专利名称：智能型电机高效节电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机节电控制，特别是一种智能型电机高效节电器。
背景技术：
我国三相异步电动机的使用数量占各种电机总数量的78％以上，用途十分广泛。一般企业有几台几十台、大企业有几百台，超大企业有数千台，其所耗的电能约占工业总耗电量的68％。而绝大多数电机经常处在空载、轻载、中载和变负载(空、轻、重交替工作)的情况下运行，负载率低(大马拉小车)、工作效率低、电能终端利用率只有30％～40％，电能损耗现象严重，节电潜力巨大。
三相异步电机的工作效率与负载率关系密切，负载率越低效率越低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能根据电机负载率的大小、调整电机输入功率，以保证电机在最佳效率下工作的电机节电器，提高电机实际工作效率，达到节电效果。
所述节电器包括电机负载检测及电机功率调整两部分，由调功单元1，电压取样单元2，检零单元3，锯齿波形成单元及调功信号合成单元4、5，方波振荡器7，起动运转转换单元9，软停车单元8，缺相、过载保护单元10、11，软起动单元13以及二档电流取样单元14、15组成，其特征是电机负载率的检测分电压取样，电流取样，电压电流相位比较，合成电压滤波输出四部分进行；电机功率调整分检零、与电源同相位的负相锯齿波形成，模块调相信号合成，可控硅模块调相输出四部分进行；电机负载率检测主要由电压取样单元、电流取样单元、鉴相单元及调功信号合成单元完成；电机功率调整主要由检零单元、锯齿波形成单元，调功信号合成单元方波振荡器，调功单元完成。
所说节电器软起动单元、过载保护单元、缺相保护单元的信号输入端与电流取样单元15的输出端相连，上述三者的输出端与调功信号合成单元的输出端相连并经切换开关6而与调功单元的一信号输入端相连。
所述节电器以电机的工作电流和电压作为取样元，对取样信号进行比较分析，确定电机的工作状态，并跟踪馈电，使电机输入功率随负载的变化而同步变化，强制降低工作电流，达到节电目的。所取得的取样信号同时还用以控制电机的恒源软起动、过载、缺相保护等。
本发明具有以下优点1、恒流软起动将起动电流控制在额定电流的1～2.5倍，并连续可调，减轻冲击电流对电机、设备及电网造成的损害，改善系统的稳定性。可取代降压起动器，节约大量的有色金属。适用于不同工况用起动器，应用范围广泛。
2、节电效果显著自动控制电机输入功率，大幅度提高电机实际运行效率，延长电机使用寿命。综合节电≥18％，轻载节电≥60％，同时改善功率因素，提高供用电双方的经济效益。
3、保护功能完善缺相、过载、过压、欠压、短路等具有自动保护功能。过载保护电流，过载保护延时时间可自由设定。各种保护均具有自锁功能。
4、高可靠免维护采用最新电力电子控制模块取代接触器，无触点、无电孤、寿命长、安全可靠、维护费用低，同时还具有体积小(100KW以下50×35×23cm3)、重量轻、调试安装方便等一系列优点，是传统配电柜及电机起动设备的更新换代产品。
图1是本发明原理方框图。
实施方式节电器主要分为二部分一是负载率的检测，二是电动机功率的调整。
在实际电路中，电动机负载率的检测是通过检测电动机电压与电流的相位差来实现的(相位差越大负载率越低，相位差越小负载率越率)。电动机功率的调整，是通过改变可控硅模块的导通角(即改变电动机电压的平均值)来实现的。
各单元工作过程如下1、电压取样，电流取样。
电压取样由光偶合板完成3相380V正弦交流电，经5W220KΩ电阻降压，二极管限幅送到324进行整行放大，通过光电偶合器隔离输出到G1、G2、G3。输出信号为方波信号，与380V交流电同相位。电流取样由并联在可控硅上的同步变压器完成。
2、电流、电压相位比较合成信号的滤波输出。
电压取样信号G1(取1相分析)与电流取样信号经N1整形反相，在N1的7脚，1脚得到与电机电压同相位的2个反相方波信号。在N1的8、14脚上得到与电动机电流同相位的2个反相方波信号。相位相反的电压，电流信号相加(I、V同相输出为零，I、V相位差越大输出电压越高)便得到了与电流电压相位差成正比的电压信号。这一合成信号经R32、R31、R33输出，C23滤波，NA、NB滤波放大，引入W2、W4，从NB的14脚输出，经R01、二极管、R54送到N4的10脚。
3、检零及锯齿波形成N1的7、1脚输出的方波信号，另一路经C7、R25、C8、R26微分在N4的6脚上形成一个极性为负的针状脉冲，此针状脉冲与三相交流电的过零点对应。通常N4的7脚输出电压，在N4、6脚负针状脉冲的作用下，N4、7脚出现与针状脉冲对应的正脉冲。这一正脉冲经V19、V20、C13、R48充放电在C13上形成与电源同相位的负相锯齿波。
3、可控硅调相信号的合成放大及可控硅调相输出(图示)可控硅调相信号合成由N4完成，放大由G1、G4完成。与电源同相位的负相锯齿波及反映电压、电流相位差的合成信号，分别从N4的9脚和10脚输入，经N4比较，在N4的8脚输出一个方波信号，方波信号的宽度受电压电流相位差的控制，N12组成7KHZ方波振离器，其输出信号经R61送到G1的基极。方波信号作为一个开关信号，通过V25控制G1基极7KHZ高频信号的通断，受控的高频信号经G1、G4放大，脉冲变压器隔离后触发可控硅模块，使可控硅模块的导通角也受电机电压、电流相位差的控制，从而达到根据电机负载率大小调整电机输入功率的目的。
4、缺相保护T4互感器上的感应电流经R172变成电压，经二极管整流、R92、C17滤波形成一个负电压加到N6的2脚，N6的3脚予置为-0.1V左右。正常工作时N6的脚电压比3脚低，1脚输出高电位(N6的2、3、1脚组成一个比较器)，当电机缺相时互感器上的电压为零。N6的2脚电压比3脚高，1脚输出低电位，经V37、R105、V42使G1基极的KHZ高频信号被切断，可控硅关断，达到保护电机的目的。
5、软起动电机电流、互感器、二极管、R110、N76、7脚，N73、1脚，N82、1脚，R155、V54、R70形成一个闭环控制回路，当启动电流增大，N76脚电压降低，7脚电压升高，3脚电压升高，当高于2脚的设定值时1脚电压升高。N81脚电压降低，N410脚电压降低，可控硅导通角减小，电机电压降低，电机电流也随着降低，使电机起动电流保持在设定值上。
6、过载保护。
电机电流、互感器、二极管、R128、N7的12、14脚、N8的8、10脚、V56、R133脚的设定值时，N714脚为低电压，经R131、W6、C33延时N88脚为低电压，经V56、R133将7KHZ高频信号切断，可控硅关断，电机断电。
7、起动工作自动转换。
预备状态时，N9的10、13脚电压比12脚低0.5V，此时的逻辑状态如图标所示，N9的1脚为高电位，通过V61将节电器的功率跟踪部分关断，N11的10脚为低电位，通过V49、V50将节电器的过载保护部分关断，此时节电器为起动状态。当电机起动后，N9的10、13脚电压上升，当升到比N9的9脚电压还要高时，整个电路发生翻转，开始的高电位现在成为低电位，开始的低电位现在成为高电压，节电器由起动状态转为工作状态，此时起动部分被关断。
权利要求
1.一种智能型电机高效节电器，包括电机负载检测及电机功率调整两部分，由调功单元(1)，电压取样单元(2)，检零单元(3)，锯齿波形成单元及调功信号合成单元(4、5)，方波振荡器(7)，起动运转转换单元(9)，软停车单元(8)，缺相、过载保护单元(10、11)，软起动单元(13)以及二档电流取样单元(14、15)组成，其特征是电机负载率的检测分电压取样，电流取样，电压电流相位比较，合成电压滤波输出四部分进行；电机功率调整分检零、与电源同相位的负相锯齿波形成，模块调相信号合成，可控硅模块调相输出四部分进行；电机负载率检测主要由电压取样单元、电流取样单元、鉴相单元及调功信号合成单元完成；电机功率调整主要由检零单元、锯齿波形成单元，调功信号合成单元方波振荡器，调功单元完成。
2.根据权利要求1所说的电机高效节电器，其特征是所说的节电器软起动单元、过载保护单元、缺相保护单元的信号输入端与电流取样单元(15)的输出端相连，上述三者的输出端与调功信号合成单元的输出端相连并经切换开关(6)而与调功单元的一信号输入端相连。
3.根据权利要求1所说的电机高效节电器，其特征是所述节电器以电机的工作电流和电压作为取样元，对取样信号进行比较分析，确定电机的工作状态，并跟踪馈电，使电机输入功率随负载的变化而同步变化，强制降低工作电流。
全文摘要
一种智能型电机高效节电器，包括电机负载检测及电机功率调整两部分，由调功单元1，电压取样单元2，检零单元3，锯齿波形成单元及调功信号合成单元4、5，方波振荡器7，起动运转转换单元9，软停车单元8，缺相、过载保护单元10、11，软起动单元13以及二档电流取样单元14、15组成，电机负载率的检测分电压取样，电流取样，电压电流相位比较，合成电压滤波输出四部分进行；电机功率调整分检零、与电源同相位的负相锯齿波形成，模块调相信号合成，可控硅模块调相输出四部分进行；本发明的优点是能恒流软起动，可将起动电流控制在额定电流的1～2.5倍，并连续可调，能自动控制电机输入功率，大幅度提高电机实际运行效率，延长电机使用寿命；具有缺相、过载、过压、欠压、短路等自动保护功能。
文档编号H02H7/085GK1525638SQ03118698
公开日2004年9月1日 申请日期2003年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者徐联生 申请人:徐联生