专利名称：交流异步电机节能控制仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一台交流异步电机节能控制仪。
现有技术中，交流异步电机节能控制仪的电流信号取样大多使用电流互感器，如欧洲专利51903，在该专利论述的一台交流异步电机节能控制仪中，电流互感器接在主回路中，使电流互感器的副边产生感应电流而取样。使用这种方式取样，在电机容量不同时，主回路的电流也随之变化，必须选取不同容量等级的电流互感器与之匹配，造成该控制仪通用性差，成本高。另一方面，由于该控制仪有滤波电路，而滤波电路的积分环节影响了电机对突加负载的迅速响应，在电机因突加负载加入时响应慢，甚至发生堵转。同时该控制仪还存在空载时工作电压较高等问题，使得这类控制仪的节电效果不明显。
本发明的目的是提出一个与现有技术相比节电效果更明显、成本更低，而且使电机工作在接近临界失步电压并稳定运转，具有突加负载响应快的异步电机节能控制仪。
本发明的解决方案是检测电机的模拟反电势信号，以该信号作为电流取样电路、突加负载检测电路、稳速负反馈电路的输入信号，并设计一个可调反馈电路，用以调整电机在同一负载率时的工作电压。
模拟反电势信号是通过检测与晶闸管并联的变压器的副边而获得;电流取样电路以模拟反电势信号为输入信号，输出一个电流方波信号;突加负载电路以三相模拟反电势信号为检测信号，该信号与三相电源电压降压后的混合信号比较后得到一个突加负载信号;稳速负反馈电路以三相模拟反电势信号为控制信号，该信号整形后与低通滤波器输出信号混合后，输出直流电平;可调反馈电路取比较器输出的方波信号，由运算放大器反相后经电位器输出一个反相的方波信号与低通滤波器输入端相接。
图1本发明的电气线路2电流取样电路的电气3相位检测电路工作波形图4突加负载检测电路的电气5稳速负反馈电路的电气6可调反馈电路的电气7带有节电仪的电机电压特性曲线图1是本发明所设计的交流异步电机节能控制仪的最佳实施方案。
一台三相交流异步电机(38)，通过晶闸管(32)，(33)，(34)与三相电源接通，变压器(37)、(36)、(35)与晶闸管(32)、(33)、(34)并联，变压器副边一端接地，另一端则产生一个电机模拟反电势信号。模拟反电势信号为晶闸管关断期间的电源电压与电机反电势之差和晶闸管导通时的管压降的综合信号。由于电源电压为一恒定值，因此模拟反电势信号的幅值变化直接反映了电机反电势的变化。
以三相电路中的一相说明电机电压信号(波形如图3a)经电压取样电路(1)检测后，产生电压方波信号(波形如图3b)。取变压器(37)副边产生的模拟反电势信号(波形如图3c)，经电流取样电路(4)检测后产生电流方波信号(波形如图3d)。二个方波信号输入至相位检测电路(10)产生鉴相信号(波形如图3e)，由于每相取样电路均取正、负半周信号，即每相取样电路在每一周波分别产生二个正、负鉴相信号，三相电路产生六个正、负鉴相信号，经检波后六个正鉴相信号输至低通滤波器(25)后产生一直流电平。直流电平的大小直接反映了上述鉴相信号的大小，该直流电平输至比较器(13)、(14)、(15)。由电压取样电路取得的信号经锯齿波发生器(7)、(8)、(9)后产生同步锯齿波，三相同步锯齿波信号输至比较器(13)、(14)、(15)与上述直流电平进行比较后，输出信号即为触发脉冲信号。该触发脉冲与高频脉冲信号经门电路后，产生高频触发脉冲，再经放大器(19)、(20)、(21)后推动触发器(22)、(23)、(24)控制晶闸管(32)、(33)、(34)的导通角，从而改变了电机的电压。这种电流取样方波，不受电机功率变化的影响，不必因电机功率大小的变化而改变电流信号取样电路的元件，从而降低了成本，提高了本节能控制仪的通用性。
三个电流取样电路都是相同的。图2表示了其中一个，它由电阻R1，电容C1，稳压管D1、D2，运算放大器A1组成。变压器(35)副边产生的模拟反电势信号经电阻R1、电容C1组成的滤波电路和稳压管D1、D2限幅后得到一个电流过零点取样信号，该信号输入运算放大器A1，产生电流方波信号。
图4为突加负载检测电路的电气图。它由二极管、电阻、电容、电位器和运算放大器组成。二极管D3、D4、D5分别接在变压器(35)、(36)、(37)副边的模拟反电势信号输出端。综合三相模拟反电势信号，经电阻R2、R3分压和电容C2后输至运算放大器A2的正相输入端，正相输入端的电位设定为V1。三相电压比较信号经电位器W1输至运算放大器A2的反相输入端，反相输入端的电位设定为V2，电位V2由W1调整。电机转速稳定时V1＜V2，运算放大器A2输出负信号。当突加负载时，电机转速下降，电机反电势E也随之减小，而电源电压U为常量，因此模拟反电势信号的幅值增加，此时V1＞V2，运算放大器A2随即输出正信号。该正信号经过二极管D，输至由电容C3、电阻R5、R6、R7和运算放大器A3组成的延时电路输出一个延时一定时间的高电位信号，并输至低通滤波器A4的正相输入端，使低通滤波器A4输出高电位信号，晶闸管则全导通。电机由此迅速得到了一个与其负载所对应的工作电压。比较器A2的反相输入端的比较信号产生于电源电压，该信号随电网电压的波动而变化，避免了由于电源电压的波动而影响比较电压对突加负载检测带来的影响。同时由于本电路的检测信号直接取自电机模拟反电势信号，从而在突加负载加入时能迅速响应，消除了电机因突加负载的加入而发生电机堵转的可能性。
图5为稳速负反馈电路的电气图。变压器(35)、(36)、(37)副边产生的模拟反电势信号由二极管D3、D4、D5经过电阻R8输至由电阻R9、电容C4和运算放大器A5组成的滤波电路中的运算放大器A5的反相输入端。当电机受外界扰动转速下降后，电机反电势E下降，电源电压U为常量。因为模拟反电势信号U′＝U-E，因此模拟反电势信号U′增加。当增加了的模拟反电势信号输至运算放大器A5的反相输入端时，运算放大器A5的输出信号下降。该信号经电阻R11、电容C5和电阻R12在节点(39)处与低通滤波器的输出信号混合，输至运算放大器A6的反相输入端，使运算放大器A6的输出信号上升。该信号通过比较器(13)、(14)、(15)使晶闸管(32)、(33)、(34)导通角增大，电机电压则上升，电机转速增加，电机将稳定运转。其中电容C5为加速电容，对突变信号响应快，提高了该电路的动态性能。由于使用了本电路，电机可稳定工作在接近电机临界失步电压，提高了节电效果。
为了使节能控制仪在全负载区域电压可调，本发明设计了一个可调反馈电路。图6为可调反馈电路的电气图。该电路取比较器(15)的输出信号经电阻R16输至运算放大器A7将输入信号反相后，经二极管D12和电位器W2输至低通滤波器的输入端。调整电位器W2可改变信号的反馈量，即可调整电机在同一负载率以及不同负载率时的工作电压，它不仅可调整电机空载时的电压，而且可调整高负载率时的电压。如通过本节能控制仪可把电机在负载率为70%、80%或者100%的电压调整至全电压(如图7中实线所示)，改变了过去已有节能控制仪节电率曲线只可上下平移(如图7虚线所示)、空载时电机电压高的缺点，提高了节电效果。
本发明通用性强、节电效果明显，具有软起动功能和突加负载响应快等特点。经试用本节能控制仪运行稳定、工作可靠，特别适用于电机空载率较高的场合。经上海电机技术研究所对JO3型30千瓦电机鉴定测试本发明在电机空载时的有功功率的节电率为63.6%，空载无功功率节电率为74.8%，负载电流减少74.4%，空载时电压可降低到100伏，在低电压时突加100%负载的响应速度为200毫秒。
权利要求
1.一种交流异步电机节能控制仪，它由相位检测电路、锯齿波发生器、比较器、高频振荡器、门电路组成，其特征在于检测电机产生的模拟反电势信号，以该信号作为电流取样电路、突加负载检测电路、稳速负反馈电路的输入信号；一个可调反馈电路，该电路取比较器输出的方波信号由运算放大器反相后，经电位器输出一个反相的、幅值可调的方波信号，并与低通滤波器输入端相连接。
2.按权利要求1所述的交流异步电机节能控制仪，其特征在于变压器并联在晶闸管的两端，变压器副边产生的信号为模拟反电势信号。
3.按权利要求1所述的交流异步电机节能控制仪，其特征在于电流取样电路取模拟反电势信号为输入信号，经电阻、电容、运算放大器后输出一个电流方波信号。
4.按权利要求1所述的交流异步电机节能控制仪，其特征在于突加负载检测电路取三相模拟反电势信号为检测信号，该信号与三相电源电压降压后的混合信号比较，得到突加负载检测信号。
5.按权利要求1所述的交流异步电机节能控制仪，其特征在于稳速负反馈电路取三相模拟反电势信号为控制信号，该信号整形后与低通滤波器输出信号混合后输出直流电平控制信号。
全文摘要
本发明涉及一台交流异步电机节能控制仪。图1描述了一台交流异步电机节能控制仪。该节能控制仪检测电机的模拟反电势信号；轻该信号作为电流取样电路、突加负载检测电路、稳速负反馈电路的输入信号；并设计了一个可调反馈电路，以调整电机的工作电压。该节能控制仪能使电机稳定运行在接近临界失步电压状态下，具有突加负载响应快等特点。试验表明本节能控制仪工作可靠、运行稳定、通用性强、节电效果显著。
文档编号H02K1/16GK1038190SQ8910238
公开日1989年12月20日 申请日期1989年4月14日 优先权日1988年5月27日
发明者许宏纲, 徐钧棠 申请人:上海港科学技术研究所