异步电动机电压互感电路，异步电动机电流互感电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电机领域，尤其是异步电动机电压互感电路。该电路包括：第一电压互感器、第二电压互感器、电容器组和单片机，电容器组包括多个电容器和多个开关，每个电容器与一个开关串联形成电容串联电路，多个电容串联电路并联形成电容器组；三相异步电动机的L1、L2和L3支路星形连接或角形连接；第一电压互感器的一次侧绕组与电源并联，其二次侧绕组与单片机的输入端电连接；第二电压互感器的一次侧绕组与L1或L2或L3中的任一条支路并联，其二次侧绕组与单片机的输入端连接；电容器组与L2或L3中的任一条支路串联；多个开关与单片机的输出端连接。本实用新型提供的三相异步电动机电压互感控制电路，提高了电动机工作效率。
【专利说明】
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及电机领域，具体而言，涉及异步电动机电压互感电路和异步电动 机电流互感电路。 异步电动机电压互感电路，异步电动机电流互感电路
【背景技术】
[0002] 三相异步电动机是生产、生活中经常使用的一种电机，用来驱动各种通用机械，如 压缩机、水泵、破碎机、切削机床、运输机械及其他机械设备。三相异步电动机在单相运行 时，部分绕组依靠裂相产生旋转磁场，导致效率降低，再加上电动机本身消耗无功功率，使 电动机工作效率更低。
[0003] 通常的做法是，在三相异步电动机上的L2或L3任一条支路上增加固定电容值的 运行电容，来提高电机的运行时的转矩，进而提高电动机的工作效率。
[0004] 但通过增加固定电容值的运行电容的方式提高电动机工作效率的幅度有限。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于提供异步电动机电压互感电路和异步电动机电流互感电 路，以解决上述的问题。
[0006] 在本实用新型的实施例中提供了异步电动机电压互感电路，包括：第一电压互感 器、第二电压互感器、电容器组和单片机，电容器组包括多个电容器和多个开关，每个电容 器与一个开关串联形成电容串联电路，多个电容串联电路并联形成电容器组；
[0007] 异步电动机电压互感电路的LI、L2和L3支路星形连接或角形连接；
[0008] 第一电压互感器的一次侧绕组与电源并联，其二次侧绕组与单片机的输入端电连 接；
[0009] 第二电压互感器的一次侧绕组与L1或L2或L3中的任一条支路并联，其二次侧绕 组与单片机的输入端连接；
[0010] 电容器组与L2或L3中的任一条支路串联；
[0011] 多个开关与单片机的输出端连接。
[0012] 优选的，单片机采用B⑶码方式排列。
[0013] 优选的，电容器组包括7个电容。
[0014] 优选的，7个电容耐压值为400VDC，且电容值分别为0. 5uf、luf、2uf、4uf、8uf、 16uf、32uf〇
[0015] 优选的，开关为中间继电器，开关包括触点和线圈，线圈与单片机的输出端电连 接，电容器与一个触点串联形成电容串联电路。7.根据权利要求1的三相异步电动机控制 电路，其特征在于，还包括：电子调压器，
[0016] 电子调压器同时串联于LI、L2和L3与电源之间。
[0017] 优选的，电子调压器的工作电压为220V输出功率为10KW。
[0018] 本实用新型实施例还提供了三相异步电动机电流互感控制电路，包括：第一电流 互感器、第二电流互感器、电容器组和单片机，电容器组包括多个电容器和多个开关，每个 电容器与一个开关串联形成电容串联电路，多个电容串联电路并联形成电容器组；
[0019] 异步电动机电流互感电路的LI、L2和L3支路星形连接或角形连接；
[0020] 第一电流互感器的一次侧绕组与电源串联，其二次侧绕组与单片机的输入端电连 接；
[0021] 第二电流互感器的一次侧绕组与L2支路串联，其二次侧绕组与单片机的输入端 电连接；
[0022] 电容器组与L2或L3中的任一条支路串联；
[0023] 多个开关与单片机的输出端连接。
[0024] 本实用新型实施例提供的异步电动机电流互感电路，与现有技术中的在传统三相 异步电动机上的L2或L3任一条支路上增加固定电容值的运行电容，来提高电机的运行时 的转矩，进而提高电动机的工作效率的方法相比，其通过两个互感器分别检测接入电动机 的电源电压和电动机L1或L2或L3任一条支路的电压，再根据两个电压值调整与L2或L3 任一条支路串联的电容值，进而使电容器组和不与电容器组串联的一条支路某产生并联谐 振，使电动机在电能消耗最少的情况下，输出功率不变，使电动机工作效率提高了。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1示出了本实用新型实施例的异步电动机电压互感电路绕组基本结构图；
[0026] 图2示出了本实用新型实施例的异步电动机电压互感电路单片机基本结构图；
[0027] 图3示出了本实用新型实施例的异步电动机电压互感电路绕组整体结构图；
[0028] 图4示出了本实用新型实施例的异步电动机电压互感电路单片机整体结构图。
[0029] 图中：101、电容器；102、开关；103、第一电压互感器的一次侧绕组；104、第二电压 互感器的一次侧绕组；105、第一电压互感器的二次侧绕组；106、第二电压互感器的二次侧 绕组；107、单片机；108、电子调压器；109、线圈；110、触点。
【具体实施方式】
[0030] 下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
[0031] 本实用新型实施例1提供了异步电动机电压互感电路的基本结构，如图1和图2 所示，包括：第一电压互感器、第二电压互感器、电容器组和单片机，所述电容器组包括多个 电容器和多个开关，每个所述电容器与一个所述开关串联形成电容串联电路，多个所述电 容串联电路并联形成所述电容器组；所述异步电动机电压互感电路的LI、L2和L3支路星形 连接或角形连接；所述第一电压互感器的一次侧绕组与电源并联，其二次侧绕组与所述单 片机的输入端电连接；所述第二电压互感器的一次侧绕组与L1或L2或L3中的任一条支路 并联，其二次侧绕组与所述单片机的输入端连接；所述电容器组与L2或L3中的任一条支路 串联；多个所述开关与所述单片机的输出端连接。
[0032] 其中，异步电动机电压互感电路可以理解为三相异步电动机电压互感控制电路， 第一电压互感器的一次侧绕组103用于测量接入控制电路的路端电压值，也就是电源电 压。第二电压互感器的一次侧绕组104用于测量L1或L2或L3的任一条支路的路端电压 值，由于LI、L2和L3是两两并联的连接方式，所以每一条支路的电压值均是相等的，也就 是测量哪一条支路中的线圈的端电压值都是相同的值，当线圈与串联的电容组发生串联谐 振时，电容组的端电压是线圈的端电压1. 66667倍，3组线圈的端电压均与电源电压相等。 第二电压互感器的一次侧绕组104与哪一条支路并联都是可以的。第一电压互感器的二次 侧绕组105用于给单片机107输入电信号，第二电压互感器的二次侧绕组106用于给单片 机107输入电信号。与电容器组由多个电容器101并联组成，电容器组的电容值的倒数为 各个电容器101的倒数之和，通过多个电容器101的并联，能够增大电容器组的电容容量， 同样的，减少电容器101的并联数量能够降低电容器组的电容容量。此处的增大和降低电 容器组的电容容量的方式是：每一个电容器101与一个开关102串联，通过控制开关102的 通断，来控制与开关102串联的电容器101所在电路的通断，进而控制单个的电容器101是 否增大或降低电容器组的电容值。也就是开关102由断开到闭合则是增加电容器组的电容 值，开关102由闭合到断开则是降低电容器组的电容值。
[0033] 单片机107用于根据第一电压互感器二次侧的基准电压值和第二电压互感器二 次侧的路端电压值控制多个开关102通断。其中，第一电压互感器的一次侧匝数与二次侧 匝数比和第二电压互感器的一次侧匝数与二次侧匝数比优选为相同的，那么单片机107接 收到的电压值也就是相同的，可以直接使用。通过控制多个开关102中每个开关102的通 断情况，由前文所提供的控制方法进而使单片机107能够控制电容器组的电容值。其中开 关102可以是继电器，与单片机107输出端相连接的是继电器的线圈，与电容组成串联电路 的是继电器的触点，当线圈得电时，触点通路，进而使带有该触点的串联电路接通。当然，单 片机107控制每个开关102通断也是可以根据预先录入单片机107的指令来完成的。当 电动机正常运行的时候，通过调节电容器组的电容值，使电容组的阻抗和某一支路的线圈 的阻抗相等，此时接入电路的电压源的电压值与任一支路的电压值相等，进而使电容器组 与另一条支路产生并联谐振，也就是L3支路，L1支路是L2支路和L3支路并联后的再与L1 支路串联的，同时，电容器组与本条支路上的线圈产生串联谐振，此时电动机的功率因数为 1，也就是在消耗电能最少的情况下使电动机的输出功率不变，进而提高了电动机的工作效 率。
[0034] 通过两个电压互感器分别检测接入电动机的电源电压和电动机L1或L2或L3任 一条支路的电压，再根据两个电压值调整与L2或L3任一条支路串联的电容值，进而使电容 器组与另一条支路产生并联谐振，另一条支路指的是不与电容器组串联的支路，在输出功 率不变的情况下，降低了输入的电量，使电动机工作效率提高了。
[0035] 本实用新型实施例2提供了三相异步电动机电压互感控制电路整体结构，如图3 和图4所示，在实施例1的基础上，单片机107采用BCD码方式排列，采用该编码方式能够 简化编码过程，编码容易，同时开关使用数量最少，降低成本。当然，单片机107也可以采用 其他的编码方式，但采用其他编码方式来实现控制的难度较高，使用的元器件也较多。
[0036] 电容器组包括7个电容器101。也就是电容器组中包括了 7条由一个电容和一个 开关组成的串联电路。由于采用了 BCD码编码方式，设置7个输出量是比较合理的，能够 简化单片机107的编码难度，同时一个开关控制一个电容器101，也就是包括了 7个电容器 101。
[0037] 7 个电容耐压值为 400VDC，且电容值分别为 0. 5uf、luf、2uf、4uf、8uf、16uf、32uf。 谐振用的电机供电电压要比正常的220V或380V低，数值具体为120V，此种电压值的设置目 的是串联谐振后电压升高易烧毁电机，所以谐振用的电机供电电压要降低，在经过大量实 验和计算后，确定当7个电容器101的电容值为上述7个值时能够满足大部分电动机的数 据要求，使电容器组与另一条支路产生并联谐振，其中另一条支路指的是不与电容器组串 联的支路。当需要调节电容器组的电容值时，如果需要调节的电容值为5uf，那么我需要电 容值为luf和4uf的电容工作，其他电容不工作，也就是luf和4uf电容所在的串联电路处 于通路。同时，为了保证电容能够正常使用，对电容的耐压值也有一定的要求，即电容耐压 值为 400VDC。
[0038] 同样，为了使电压互感器能够正常工作，即使电流值有一定浮动也不会影响电压 互感器的工作，第一电压互感器和第二电压互感器的工作电流为25mA-50mA。
[0039] 具体的，为了降低成本，优选使用继电器来控制电容所在电路的通断，开关为中间 继电器，开关包括触点110和线圈109,线圈109与单片机的输出端电连接，电容器101与一 个触点110串联形成电容串联电路。
[0040] 开关可以是继电器，与单片机107输出端相连接的是继电器的线圈109,与电容组 成串联电路的是继电器的触点110,当线圈109得电时，触点110通路，进而使带有该触点 110的串联电路接通。
[0041] 为了使电动机更便于使用，本电路中还包括电子调压器108,电子调压器108同时 串联于LI、L2和L3所组成的星形连接电路或者角形连接电路与电源之间。通过使用电子 调压器108可以直接调节该控制电路的输入电压，加入电子调压器的作用是为了使处于 谐振工作状态的电机更加安全，电机保持额定电压工作，串联谐振时电容器的端电压要高 于电源电压，如果不降低电压，则电机很快就会被烧毁。
[0042] 较好的，电子调压器108的工作电压为220V输出功率为10KW，经过大量测试，此种 规格的电子调压器108更适合于常见的家用电，220V电源的要求。
[0043] 本实用新型所提供的三相异步电动机电压互感控制电路，其通过第一电压互感器 的一次侧绕组检测103和第二电压互感器的一次侧绕组104分别检测接入电动机的电源电 压和电动机支路的电压，再根据第一电压互感器的二次侧绕组105和第二电压互感器的二 次侧绕组106输入给单片机107输入端的电信号，使单片机107电容器组中各个电容所在 的串联电路的通断，进而控制电容器组的电容值，进而使电容器组和不与电容器组串联的 一条支路产生并联谐振，与电容器组串联的支路上的线圈发生串联谐振时，使电动机在电 能消耗最少的情况下，输出功率不变，使电动机工作效率提高了。
[0044] 本实用新型实施例3提供了异步电动机电流互感电路，包括：第一电流互感器、 第二电流互感器、电容器组和单片机，电容器组包括多个电容器和多个开关，每个电容器与 一个开关串联形成电容串联电路，多个电容串联电路并联形成电容器组；异步电动机电流 互感电路的LI、L2和L3支路星形连接或角形连接；第一电流互感器的一次侧绕组与电源 串联，其二次侧绕组与单片机的输入端电连接；第二电流互感器的一次侧绕组与L2支路串 联，其二次侧绕组与单片机的输入端电连接；多个开关与单片机的输出端连接。
[0045] 其中，异步电动机电流互感电路可以理解为三项异步电动机电流互感控制电路。 第一电流互感器的一次侧绕组用于测量接入控制电路的路端电流值，也就是电源电流。第 二电流互感器的一次侧绕组用于测量L2支路的路端电流值，电容器组由多个电容器并联 组成，电容器组的电容值的倒数为各个电容器的倒数之和，通过多个电容器的并联，能够增 大电容器组的电容容量，同样的，减少电容器的并联数量能够降低电容器组的电容容量。此 处的增大和降低电容器组的电容容量的方式是：每一个电容器与一个开关串联，通过控制 开关的通断，来控制与开关串联的电容器所在电路的通断，进而控制单个的电容器是否增 大或降低电容器组的电容值。也就是开关由断开到闭合则是增加电容器组的电容值，开关 由闭合到断开则是降低电容器组的电容值。
[0046] 单片机用于根据第一电流互感器二次侧的基准电流值和第二电流互感器二次侧 的路端电流值控制多个开关通断。其中，第一电流互感器的一次侧匝数与二次侧匝数比和 第二电流互感器的一次侧匝数与二次侧匝数比优选为相同的，那么单片机接收到的电流值 也就是相同的，可以直接使用。并联谐振内电路电流大于外部供给电流，电流值的处理由程 序控制，例如外部电流为1A，内部电流为2A。通过控制多个开关中每个开关的通断情况，由 前文所提供的控制方法进而使单片机能够控制电容器组的电容值。当然，单片机控制每个 开关通断也是可以根据预先录入单片机的指令来完成的。其中开关可以是继电器，与单片 机输出端相连的是继电器的线圈部分，与电容组成串联电路的是继电器的触点，当线圈闭 合时，触点通路，进而使带有该触点的串联电路接通。当电动机正常运行的时候，通过调节 电容器组的电容值，使电容组的阻抗和L3支路的线圈的阻抗相等，此时接入电路的电流 源的电流值的预定倍数与串联了电容的支路的电流值相等，进而使电容器组与另一条支路 产生并联谐振，也就是与电容组串联的回路发生串联谐振，电容与L2串联，那么L2就是串 联谐振，L3是并联谐振，严格的说，L1也产于了串联谐振。此处所指的预定倍数可以是根据 电机驱动电压，谐振时电路的等效电阻等相关参数预算出来的，另一条支路指的是不与电 容器组串联的支路，同时，电容器组与本条支路上的线圈产生串联谐振，此时电动机的功率 因数为1，也就是在消耗电能最少的情况下使电动机的输出功率不变，进而提高了电动机的 工作效率。
[0047] 通过两个互感器分别检测接入电动机的电源电流和电动机L2或L3任一条接入电 容组的支路的电流，再根据两个电流值调整与L2或L3任一条支路串联的电容值，进而使电 容器组与另一条支路产生并联谐振，另一条支路指的是不与电容器组串联的支路，在输出 功率不变的情况下，降低了输入的电量，使电动机工作效率提高了。
[0048] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 异步电动机电压互感电路，其特征在于，包括：第一电压互感器、第二电压互感器、 电容器组和单片机，所述电容器组包括多个电容器和多个开关，每个所述电容器与一个所 述开关串联形成电容串联电路，多个所述电容串联电路并联形成所述电容器组； 所述异步电动机电压互感电路的LI、L2和L3支路星形连接或角形连接； 所述第一电压互感器的一次侧绕组与电源并联，其二次侧绕组与所述单片机的输入端 电连接； 所述第二电压互感器的一次侧绕组与L1或L2或L3中的任一条支路并联，其二次侧绕 组与所述单片机的输入端连接； 所述电容器组与L2或L3中的任一条支路串联； 多个所述开关与所述单片机的输出端连接。
2. 根据权利要求1所述的异步电动机电压互感电路，其特征在于，所述单片机采用BCD 码方式排列。
3. 根据权利要求2所述的异步电动机电压互感电路，其特征在于，所述电容器组包括7 个电容。
4. 根据权利要求3所述的异步电动机电压互感电路，其特征在于，7个所述电容耐压值 为 400VDC，且电容值分别为 0· 5uf、luf、2uf、4uf、8uf、16uf、32uf。
5. 根据权利要求1所述的异步电动机电压互感电路，其特征在于，所述开关为中间继 电器，所述开关包括触点和线圈，所述线圈与所述单片机的输出端电连接，所述电容器与 一个所述触点串联形成电容串联电路。
6. 根据权利要求1所述的异步电动机电压互感电路，其特征在于，还包括：电子调压 器， 所述电子调压器同时串联于LI、L2和L3与所述电源之间。
7. 根据权利要求6所述的异步电动机电压互感电路，其特征在于，所述电子调压器的 工作电压为220V输出功率为10KW。
8. 异步电动机电流互感电路，其特征在于，包括：第一电流互感器、第二电流互感器、 电容器组和单片机，所述电容器组包括多个电容器和多个开关，每个所述电容器与一个所 述开关串联形成电容串联电路，多个所述电容串联电路并联形成所述电容器组； 所述异步电动机电流互感电路的LI、L2和L3支路星形连接或角形连接； 所述第一电流互感器的一次侧绕组与电源串联，其二次侧绕组与所述单片机的输入端 电连接； 所述第二电流互感器的一次侧绕组与L2支路串联，其二次侧绕组与所述单片机的输 入端电连接； 所述电容器组与L2或L3中的任一条支路串联； 多个所述开关与所述单片机的输出端连接。
【文档编号】H02J3/18GK203911673SQ201420161231
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】连长国 申请人:连长国