CN204886776U - 一种异步电动机轻载节能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：包括单片机控制电路和与其输入端连接的第一A/D转换模块、相位检测模块和第二A/D转换模块，第一A/D转换模块输入端与电压检测模块连接，第二A/D转换模块输入端与电流检测模块连接，相位检测模块输入端与电压检测模块、电流检测模块连接，电压检测模块输入端接市电三相线，电流检测模块输入端接市电三相线其中两相，单片机控制电路输出端与驱动电路和报警与显示电路连接，驱动电路输出端与晶闸管连接，晶闸管连接市电三相线，晶闸管与电动机连接。本实用新型节能效果显著，同时还可以将软起动和过载、短路、漏电等保护措施融于一体。
Description
技术领域
本实用新型涉及节能技术领域，尤其是涉及一种异步电动机轻载节能控制系统。
背景技术
电动机,特别是三相异步电动机是现代工农业生产的主要动力设备,统计表明世界各国电动机的用电量占总发电量的50%～60%,因此,电动机及其拖动系统的节能具有十分重要的意义。由于电动机的效率与负载的大小有关,当电动机在额定负载附近运行时,其效率和功率因数都较高,但当负载系数较低时,其效率和功率因数都将急骤降低。据统计资料表明,我国中小型异步电动机大部分平均负载率在20%～65%之间,特别是机械、纺织等行业情况更为严重，造成电动机运行电能损耗大，效率普遍较低，不利于节电节能。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种异步电动机轻载节能控制系统，本实用新型采用单片机控制的轻载调压节电器,可以根据实际负载的大小来调节电动机的供电电压,使电动机始终运行在最佳效率状态下,因而节能效果显著。同时还可以将软起动和过载、短路、漏电等保护措施融于一体。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：包括单片机控制电路和与单片机控制电路输入端连接的第一A/D转换模块、相位检测模块和第二A/D转换模块，所述第一A/D转换模块输入端与电压检测模块连接，所述第二A/D转换模块输入端与电流检测模块连接，所述相位检测模块输入端与电压检测模块、电流检测模块连接，所述电压检测模块输入端接市电三相线，所述电流检测模块输入端接市电三相线其中两相，所述单片机控制电路输出端与驱动电路和报警与显示电路连接，所述驱动电路输出端与晶闸管连接，所述晶闸管连接市电三相线，所述晶闸管与电动机连接。
上述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述驱动电路包括光电耦合器TTL113和与其输出端连接的三极管二级放大电路，所述三极管二级放大电路与变压器初级连接，所述变压器次级与二极管构成的半波整流电路连接，所述半波整流电路输出端与电阻、电容组成的RC低通滤波电路连接，所述RC低通滤波电路与用于触发晶闸管（8）的触发模块连接。
上述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述晶闸管为双向晶闸管。
上述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述电流检测模块包括电流互感器和与电流互感器输出端连接的全波整流滤波电路，所述整流滤波电路分两路输出，两路输出均与运算放大电路连接。
上述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述电压检测模块包括电压互感器，所述电压互感器分三路输出，每一路输出接两级RC低通滤波电路，所述每一路RC低通滤波电路分别与基于LM339的三路电压过零比较电路连接，其中两路电压过零比较电路的输出端分别与第一或门芯片74ALS86的两输入端连接，剩余一路电压过零比较电路的输出端与第二或门芯片74ALS86一个输入端连接，所述第一或门芯片74ALS86的输出端与第二或门芯片74ALS86另一个输入端连接，所述第二或门芯片74ALS86输出端第三或门芯片74ALS86的一个输入端连接，所述第二或门芯片74ALS86输出端还通过RC串联陷波电路与第三或门芯片74ALS86连接。
上述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述双向晶闸管与电阻和电容串联组成的阻容吸收回路并联。
上述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述双向晶闸管还与RM10型无填充熔断器串联连接。
上述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述第一A/D转换模块、第二A/D转换模块均为AD0809模数转换芯片。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
本实用新型采用单片机控制的轻载调压节电器,可以根据实际负载的大小来调节电动机的供电电压,使电动机始终运行在最佳效率状态下,因而节能效果显著。同时还可以将软起动和过载、短路、漏电等保护措施融于一体。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的总体结构框图;
图2为本实用新型的光电耦合驱动电路电路原理图；
图3为本实用新型的电流检测模块电路电路原理图；
图4为本实用新型的电压检测模块电路电路原理图；
图5为本实用新型的晶闸管阻容吸收保护回路电路原理图；
图6为本实用新型的晶闸管快速熔断器保护电路电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：包括单片机控制电路1和与单片机控制电路1输入端连接的第一A/D转换模块2、相位检测模块4和第二A/D转换模块5，所述第一A/D转换模块2输入端与电压检测模块3连接，所述第二A/D转换模块5输入端与电流检测模块6连接，所述相位检测模块4输入端与电压检测模块3、电流检测模块6连接，所述电压检测模块3输入端接市电三相线，所述电流检测模块6输入端接市电三相线其中两相，所述单片机控制电路1输出端与驱动电路7和报警与显示电路10连接，所述驱动电路7输出端与晶闸管8连接，所述晶闸管8连接市电三相线，所述晶闸管8与电动机9连接。
如图2所示，所述驱动电路7包括光电耦合器TTL113和与其输出端连接的三极管二级放大电路，所述三极管二级放大电路与变压器初级连接，所述变压器次级与二极管构成的半波整流电路连接，所述半波整流电路输出端与电阻、电容组成的RC低通滤波电路连接，所述RC低通滤波电路与用于触发晶闸管8的触发模块连接。
传统的电力电子器件(如晶闸管、电力晶体管、MOSFET、IGBT等)的驱动方法是采用脉冲变压器,但是脉冲变压器存在一定的漏感,这样使输出脉冲陡度受到限制,同时其绕组寄生电感和电容使脉冲前后沿出现振荡,对功率管不利。另外脉冲变压器在传输宽脉冲时容易出现铁心饱和,其共模抑制比较低。
本实施例采用数字光电耦合器则不存在这些问题。高性能的数字光耦原副边采用法拉第屏蔽进行去耦,因此,抗共模干扰能力极强,可以有效地抑制来自功率电路的干扰信号。其次,光耦的隔离电压很高,因此,数字光耦能直接驱动IGBT和MOSFET等电压控制器件,从而极大地简化了以往繁琐的驱动电路,提高了电源的可靠性。同时采用光耦作为驱动元件来代替专用的驱动集成电路还可以在保证实现同等功能的条件下有效地降低成本。实际上,用于这方面的光耦比较多,在电源技术中,可利用这个控制量去调节功率管驱动波形的占空比(PWM型)或控制角(移相型),从而实现稳压或稳流输出。由于功率与控制部分应该在电源中进行电气隔离。但当输出量变化很大时,由于光耦内部光电三极管的非线性特性,普通单光耦便不合适了,较理想的方法是采用线性光耦反馈。
图2所示是一个利用一个普通单光耦代替线性光耦来改善非线性失真特性的应用电路,该电路可以取得较好的线性效果。要保证图2所示电路的线性特性,TTL113集成在一个芯片内的光耦器件,另外,还在这个电路的前级及后级附加运放,并利用运放来加强放大作用，电阻和二极管用来以稳定放大倍数,阻容滤波进一步减小非线性失真。这样,可以取得相当好的效果。单片机发出的控制信号，经过光耦合作用放大成直流5V的信号后作用在晶闸管的触发电路的控制电压端。触发模块发出触发信号控制晶闸管的导通，从而控制加在电动机两端的电压
本实施例中，所述电流检测模块6包括电流互感器和与电流互感器输出端连接的全波整流滤波电路，所述整流滤波电路分两路输出，两路输出均与运算放大电路连接。
电流检测模块6的电路原理图如图3所示，如图，经过电流互感器的作用将得到小电流，在经过整流桥的作用将检测信号变成正弦半波信号，电路中接人电容220uF用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，0.1uF是电解电容，以减小电流引入的低频干扰。经过两个电容器的滤波作用的半波经过LM358的反向作用的到负的半波输入到ADC0809的输入端，再送入到单片机检测电路中，从而实现了单片机对电流的上电检测。可以很好的保护单片机控制系统不至于被过电流烧毁，也可以作为单片机系统开始工作的信号检测，对于缺相保护，过电流保护，断流保护都起到很重要的作用。
系统电流信号的采样单片机系统是只能以数字信号进行识别和工作的，而电动机的电流信号是模拟量，这就需要对模拟信号采样之后的数字量的转换，电流信号只有在转换成数字信号之后才可以提供给单片机的内部系统使用。又电阻分流器将电流互感器的小信号分流并放大到满足A/D转换器能够使用的4.5V左右的电压信号，供给摸数转换器进行采样，其采样周期T=50ms。
如图4所示，所述电压检测模块3包括电压互感器，所述电压互感器分三路输出，每一路输出接两级RC低通滤波电路，所述每一路RC低通滤波电路分别与基于LM339的三路电压过零比较电路连接，其中两路电压过零比较电路的输出端分别与第一或门芯片74ALS86的两输入端连接，剩余一路电压过零比较电路的输出端与第二或门芯片74ALS86一个输入端连接，所述第一或门芯片74ALS86的输出端与第二或门芯片74ALS86另一个输入端连接，所述第二或门芯片74ALS86输出端第三或门芯片74ALS86的一个输入端连接，所述第二或门芯片74ALS86输出端还通过RC串联陷波电路与第三或门芯片74ALS86连接。
图4中经过电压互感器的作用将得到低电压，电路中接人电容0.1uF用来实现频率补偿，变压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰，还可以减小电源引入的低频干扰。经过滤波的电压信号，再经过反向电压过零比较器LM339的作用将交流电压信号转换成方波信号，送入到单片机的外围保护和检测电路中，从而实现了单片机对电压的上电检测。可以很好的保护单片机控制系统不至于被过电流烧毁，也可以作为单片机系统开始工作的信号检测，对于缺相保护，过电压保护都起到很重要的作用。
如图5所示，所述双向晶闸管与电阻和电容串联组成的阻容吸收回路并联。晶间管是—种大功率半导体变流器件，具有很多优点。但与一般电气元件相比，晶间营承受过电压能力较差。当晶间管的可控整流电路被切断，或者晶间管的通、断及电源电压发生波动时，由于晶间管回路电感(如变压器、电抗器线圈)的存在会产生高压往往超过晶间管的允许电压，这个电压加在可控硅的两端，会使可控硅损坏。为了能在任何情况下防止晶间管受到这一过电压的突然袭击，在双向可控硅两端并联电阻和电容串联组成的阻容吸收回路，以防止过电压的出现。
如图6所示，所述双向晶闸管还与RM10型无填充熔断器串联连接。流过晶间管的电流大大超过其正常工作电流时都叫过电流。产生过电流的原因有:直流侧短路，生产机械过载，可逆系统中产生环流或逆变失败，电路中管子误导通及管子击穿短路等。本实施例为晶间管串联快速熔断器，快速熔断器是最简单有效的过电流保护元件。在产生短路过电流时，快速熔断器熔断时间小于20ms，能保证在晶闸管损坏之前切断短路故障。
本实用新型工作原理是：如图1所示，电动机两端的电压信号、电流信号经过单片机外围设备的A/D转换器的采样和分析的到了电压电流之间的相位的差角，经过单片机的处理就可以得到相位角Φ，进而可以得到电动机的功率因数cosΦ，从而可得到电动机的负载系数。通过负载系数就可以得到电动机的最佳电压比，向晶闸管的光电耦合驱动电路发出控制信号；晶闸管的导通角由单片机发出的控制信号作用在晶闸管的光电耦合驱动电路上，晶闸管的光电耦合驱动电路将单片机发出的控制信号发大，并将数字信号转换成模拟信号作用在晶闸管上，实现了对晶闸管的控制，最终实现了电动机轻载节能。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：包括单片机控制电路（1）和与单片机控制电路（1）输入端连接的第一A/D转换模块（2）、相位检测模块（4）和第二A/D转换模块（5），所述第一A/D转换模块（2）输入端与电压检测模块（3）连接，所述第二A/D转换模块（5）输入端与电流检测模块（6）连接，所述相位检测模块（4）输入端与电压检测模块（3）、电流检测模块（6）连接，所述电压检测模块（3）输入端接市电三相线，所述电流检测模块（6）输入端接市电三相线其中两相，所述单片机控制电路（1）输出端与驱动电路（7）和报警与显示电路（10）连接，所述驱动电路（7）输出端与晶闸管（8）连接，所述晶闸管（8）连接市电三相线，所述晶闸管（8）与电动机（9）连接。
2.按照权利要求1所述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述驱动电路（7）包括光电耦合器TTL113和与其输出端连接的三极管二级放大电路，所述三极管二级放大电路与变压器初级连接，所述变压器次级与二极管构成的半波整流电路连接，所述半波整流电路输出端与电阻、电容组成的RC低通滤波电路连接，所述RC低通滤波电路与用于触发晶闸管（8）的触发模块连接。
3.按照权利要求1所述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述晶闸管（8）为双向晶闸管。
4.按照权利要求1所述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述电流检测模块（6）包括电流互感器和与电流互感器输出端连接的全波整流滤波电路，所述整流滤波电路分两路输出，两路输出均与运算放大电路连接。
5.按照权利要求1所述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述电压检测模块（3）包括电压互感器，所述电压互感器分三路输出，每一路输出接两级RC低通滤波电路，所述每一路RC低通滤波电路分别与基于LM339的三路电压过零比较电路连接，其中两路电压过零比较电路的输出端分别与第一或门芯片74ALS86的两输入端连接，剩余一路电压过零比较电路的输出端与第二或门芯片74ALS86一个输入端连接，所述第一或门芯片74ALS86的输出端与第二或门芯片74ALS86另一个输入端连接，所述第二或门芯片74ALS86输出端第三或门芯片74ALS86的一个输入端连接，所述第二或门芯片74ALS86输出端还通过RC串联陷波电路与第三或门芯片74ALS86连接。
6.按照权利要求3所述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述双向晶闸管与电阻和电容串联组成的阻容吸收回路并联。
7.按照权利要求3所述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述双向晶闸管还与RM10型无填充熔断器串联连接。
8.按照权利要求1所述的一种异步电动机轻载节能控制系统，其特征在于：所述第一A/D转换模块（2）、第二A/D转换模块（5）均为AD0809模数转换芯片。
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| CN106357166A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-01-25 | 北京中金新源科技有限公司 | 电源效率节能控制器 |
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2015
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