电动机电磁启动系统的制作方法

本发明属于电动机起动技术领域，尤其涉及一种电动机电磁启动系统，具有电能质量监测和功率因数动态调节功能的电动机电磁启动系统。

背景技术：

电动机是电能最大消耗体，大约消耗工业电能的70%及生产中的重要动力来源，在工业发展和人民生活中起到重要的作用。电磁启动是电动机启动过程使用作广泛的方式，不仅能够对电动机的启动和制动进行控制，还具有故障监测和保护功能。目前使用的电磁启动系统功能单一，不能实现电能质量监测和功率因数动态调节。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电动机电磁启动系统，目的是提供一种具有电能质量监测和功率因数动态调节功能的电动机电磁启动系统。

为了达到上述发明目的，本发明是通过以下方式实现的：

电动机电磁启动系统，是由三相电源经和隔离开关相连接，隔离开关和交流真空接触器相连接，交流真空接触器和电动机三相绕组相连接；变压器的一次侧经过保险丝和交流真空接触器任意两相相连接，变压器的二次侧分为两个支路，支路A经过继电器与交流真空接触器相连接，支路B与中央处理器、电压互感器、电流互感器、温度传感器、信号处理电路和显示屏的电源相连接；三相电源与隔离开关的连接导线穿过电流互感器的环形结构，温度传感器粘贴在交流真空接触器的动触头、静触头及内部连接导线上；电压互感器、电流互感器、温度传感器和信号处理电路相连接，信号处理电路和中央处理器相连接；操作单元和中央处理器相连接，中央处理器与显示屏及继电器相连接；继电器与交流真空接触器相连接，信号转换电路和中央处理器相连接，晶闸管组和信号转换电路相连接，晶闸管组与电容器组相连接。

所述操作单元的输入端为按钮开关。

电动机电磁启动系统，是由三相电源的输出端经过电压互感器和隔离开关的输入端相连接，隔离开关的输出端和交流真空接触器的输入端相连接，交流真空接触器的输出端和电动机三相绕组相连接；变压器的一次侧经过保险丝和交流真空接触器的输入端的任意两相相连接，变压器的二次侧分为两个支路，支路A经过继电器与交流真空接触器的控制端相连接，支路B与中央处理器、电压互感器、电流互感器、温度传感器、信号处理电路和显示屏的电源输入端相连接；三相电源与隔离开关的连接导线穿过电流互感器的环形结构，温度传感器粘贴在交流真空接触器的动触头、静触头及内部连接导线上；电压互感器、电流互感器、温度传感器的输出端和信号处理电路的输入端相连接，信号处理电路的输出端均和中央处理器的输入端相连接。操作单元的输入端为按钮开关，操作单元的输出端和中央处理器的输入端相连接，中央处理器输出端分别与显示屏及继电器的控制端相连接；继电器的输出端与交流真空接触器的控制端相连接，信号转换电路的输入端和中央处理器的输出端相连接，晶闸管组的控制端和信号转换电路的输出端相连接，晶闸管组的输出端与电容器组的正负极相连接。

电动机电磁启动方法，包括以下步骤：操作单元根据电动机的需求输入外界指令，中央处理器将外界指令转换成输出控制信号驱动继电器动作，进而驱动交流 真空接触器进行分/合闸操作，交流真空接触器闭合后电动机起动，电压互感器和电流互感器检测的输出经过信号处理电路后发送给中央处理器进行运算，假如系统参数在安全值范围内就正常启动，否则启动停止；中央处理器利用FFT算法实时计算三相电压、电流基波和各次谐波有效值与相角，可得有功功率为、无功功率和功率因数；根据系统的要求中央处理器发送控制指令驱动晶闸管组的导通逻辑，实现控制电容器组的投切，达到对功率因数的动态调节功能。

所述FFT算法是指快速傅里叶变换算法，即利用计算机计算离散傅里叶变换DFT的高效、快速计算方法的统称，简称FFT；采用这种算法能使计算机计算离散傅里叶变换所需要的乘法次数大为减少，特别是被变换的抽样点数N越多，FFT算法计算量的节省就越显著。

所述信号处理电路，信号转换电路包括转换芯片KC 101二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、光耦PE、晶闸管Q1及电源；其中中央处理器的信号输出端与转换芯片KC 101的1、2接线端子相连接，转换芯片KC 101的接线端子5经过电阻R1与光耦PE的输入端子4，转换芯片KC 101的接线端子12分别经过电容C1与转换芯片KC 101的接线端子9相连接，转换芯片KC 101的接线端子10分别经过电容C2与转换芯片KC 101的接线端子13相连接，转换芯片KC 101的接线端子7经过电容C3与电源的接地端子GND相连接，转换芯片KC 101的接线端子6经过电阻R2与电源的接地端子GND相连接，转换芯片KC 101的接线端子8与接地端子GND相连接，转换芯片KC 101的接线端子11经过电阻R5、二极管D2后与晶闸管Q1的集电极相连接，转换芯片KC 101的接线端子15经过电阻R6与晶闸管Q1的基极相连接，转换芯片KC 101的接线端子16经过电阻R7与晶闸管Q1的基极相连接，转换芯片KC 101的接线端子14与晶闸管Q1的发射极相连接，二极管D1的一端与转换芯片KC 101的接线端子11相连接，二极管D1的另一端与转换芯片KC 101的接线端子14相连接，电阻R3的一端与晶闸管Q1的基极相连接，电阻R3的另一端与转换芯片KC 101的接线端子14相连接，光耦PE的输入端子3与电源VCC相连接。

所述三相电压电流检测过程包括：电压互感器和电流互感器的一次侧感应系统电压、电流，电压互感器和电流互感器的二次侧输出电压信号，电压互感器和电流互感器二次侧输出电压信号为5V电压信号，中央处理器能够接收的电压信号为0-3.3V，互感器输出的信号经过信号处理电路进行光耦隔离与电压转换后为中央处理器可接收的信号，发送给中央处理器。

本发明的优点及有益效果是：

本发明电动机电磁启动系统具有结构简单合理，使用方便的特点，利用DSP处理器强大的控制和数据处理能力，实现对电动机启动过程集中和保护，同时具有电能质量监测和功率因数动态调节功能。系统突破以往技术理念，将传统的电动机电磁启动技术和无功补偿技术结合到一起，具有结构简单、稳定性好、操作方便，响应速度快等优势。

下面结合附图和具体实施例，对本发明加以详细的说明。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明中信号转换电路示意图。

具体实施方式

本发明是一种电动机电磁启动系统，是一种具有电能质量监测和功率因数动态调节功能的电动机电磁启动系统。

如图1所示，图1是本发明结构示意图。电动机电磁启动系统包括三相电源、隔离开关、交流真空接触器、电动机、中央处理器、保险丝、变压器、继电器、电压互感器、电流互感器、温度传感器、信号处理电路、操作单元、显示屏、信号转换电路、晶闸管组、电容器组。其中三相电源的输出端经过电压互感器和隔离开关的输入端相连接，隔离开关的输出端和交流真空接触器的输入端相连接，交流真空接触器的输出端和电动机三相绕组相连接。变压器的一次侧经过保险丝和交流真空接触器的输入端的任意两相相连接，变压器的二次侧分为两个支路，支路A经过继电器与交流真空接触器的控制端相连接，支路B与中央处理器、电压互感器、电流互感器、温度传感器、信号处理电路和显示屏的电源输入端相连接，三相电源与隔离开关的连接导线穿过电流互感器的环形结构，温度传感器粘贴在交流真空接触器的动触头、静触头及内部连接导线上；电压互感器、电流互感器、温度传感器的输出端和信号处理电路的输入端相连接，信号处理电路的输出端均和中央处理器的输入端相连接。操作单元的输入端为按钮开关，操作单元的输出端和中央处理器的输入端相连接，中央处理器输出端分别与显示屏及继电器的控制端相连接；继电器的输出端与交流真空接触器的控制端相连接，信号转换电路的输入端和中央处理器的输出端相连接，晶闸管组的控制端和信号转换电路的输出端相连接，晶闸管组的输出端与电容器组的正负极相连接。

电动机电磁启动系统工作过程描述：操作单元根据电动机的需求输入外界指令，中央处理器将外界指令转换成输出控制信号驱动继电器动作，进而驱动交流 真空接触器进行分/合闸操作，交流真空接触器闭合后电动机起动，电压互感器和电流互感器检测的输出经过信号处理电路后发送给中央处理器进行运算，假如系统参数在安全值范围内就正常启动，否则启动停止。中央处理器利用FFT（快速傅里叶变换，Fast Fourier Transform，简称FFT）算法实时计算三相电压、电流基波和各次谐波有效值与相角，可得有功功率为、无功功率和功率因数。根据系统的要求中央处理器发送控制指令驱动晶闸管组的导通逻辑，实现控制电容器组的投切，达到对功率因数的动态调节功能。

所述的FFT（Fast Fourier Transform）算法是指快速傅里叶变换算法，即利用计算机计算离散傅里叶变换（DFT)的高效、快速计算方法的统称，简称FFT。采用这种算法能使计算机计算离散傅里叶变换所需要的乘法次数大为减少，特别是被变换的抽样点数N越多，FFT算法计算量的节省就越显著。

所述的信号处理电路，如图2所示，信号转换电路包括转换芯片KC 101二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、光耦PE、晶闸管Q1、电源，其中中央处理器的信号输出端与转换芯片KC 101的1、2接线端子相连接，转换芯片KC 101的接线端子5经过电阻R1与光耦PE的输入端子4，转换芯片KC 101的接线端子12分别经过电容C1与转换芯片KC 101的接线端子9相连接，转换芯片KC 101的接线端子10分别经过电容C2与转换芯片KC 101的接线端子13相连接，转换芯片KC 101的接线端子7经过电容C3与电源的接地端子GND相连接，转换芯片KC 101的接线端子6经过电阻R2与电源的接地端子GND相连接，转换芯片KC 101的接线端子8与接地端子GND相连接，转换芯片KC 101的接线端子11经过电阻R5、二极管D2后与晶闸管Q1的集电极相连接，转换芯片KC 101的接线端子15经过电阻R6与晶闸管Q1的基极相连接，转换芯片KC 101的接线端子16经过电阻R7与晶闸管Q1的基极相连接，转换芯片KC 101的接线端子14与晶闸管Q1的发射极相连接，二极管D1的一端与转换芯片KC 101的接线端子11相连接，二极管D1的另一端与转换芯片KC 101的接线端子14相连接，电阻R3的一端与晶闸管Q1的基极相连接，电阻R3的另一端与转换芯片KC 101的接线端子14相连接，光耦PE的输入端子3与电源VCC相连接。

三相电压电流检测过程描述：电压互感器和电流互感器的一次侧感应系统电压、电流，电压互感器和电流互感器的二次侧输出电压信号，电压互感器和电流互感器二次侧输出电压信号为5V电压信号，中央处理器能够接收的电压信号为0-3.3V，互感器输出的信号经过信号处理电路进行光耦隔离与电压转换后为中央处理器可接收的信号，发送给中央处理器。