专利名称：交流异步电动机起动节能器的制作方法
技术领域：
本实用新型公开一种交流异步电动机起动节能器，实现交流异步电动机的限流起动、稳压工作和在空、轻载时调压节能。
在现有技术中，为限制异步电动机的起动电流，一般采用电磁控制的起动器如Y－△起动器、自耦补偿器等，它们都有缺点，设备本身耗电大、开关接点容易烧坏、存在二次换接冲击、不允许连续频繁起动、一般不能调压节能等。近年来也出现了一些电子控制器，如专利申请号892024909公开了一种节能控制。它的目的是使异步电动机无触点降压起动，调压节能，采用起动放大器输出斜坡速度变化，使电压逐步上升，其不足之处是起动电流不能得到有效限制(一般均在3～5倍额定电流以上)，并且在起动之初都不可避免地产生不同程度的抖动，甚至起冲反转，这对机电设备的寿命都有很大影响。另外，在没有电压负反馈类的系统，在带负载深调压时，电流、电压的波动及冲击大，稳定性差。
本实用新型的目的是在于避免上述现有技术中的不足，而提供一种起动与调压运行性能良好，空、轻载自动调压节能效果显著，工作可靠性高的通用交流异步电动机起动节能器。
本实用新型的目的是通过以下措施来达到的用电压调节器和电流调节器组成双闭环控制系统，控制可控硅的触发角。利用电流环进行限流起动，电流调节器有恒电流及斜坡电流给定，以对恒转炬和泵类负载，可以调定得不同要求的较佳起动电流曲线。使起动电流小且迅速可靠。利用电压环提高调压及运行时电流、电压的稳定性，限制电压变化时的电流冲击，及加快过渡过程。特别是提高带负载深度调压时的稳定性。通过相位角自动检测，得到一个相角反馈电压，控制电压调节器自动调压节能。在突加大负载时，利用大负载信号或外控位置信号迅速升压，以及周期性大负载时也可直接利用大负载信号自动调压节能。起动时，利用起动防抖电路，使电机无论在起动电流多大，都能平稳起动而不产生抖动。通用、可靠的触发器，移相范围大、线性度好、电耗小、抗干扰能力强，使可控硅能按要求可靠工作。
下面介绍本实用新型附图该附图也是本实用新型的最佳实施方案图。
图1是本系统的原理框图。
图2为电压环与电流环的控制电路图。
图3为起动电流波形图。(A)为恒电流起动；(B)为斜坡电流起动。
图4为起动防抖的自延时控制电路图。
图5为大负载信号电路图。
图6为相角自动检测电路图。
图7为相角自动检测电路工作的主要点波形图。
图8为一相触发器电路图。
图9为触发器工作的主要点波形图。
以下结合附图对实施方案作进一步的详述图1为一台三相交流异步电机16，通过反并联的可控硅17，电流互感器18，与三相电源相接，19为电源同步变压器，20为电机电压反馈变压器，1为触发器，三相电压电流信号VU、VI分别由19、18检出，经整形电路13、14整形、相角检测12变换输出相角检测结果，以上画的只是一相电路。再经有源滤波器11综合、滤波三相所得的相角检测结果，输出相角反馈Vfφ。Vfφ和电压给定7的V8V、电压反馈8的VfV、及经电流检测21、大负载信号电路9取得的VL8，在电压调节器6进行综合调节，6的输出即为电流调节器2的恒电流给定VSI。电流调节器综合调节由21来的电流反馈VfI、斜坡电流给定电路4的V8L、及VSI，输出控制电压VCT，控制触发器的相控角α，使可控硅进行限流起动及自动调压节能。其中调压用的相角反馈Vfφ，随负载变化而控制6，使调节变化输出电压。在大负载突来时，利用9的升压信号使电机立即升到全压，对于有大机械惯性的周期性冲击负载，可以利用外控位置信号，使电机先升压后承受冲击负载，以提高电机调压时的带负载能力。大负载信号电路也可对大负载时负载率变化不大的周期性工况，进行两点电压来回切换工作，以调压节能。系统故障时，电子保护器22封锁触发器，切断主电路。
图2的电压电流双闭环控制电路，由运放、二极管、阻容构成。起动时电压调节器A53综合VSV、VfV、Vfφ、VLS输入，使输出达饱和限幅，电位器P42的取值即为电流调节器A41的电流给定VSI，它与取自电流检测21的起动电流反馈信号VfI相比较，经过电流调节，输出Vct控制触发器的相控角α，使电动机维持所给定的VSI值，以恒电流起动。对于风机、泵类机械，负载转矩是随转速升高而成平方的增大，因之打开闸门起动时，可能起不来而长期低速转动，或者要给定很大起动电流。如果起动电流为斜坡增加的，则可得到较佳起动状态，即保证迅速可靠起动条件下有最小起动电流，电流的损耗亦小。A43为斜坡发生器，它是一个正反向充电斜率可调的积分器，A42为反相器，利用它产生斜坡电流给定VSL，迭加在恒流给定上。起动前利用A43的正输出箝位电压，在A41输出端产生0.7V封锁电压，以防A41的零漂及外来干扰造成起动时有冲击电流。1KM为起动运行继电器。起动电流波形如图3。随着电机起动后，A53进入自动调压阶段，A41起跟随作用，此时由A44及T4组成的电压鉴幅器，在起动达全压(或调定电压)后。T4饱和导通，P43切除，使斜坡发生器不起作用。电压调节器A53，为带并联电压微分负反馈的PI调节器，电压负反馈讯号通过电动机端的变压器及整流滤波8取得。调压信号VLS，Vfφ由图5图6的电路供给。电压给定VSV由P44取得。综合调节以上信号，使电动机运行于某点电压，在空、轻载时电压低，大负载时电压高(或全压)，以实现自动调压节能。电压环的存在，不尽减小了电压变化或切换时的电流冲击，而且提高了调压时的快速性和带负载深调压时电压、电流的稳定性。
图4设计了一个自延时电路，起动时将RS(见图1之15)接入电路，使可控硅能够导通，以保证电机能稳定平缓起动，无论起动电流大小，均不产生任何抖动或起冲反转。
利用图6检测得相角反馈控制信号Vfφ，先由19取得电源电压信号，18取得负载电流信号，经A81、A82整形，二极管逻辑门电路及光电耦合器O8输出相角脉冲，三相的相角脉冲在A83中综合、滤波后输出Vfφ.当空、轻载相角大时，Vfφ大，控制A53使电压降低，以实现降压节能。图7为此电路各主要点工作波形。
若电机处在低电压时负载突然加大，为不使电机堵转或速度升不起来，应立即升高电压。图5为取得大负载升压控制信号电路。它由A54、P46、VfI构成电压比较器。大负载时，当其电流反馈VfI＞V46(P46上设定的负载电压)，输出－VLS使A53立刻达限幅输出，电机很快升达全压，大负载过去，A53的输出由VSV、VfV及Vfφ决定，电压又自动下降。对于有大机械惯性的周期性冲击负载，可利用外控位置开关K闭合，输入外控信号VE×T＝VLS，使提前升全压。位置开关可用各种行程开关作成。大负载升压信号亦可用于大负载时负载率变化不大的周期性负载工况，它在空、轻载和大负载时所决定的两点电压上工作，且可以调定得到最佳的节能工作点，节能效果显著，而电路可大大简化。
图8是一相触发器的电路，经19取得的电源同步电压，阻容滤波移相后，通过A11产生反向充电脉冲，A12产生锯齿波，A13综合由电流调节器A41来的控制信号Vct，产生触发宽脉冲，与A51发出的调制高频，在开关管TWH8752中进行调制和功放，最后通过脉冲变压器TPA输出触发脉冲。Upo来自电子保护系统，故障时输入正电压以封锁可控硅。
图9为触发器各主要点工作波形。
本装置还有完备的过流、缺相、过载、零压等电子保护及故障显示系统，使工作十分方便可靠。主电路也可接入接触器，但它主要起远方操作时开断电压用。不带负载接通和开断主电路，因之触头无火花电蚀等缺点，提高了可靠性。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点1、起动电流可控制在1.5～3.5倍额定电流范围内迅速可靠起动，比同类装置低得多。在两倍起动电流时(380伏电源)，起动电压可达线电压302V以上，比Y－△起动力矩大。无论对泵类设备或恒转矩设备，都能调得较佳的起动特性。
2、无任何电流及转矩冲击，无论设定起动电流大小，起动均平稳而无抖动或起冲反转。
3、带负载时，电压可稳定下降到堵转电压，高、低压来回转换时快速性好，冲击电流小，最大切换电流不大于起动电流的1／3～1／2。
4、采用相角反馈，可在负载变化时，随时控制系统调压。对于突加大负载，利用大负载信号使电机立即升为全电压。对大机械惯性的周期性冲击负载，可采用外控位置开关提前升全压，以提高电机调压时的带负载能力。对于有周期性的大负载且负载率变化不大的工况，两点式调压亦可有显著的节能效果，而系统可大大简化。
5、所设计的触发器性能好，对电网电压波动及谐波影响的抗扰作用强，移相范围宽，线性好，输出为脉冲列，功耗小，部件体积小，一相只用了一块四运放及一只开关管。通用性好，对20～1000A可控硅，只需改变脉冲变压器，其他基本不变及不用调试；稍作变动可用于直流三相全控桥中。
因此本实用新型宜于作为交流异步电机起动和调压节能控制用，它可以大大降低电源的起动容量，平稳可靠起动，有显著的节能效果。
本实用新型已在实验室控制JO2－4 2－4型 5.5KW电机作过全面试验，空载调压平稳下降到线压102伏，电流由4.8A降到2A，带负载全压切换，最大冲击电流不于8A，完全证明上述性能优点，在钢铁厂JO3－225S－4型55KW电机带动风机及循环水泵上作过试验，开闸起动，电流为1.5～1.9倍斜坡上升，起动平稳、迅速。电机负荷率为零时，有功节电率为64.7％，负荷率为33.3％有功节电率为10.38％。装置的触发器可以在20°－180°范围内稳定移相，对钢铁厂强烈电压波动及谐波干扰，无误脉冲产生，波形稳定，工作可靠。
权利要求1.一种交流异步电动机起动节能器，采用电压调节器和电流调节器组成的双闭环控制系统控制可控硅的触发角，进行调压限流，其特征在于电流环由带恒电流及斜坡电流给定电路的电流调节器组成；电压环由电压调节器电路、相角自动检测电路、大负载信号电路组成；起动防抖电路及触发器对可控硅的导通进行具体控制。
2.按权利要求1所述交流异步电动机起动节能器，其特征在于电流调节器电路具有恒电流给定和斜坡电流给定，斜坡电流给定是由运放作成的充电斜率可调的积分电路，并带由运放、三极管组成的电压比较器构成；从三相主电路的电流互感器取得电流信号，经整流滤波后取得电流反馈。
3.按权利要求1所述交流异步电动机起动节能器，其特征在于电压调节器为带并联电压微分负反馈的PI调节器，它综合、调节控制信号，电压反馈信号通过变压器由电动机端取得。
4.按权利要求1所述交流异步电动机起动节能器，其特征在于起动防抖电路，用自延时电路将三个电阻R，接入电路，使起动时三相可控硅能处于导通状态。
5.按权利要求1所述交流异步电动机起动节能器，其特征在于相角自动检测电路，由电源取电压信号，电流互感器取得电流信号，经运放整形电路、二极管逻辑门、光电耦合器及运放组成的有源滤波器，得到相角反馈信号，送电压调节器控制调压。
6.按权利要求1所述交流异步电动机起动节能器，其特征在于大负载信号电路，由运放组成大负载比较器，输出一调压信号。或用外控位置信号，在大负载要来时，供给升压信号，自动调压节能和提高电机调压时的带负载能力。
7.按权利要求1所述交流异步电动机起动节能器，其特征在于可控硅触发电路，从电源取得同步电压后，用阻容移相滤波，经运放、二极管、阻容，产生过零充电脉冲，形成锯齿波，经运放综合控制信号产生触发脉冲，由开关管进行高频调制及功放，由脉冲变压器输出触发脉冲列，过流、缺相等故障时，能直接封锁触发器。
专利摘要本实用新型公开一种交流异步电动机起动节能器。它利用电流调节器和电压调节器组成的双闭环控制系统，控制可控硅触发角进行调压限流。电流环设有恒定和坡斜电流给定。电压环由相角自动检测电路及大负载信号电路控制。有防抖电路及新颖触发器，可限制电流在1.5～3.5倍额定电流内无振动冲击的稳步起动，空轻载能自动调压节能，试验表明本装置起动运行性能优良，节电效果显著，是一种中、大型电机现有起动器的更新换代设备。
文档编号H02P1/26GK2121771SQ9123004
公开日1992年11月11日 申请日期1991年9月30日 优先权日1991年9月30日
发明者姜泓 申请人:重庆钢铁专科学校