CN2261112Y - 电机节能控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为三相异步电动机节能控制器采用移相控制集成电路TC787为核心设计的多功能节能控制器。它取一相电流、电压的相位与负载的关系为检测信号，输入到TC787的移相控制端，去调节双向可控硅的导通角，达到空载及轻载时节电的目的，为进一步提高调压型节能器的性能及稳定性，减少故障率，设有防堵转功能，和多种的起动功能。以及过流、掉相等保护功能。由于集成度高，结构简单，抗干扰性强，它成为一种更加实用的新型高效节能器。
Description
本实用新型属于三相异步电动机的节能控制器。
根据我国三相异步电动机经济运行GB12497-90规定，变负载运行的电动机，当空载运行时间较长，且轻载运行的负载率小于30％时，宜采用调压节电，但应作起动条件和过载校验。目前所见到的电机节能器，由于控制信号的形成受滤波电路的影响，使电机在突加载时不能迅速响应，甚至发生堵转现象。另一个问题是，有载起动时，常见起动慢或起动不起来现象。因此常把节电控制点调高，牺牲节电率、来增加电机输出转矩的硬特性。第三个问题是，三相异步电机调压节电器电路的结构，一般都采用三套一样的分立元件组成。这样设计成的节能器体积大、复杂、抗干扰性差、故障率高。
本发明的目的在于提出一个改进的三相异步电动机多功能控制器。能满足用户各种起动要求，抗突加载响应快，不堵转，性能稳定，结构简单，节电率高，故障率低，易于维修和推广使用。
本发明的技术方案采用移相控制集成电路TC787设计了多功能节能器，它将三套一样的电路(过零检测、锯齿波形成，比较器，脉冲发生器，载波振荡器、脉冲分配及驱动等电路)简化为一个集成电路。见图2中TC787内部逻辑电路图。它取一相电流、电压的相位与负载的关系为控制信号，输入到TC787的P4脚，去调节双向可控硅的导通角，达到空载及轻载时节能的目的，其结构简单性能稳定；其次用简单的外围电路和模拟开关相配合，构成多功能起动器，根据用户的不同要求，将不同起动信号，通过模拟开关加到TC787的P4脚，控制可控硅的导通角，达到不同的起动目的，以满足用户的各种起动要求；为了在突加载工作中不至于堵转，检测可控硅两端由于堵转引起的电压信号，用它来选择模拟开关中的堵转通道，将防堵转信号经模拟开关送入TC787的P4脚，控制可控硅导通角，将全压信号加在电机线圈上，避免了由于信号通过RC电路的滞后作用，产生的堵转现象。另外还设有过流、掉相保护电路接于TC787的P5脚，来控制关断双向可控硅，起到对电机的保护作用。以下结合附图做进一步说明。
图1为电机节能控制器的电原理框图
图2为TC787内部逻辑电路图
图3为TC787各管脚波形图
图4为A相调压波形图
图5为电机功率因数误差电压检测电路原理图
图6为多功能起动电原理图
图7为防堵转电原理图
图8掉相保护电原理图
一种三相异步电动机多功能控制器在铁制外壳中有绝缘导线，可控硅、散热器接插件连接的电路板和接线端子，被控电动机17的绕组与快速熔断器18 19 20，双向可控硅21 22 23接成为内△形。其中电流互感器T1串联在C相与双向可控硅21之间。图1是本实用新型的电原理框图，控制电路板是选用TC787移相控制器单片集成电路12，依它为核心进行设计的。外围电路设有：电机功率因数误差电压检测电路348；掉相保护电路16，多功能起动电路56 10 15；防堵转电路147，快速熔断器18 19 20。三相交流电信号降压后送入TC78712的P1、P2、P18脚，TC787的P16、P14、P15脚外接电容，它们和TC787内部电路形成锯齿波信号，P13脚外接电容，移相控制信号从TC787的P4脚送入，这些信号可以是检测电机功率因数误差电压、软起动电压、防堵转电压、全压起动电压。这些移相控制信号与TC78712内部电路的锯齿波电压比较，形成触发脉冲调节可控硅的导通角，控制电机电压达到节能的目的。各点工作波形如图3、图4所示。由TC787的P5脚输入掉相保护电路信号，对电机掉相进行保护。
电机功率因数误差信号的形成，见图5，它经电源(2)中的变压器T2取C相的电压信号和经过C相的电流互感器T1取C相的电流信号，分别经过Q2、Q1整形成电压与电流相位相反的方波，再经过与门A1后，形成与功率因数角有关的方波(图4中e)，这些脉冲经滤波得直流电压，同一个按优选相角调正好的电压经Q3相加放大，最后得到与功率因数角有关的误差电压(图4f中的虚线)，将它加到模拟开关CD4051的O通道，当芯片的通道选择地址A、B、C都为零时，此信号与TC787内部三相锯齿波分别进行比较，如图4中的f，然后产生三相控制双向可控硅脉冲(图4中的g和h是A相正负半波时可控硅的触发脉冲)，经过功率开关脉冲电路处理，触发双向可控硅。
多功能起动器是由全压起动器、软起动器和保持原电机起动装置起动器组成。电原理见图6。
全压起动由电位器W1、电容器C4、继电器J、电压比较器Q4、拨码开关S1、S2、电阻R19-R23、模拟开关CD4051组成，CD4051的通道O输入检测到的电机功率因数误差电压、通道1输入全压起动信号发生器15提供的电压，全压起动信号发生器15是由R38和W4组成。拨码开关S1断开，S2接地，使选择通道地址B接地，由于继电器J没通电前是常闭，所以电容C4的两端没有电压，在刚一开机通电时，电压比较器Q4的正输入端电压，由R19和R20组成的分压器决定，而负输入端电压为零，继电器J通电后断开，电容C4开始充电，负输入端电位开始上升，当比较器Q4的正输入端的电压低于负输入端的电压时，Q4的输出电压由高电平变为低电平。在Q4输出高电平期间，CD4051通道地址A等于1，同时Q4信号经过非门A3反相后使通道选择地址C在起动期间也为零，因为通道选择地址B接地，所以选中CD4051的1通道。将全压起动电压经CD4051的输出端，输入到CT787的P4脚，控制可控硅导通角全部打开，380V电压全部加在电机线圈上，所以为全压起动。随着W1、C4充电的完成，Q4负输入端电位高于正输入端电位，Q4的输出由高电平变为零电平，这时，模拟开关CD4051自动选中O通道，将电机功率因数误差电压加到CT787的P4脚，从而使系统自动进入节电运行状态。
保持原起动功能的起动器。其电路结构仍保持全压起动电路，只需要改变W1的阻值，使W1、C4的时间常数满足原来起动设备所需的起动时间，因为刚通电时，全压起动方式，相当于没有接节能器一样，可控硅导通角处于180°，在这段时间里，可以使用原来电机的起动设备，这段时间过后，模拟开关CD4051的ABC通道选择地址从100自动变为000，自动进入节电运行状态。保持原起动功能适用于Y-△起动、电阻降压起动、自耦调压起动等。
软起动电路的原理见图6，它是在全压起动电路上发展起来的。它包括电容C4、电位器W1、继电器J、电阻R19-R28、比较器Q4，运算放大器Q5，拨码开关S1、S2组成。电容C4上的锯齿波信号经R24和R25、R26组成的分压器的电压由运算放大器Q5相加，构成软起动信号送到CD4051的2通道。W3和R28组成分压器，调节W3可改变锯齿波的起始电压，改变W1可改变软起动加速时间。将拨码开关S1接地，A通道选择地址为0，S2断开，起动时比较器Q4输出高电平，经过非门A3，信号变为低电平，这样与门A2输出为0，通道选择地址C为0。Q4的高电平信号使通道选择地址B为高电平，刚开机时，所以模拟开关自动选择通道2。软起动信号由CD4051的第二通道输出到TC787的P4脚产生控制可控硅脉冲，随着W1、C4积分电压升高，每个半周波的导通角都依次增大，至到可控硅的导通角全部导通，电机线圈电压上升到380V，使电机完成了无冲击的软起动过程，这时Q4也已翻转为低电平，ABC通道选择地址都为零。模拟开关CD4051就输出零通道的功率因数误差电压，使系统进入节电状态。
防堵转控制器的原理见图7，它由接在双相可控硅21两端的检测变压器T3、二极管D1、D2、电阻R29-R33、电压比较器Q6、与门A2模拟开关CD4051组成，通道0接Q3输出的功率因数误差电压，通道3接防堵转信号发生器7的电压，防堵转信号发生器7是由W5与R39组成的分压器。在电机起动时，防堵转功能不起作用，因为在起动时，起动电路中的比较器Q4输出的高电平经非门A3变为低电平，它加到与门A2的输入端，封锁了防堵转选择通道的信号，节能器这时只执行起动指令。起动过后，起动电路中的Q4输出低电平，A3输出高电平、与门A2的K输入端为高电平，这时通道选择地址C的状态，只决定于防堵转控制器14中的Q6输出状态，这样系统自动进入防堵转工作状态和节电状态。当电机突加载时，转速变慢，可控硅管压降加大，突加载负荷的差越大，越突然，管压降就越大，如果正常运行，节能器通过检测到的功率因数误差电压输入到TC787的P4脚，对电机输入电压进行调整。但是，由于突加载时检测到的功率因数误差信号需要经电容积分，所以反应较慢。如果调整Q6负端输入电平等于突加载时涌浪信号的峰值电平时，当T3检测到突加载信号时，比较器Q6就输出高电平，使模拟开关通道选择地址C为高电平，模拟开关的通道选择地址从000变为001，选中防阻转通道，使CD4051的3通道的防堵转电压加到TC787的P4脚，即加入一个全压起动电压，打开可控硅，使电机线圈电压加大，电机力矩加大，当涌浪电压消失后，管压降变小，CD4051的通道选择地址C变为0，ABC通道选择地址都是0，从而节能器进入节电状态。
掉相保护器16电原理见图8，它由电阻R34-R37、光电耦合器4N38、二极管D3组成，设掉相时，三相公共点为零电压，光电二极管不导通。光电耦合器的4脚为零，掉相时4脚输出高电平，此信号通过TC787的P5脚切断触发可控硅的信号输出，达到掉相保护的作用。
所以本节能器抗干扰性强，结构简单，故障率低，节能效果高，能满足各种起动要求，即使系统在电网电压下降10％时，或有载起动时或突加负荷时，本节能器都能正常工作，不堵转，加上行之有效的过流，掉相保护功能，成为一种更加实用的新型高效节能器。
Claims (3)
1、一种三相异步电机节能控制器，具有接导线、接插件的电路板，散热器、可控硅、稳压电源、快速熔断器和接线端子，接于电动机与三相电之间，其特征是，控制电路是选用TC787移相控制器单片集成电路(12)，依它为核心进行设计的，外围电路设有：电机功率因数误差电压检测电路(3)、(4)、(8)、掉相保护电路(16)，多功能起动电路(5)、(6)、(10)、(15)；防堵转电路(14)、(7)，快速熔断器(8)、(19)、(20)，三相交流电信号降压后送入TC787(12)的P1、P2、P18脚，TC787的P16、P14、P15脚外接电容，它们和TC787内部电路形成锯齿波信号，P13脚外接电容，移相控制信号从TC787的P4脚送入，这些信号可以是检测电机功率因数误差电压、软起动电压、防堵转电压、全压起动电压，这些移相控制信号与TC787(12)内部电路的锯齿电压比较，形成触发脉冲调节可控硅的导通角，控制电机电压。
2、根据权利要求1所描述的三相异步电机节能控制器，其特征是其中的多功能起动器(5)、(6)、(10)、(11)、(15)，是由拨码开关S1、S2、电压比较器Q4、运算放大器Q5、可调电位器W1、电容器C4、继电器J、非门A3、与门A2、电阻R19-28、电位器W3和模拟开关CD4051组成，模拟开关(11)通道1接全压起动信号发生器(15)所提供的电压，全压起动信号发生器(15)是由W4和R38组成的分压器，CD4051模拟开关(11)的2通道接运算放大器Q5的输出端，模拟开关CD4051(11)的公共输出端接TC787集成电路(12)的P4脚，与门A2另一脚1接防堵转电路Q6的输出端。
3、根据权利要求1所描述的三相异步电机节能控制器，其特征是其中的防堵转电路(14)、(7)、(11)是由与门A2、电压比较器Q6、二极管D1、D2，信号检测变压器T3、模拟开关CD4051(11)，电阻R29-R33组成，防堵转信号发生器(7)是由W5和R39组成的分压器，其分压输出接CD4051模拟开关(11)的3通道，CD4051模拟开关(11)的O通道检测功率因数误差电压电路中Q3的输出端、与门A2的另一脚K接多功能起动器中A3的输出，CD4051(11)公共输出端接TC787集成电路(12)的P4脚。
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| CN (1) | CN2261112Y (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN102324884A (zh) * | 2011-07-08 | 2012-01-18 | 三一重机有限公司 | 一种工程机械用步进电机反馈电压保护方案 |
-
1995
- 1995-05-04 CN CN 95211085 patent/CN2261112Y/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN102324884A (zh) * | 2011-07-08 | 2012-01-18 | 三一重机有限公司 | 一种工程机械用步进电机反馈电压保护方案 |
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