CN2461196Y

CN2461196Y - 磁调控压式异步电动机节能器

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Publication number: CN2461196Y
Application number: CN00261477U
Authority: CN
Inventors: 胡琪顺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2001-11-21
Anticipated expiration: 2010-12-29

Abstract

本实用新型涉及电机在空、轻载运行时的一种节能设备。目的是研制节能器中执行器件可控电抗器取代原双向可控硅,使电机工作性能稳定、可靠、节能、延长寿命。主要构成:铁芯上有交流电抗绕组NJ和控制绕组NK,组成串、并、单联形式的可控抗器连接在电机M输入端上。优点是实现了用磁电器件对磁电设备的控制,体积减小,自身能耗降低,避免了高次谐波对电网的干扰。

Description

磁调控压式异步电动机节能器

本实用新型涉及应用于异步电动机在空、轻载运行时的一种节能设备，尤其是在电机负载变化频繁且不充许降低转速的工况条件下下使用是变频调速器所不能代替的设备——磁调控压式异步电动机节能器。

本背景技术中，根据电机学可知：“在外加电压恒定的情况下，电机在额定负载内运行时，从电源吸收的激磁功率是基本不变的。”所以在空、轻载运行时功率因数低、耗能高是必然的，由于这一问题的普遍存在多年来引起了电工行业的广泛关注，在1977年美国工程师《诺勒》首先研制出了“PFC功率因数调节器”，实现了根据电机负载变化无级调节供电的节能方案，但是该方案采用双向可控硅作为执行元件，所以在斩波调压过程中不可避免地要产生以下几种情况：一是电压波型严重畸变而产生高次谐波，对电网造成污染，尤其是奇次谐波在电机内还形成制动转矩对运行产生不良影响。二是由于可控硅过载能力差，性能脆弱，所以保护措施必须迅速准确；而电机在运行中瞬时超载不但是允许的而且也是普遍的，往往因此而造成停车影响生产。三是结构相对复杂，故障章高，造价高，所以推广应用困难。

本实用新型目的是克服上述背景技术中的不足之处，并在原专利《磁控式异步电机软起动器》基础作出创新，研制一种体积小，过载能力强，谐波不超标，结构简单可靠实用的磁调控压式异步电动机节能器，尤其是采取可控电抗器取代原双向可控硅作为调节执行器件，这是本实用新型的发明点，使电机工作性能更稳定、可靠、节能、延长寿命，以利于广泛地推广应用。

本实用新型的技术解决方案如下：

包括：铁芯(1)上绕有AC交流线圈，其特征是：在执行器件三相组合可控电抗器(1)中，铁芯(11)上绕有NJ交流电抗绕组(9)和NK控制线绕组(10)组成单相可控电抗器(2)，以串联、并联或单绕组连接在电机M三相交流线输入端上。

本实用新型的技术解决方案还包括：

在单相可控电抗器(2)中，依次排列的铁芯(11)中部有NK控制线绕组(10)，两侧绕有串联的NJ交流电抗绕组(9)。

在单相可控电抗器(2)中，依次排列的铁芯(11)中部有NK控制线绕组(10)，两侧绕有并联的NJ交流电抗绕组(9)。

在单相可控电抗器(2)中，依次排列的铁芯(11)中部有NK控制线绕组(10)和单绕组的NJ交流电抗绕组(9)。

在上述技术解决方案中，对于△形接法运行的电机M，三组单相可控电抗器(2)分别串联在电机M的△形接法输入端，组成内延型结构三相组合可控电抗器(1)。

在上述技术解决方案中，对于△/Y接法而又长期处于Y接法运行的电机M，三组单相可控电抗器(2)依次首尾相连组成△形，△形的角端分别连接电机M的三个引出端，组成内延型结构三相组合可控电抗器(1)。

在上述技术解决方案中，对于Y接法运行的3KW以下电机M：三组单相可控电抗器(2)一端分别连接电机M的三个引出端，另一端分别连接三相交流输入端，组成外延型结构三相组合可控电抗器(1)。

所述的三相可控电抗器组合(1)在电机M上最低的端电压为线电压175～185伏，即三相可控电抗器组合(1)相两端控制的最高相电压为110～120伏。

所述的三相组合可控电抗器(1)被旁路切除的阀值功率定为电机额定功率的50～60％之间。

本实用新型的优点和效果如下：①由于采用可控电抗器取代了原双向可控硅作为调节执行器件，故实用了用磁电器件对磁电设备(电机)的控制，使抗过载能力处于同一水平，保证了整机工作的可靠性，本实用新型的过载时限为几十秒级，远高于可控硅的过载时限毫秒级。②由于采用了内延型结构控制器件控制的是电机的相电流线电压，所以电流放大能力相对于控制线电流线电压提高了倍，体积相应减少，同时也减少了节能器的自身能耗。③由于可控电抗器是通过调节电抗限幅调压，不存在可控硅那样的斩波调压问题，所以电压波型还是保持了正弦波；为避免谐波干扰电网和减少节能器自身损耗，采用了当电机进入50～60％负载率运行基本设有节能潜力可挖时，自动切除可控电抗器，让电机进入电网电压运行。④由于可控电抗器的调节控制只需要按电机cosφ的变化信号去调节输入的控制绕组激磁电流大小；即非常简单的实现了调节控制输出电压(功率)的变化。

本实用新型的附图说明如下：图1是整机电器主回路原理图，图2是控制回路原理框图，图3是电机为△形接法时的可控电抗器内延型第一种接线原理图，图4是电机为△形接法时的可控电抗器内延型第二种接线原理图，图5是电机为△形接法时的可控电抗器内延型第三种接线原理图，图6是电机为△/Y形接法时的可控电抗器内延型接线原理图，图7是电机为3KW以下时的可控电抗器外延型接线原理图。图8是电机△接法内延型接线端子图。图9是电机△/Y接法内延型而长期处于Y接法运行的接线端子图。图10是为3KW以下电机外延型接线端子图。图11是单相交流串联可控电抗器原理图。图12是单相交流并联可控电抗器原理图。图13是单相交流单绕组可控电抗器原理图。

上述图中标号说明如下：1-三相组合可控电抗器，2-单相可控电抗器，3-起动电压斜波电路，4-直流电源，5-可控硅移相触发器，6-激磁电流调节，7-50-60％负载切除电路，8-cosφ控制函数形成电路，9-交流电抗绕组NJ，10-NK控制绕组，11-铁芯，12-电抗器接线端子板，13-电机接线端子板，TA-电流互感器，KM-旁路接触器，FR-过载保护器，M-电动机。

下面依附图作进一步的详述：参见图1，这是整机原理图，电机M的三个绕组线圈W₂-W₁、U₂-U₁和V₂-V₁和三相组合可挖电抗器1连接在A、B、C交流线上，电流互感器TA连接在B相交流线上，其输出信号连接控制回路中cosφ控制函数电路8上，旁路接触器KM控制线圈连接在B和C交流回路线上，其控制的常开KM开关跨接在三相组合可控电抗器1两端，三相组合可控电抗器1是由三个串联的单相可控电抗器2组成，其与电机M之间连接过载保护器FR。参见图2，对照图1,cosφ控制函数形成电路8输入端I取自电流互感器TA，电压信号

上取自直流电源4中的变压器，采用矢量相加法合成cosφ控制信号。cosφ控制函数形成电路8输出两路，一路经50-60％负载切除电路7连接激磁电流调节电路6，其中切除信号在出厂时已调好；另一路经开关、可控硅移相触发器5中改变可控硅的导通角度来调节激磁电流大小。起动电压斜波形成电路3即采用软起动方式。整个工作程序如下：当三相A、B、C电源接通，图1中控制回路同时得电，首先起动电压斜坡电路3工作，此时整机处于开环工作状态，经开关连接的可控硅移相触发器5，使可控硅按斜坡方式增大激磁电流，激磁电流调节电路6输出端MN与图1中三相组合可控电抗器1的MN相连，当完成起动后自动切换到节能位置，图2中开关打下，此时进入闭环工作状态，由cosφ信号实施控制，即电机M负载增加，cosφ值上升，可控硅移相角度前移，激磁电流输出增大，三相组合可控电抗器1输出电压增高，电机M输出功率增加，转速不变；当电机M负载变轻时，cosφ下降，一切程序与前述正相反。总的原则是，始终保持电磁力矩与电机M负载力距相平衡，电机M才能保证匀速运行。当电机M的负载率达到50-60％时，这时cosφ值较高，使旁路接触器KM回路中开关K闭合，同时旁路接触器KM的主触点开关KM闭合，其附触点切断激磁电流供给，三相组合可控电抗器1全部退出工作，当电机M负载下降到50-60％以下时，三相组合可控电抗器1又自动投入工作。三相组合可控电抗器1的最低控制电压为电机M的端电压(即W₂、U₂、V₂点)为175-185伏，也就是可控电抗器1两端的相电压为110-120伏之间，这是一般电机空载时的失步临界电压，这样既扩大了节能器的节能区间，又避免了因调节电压过低造成电机失步严重而增加铁损。参见图3，这是电机M为△接法时，三个串联的单相可控电抗器2分别串联在电机M引出端W₂和U₁、W₁和V₁、V₂和U₂上，这样组成三相组合可控电抗器1内延型。参见图4，仍是电机M为△接法时，三个单绕组的单相可控电抗器2分别串联在电机M引出六个端子上，连接方式同上；参见图5，和图1一样适应于△接法的电机M上，不同的是采用三个并联的单相可控电抗器2。参见图6，是专为充许△/Y接法的电机M而又长期处于Y接运行而设计研制的内延型结构，三个串联的单相可控电抗器2首尾相连组成△形，△形三个角端分别连接电机M的引出端W₁、U₁和V₁，这里需说明的是电机M必须有六个出线端子，当三个串联的单相可控电抗器2改为单绕组或并联形式，与图4和图5对应，均组成内延型三相组合可控电抗器1。参见图7，是专为3KW以下三相电机M设计的外延型接线原理图，三组串联的单相可控电抗器2分别串联在三相交流电A、B、C与电机M的三个引出端子之间，电机M为Y接法，只有三个引出端子，这时节能器的额定功率要降低1/

倍与电机M匹配使用；当然也可将串联的单相可控电抗器2换成单绕组的和并联的结构，与图4和图5对应。参见图8，是电机M的△接法内延型接线端子图。参见图9，是电机M以△/Y接法而长期处于Y接法运行的接线端子图，使用时电抗器端子板12上A、B、C不接电源，处于断开状态，将三相电源直接连接电机M引出端子U₁、V₁、W₁，并在接线端子板12上完成U₁接U₂、V₁接V₂、W₁接W₂，见图9上面虚线框，然后各引出三根线接电机端子板13上W₂、U₂、V₂；第二种接法见图9下面实线相连方式，W₂接V₁,U₂接W₁,V₂接U₁，然后各引出三根线接电机引出端子板13中W₂、U₂、V₂，总之两种接法都是把可控电抗器接成△型任选一种即可。图10为3KW以下电机外延型接线端子图，电机端子板13只有三个引出端子与节能器端子板12上的W₂、U₂、V₂直接对应相连。参见图11，这是单相可控电抗器2串联结构，铁芯11依次排列，中部有NK控制绕组10，两侧串联NJ交流电抗绕组9。参见图12，基本结构同图11相同，不同的是采用并联NJ交流电抗绕组9。参见图13，基本结构同图11，不同的是采用单绕组NJ交流电抗绕组9，并缠绕在铁芯11的中部。

Claims

1、磁调控压式异步电动机节能器，包括：铁芯(1)上绕有AC交流线圈，其特征是：在执行器件三相组合可控电抗器(1)中，铁芯(11)上绕有NJ交流电抗绕组(9)和NK控制线绕组(10)组成单相可控电抗器(2)，以串联、并联或单绕组连接在电机M三相交流线输入端上。

2、根据权利要求1所述的磁调控压式异步电动机节能器，其特征是：在单相可控电抗器(2)中，依次排列的铁芯(11)中部有NK控制线绕组(10)，两侧绕有串联的NJ交流电抗绕组(9)。

3、根据权利要求1所述的磁调控压式异步电动机节能器，其特征是：在单相可控电抗器(2)中，依次排列的铁芯(11)中部有NK控制线绕组(10)，两侧绕有并联的NJ交流电抗绕组(9)。

4、根据权利要求1所述的磁调控压式异步电动机节能器，其特征是：在单相可控电抗器(2)中，依次排列的铁芯(11)中部有NK控制线绕组(10)和单绕组的NJ交流电抗绕组(9)。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的磁调控压式异步电动机节能器，其特征是：在上述技术解决方案中，对于△形接法运行的电机M，三组单相可控电抗器(2)分别串联在电机M的△形接法输入端，组成内延型结构三相组合可控电抗器(1)。

6、根据权利要求1、2、3或4所述的磁调控压式异步电动机节能器，其特征是：在上述技术解决方案中，对于△/Y接法而又长期处于Y接法运行的电机M，三组单相可控电抗器(2)依次首尾相连组成△形，△形的角端分别连接电机M的三个引出端，组成内延型结构三相组合可控电抗器(1)。

7、根据权利要求1、2、3或4所述的磁调控压式异步电动机节能器，其特征是：在上述技术解决方案中，对于Y接法运行的3KW以下电机M：三组单相可控电抗器(2)一端分别连接电机M的三个引出端，另一端分别连接三相交流输入端，组成外延型结构三相组合可控电抗器(1)。

8、根据权利要求1所述的磁调控压式异步电动机节能器，其特征是：所述的三相可控电抗器组合(1)在电机M上最低的端电压为线电压175～185伏，即三相可控电抗器组合(1)相两端控制的最高相电压为110～120伏。

9、根据权利要求1所述的磁调控压式异步电动机节能器，其特征是：所述的三相组合可控电抗器(1)被旁路切除的阀值功率定为电机额定功率的50～60％之间。