CN2331129Y

CN2331129Y - 交流电机节电保护综合控制器

Info

Publication number: CN2331129Y
Application number: CN 98237868
Authority: CN
Inventors: 杨成新
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-07-28
Anticipated expiration: 2008-06-05

Abstract

一种交流电机节电保护综合控制器,主要由电子开关电路,触发控制电路,给定电压电路,启动控制电路,信息综合处理电路,过载检测电路,电流跟踪电路,电流缺相检测电路和直流电源电路构成。本实用新型具有显著的节电功能,断相和电机过载保护功能,具有可靠的降压起动功能,并且可提高功率因数。明显减少线路损失,无触点、无噪声、维护量小,可节约大量的稀有金属。

Description

交流电机节电保护综合控制器

本实用新型属于电子技术领域，是一种交流电机控制器。

目前，交流电机控制器一般为自耦变压器降压启动器，采用触点式控制器接触控制，体积大、成本高、触点易烧损，生产中缺相时易烧毁电机。

本实用新型的目的是要提供一种能保证电机安全运行、节约电力，对电机能起到保护作用的交流电机节电保护综合控制器。

本实用新型由电子开关电路，触发控制电路，给定电压电路，启动控制电路，信息综合处理电路，过载检测电路，电流跟踪电路，电流缺相检测电路和直流电源电路构成。电子开关电路连接触发控制电路，触发控制电路通过给定电压电路，电流跟踪电路连接信息综合处理电路，电子开关电路通过过载检测电路连接信息综合处理电路，信息综合处理电路连接启动控制电路和电流缺相检测电路，直流电源电路向其它各电路提供工作电源。电子开关电路和触发控制电路的接收部分为三组，每组电子开关电路接三相电机的一相。其中电子开关电路主要由双向主开关控制器TKAL和双向开关TIC构成，TIC的M₂极接TKAL的G极，TKAL的M₁、M₂极接电机的一相，TKAL的M₂极通过电阻Ra6接过载检测电路。触发控制电路主要由光耦GDa、GDb、GDc，二极管Da_1-4和双向触发器DAC构成，GDa、GDb、GDc串接，光耦的三极管接收部分跨接在Dc_1-4上，DAC的输入端接Da_1-4，输出端接TIC的G极。给定电压电压主要由比较器A₁、电阻W₁、R₆、二极管D₁₀构成，W₁、R₆、D₁₀串接后接A₄的输入端8,A₁的输出端14接GDa。信息综合处理电路主要由B₁、B₂组成的方波振荡器和B₃、B₄组成的双稳触发器及A₂-A₄比较器构成，其中B4的输出端10接B₂的输入端1,B₂的输出端3通过电容C₁₃接A₁的输入9。电流跟踪电路由电阻W₂、R₄、D₉构成，W₂、R₄、D₉串接，W₂连电流信号检出电路。D₉连接A₄的输入端8。过载检测电路主要由比较器A₂和A₃构成，A₂的输入端4通过二极管D₃连接电子开关电路的Ra₆及另二组电子开关电路的Rb₆,Rc₆,A₃的输入端6通过R₁₅、W₃连接电流信号检出Ra₆,A₂的输出端2和A₃的输出端1共同连接B₃的输入端13。启动控制电路主要由比较器A₄，三极管BG1，二极管D₂₄构成，BG₁的集电极接D₂₄负极，D₂₄正极接电流跟踪电路中D₉的负极，BG₁的基极通过W₄、C₆及R₁₆起动时的微分电路和W₄及C₆形成的微分电路接A₄的输入端11,A₄输出端13接A₃输入端6。电流缺相检测电路为三组，分别连电机的三相电流检测电路。每组主要由三极管BG₂，电阻R₁₈、R₂₁，二极管D₁₂，电容C₈构成，BG₂的基极分别连R₁₈、R₂₁,R₂₁连接C₈,BG₂的集电极接A₃的输入端7和A₄的输入端10。集成块A包括A₁、A₂、A₃、A₄，可以是LM339或334，集成块B包括B₁、B₂、B₃、B₄，可以是CD4093。

本实用新型具有显著的节电功能，断相和电机过载保护功能，具有可靠的降压起动功能，并且可提高功率因数。电机空载节电率达70％，在17KW的带锯机上运行测试，平均节电率为10％，当电机负荷小于额定值时，始终可使其功率因数≥0.89，明显减少线路损失，无触点、无噪声、维护量小，可节约大量的稀有金属。

以下结合附图对本实用新型具体说明：

图1为本实用新型框图；

图2为本实用新型电路原理图。

本实用新型由电子开关电路1、触发控制电路2、给定电压电路3、启动控制电路4、信息综合处理电路5、过载检测电路6、电流跟踪电路7、电流缺相检测电路8和直流电源电路9构成。参考图2述叙具体工作过程，在电子开关电路1和触发控制电路2中，TKAL为双向主开关控制元件，其导通与否取决于TIC双向开关元件的导通与否。Da₁-Da₄及GD和DAC共同构成3TIC元件的可移相的双向触发环节。当光耦GDa接受到由脉宽调制单元输出的调宽光控脉冲时，便可使光耦的三极管部分的等效电阻按脉冲宽度的变化规律成正比变化；则Da_1-4保证了光耦的直流工作条件，Da_5-6保证了延时回路在正弦半波内电压幅值不超过规定电压。GDa等效电阻的变化，即改变了Ca₂的充电时间常数，当Ca₂充电幅值值达到了DAC的转折电压时，则DAC由截止变为导通，Ca₂经DAC、Ra₅TIC的G极M₂及Ra₄放电，则TIC导通，则Va经Ra₃TIC,Ra₄至L₁及电机绕组构成回路，此电流在Ra₄上的电压降同时加在TKAL的G及与M₂端，即TIC的导通，立即给TKAL一个触点脉冲(TIC实际上是脉冲放大环节)TKAL立即导通，相当开关由断变为合，使电机绕组流过工作电流电机开始起动运行，TKAL导通时L₁及L两点的电压值实际上等于TKAL饱和导通时的管压降，一般是2伏左右，一旦TKAL导通，则脉冲形成移相环节就因失压再不能发出脉冲，因此在交流正弦半波中，只发出一脉冲，而工作电压又处于同相位，因此脉冲与TKAL保持同步。因TIC及TKAL是双向开关元件，正弦波的负半周工作过程与正半波相同。Ra₁保证了Da_5-6的安全工作点，Ra₂及Ca₁，为TKAL的保护环节，Ra₆与Rb6、Rc₆共同构成电源电压缺相及TKAL断相的保护环节，当电源电压正常及TKALabc导通平衡时，由V0点的合成电压信号为零，而电源缺相及TKAL导通不平衡时，则V)点的合成电压将大于零，由上述可见，电机实际上承受的端电压与脉宽环节发出的脉冲宽度成比例变化，而与脉冲的幅值及频率无关(此两参数是不变的)，没有了调宽脉冲光耦内阻相当于无限大，则Ca₂就不能充电，也就是不能形成触发脉冲。因而TKAL不能导通，电机绕组等于断开，因此，电机停转。信息综合处理电路5中，B₁与B₂及R₉与C₁₄构成方波振荡器，产生一系列的频率和幅值相等的方波，经C₁₃耦合到A的19端，放大器A₁在此处于比较器的工作状态。B₂的3端输出的定频等幅方波经C₁₃耦合至A₁的9端后，经D₂₅限幅形成0至7.5V的锯齿波信号，与A₁的8脚电位比较，其输出端“14”输出负极性方波，并且当其另一输入端脚的电位变化时，其输出端“14”所输出的方波脉冲的宽度随之改变，从而完成输出一系列定频等幅，而宽度可控变化的矩形方波的功能，满足了主回路单元正常工作的需要。8脚电位的控制由电压源根据起动条件给定的固定电压经R₆、D₁₀作用于输入端8脚，使电机开始起动，电机起动同时由电流互感器产生的二次电压由W₂分压经R₄、D₉加到输入端8脚，而且电机运转中负荷越高，电流信号电位也越高，输出端14脚所输出的方波宽度也越高，即主回路TKAL导通角前移。电机端电压也越接近供电电压；负荷轻，电机电流小，电机端电压也变小，即电机端电压与负荷率成正比例变化。达到节电运行的目的。

其它的保护单元都通过比较器A₂与A₃作用于由B₃、B₄的双稳态触发器，当A₂(A₃)，输出端“1”(“2”)为低电平时，触发器发生翻转使B₄的输出端“10”由高电平(电路启动时已预置环节所设定)变为低电平，使振荡器(B₁-B₂)停振，同时比较器A₁输入端8脚电位变为地电位，光控脉冲截止，主回路截止，从而实现保护电机的目的。A₂与A₃、A₄输入端“5”“7”及“10”设定为7.5V的电平。A₂监视电源缺相或TKAL的导通情况，当电源缺相和TKAL导通不正常时，经Ra₆、Rb₆、Rc₆所合成的V₀电压大于7.5V时经D₃、R₁₄、C₂组成的控制信号给A₂输入端“4”，使“4”端电位高于“5”端电位，则A₂输出端“2”由高电平变为低电平，触发B₃、B₄构成的双稳电路达到电源缺相不能启动(运行中停止电机运转)或则TKAL损坏而切断电源，保护电机。(指TKAL断与单向导通)。A₃比较器监视过电流保护，原理与A₂同只是输入的是电流信号，R₁₅与C₄构成过流保护延时，A₄比较器用作起动过程封锁A₃过流保护信号，电机完成启动后，进入正常运行时，则A₄解除对A₃的封锁，则A₃正常监视电机过载状况。A₄对A₃的封锁时间即电机的启动时间由W₄、C₆及R₁₆的时间常数确定。降压起动器是由BG₁、D₂4与W₄、C₆及R₁₆组成。当电源开关K闭合V+则电源通过W₄及R₁₆对电容C₆充电，A₄的输入端“11”由低电位逐渐变为高电位，控制A₄的翻转，一方充电电流在R₁₆上的电位降使BG₁导通，由D₂₄定值控制电流跟踪信号，实现降压起动功能，当R₁₆上的电位低于0.6时，BG₁由导通变为截止，解除对电流信号的定值监控，开始正常电机运行的电流跟踪控制。电流断相监控由BG₂(BG₃、BG₄)组成的门电路控制。BG_2-4其极电位由R_18-20及R_21-23与D_12-14、C_8-10共同决定，当电机电流正常时，基极电位为负，三极管BG_2-4为反偏置，因此截止，集电极电位保持7.5V的高电平，当电机某相电流消失或过小时，三极管基极电位由负变为正0.7V，则BG₂(BG₃、BG₄)导通，则集电极C电位变为低电位，使比较器A₃发生翻转，达到保护电机断相的保护目的。R₁₇及C₅组成延时环节，防止K闭合瞬间误保护动作。

Claims

1、一种交流电机节电保护综合控制器，是由电子开关电路，触发控制电路，给定电压电路，启动控制电路，信息综合处理电路，过载检测电路，电流跟踪电路，电流缺相检测电路和直流电源电路组成，其特征在于：电子开关电路连接触发控制电路，触发控制电路通过给定电压电路，电流跟踪电路连接信息综合处理电路，电子开关电路通过过载检测电路连接信息综合处理电路，信息综合处理电路连接启动控制电路和电流缺相检测电路，直流电源电路向其它各电路提供工作电源，电子开关电路和触发控制电路的接收部分为三组，每组电子开关电路接三相电机的一相。

2、根据权利要求1所述的控制器，其特征在于：电子开关电路主要由双向主开关控制器TKAL和双向开关TIC构成，TIC的M₂极接TKAL的G极，TKAL的M₁、M₂极接电机的一相，TKAL的M₂极通过电阻Ra6接过载检测电路，触发控制电路主要由光耦GDa、GDb、GDc，二极管Da_1-4和双向触发器DAC构成，GDa、GDb、GDc串接，光耦的三极管接收部分跨接在Dc_1-4上，DAC的输入端接Da_1-4，输出端接TIC的G极，给定电压电压主要由比较器A₁、电阻W₁、R₆、二极管D₁₀构成，W₁、R₆、D₁₀串接后接A₄的输入端8,A₁的输出端14接GDa，信息综合处理电路主要由B₁、B₂组成的方波振荡器和B₃、B₄组成的双稳触发器及A₂-A₄比较器构成，其中B4的输出端10接B₂的输入端1,B₂的输出端3通过电容C₁₃接A₁的输入9，电流跟踪电路由电阻W₂、R₄、D₉构成，W₂、R₄、D₉串接，W₂连电流信号检出电路，D₉连接A₄的输入端8，过载检测电路主要由比较器A₂和A₃构成，A₂的输入端4通过二极管D₃连接电子开关电路的Ra₆及另二组电子开关电路的Rb₆,Rc₆,A₃的输入端6通过R₁₅、W₃连接电流信号检出Ra₆,A₂的输出端2和A₃的输出端1共同连接B₃的输入端13，启动控制电路主要由比较器A₄，三极管BG1，二极管D₂₄构成，BG₁的集电极接D₂₄负极，D₂₄正极接电流跟踪电路中D₉的负极，BG₁的基极通过W₄、C₆及R₁₆起动时的微分电路和W₄及C₆形成的微分电路接A₄的输入端11,A₄输出端13接A₃输入端6，电流缺相检测电路为三组，分别连电机的三相电流检测电路，每组主要由三极管BG₂，电阻R₁₈、R₂₁，二极管D₁₂，电容C₈构成，BG₂的基极分别连R₁₈、R₂₁,R₂₁连接C₈,BG₂的集电极接A₃的输入端7和A₄的输入端10，集成块A包括A₁、A₂、A₃、A₄，集成块B包括B₁、B₂、B₃、B₄。