全自动交流电动机节电装置的制作方法

本发明涉及一种电动机节电装置，特别是涉及一种全自动交流电动机节电装置的节能技术方案，属于节能技术与电子电路设计领域。

背景技术：

经济要发展，电力要先行。近年，随着我国经济的飞速发展，很多经济发达地区出现了电力供不应求的紧张局面，这直接制约了这些地区的经济发展，并且，面对不可再生的一次能源，如煤、石油、天然气等资源的枯竭，我们更要致力于用电设备的节能研究。而电机又是应用量大、使用范围广的一种高耗能动力设备，根据相关数据统计，我国电动机耗电量约占工业用电总量的60％～70％，这主要是由于实际应用中，很多的电动机过大地考虑了安全余量，使其长期处于轻载运行状态，使得电机的工作效率非常低下，如此造成了严重的能源浪费。因此，对电动机进行节能控制，提升电机的工作效率，节约用电量对于能源日益稀缺的当今社会具有非常重要的实际意义，也是刻不容缓的关键举措。

众所周知，电动机的运行效率与负载大小有关，当电动机在额定负载附近运行时，效率和功率因数都很高，但在负载率较低时，其功率因数和效率都急剧下降，而且根据交流异步电动机工作特性，其功率因数在0.8左右的运行效率最高，且运行转速受电压的大小影响不大，因而本发明采用的是调压节能的控制方式，即通过采集电动机运行中的电参量，获取功率因数实际值，然后与设定值进行比较，比较结果控制多抽头变压器的分接开关，改变变压器的输出电压值，使电动机的供电电压跟随负载的变化而变化，如此便可合理实现调压节能的目的。

技术实现要素：

本发明是为解决电动机实际应用中运行效率十分低下，耗电量非常大的问题而发明设计的。全自动交流电动机节电装置主要由主电路和控制电路构成。其中主电路包括：旁路/节能转换开关，变压器分接开关(电气开关或电子开关)，变压器等；控制电路包括：电动机电参量采集电路、功率因数获取电路、窗口比较电路、开关驱动电路，过零检测和故障检测电路等。

该发明主电路中通过三个开关的有序切换可实现节电装置的旁路启动与节能运行的无缝切换；变压器高压侧采用多抽头设计，各个变压比的选择由与抽头连接的分接开关控制，而分接开关的控制信号来自于控制电路。

该发明控制电路实现电动机运行中电压、电流信号的采集，实际功率因数的计算，功率因数实际值与设定值的比较，比较结果经过相关驱动电路驱动变压器分接开关，实现根据负载变化实时调压节能，过零检测电路使变压器分接开关在过零点动作，保证开关动作的安全可靠性，降低甚至避免过电压的冲击危害。故障检测电路实时监测控制信号，当控制信号或开关动作发生异常可自动切换至旁路供电，防止开关误操作造成短路等故障，在不影响负载正常运行的条件下同时也方便节电装置的及时、安全维护。

本发明的有益效果：

1.可使电动机实现旁路市电供电运行与调压节能运行的无缝切换；

2.根据负载变化，采用自耦变压器多抽头形式实现电机供电电压的多级有效调节，从而提高电机的运行效率，大大节约了电能；

3.主电路旁路/节能转换开关和变压器分接开关具有多种选择性，可选用工作寿命长，动作迅速的接触器、继电器等高可靠性的电气开关，也可以是体积小、反应速度快的可控硅、IGBT、达林顿管等无触点电子开关；

4.变压器多抽头设计，使变压器输出的各个电压档位与各个功率因数设定值相对应；

5.采用过零检测电路使开关动作更具有安全性和稳定性；

6.采用故障检测电路确保节电装置故障时可及时切换至旁路供电，而不影响负载的安全运行，同时也可方便维修人员快速锁定故障点，进行安全维修。

附图说明

图1为全自动交流电动机节电装置的主电路原理图。

其中：KM1、KM2、KM3为旁路/节能转换开关；C1、C2为多抽头变压器；K11、K12、K13、K14为变压器C1的分接开关；K21、K22、K23、K24为变压器C2的分接开关。

图2为功率因数比较电路的原理框图。

其中：1-逻辑电路；2-驱动电路；3-变压器分接开关。

图3为可控硅过零触发电路原理图。

其中：T11、T12为可控硅两端电压信号；QD1为变压器档位选择信号；G11、G12为可控硅控制极信号；Q1为NPN型三极管；Uxx为集成电路；Cxx为电容；Rxx为电阻。

具体实施方式

下面将配合附图对本发明做详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本发明是为解决电动机长期处于轻载或空载状态造成的电能严重浪费的问题而发明设计的。通过采集电机运行的电参量，获取实际功率因数，功率因数可切实反映负载的变化情况，然后由功率因数的实际值与设定值的比较，输出比较结果控制变压器的分接开关动作，选择合适的电动机供电电压档位，使电动机供电电压跟随负载实时变化，始终处于高效节能的运行状态。

该发明主要由主电路和控制电路构成。主电路部分主要包括旁路/节能转换开关，变压器分接开关(电气开关或电子开关)和变压器等，如图1所示。图中KM1、KM2、KM3为旁路与节能切换用开关，合理控制其开关顺序可以保证切换过程不影响电机的正常运行。旁路运行中，KM2闭合，KM1和KM3断开；旁路转为节能运行时，即节电装置启动时，开关的动作顺序为：KM3闭合、KM2断开、KM1闭合；节能切换到旁路运行时：KM1断开、KM2闭合、KM3断开。变压器C1、C2一次侧为多抽头形式，K11～K14、K21～K24为变压器分接开关，开关控制信号来自于控制电路，且三相电中B相长导通。

控制电路包括：电参量采集电路、功率因数获取与转换电路、比较电路及驱动电路等。所述电参量采集电路是采集电动机工作中的电压与电流信号；功率因数获取通过计数电路、逻辑门电路、存储电路与D/A转换电路实现；比较电路即功率因数实际值与设定值的比较，如图2所示，比较结果经过逻辑电路1和驱动电路2，得到变压器分接开关的控制信号，变压器分接开关3可选用多种开关，如继电器、接触器、IGBT、达林顿管、可控硅等。

实际应用中，根据选用的分接开关不同，应采用不同的驱动或触发电路。下面着重介绍可控硅触发电路。可控硅(可选用双向可控硅或将单向可控硅反向并联，此处以单向可控硅为例。)是一种大功率半导体器件，具有体积小、反应速度快、无触点、无火花、无噪音、高效率，低成本等开关优势。如图3所示为可控硅过零触发的电路原理图。可控硅开关特性：当可控硅阳极电位高于阴极电位，且控制极加有正向触发脉冲时，可控硅导通；当可控硅阴极电位高于阳极电位或阳极电流小于维持电流时，可控硅关断。图3中T11、T12为可控硅两端电压信号，G11、G12为两个反并联单向可控硅的控制极信号，U1、U2构成电压跟随器电路，U3为过零比较电路，QD1为变压器抽头选通信号，U6为触发器，U7、U8、U9为光耦，该电路即实现，当在电压过零点处且QD1为高电平时，可控硅控制极才会有正向触发信号，使其导通。如此便可使该节电装置实现动态响应时间短、快速且安全跟踪负荷变化，避免出现非过零点开关将对电网造成强大干扰和对负载造成巨大冲击的现象。

最后需要说明的是：上述仅为本发明的实施例，并非是对本发明的实施方式进行限定，凡是利用本发明说明书及附图内容，将本发明运用到其他相关技术领域的，均应涵盖在本发明的保护范围之中。