CN208806769U - 变频降压式电动机节电器 - Google Patents

Abstract

一种变频降压式电动机节电器，其包括调压电路，变频控制电路，调压电路包括全波整流器，全波整流器的输入端与电动机的相绕组串联，全波整流器输出端接有成对的电感和三极管串联支路，变频控制电路包括功率因数检测电路、比较电路、方波振荡器，变频控制电路根据电机运行时的功率因数来控制方波振荡器的振荡频率，使三极管交替导通，电机轻载或空载时，振荡频率升高，电感的感抗升高，降低电机的端电压，减小电能消耗，在调压时三极管交替导通，电感交替有电流通过，使电机端电压波形连续，电机的电流波形连续，其高次谐波成分低，避免对电网的污染。

Description

变频降压式电动机节电器

技术领域

本发明涉及一种电动机节电器。

背景技术

电动机在空载或轻载时功率因数低，常采用降低电动机端电压的方法来提高功率因数，降低电能消耗。现有的电动机节电器，通过控制可控硅的导通角，降低电动机端电压，采用可控硅的缺点是，电动机端电压的波形不连续，电流波形不连续，存在较大的高次谐波成分，对电网有污染。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种变频降压式电动机节电器，在保证节电的基础上，使电动机端电压的波形连续，降低高次谐波对电网的污染。

本发明的技术方案是，一种变频降压式电动机节电器，其包括主电路，变频控制电路，主电路包括A相调压电路，其特征是，A相调压电路包括全波整流器QLA，全波整流器QLA的输入端与电动机的A相绕组串联，全波整流器QLA输出端的正极通过电感LA1接三极管TA1的集电极，三极管TA1的发射极接全波整流器QLA输出端的负极，全波整流器QLA输出端的正极通过电感LA2接三极管TA2的集电极，三极管TA2的发射极接全波整流器QLA输出端的负极，电感LA1并联有续流二极管DA1，电感LA2并联有续流二极管DA2。

变频控制电路包括功率因数检测电路、比较电路、方波振荡器、脉冲变压器BK1、脉冲变压器BK2；

功率因数检测电路包括电流互感器LH、变压器BK，变压器的初级与A相绕组并联；电流互感器LH的初级线圈与A相绕组串联，电流互感器LH的次级线圈的一端IA1，通过电阻R1接电流互感器LH的次级线圈的另一端IA2，次级线圈的一端 IA1通过电阻R2接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接次级线圈的另一端IA2，三极管T1的集电极接光耦GE1的发光二极管的阴极，光耦GE1的发光二极管的阳极通过电阻R3接稳压电源VDD，光耦GE1的光敏三极管的集电极接变压器BK次级的一端UA1，光敏三极管的发射极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端通过电解电容C1接地，电阻R6的另一端通过电阻R5接地，电阻R6的另一端接稳压管DW1的阴极，稳压管DW1的阳极接地，变压器BK次级的另一端UA2接地；

比较电路包括比较器A1，比较器A1反相输入端接稳压管DW1的阴极，比较器A1同相输入端接电位器W1的滑臂，电位器W1的一端通过电阻R4接稳压电源VDD，电位器W1的另一端接地，比较器A1的输出端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端通过电解电容C2接地，电阻R7的另一端通过电阻R8接三极管T2的基极，三极管T2的集电极通过电阻R9接稳压电源VDD，三极管T2的发射极接光耦GE2的发光二极管的阳极，光耦GE2的发光二极管的阴极接地；

方波振荡器包括比较器A2，比较器A2同相输入端通过电阻R12接地，比较器A2同相输入端通过电阻R11接稳压电源VDD，比较器A2同相输入端与输出端之间接有电阻R13，比较器A2反相输入端通过电容C2接地，比较器A2反相输入端接电阻R10的一端，电阻R10的另一端通过光耦GE2的光敏电阻接比较器A2的输出端；

比较器A2的输出端通过电阻R15接三极管T3的基极，三极管T3的集电极接地，三极管T3的发射极通过脉冲变压器BK1的初级线圈接稳压电源VDD；比较器A2的输出端通过电阻R14接三极管T4的基极，三极管T4的发射极接地，三极管T4的集电极通过脉冲变压器BK2的初级线圈接稳压电源VDD；

脉冲变压器BK1具有次级线圈XA1，脉冲变压器BK2具有次级线圈XA2，次级线圈XA1的一端V1通过电阻RA1接三极管TA1的基极，三极管TA1的发射极接次级线圈XA1的另一端V2；次级线圈XA2的一端V7通过通过电阻RA2接三极管TA2的基极，三极管TA2的发射极接次级线圈XA2的另一端V8。

本发明的有益效果是，根据电机运行时的功率因数控制方波振荡器的振荡频率，电机轻载或空载时其功率因数较低，当功率因数变低时方波振荡器的振荡频率升高，使电感LA1和电感LA2的感抗升高，降低电机的端电压，减小电能消耗；在调压时三极管TA1和三极管TA2交替导通，电感LA1和电感LA2交替有电流通过，使电机端电压波形连续，电机的电流波形连续，其高次谐波成分低，避免对电网的污染。

附图说明

图1为本发明的主电路的原理图。

图2为本发明的变频控制电路原理图。

图3为图1中相关点的波形图。

具体实施方式

现结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1（应用于单相电机）：

一种变频降压式电动机节电器，其包括主电路、变频控制电路，主电路包括A相调压电路， A相调压电路包括全波整流器QLA，全波整流器QLA的输入端与电动机的A相绕组串联，全波整流器QLA输出端的正极通过电感LA1接三极管TA1的集电极，三极管TA1的发射极接全波整流器QLA输出端的负极，全波整流器QLA输出端的正极通过电感LA2接三极管TA2的集电极，三极管TA2的发射极接全波整流器QLA输出端的负极，电感LA1并联有续流二极管DA1，电感LA2并联有续流二极管DA2。

电感LA1和电感LA2由高频磁环和线圈构成，其规格视电机功率而定。

变频控制电路包括功率因数检测电路、比较电路、方波振荡器、脉冲变压器BK1、脉冲变压器BK2。

功率因数检测电路包括电流互感器LH、变压器BK，变压器的初级与A相绕组并联；电流互感器LH的初级线圈与A相绕组串联，电流互感器LH的次级线圈的一端IA1,通过电阻R1接电流互感器LH的次级线圈的另一端IA2，次级线圈的一端 IA1通过电阻R2接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接次级线圈的另一端IA2，三极管T1的集电极接光耦GE1的发光二极管的阴极，光耦GE1的发光二极管的阳极通过电阻R3接稳压电源VDD，光耦GE1的光敏三极管的集电极接变压器BK次级的一端UA1，光敏三极管的发射极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端通过电解电容C1接地，电阻R6的另一端通过电阻R5接地，电阻R6的另一端接稳压管DW1的阴极，稳压管DW1的阳极接地，变压器BK次级的另一端UA2接地。

比较电路包括比较器A1，比较器A1反相输入端接功率因数检测电路的输出端，比较器A1同相输入端接电位器W1的滑臂，电位器W1的一端通过电阻R4接稳压电源VDD，电位器W1的另一端接地，比较器A1的输出端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端通过电解电容C2接地，电阻R7的另一端通过电阻R8接三极管T2的基极，三极管T2的集电极通过电阻R9接稳压电源VDD，三极管T2的发射极接光耦GE2的发光二极管的阳极，光耦GE2的发光二极管的阴极接地。

方波振荡器包括比较器A2，比较器A2同相输入端通过电阻R12接地，比较器A2同相输入端通过电阻R11接稳压电源VDD，比较器A2同相输入端与输出端之间接有电阻R13，比较器A2反相输入端通过电容C2接地，比较器A2反相输入端接电阻R10的一端，电阻R10的另一端通过光耦GE2的光敏电阻接比较器A2的输出端。

比较器A2的输出端通过电阻R15接三极管T3的基极，三极管T3的集电极接地，三极管T3的发射极通过脉冲变压器BK1的初级线圈接稳压电源VDD，三极管T3的发射极接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接稳压电源VDD；比较器A2的输出端通过电阻R14接三极管T4的基极，三极管T4的发射极接地，三极管T4的集电极通过脉冲变压器BK2的初级线圈接稳压电源VDD，三极管T4的集电极接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接稳压电源VDD。

脉冲变压器BK1具有次级线圈XA1，脉冲变压器BK2具有次级线圈XA2，次级线圈XA1的一端V1通过电阻RA1接三极管TA1的基极，三极管TA1的发射极接次级线圈XA1的另一端V2；脉冲变压器BK2具有次级线圈XA2，次级线圈XA2的一端V7通过通过电阻RA2接三极管TA2的基极，三极管TA2的发射极接次级线圈XA2的另一端V8。

变频降压式电动机节电器的主电路工作原理是（参见图3），图3中曲线ud为全波整流器输出电压波形，曲线i1为电感LA1的电流波形，曲线i2为电感LA2的电流波形，曲线i为全波整流器输出电流波形即A相绕组的电流波形，i=i1+i2；曲线uf为方波振荡器的输出波形。方波振荡器的振荡频率调节范围在10KHZ至100KHZ之间。

三极管TA1和三极管TA2在方波振荡器的控制下交替导通，电感LA1和电感LA2交替有电流通过, 三极管TA1或三极管TA2截止时，其对应的电感通过续流二极管释放电流；方波振荡器的振荡频率增高，电感LA1和电感LA2中的阻止电流变化的能力增大，即感抗增大（反电势增大），使单相电机的端电压降低。改变方波振荡器的振荡频率，可调节单相电机的端电压。由于电感LA1和电感LA2交替有电流通过, 这样电机的电压波形和电流波形连续，高次谐波成分大大降低。

变频控制电路工作原理是，功率因数检测电路检测功率因数，当空载或轻载时单相电机的功率因数低，功率因数检测电路输出的信号电压也低，比较电路将功率因数信号电压与设定值进行比较，调节电位器W1可对功率因数进行设定；当功率因数信号电压低于设定值时，比较器输出高电平，通过电阻R7对电容C2充电，三极管T2的基极电压逐渐上升，发光二极管的电流逐渐增大，光敏电阻的阻值逐渐变低，方波振荡器的振荡频率升高，电机的端电压降低，电机的无功电流降低，电机功率因数上升；当功率因数接近或等于设定值时，比较器输出低电平，电容C2放电，三极管T3的基极电压下降。通过比较器的调节，使三极管T2的基极电压维持在一定的值上，相应地电机功率因数也维持在设定值上。

第二实施例（应用于三角形或星形接法的三相电机）：

三相电机MD的绕组三角形的接法如图1所示，A相绕组XQA的首端接A相电源，B相绕组XQB的首端接B相电源，C相绕组XQC的首端接C相电源，A相绕组XQA的尾端接B相绕组XQB的首端，B相绕组XQB的尾端接C相绕组XQC的首端，C相绕组XQC的尾端接A相绕组XQA的首端。与第一实施例的区别之一是，主电路包括A相调压电路、B相调压电路、C相调压电路， A相调压电路包括全波整流器QLA，全波整流器QLA的输入端与电动机的A相绕组串联，全波整流器QLA输出端的正极通过电感LA1接三极管TA1的集电极，三极管TA1的发射极接全波整流器QLA输出端的负极，全波整流器QLA输出端的正极通过电感LA2接三极管TA2的集电极，三极管TA2的发射极接全波整流器QLA输出端的负极，电感LA1并联有续流二极管DA1，续流二极管DA1的阳极接三极管TA1的集电极，续流二极管DA1的阴极接稳压电源VDD，电感LA2并联有续流二极管DA2，续流二极管DA2的阳极接三极管TA2的集电极，续流二极管DA2的阴极接稳压电源VDD；

B相调压电路包括全波整流器QLB、电感LB1、电感LB2、三极管TB1、三极管TB2，续流二极管DB1、续流二极管DB2，全波整流器QLB的输入端与电动机的B相绕组串联，全波整流器QLB输出端的正极通过电感LB1接三极管TB1的集电极，三极管TB1的发射极接全波整流器QLB输出端的负极，全波整流器QLB输出端的正极通过电感LB2接三极管TB2的集电极，三极管TB2的发射极接全波整流器QLB输出端的负极，电感LB1并联有续流二极管DB1，续流二极管DB1的阳极接三极管TB1的集电极，流二极管DB1的阴极接稳压电源VDD，电感LB2并联有续流二极管DB2，续流二极管DB2的阳极接三极管TB2的集电极，续流二极管DB2的阴极接稳压电源VDD；

C相调压电路包括全波整流器QLC、电感LC1、电感LC2、三极管TC1、三极管TC2、续流二极管DC1、续流二极管DC2，全波整流器QLC的输入端与电动机的C相绕组串联，全波整流器QLC输出端的正极通过电感LC1接三极管TC1的集电极，三极管TC1的发射极接全波整流器QLC输出端的负极，全波整流器QLC输出端的正极通过电感LC2接三极管TC2的集电极，三极管TC2的发射极接全波整流器QLC输出端的负极，电感LC1并联有续流二极管DC1，续流二极管DC1的阳极接三极管TC1的集电极，续流二极管DC1的阴极接稳压电源VDD；电感LC2并联有续流二极管DC2，续流二极管DC2的阳极接三极管TC2的集电极，续流二极管DC2的阴极接稳压电源VDD。

与第一实施例的区别之二是，脉冲变压器BK1具有三个次级线圈，分别为次级线圈XA1、次级线圈XB1、次级线圈XC1，次级线圈XA1的一端V1通过电阻RA1接三极管TA1的基极，三极管TA1的发射极接次级线圈XA1的另一端V2；次级线圈XB1的一端V3通过电阻RB1接三极管TB1的基极，三极管TB1的发射极接次级线圈XB1的另一端V4；次级线圈XC1的一端V5通过电阻RC1接三极管TC1的基极，三极管TC1的发射极接次级线圈XC1的另一端V6；

脉冲变压器BK2也具有三个次级线圈，分别为次级线圈XA2、次级线圈XB2、次级线圈XC2，次级线圈XA2的一端V7通过通过电阻RA2接三极管TA2的基极，三极管TA2的发射极接次级线圈XA2的另一端V8；次级线圈XB2的一端V9通过电阻RB2接三极管TB2的基极，三极管TB2的发射极接次级线圈XB2的另一端V10；次级线圈XC2的一端V11通过电阻RC2接三极管TC2的基极，三极管TC2的发射极接次级线圈XC2的另一端V12。

第二实施例的工作原理与第一实施例的区别是，在方波振荡器的控制下，三极管TA1、三极管TB1和三极管TC1同时导通或截止，三极管TA2、三极管TB2和三极管TC2也同时导通或截止。

Claims (2)

1.一种变频降压式电动机节电器，其包括主电路，变频控制电路，主电路包括A相调压电路，其特征是，A相调压电路包括全波整流器QLA，全波整流器QLA的输入端与电动机的A相绕组串联，全波整流器QLA输出端的正极通过电感LA1接三极管TA1的集电极，三极管TA1的发射极接全波整流器QLA输出端的负极，全波整流器QLA输出端的正极通过电感LA2接三极管TA2的集电极，三极管TA2的发射极接全波整流器QLA输出端的负极，电感LA1并联有续流二极管DA1，电感LA2并联有续流二极管DA2；

变频控制电路包括功率因数检测电路、比较电路、方波振荡器、脉冲变压器BK1、脉冲变压器BK2；

功率因数检测电路包括电流互感器LH、变压器BK，变压器的初级与A相绕组并联；电流互感器LH的初级线圈与A相绕组串联，电流互感器LH的次级线圈的一端IA1，通过电阻R1接电流互感器LH的次级线圈的另一端IA2，次级线圈的一端 IA1通过电阻R2接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接次级线圈的另一端IA2，三极管T1的集电极接光耦GE1的发光二极管的阴极，光耦GE1的发光二极管的阳极通过电阻R3接稳压电源VDD，光耦GE1的光敏三极管的集电极接变压器BK次级的一端UA1，光敏三极管的发射极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端通过电解电容C1接地，电阻R6的另一端通过电阻R5接地，电阻R6的另一端接稳压管DW1的阴极，稳压管DW1的阳极接地，变压器BK次级的另一端UA2接地；

比较电路包括比较器A1，比较器A1反相输入端接稳压管DW1的阴极，比较器A1同相输入端接电位器W1的滑臂，电位器W1的一端通过电阻R4接稳压电源VDD，电位器W1的另一端接地，比较器A1的输出端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端通过电解电容C2接地，电阻R7的另一端通过电阻R8接三极管T2的基极，三极管T2的集电极通过电阻R9接稳压电源VDD，三极管T2的发射极接光耦GE2的发光二极管的阳极，光耦GE2的发光二极管的阴极接地；

方波振荡器包括比较器A2，比较器A2同相输入端通过电阻R12接地，比较器A2同相输入端通过电阻R11接稳压电源VDD，比较器A2同相输入端与输出端之间接有电阻R13，比较器A2反相输入端通过电容C2接地，比较器A2反相输入端接电阻R10的一端，电阻R10的另一端通过光耦GE2的光敏电阻接比较器A2的输出端；

比较器A2的输出端通过电阻R15接三极管T3的基极，三极管T3的集电极接地，三极管T3的发射极通过脉冲变压器BK1的初级线圈接稳压电源VDD；比较器A2的输出端通过电阻R14接三极管T4的基极，三极管T4的发射极接地，三极管T4的集电极通过脉冲变压器BK2的初级线圈接稳压电源VDD；

脉冲变压器BK1具有次级线圈XA1，脉冲变压器BK2具有次级线圈XA2，次级线圈XA1的一端V1通过电阻RA1接三极管TA1的基极，三极管TA1的发射极接次级线圈XA1的另一端V2；次级线圈XA2的一端V7通过通过电阻RA2接三极管TA2的基极，三极管TA2的发射极接次级线圈XA2的另一端V8。

2.根据权利要求1所述的变频降压式电动机节电器，其特征是，主电路包括还包括B相调压电路、C相调压电路， B相调压电路包括全波整流器QLB、电感LB1、电感LB2、三极管TB1、三极管TB2，续流二极管DB1、续流二极管DB2，全波整流器QLB的输入端与电动机的B相绕组串联，全波整流器QLB输出端的正极通过电感LB1接三极管TB1的集电极，三极管TB1的发射极接全波整流器QLB输出端的负极，全波整流器QLB输出端的正极通过电感LB2接三极管TB2的集电极，三极管TB2的发射极接全波整流器QLB输出端的负极，电感LB1并联有续流二极管DB1，电感LB2并联有续流二极管DB2；

C相调压电路包括全波整流器QLC、电感LC1、电感LC2、三极管TC1、三极管TC2、续流二极管DC1、续流二极管DC2，全波整流器QLC的输入端与电动机的C相绕组串联，全波整流器QLC输出端的正极通过电感LC1接三极管TC1的集电极，三极管TC1的发射极接全波整流器QLC输出端的负极，全波整流器QLC输出端的正极通过电感LC2接三极管TC2的集电极，三极管TC2的发射极接全波整流器QLC输出端的负极，电感LC1并联有续流二极管DC1，电感LC2并联有续流二极管DC2；

所述的脉冲变压器BK1还包括次级线圈XB1、次级线圈XC1，次级线圈XB1的一端V3通过电阻RB1接三极管TB1的基极，三极管TB1的发射极接次级线圈XB1的另一端V4；次级线圈XC1的一端V5通过电阻RC1接三极管TC1的基极，三极管TC1的发射极接次级线圈XC1的另一端V6；

所述的脉冲变压器BK2还包括次级线圈XB2、次级线圈XC2，次级线圈XB2的一端V9通过电阻RB2接三极管TB2的基极，三极管TB2的发射极接次级线圈XB2的另一端V10；次级线圈XC2的一端V11通过电阻RC2接三极管TC2的基极，三极管TC2的发射极接次级线圈XC2的另一端V12。