专利名称：电动机负载跟踪同步调节节电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种随电动机负荷变化而同步对输出功率进行调节控制的节电装置，尤其是同步的检测与控制使电动机工作稳定效率提高，不会使电动机产生瞬间过流，抑制不必要电力浪费的电动机负载跟踪同步调节节电装置。
背景技术：
目前，公知的“全国科技信息服务网-河南节点”中的“电动机负载调节装置的研究与应用”一文中“电动机负载调节控制装置，基于对电动机负荷的动态跟踪，适时检测电动机的负荷情况，通过时时地检测与控制电机的功率因数、电压和电流，分析负载大小和变化趋势，计算出供给异步电动机最佳电压、电流，通过快速控制可控硅导通角的大小，控制
异步电机的供电电压，使异步电机的输出功率与负荷转矩精确匹配，实现对异步电动机的节电运行……。控制电路全数字化设计。利用单片机技术，采用C语言进行程序设计，由线采样，数-模、智能控制，执行级电子开关电路组成。通过专用的功率开关元件(晶闸管)，
对电压进行"切口 "控制。.......注能指标⑴适用电动机参数1. 5 55kw ；⑵软启动功
能1 5倍额电流设定，软启动时间0 200s ; (3)反应速度？ IOOms ; (4)检测速率10ms。”此电动机负载调节控制装置不适用于大功率电动机75KW 400KW，采用间接控制使检测速率与反应速度慢、是正弦交流电的五个周期，使负荷突然增大的电动机产生瞬间突变电流，也就是在控制电压低时负荷突然增大、电流就会增大，对于电动机负荷频繁工作在突大、突小的环境，则影响电动机的使用寿命，同时节电效果下降。
发明内容
为了克服现有的电动机负载调节控制装置不适用于大功率电动机、检测速率与反应速度慢、使负荷突然增大的电动机产生瞬间突变电流影响电动机使用寿命的不足，本发明提供一种电动机负载跟踪同步调节节电装置，该电动机负载跟踪同步调节节电装置不仅能适用于所有功率档的三相异步电动机，而且采用直接控制方法使检测与控制同步完成，这样电动机就不会产生瞬间突变电流，节电效率提高。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在控制电路中，由外接传感器时时检测电动机负载电流、电压的变化，同时通过接插端子p1(ll、并联分压电阻(r38、R39)、八档开关SW与并联电阻(R28 R35)、触发二极管(SS4、SS5)至整流电路(D7 Dltl),整流滤波后的有效值电流通过限流电阻R8与光电耦合器(PC1 PC6)、发光二极管LED1串联形成回路，通过光电耦合器内输入电流的变化，同步调节其输出的导通角，直接控制双向可控硅(V1 V3)，双向可控硅做为功率放大驱动可控硅模块组，调节三相电动机的运行功率，使电动机的输出功率与负荷转矩相匹配。设定可调电阻PT7 PT12，修正光电耦合器的导通角使三相同步运行，可调电阻？1'1 ？1'6、？1'13用于输出功率曲线的线性调节，插接端子？1(15 ？1(17用来检测参数。根据电动机负载大小和变化，由外接传感器时时检测电动机负载电流、电压的变化，实现在线检测并对用电负荷的跟踪。电动机处于空载或轻载时的输出转矩小、空载损耗大、效率低时，外接传感器所检测的信号相对减小，同时通过接插端子Pltll、并联分压电阻(r38、R39)、八档开关SW与并联电阻(R28 R35)、触发二极管(SS4、SS5)至整流电路(D7 Dltl)的电流减小，针对光电耦合器PC1 PC6的控制电流同时减小，双向可控硅V1 V3的驱动电流同时减小，此时电动机得到较小的输出功率，实现同步调节输出功率及电压，使电动机的输出功率与负荷重新达到平衡。电动机负荷增加时，外接传感器所检测的信号相对增大，同时通过接插端子Pltll、并联分压电阻(R38、R39)、八档开关SW与并联电阻(R28 R35)、触发二极管(SS4、SS5)至整流电路(D7 Dltl)的电流增大，针对光电耦合器PC1 PC6的控制电流同时增大，双向可控硅V1-V3的驱动电流同时增大，此时电动机得到较大的输出功率，实现同步调节输出功率及电压，保证输出转矩再次达到平衡，达到电动机与负载变化的同步调控。本发明的有益效果是，可在检测电动机负载变化的同时、同步控制电动机的输出功率，电动机工作稳定不会产生瞬间过流，抗干扰性强，并且适配各种功率的电动机，减少电动机多余的电能消耗，不仅实现节电目的，提高效率，同时延长了电动机的使用寿命。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的检测控制电路原理2是电动机控制电路1 =R1-R40电阻，PT1 PT13可调电阻，C1 C8、C12电容，C9 C11X13电解电容，D1 D11 二极管，B1 B4全桥整流，LED1 LED4发光二极管，Dff稳压二极管，SS1 SS5触发二极管，PC1 PC6光电耦合器，V1 V3双向可控硅，V4, V5三极管，X晶振，IC1单片机集成电路，IC2三端稳压集成电路，IC3光电耦合器组，Sff八档开关，K按键开关，KG继电器，FM蜂鸣器，P101 Pltl7接插端子，PA、PB、PC接插端子。图2 :PA、PB、PC接插端子，PK1 ？1(3可控硅模块组，M三相电动机，A相、B相、C相三相电源输入端，CT传感器。
具体实施例方式在图1中，接插端子Pltll①脚与电阻R36 —端相连，接插端子P皿②脚与电阻R37 —端相连，电阻R36另一端、电阻R37另一端、接插端子Pltl3①脚与全桥整流B4输入一端相连。接插端子Pltll③脚与电阻R38 —端相连，接插端子Pltll④脚与电阻R39 —端相连，电阻R38另一端、电阻另一端、电阻端与八档开关SW(I) —端相连,八档开关SW(I)另一端、电阻R28另一端、电阻R29 —端与八档开关SW(2) —端相连，八档开关SW(2)另一端、电阻R29另一端、电阻Rxi —端与八档开关SW(3) —端相连,八档开关SW(3)另一端、电阻R3tl另一端、电阻R31 —端与八档开关SW(4) —端相连,八档开关SW(4)另一端、电阻R31另一端、电阻R32 —端与八档开关SW(5) —端相连,八档开关SW(5)另一端、电阻R32另一端、电阻R33 —端与八档开关SW(6) —端相连,八档开关SW(6)另一端、电阻R33另一端、电阻R34 —端与八档开关Sff (7) 一端相连,八档开关SW(7)另一端、电阻R34另一端、电阻R35 —端与八档开关SW(8) —端相连，八档开关SW(S)另一端、电阻R35另一端、电阻R27 —端、二极管D9正极与二极管Dki负极相连，电阻R27另一端、触发二极管SS4—端、触发二极管SS5—端、接插端子Pltll⑤脚、接插端子Pltl3②脚与电阻R4tl —端相连，触发二极管SS4另一端、触发二极管SS5另一端、二极管D7正极与二极管D8负极相连，二极管D7负极、二极管D9负极、电解电容Cltl正极、稳压二极管DW正极与电阻R8 —端相连，电阻R8另一端、可调电阻PT7①②脚、与光电耦合器PC1①脚相连，光电耦合器PC1②脚、可调电阻PT7③脚、可调电阻PT8①②脚与光电耦合器PC2①脚相连，光电耦合器PC2②脚、可调电阻PT8③脚、可调电阻PT9①②脚与光电耦合器PC3①脚相连，光电耦合器PC3②脚、可调电阻PT9③脚、电阻R7 一端、可调电阻PT13①②脚、可调电阻PTltl①②脚与光电耦合器PC4①脚相连，光电耦合器PC4②脚、可调电阻PTltl③脚、可调电阻PT11①②脚与光电耦合器PC5①脚相连，光电耦合器PC5②脚、可调电阻PT11③脚、可调电阻PT12①②脚与光电耦合器PC6①脚相连，光电耦合器PC6②脚、可调电阻PT12③脚、可调电阻PT13③脚、电阻R7另一端与发光二极管LED1正极相连，发光二极管LED1负极、二极管D8正极、二极管Dltl正极、电解电容Cltl负极与稳压二极管DW负极相连。八档开关SW用于匹配不同功率的电动机，传感器CT通过接插端子Pltll将检测信号传至检测控制电路中，经整流滤波后的有效值电流通过光电耦合器(PC1NPC6)来调控其输出端的导通角。接插端子PA(G1)脚、二极管D2负极与双向可控硅V1①脚相连，接插端子PA(K1)脚、电阻R18 —端、二极管D2正极、电阻R9 —端与电容C1 一端相连，电阻R18另一端与全桥整流B1输入一端相连，电容C1另一端、光电稱合器PC4⑥脚、光电稱合器PC1⑥脚、接插端子P105①脚、可调电阻PT1①②脚与触发二极管SS1 —端相连，PT1③脚与电阻R12 —端相连，触发二极管SS1另一端与双向可控娃V1②脚相连，电阻R9另一端与电容C4 一端相连,接插端子PA(K2)脚、电容C4另一端、二极管0:正极、全桥整流B1输入另一端与电阻R1 —端相连，电阻R1另一端、光电耦合器PC4④脚、接插端子Pltl5③脚、可调电阻PT4③脚与电阻R12另一端相连，光电耦合器PC1④脚、接插端子Pltl5②脚与可调电阻PT4①②脚相连，接插端子PA (G2)脚、二极管D1负极、电阻R15 —端与电阻R4 —端相连，电阻R15另一端、电阻R4另一端与双向可控硅V1③脚相连，组成A相可控硅模块组的驱动电路。接插端子PB(G1)脚、二极管D4负极与双向可控硅V2①脚相连，接插端子PB(K1)脚、电阻R19 —端、二极管D4正极、电阻Rltl —端与电容C2 —端相连，电阻R19另一端与全桥整流B2输入一端相连，电容C2另一端、光电稱合器PC5⑥脚、光电稱合器PC2⑥脚、接插端子P106①脚、可调电阻PT2①②脚与触发二极管SS2 —端相连，PT2③脚与电阻R13 —端相连，触发二极管SS2另一端与双向可控娃V2②脚相连，电阻Rltl另一端与电容C5 —端相连,接插端子PB (K2)脚、电容C5另一端、二极管队正极、全桥整流B2输入另一端与电阻R2 —端相连，电阻R2另一端、光电耦合器PC5④脚、接插端子Pltl6③脚、可调电阻PT5③脚与电阻R13另一端相连，光电耦合器PC2④脚、接插端子Pltl6②脚与可调电阻PT5①②脚相连，接插端子PB (G2)脚、二极管D3负极、电阻R16 —端与电阻R5 —端相连，电阻R16另一端、电阻R5另一端与双向可控硅V2③脚相连，组成B相可控硅模块组的驱动电路。接插端子PC(G1)脚、二极管D6负极与双向可控硅V3①脚相连，接插端子PC(K1)脚、电阻Rm —端、二极管D6正极、电阻R11 —端与电容C3 —端相连，电阻R2tl另一端与全桥整流B3输入一端相连，电容C3另一端、光电稱合器PC6⑥脚、光电稱合器PC3⑥脚、接插端子P107①脚、可调电阻PT3①②脚与触发二极管SS3 —端相连，PT3③脚与电阻R14 —端相连，触发二极管SS3另一端与双向可控娃V3②脚相连，电阻R11另一端与电容C6 —端相连,接插端子PC (K2)脚、电容C6另一端、二极管05正极、全桥整流B3输入另一端与电阻R3 —端相连，电阻R3另一端、光电耦合器PC6④脚、接插端子Pltl7③脚、可调电阻PT6③脚与电阻R14另一端相连，光电耦合器PC3④脚、接插端子Pltl7②脚与可调电阻PT6①②脚相连，接插端子PC (G2)脚、二极管D5负极、电阻R17 —端与电阻R6 —端相连，电阻R17另一端、电阻R6另一端与双向可控硅V3③脚相连，组成C相可控硅模块组的驱动电路。全桥整流B1正极与发光二极管LED2正极相连，发光二极管LED2负极与光电耦合器组IC3 (5)脚相连，全桥整流B1负极与光电耦合器组IC3 (6)脚相连；全桥整流民正极与发光二极管LED3正极相连，发光二极管LED3负极与光电耦合器组IC3 (3)脚相连，全桥整流B2负极与光电耦合器组IC3 (4)脚相连；全桥整流B3正极与发光二极管LED4正极相连，发光二极管LED4负极与光电耦合器组IC3(I)脚相连，全桥整流B3负极与光电耦合器组IC3 (2)脚相连。由此组成三相负载变化的采样电路，完成对三相电动机的直接控制。
电阻R4tl另一端与全桥整流B4输入另一端相连，全桥整流B4正极、电解电容C9正极与三端稳压集成电路IC2(I)脚相连，三端稳压集成电路IC2 (3)脚、电解电容C11正极、电容C12 —端、按键开关K 一端、电解电容C13正极、单片机集成电路IC1 (20)脚、电阻R21 —端、电阻R22 —端、电阻R23 —端、三极管V4发射极、三极管V5发射极与接插端子Pltl4⑥脚相连，按键开关K另一端、电解电容C13负极、单片机集成电路IC1⑴脚、电阻R26 —端与接插端子P104⑦脚相连，单片机集成电路IC1 (2)脚与接插端子Pltl4①脚相连，单片机集成电路IC1 (3)脚与接插端子Pltl4②脚相连，单片机集成电路IC1 (6)脚与接插端子Pltl4③脚相连，单片机集成电路IC1 (7)脚与接插端子Pltl4④脚相连，单片机集成电路IC1 (8)脚与接插端子Pltl4⑤脚相连，单片机集成电路IC1 (4)脚、晶振X—端与电容C7 —端相连，单片机集成电路IC1 (5)脚、晶振X另一端与电容C8 —端相连，单片机集成电路IC1 (9)脚与电阻R25 —端相连，电阻R25另一端与三极管V5基极相连，三极管V5集电极、二极管D11负极与继电器KG —端相连，单片机集成电路IC1 (11)脚与电阻R24 —端相连，电阻R24另一端与三极管V4基极相连，三极管V4集电极与蜂鸣器FM —端相连，单片机集成电路IC1 (12)脚、电阻R23另一端与光电耦合器组IC3(S)脚相连，单片机集成电路IC1 (13)脚、电阻R22另一端与光电耦合器组IC3(IO)脚相连，单片机集成电路IC1(M)脚、电阻R21另一端与光电耦合器组IC3(12)脚相连，全桥整流B4负极、电解电容C9负极、三端稳压集成电路IC2⑵脚、电解电容C11负极、电容C12另一端、电阻R26另一端、电容C7另一端、电容C8另一端、接插端子Pltl4⑨脚、单片机集成电路IC1(IO)脚、二极管D11正极、继电器KG另一端、蜂鸣器FM另一端、光电耦合器组IC3 (7)脚、光电耦合器组IC3(9)脚与光电耦合器组IC3(Il)脚相连。组成电动机供电监测辅助控制回路。在图2中所示电动机控制电路中，输入电源A相与可控硅模块组PK1 —端相连，可控硅模块组PK1另一端与三相电动机M相连，由驱动电路连接过来的接插端子PA(GpK1)K2、G2)分别与可控硅模块组PK1的％、K1, K2, G2)相连；输入电源B相与可控硅模块组PK2一端相连，可控硅模块组PK2另一端与三相电动机M相连，由驱动电路连接过来的接插端子PB (G1,K1,K2,G2)分别与可控硅模块组PK2的(G^KpKyG2)相连；输入电源C相与传感器CT一端相连，传感器CT另一端与可控娃模块组PK3 —端相连,可控娃模块组PK3另一端与三相电动机M相连，由驱动电路连接过来的接插端子PC (Gp K1, K2, G2)分别与可控硅模块组PK3的(GpKpKyG2)相连，传感器引出的五根线对应于Pltll的①、②、③、④、⑤相连。组成对三相电动机的驱动控制回路。
权利要求
1.一种电动机负载跟踪同步调节节电装置，在检测控制电路中，传感器、接插端子、并联分压电阻、八档开关与并联电阻、触发二极管、整流滤波电路、限流电阻、光电耦合器、发光二极管顺序电连接，光电耦合器输出直接控制双向可控硅，双向可控硅用于功率放大驱动可控硅模块组，其特征是接插端子Pltll①脚与电阻R36 —端电连接，接插端子Pltll②脚与电阻R37 —端电连接，电阻R36另一端、电阻R37另一端、接插端子Pltl3①脚与全桥整流B4输入一端电连接；接插端子Pltll③脚与电阻R38 —端电连接，接插端子P皿④脚与电阻R39 —端电连接，电阻R38另一端、电阻R39另一端、电阻R28 —端与八档开关SW⑴一端电连接，八档开关SW(I)另一端、电阻R28另一端、电阻R29 —端与八档开关SW⑵一端电连接,八档开关SW⑵另一端、电阻R29另一端、电阻R3tl—端与八档开关SW(3) —端电连接，八档开关SW(3)另一端、电阻R3tl另一端、电阻R31 —端与八档开关SW(4) —端电连接，八档开关SW(4)另一端、电阻R3I另一端、电阻Re 一端与八档开关SW(5) —端电连接,八档开关SW(5)另一端、电阻R32另一端、电阻Rm —端与八档开关SW(6) —端电连接,八档开关SW(6)另一端、电阻R33另一端、电阻R34 —端与八档开关SW(7) —端电连接，八档开关SW(7)另一端、电阻R34另一端、电阻Rm —端与八档开关SW(8) —端电连接,八档开关SW(8)另一端、电阻R35另一端、电阻R27 —端、二极管D9正极与二极管Dltl负极电连接，电阻R27另一端、触发二极管SS4 —端、触发二极管SS5 —端、接插端子Pltll⑤脚、接插端子Pltl3②脚与电阻R4tl —端电连接，触发二极管SS4另一端、触发二极管SS5另一端、二极管D7正极与二极管D8负极电连接，二极管D7负极、二极管D9负极、电解电容Cltl正极、稳压二极管DW正极与电阻R8 —端电连接，电阻R8另一端、可调电阻PT7①②脚、与光电耦合器PC1①脚电连接，光电耦合器PC1②脚、可调电阻PT7③脚、可调电阻PT8①②脚与光电耦合器PC2①脚电连接，光电耦合器PC2②脚、可调电阻PT8③脚、可调电阻PT9①②脚与光电耦合器PC3①脚电连接，光电耦合器PC3②脚、可调电阻PT9③脚、电阻R7 一端、可调电阻PT13①②脚、可调电阻PTltl①②脚与光电耦合器PC4①脚电连接，光电耦合器PC4②脚、可调电阻PTltl③脚、可调电阻PT11①②脚与光电耦合器PC5①脚电连接，光电耦合器PC5(g#P、可调电阻PT11③脚、可调电阻PT12①②脚与光电耦合器PC6①脚电连接，光电耦合器PC6②脚、可调电阻PT12③脚、可调电阻PT13③脚、电阻R7另一端与发光二极管LED1正极电连接，发光二极管LED1负极、二极管D8正极、二极管Dltl正极、电解电容Cltl负极与稳压二极管DW负极电连接；接插端子PA(G1)脚、二极管仏负极与双向可控硅V1①脚电连接，接插端子PA(K1)脚、电阻R18 —端、二极管D2正极、电阻R9 —端与电容C1 一端电连接，电阻R18另一端与全桥整流B1输入一端电连接，电容C1另一端、光电率禹合器PC4⑥脚、光电耦合器PC1⑥脚、接插端子Pltl5①脚、可调电阻PT1①②脚与触发二极管SS1 一端电连接，PT1③脚与电阻R12 —端电连接，触发二极管SS1另一端与双向可控硅V1②脚电连接，电阻R9另一端与电容C4 一端电连接，接插端子PA(K2)脚、电容C4另一端、二极管D1正极、全桥整流B1输入另一端与电阻R1 —端电连接，电阻R1另一端、光电稱合器PC4④脚、接插端子Pltl5③脚、可调电阻PT4③脚与电阻R12另一端电连接，光电耦合器PC1④脚、接插端子Pltl5②脚与可调电阻PT4①②脚电连接，接插端子PA (G2)脚、二极管D1负极、电阻R15一端与电阻R4 —端电连接，电阻R15另一端、电阻R4另一端与双向可控娃V1③脚电连接。
2.根据权利要求1所述的电动机负载跟踪同步调节节电装置，其特征是接插端子PB(G1)脚、二极管队负极与双向可控硅V2①脚电连接，接插端子PB(K1)脚、电阻R19—端、二极管D4正极、电阻Rltl —端与电容C2 —端电连接，电阻R19另一端与全桥整流B2输入一端电连接，电容C2另一端、光电稱合器PC5⑥脚、光电稱合器PC2⑥脚、接插端子Pltl6①脚、可调电阻PT2①②脚与触发二极管SS2 —端电连接，PT2③脚与电阻R13 —端电连接，触发二极管SS2另一端与双向可控娃V2②脚电连接，电阻Rltl另一端与电容C5 —端电连接,接插端子PB(K2)脚、电容C5另一端、二极管D3正极、全桥整流B2输入另一端与电阻R2 —端电连接，电阻R2另一端、光电耦合器PC5④脚、接插端子Pltl6③脚、可调电阻PT5③脚与电阻R13另一端电连接，光电耦合器PC2④脚、接插端子Pltl6②脚与可调电阻PT5①②脚电连接，接插端子PB (G2)脚、二极管D3负极、电阻R16 —端与电阻R5 —端电连接，电阻R16另一端、电阻R5另一端与双向可控硅V2③脚电连接。
3.根据权利要求1所述的电动机负载跟踪同步调节节电装置，其特征是接插端子PC(G1)脚、二极管队负极与双向可控硅V3①脚电连接，接插端子PC(K1)脚、电阻R2tl—端、二极管D6正极、电阻R11 —端与电容C3 —端电连接，电阻R2tl另一端与全桥整流B3输入一端电连接，电容C3另一端、光电稱合器PC6⑥脚、光电稱合器PC3⑥脚、接插端子Pltl7①脚、可调电阻PT3①②脚与触发二极管SS3 —端电连接，PT3③脚与电阻R14 —端电连接，触发二极管SS3另一端与双向可控娃V3②脚电连接，电阻R11另一端与电容C6 —端电连接,接插端子PC(K2)脚、电容C6另一端、二极管D5正极、全桥整流B3输入另一端与电阻R3 —端电连接，电阻R3另一端、光电耦合器PC6④脚、接插端子Pltl7③脚、可调电阻PT6③脚与电阻R14另一端电连接，光电耦合器PC3④脚、接插端子Pltl7②脚与可调电阻PT6①②脚电连接，接插端子PC(G2)脚、二极管D5负极、电阻R17 —端与电阻R6 —端电连接，电阻R17另一端、电阻R6另一端与双向可控硅V3③脚电连接。
4.根据权利要求1所述的电动机负载跟踪同步调节节电装置，其特征是全桥整流^正极与发光二极管LED2正极电连接，发光二极管LED2负极与光电耦合器组IC3(5)脚电连接，全桥整流B1负极与光电耦合器组IC3 (6)脚电连接；全桥整流民正极与发光二极管LED3正极电连接，发光二极管LED3负极与光电耦合器组IC3(3)脚电连接，全桥整流B2负极与光电耦合器组IC3 (4)脚电连接；全桥整流B3正极与发光二极管LED4正极电连接，发光二极管LED4负极与光电耦合器组IC3(I)脚电连接，全桥整流B3负极与光电耦合器组IC3 (2)脚电连接。
全文摘要
一种对电动机负荷自动跟踪同步控制的电动机负载调节节电装置。通过时时检测电动机的电压、电流、功率因数，分析负载大小和变化，实现在线检测对用电负荷的跟踪，使电动机的输出功率与负荷转矩相匹配；电动机处于空载或轻载时的输出转矩小、空载损耗大、效率低时同步调节输出功率及电压，使电动机的输出功率与负荷重新达到平衡；电动机负荷增加时，跟踪调节装置控制输出功率增加，保证输出转矩再次达到平衡；同步的检测与控制使电动机工作稳定不会产生瞬间过流，在不改变电源频率的情况下减少电动机多余的电能消耗，抑制了不必要的浪费，不仅实现节电目的，同时延长了电动机的使用寿命。
文档编号H02P23/00GK103001571SQ20111028025
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者翟晓君, 刘美驿 申请人:深圳市海威特节能科技有限公司