端的三个接线桩分别与三相高压交流电源的接线端连接；三相联动开关输出端的三个接线桩分别与高压异步电动机接线端的三个接线桩连接。

9.根据权利要求1所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：所述的节能软起动装置包括：型号为74LS244的驱动器，型号为8279的可编程显示电路，可以显示预置信息、故障信息、电压参数、电流参数、起动时间参数的显示单元，用于选择显示模式、选择运行方式、调阅程序、确定或修改参数的键盘及其输入电路；所述的控制电路包括PIC16F877单片机；

所述的信号检测处理电路，其输出端与控制电路的输入端连接；所述的连接关系包括：信号检测处理电路的部分输出端或全部输出端，它们与单片机A/D模数转换通道的输入接口连接，使模拟信号转换成数字信号、以方便单片机作后续处理；

所述的大功率晶闸管共十八个，即每一相电路中为六个；该六个分为两组，第一组的三个同向串联后再串接在相电路中，第二组的三个同向串联后、再与第一组反向并联连接；所述的具有均压吸收作用的电路，其具体是指：每个大功率晶闸管的两端连接的元器件包括均压电阻、吸收电阻和吸收电容，即：吸收电阻、吸收电容串联连接后，再与均压电阻并联连接、与该大功率晶闸管的两端并联连接；

所述的单片机，其输出端分配六个输出接口与驱动器的输入端连接；驱动器的六个输出端与触发信号功率放大电路的六个输入端连接，触发信号功率放大电路的六个输出端再分别与大功率晶闸管的门极连接。

10.根据权利要求1所述的一种用于高压异步电动机的节能软起动装置，其特征是：

所述的触发信号功率放大电路包括：一个六门或者六门以上的驱动器，六路相同的放大分电路；

每一个放大分电路均包括：限流电阻、达林顿管、脉冲变压器和三组以上的推动组件；每一组推动组件均包括限位二极管、正向导通二极管、续流限位保护二极管；脉冲变压器具有一个输入绕组和三个以上的输出绕组，并且每一个绕组均有两个接线端；

推动组件的具体数量、脉冲变压器输出绕组的具体数量、每小组中同向串联的大功率晶闸管的具体数量，该三个的具体数量为一致；

所述的内含CPU的控制电路，其输出端包括用于输出触发信号的六路接口，该六路接口分别与驱动器的六个输入端连接；

驱动器的六个输出端，分别通过六个放大分电路与功率执行电路中六小组的大功率晶闸管连接，由此形成六路连接电路；即在六路连接电路中，其每一路连接电路均有如下的连接关系：

驱动器的输出端、限流电阻、达林顿管的名义基极串联连接；直流电源的正极、脉冲变压器的输入绕组、达林顿管的名义集电极串联连接；达林顿管的名义发射极与电平接地端连接；限位二极管跨接在脉冲变压器输入绕组两端、并且其负极与直流电源的正极连接；

脉冲变压器的各输出绕组分别通过一组推动组件与一个大功率晶闸管连接，即：脉冲变压器输出绕组的一个接线端，正向导通二极管的正极、负极，大功率晶闸管的门极、阴极，脉冲变压器输出绕组的另一个接线端，它们形成闭环的串联连接；续流限位保护二极管，其负极与正向导通二极管的负极连接、其正极与脉冲变压器输出绕组的另一个接线端连接；

所述的达林顿管为已经复合成单一器件的产品、或者所述的达林顿管为两个分列的三极管复合组成。

Images