专利名称：交流电机节电保护综合控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子技术领域，是一种交流电机控制器。
目前，交流电机控制器一般为自耦变压器降压启动器，采用触点式控制器接触控制，体积大、成本高、触点易烧损，生产中缺相时易烧毁电机。
本实用新型的目的是要提供一种能保证电机安全运行、节约电力，对电机能起到保护作用的交流电机节电保护综合控制器。
本实用新型由电子开关电路，触发控制电路，给定电压电路，启动控制电路，信息综合处理电路，过载检测电路，电流跟踪电路，电流缺相检测电路和直流电源电路构成。电子开关电路连接触发控制电路，触发控制电路通过给定电压电路，电流跟踪电路连接信息综合处理电路，电子开关电路通过过载检测电路连接信息综合处理电路，信息综合处理电路连接启动控制电路和电流缺相检测电路，直流电源电路向其它各电路提供工作电源。电子开关电路和触发控制电路的接收部分为三组，每组电子开关电路接三相电机的一相。其中电子开关电路主要由双向主开关控制器TKAL和双向开关TIC构成，TIC的M2极接TKAL的G极，TKAL的M1、M2极接电机的一相，TKAL的M2极通过电阻Ra6接过载检测电路。触发控制电路主要由光耦GDa、GDb、GDc，二极管Da1-4和双向触发器DAC构成，GDa、GDb、GDc串接，光耦的三极管接收部分跨接在Dc1-4上，DAC的输入端接Da1-4，输出端接TIC的G极。给定电压电压主要由比较器A1、电阻W1、R6、二极管D10构成，W1、R6、D10串接后接A4的输入端8,A1的输出端14接GDa。信息综合处理电路主要由B1、B2组成的方波振荡器和B3、B4组成的双稳触发器及A2-A4比较器构成，其中B4的输出端10接B2的输入端1,B2的输出端3通过电容C13接A1的输入9。电流跟踪电路由电阻W2、R4、D9构成，W2、R4、D9串接，W2连电流信号检出电路。D9连接A4的输入端8。过载检测电路主要由比较器A2和A3构成，A2的输入端4通过二极管D3连接电子开关电路的Ra6及另二组电子开关电路的Rb6,Rc6,A3的输入端6通过R15、W3连接电流信号检出Ra6,A2的输出端2和A3的输出端1共同连接B3的输入端13。启动控制电路主要由比较器A4，三极管BG1，二极管D24构成，BG1的集电极接D24负极，D24正极接电流跟踪电路中D9的负极，BG1的基极通过W4、C6及R16起动时的微分电路和W4及C6形成的微分电路接A4的输入端11,A4输出端13接A3输入端6。电流缺相检测电路为三组，分别连电机的三相电流检测电路。每组主要由三极管BG2，电阻R18、R21，二极管D12，电容C8构成，BG2的基极分别连R18、R21,R21连接C8,BG2的集电极接A3的输入端7和A4的输入端10。集成块A包括A1、A2、A3、A4，可以是LM339或334，集成块B包括B1、B2、B3、B4，可以是CD4093。
本实用新型具有显著的节电功能，断相和电机过载保护功能，具有可靠的降压起动功能，并且可提高功率因数。电机空载节电率达70％，在17KW的带锯机上运行测试，平均节电率为10％，当电机负荷小于额定值时，始终可使其功率因数≥0.89，明显减少线路损失，无触点、无噪声、维护量小，可节约大量的稀有金属。
以下结合附图对本实用新型具体说明
图1为本实用新型框图；图2为本实用新型电路原理图。
本实用新型由电子开关电路1、触发控制电路2、给定电压电路3、启动控制电路4、信息综合处理电路5、过载检测电路6、电流跟踪电路7、电流缺相检测电路8和直流电源电路9构成。参考图2述叙具体工作过程，在电子开关电路1和触发控制电路2中，TKAL为双向主开关控制元件，其导通与否取决于TIC双向开关元件的导通与否。Da1-Da4及GD和DAC共同构成3TIC元件的可移相的双向触发环节。当光耦GDa接受到由脉宽调制单元输出的调宽光控脉冲时，便可使光耦的三极管部分的等效电阻按脉冲宽度的变化规律成正比变化；则Da1-4保证了光耦的直流工作条件，Da5-6保证了延时回路在正弦半波内电压幅值不超过规定电压。GDa等效电阻的变化，即改变了Ca2的充电时间常数，当Ca2充电幅值值达到了DAC的转折电压时，则DAC由截止变为导通，Ca2经DAC、Ra5TIC的G极M2及Ra4放电，则TIC导通，则Va经Ra3TIC,Ra4至L1及电机绕组构成回路，此电流在Ra4上的电压降同时加在TKAL的G及与M2端，即TIC的导通，立即给TKAL一个触点脉冲(TIC实际上是脉冲放大环节)TKAL立即导通，相当开关由断变为合，使电机绕组流过工作电流电机开始起动运行，TKAL导通时L1及L两点的电压值实际上等于TKAL饱和导通时的管压降，一般是2伏左右，一旦TKAL导通，则脉冲形成移相环节就因失压再不能发出脉冲，因此在交流正弦半波中，只发出一脉冲，而工作电压又处于同相位，因此脉冲与TKAL保持同步。因TIC及TKAL是双向开关元件，正弦波的负半周工作过程与正半波相同。Ra1保证了Da5-6的安全工作点，Ra2及Ca1，为TKAL的保护环节，Ra6与Rb6、Rc6共同构成电源电压缺相及TKAL断相的保护环节，当电源电压正常及TKALabc导通平衡时，由V0点的合成电压信号为零，而电源缺相及TKAL导通不平衡时，则V)点的合成电压将大于零，由上述可见，电机实际上承受的端电压与脉宽环节发出的脉冲宽度成比例变化，而与脉冲的幅值及频率无关(此两参数是不变的)，没有了调宽脉冲光耦内阻相当于无限大，则Ca2就不能充电，也就是不能形成触发脉冲。因而TKAL不能导通，电机绕组等于断开，因此，电机停转。信息综合处理电路5中，B1与B2及R9与C14构成方波振荡器，产生一系列的频率和幅值相等的方波，经C13耦合到A的19端，放大器A1在此处于比较器的工作状态。B2的3端输出的定频等幅方波经C13耦合至A1的9端后，经D25限幅形成0至7.5V的锯齿波信号，与A1的8脚电位比较，其输出端“14”输出负极性方波，并且当其另一输入端脚的电位变化时，其输出端“14”所输出的方波脉冲的宽度随之改变，从而完成输出一系列定频等幅，而宽度可控变化的矩形方波的功能，满足了主回路单元正常工作的需要。8脚电位的控制由电压源根据起动条件给定的固定电压经R6、D10作用于输入端8脚，使电机开始起动，电机起动同时由电流互感器产生的二次电压由W2分压经R4、D9加到输入端8脚，而且电机运转中负荷越高，电流信号电位也越高，输出端14脚所输出的方波宽度也越高，即主回路TKAL导通角前移。电机端电压也越接近供电电压；负荷轻，电机电流小，电机端电压也变小，即电机端电压与负荷率成正比例变化。达到节电运行的目的。
其它的保护单元都通过比较器A2与A3作用于由B3、B4的双稳态触发器，当A2(A3)，输出端“1”(“2”)为低电平时，触发器发生翻转使B4的输出端“10”由高电平(电路启动时已预置环节所设定)变为低电平，使振荡器(B1-B2)停振，同时比较器A1输入端8脚电位变为地电位，光控脉冲截止，主回路截止，从而实现保护电机的目的。A2与A3、A4输入端“5”“7”及“10”设定为7.5V的电平。A2监视电源缺相或TKAL的导通情况，当电源缺相和TKAL导通不正常时，经Ra6、Rb6、Rc6所合成的V0电压大于7.5V时经D3、R14、C2组成的控制信号给A2输入端“4”，使“4”端电位高于“5”端电位，则A2输出端“2”由高电平变为低电平，触发B3、B4构成的双稳电路达到电源缺相不能启动(运行中停止电机运转)或则TKAL损坏而切断电源，保护电机。(指TKAL断与单向导通)。A3比较器监视过电流保护，原理与A2同只是输入的是电流信号，R15与C4构成过流保护延时，A4比较器用作起动过程封锁A3过流保护信号，电机完成启动后，进入正常运行时，则A4解除对A3的封锁，则A3正常监视电机过载状况。A4对A3的封锁时间即电机的启动时间由W4、C6及R16的时间常数确定。降压起动器是由BG1、D24与W4、C6及R16组成。当电源开关K闭合V+则电源通过W4及R16对电容C6充电，A4的输入端“11”由低电位逐渐变为高电位，控制A4的翻转，一方充电电流在R16上的电位降使BG1导通，由D24定值控制电流跟踪信号，实现降压起动功能，当R16上的电位低于0.6时，BG1由导通变为截止，解除对电流信号的定值监控，开始正常电机运行的电流跟踪控制。电流断相监控由BG2(BG3、BG4)组成的门电路控制。BG2-4其极电位由R18-20及R21-23与D12-14、C8-10共同决定，当电机电流正常时，基极电位为负，三极管BG2-4为反偏置，因此截止，集电极电位保持7.5V的高电平，当电机某相电流消失或过小时，三极管基极电位由负变为正0.7V，则BG2(BG3、BG4)导通，则集电极C电位变为低电位，使比较器A3发生翻转，达到保护电机断相的保护目的。R17及C5组成延时环节，防止K闭合瞬间误保护动作。
权利要求1.一种交流电机节电保护综合控制器，是由电子开关电路，触发控制电路，给定电压电路，启动控制电路，信息综合处理电路，过载检测电路，电流跟踪电路，电流缺相检测电路和直流电源电路组成，其特征在于电子开关电路连接触发控制电路，触发控制电路通过给定电压电路，电流跟踪电路连接信息综合处理电路，电子开关电路通过过载检测电路连接信息综合处理电路，信息综合处理电路连接启动控制电路和电流缺相检测电路，直流电源电路向其它各电路提供工作电源，电子开关电路和触发控制电路的接收部分为三组，每组电子开关电路接三相电机的一相。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于电子开关电路主要由双向主开关控制器TKAL和双向开关TIC构成，TIC的M2极接TKAL的G极，TKAL的M1、M2极接电机的一相，TKAL的M2极通过电阻Ra6接过载检测电路，触发控制电路主要由光耦GDa、GDb、GDc，二极管Da1-4和双向触发器DAC构成，GDa、GDb、GDc串接，光耦的三极管接收部分跨接在Dc1-4上，DAC的输入端接Da1-4，输出端接TIC的G极，给定电压电压主要由比较器A1、电阻W1、R6、二极管D10构成，W1、R6、D10串接后接A4的输入端8,A1的输出端14接GDa，信息综合处理电路主要由B1、B2组成的方波振荡器和B3、B4组成的双稳触发器及A2-A4比较器构成，其中B4的输出端10接B2的输入端1,B2的输出端3通过电容C13接A1的输入9，电流跟踪电路由电阻W2、R4、D9构成，W2、R4、D9串接，W2连电流信号检出电路，D9连接A4的输入端8，过载检测电路主要由比较器A2和A3构成，A2的输入端4通过二极管D3连接电子开关电路的Ra6及另二组电子开关电路的Rb6,Rc6,A3的输入端6通过R15、W3连接电流信号检出Ra6,A2的输出端2和A3的输出端1共同连接B3的输入端13，启动控制电路主要由比较器A4，三极管BG1，二极管D24构成，BG1的集电极接D24负极，D24正极接电流跟踪电路中D9的负极，BG1的基极通过W4、C6及R16起动时的微分电路和W4及C6形成的微分电路接A4的输入端11,A4输出端13接A3输入端6，电流缺相检测电路为三组，分别连电机的三相电流检测电路，每组主要由三极管BG2，电阻R18、R21，二极管D12，电容C8构成，BG2的基极分别连R18、R21,R21连接C8,BG2的集电极接A3的输入端7和A4的输入端10，集成块A包括A1、A2、A3、A4，集成块B包括B1、B2、B3、B4。
专利摘要一种交流电机节电保护综合控制器,主要由电子开关电路,触发控制电路,给定电压电路,启动控制电路,信息综合处理电路,过载检测电路,电流跟踪电路,电流缺相检测电路和直流电源电路构成。本实用新型具有显著的节电功能,断相和电机过载保护功能,具有可靠的降压起动功能,并且可提高功率因数。明显减少线路损失,无触点、无噪声、维护量小,可节约大量的稀有金属。
文档编号H02H7/09GK2331129SQ98237868
公开日1999年7月28日 申请日期1998年6月5日 优先权日1998年6月5日
发明者杨成新 申请人:杨成新