一种带感应电压检测的三相电机控制器的制作方法

本发明属于三相电动机的控制装置技术领域，具体涉及一种带感应电压检测的三相电机控制器。

背景技术：

现有电动机控制器在电动机负载突然加大时，会出现不能及时提高电动机电压，造成电动机运转不平稳，甚至堵转的情况发生；在软件启动过程中，不能及时对电动机负载的变化做出反应，造成电动机启动不平稳，甚至无法启动的情况发生。

现有电动机节能和软启动控制器是不带感应电压检测的功率因数控制器，在电动机负载突然增加时，会出现不能及时提高电动机电压，造成电动机运转不平稳，甚至堵转的情况发生。在软件启动过程中，不能及时对电动机负载的变化做出反应，造成电动机启动不平稳，甚至无法启动的情况。造成现有技术的电动机控制器应用范围有限，运行可靠性不高等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带感应电压检测的三相电机控制器。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种带感应电压检测的三相电机控制器，包括信号调整电路、高频振荡器和三条控制线路；三条所述控制线路分别用于控制电动机的三相电源；所述控制线路包括相位检测器、斜坡发生器、比较器、门电路、变压器和可控硅；

所述相位检测器包括两个输入端；一个输入端连接相线，另一个输入端与电动机电连接，用于采样电动机的输入电信号；所述相位检测器的输出端与所述所述信号调整电路电连接；

所述斜坡发生器的输入端连接相线；所述斜坡发生器、所述比较器、所述门电路和所述变压器依次电连接；所述变压器的输出端与所述可控硅电连接；所述可控硅的阳极连接相线，阴极连接电动机的输入端；

所述信号调整电路的输出端与所述比较器电连接；所述高频振荡器的输出端与所述门电路电连接；

所述的三相电机控制器还包括启动电路、二极管装置、感应电压检测电路和方波整形器；所述启动电路包括两个输出端，分别与所述信号调整电路和二极管装置电连接；所述二极管装置的输出端与所述感应电压检测电路电连接；所述方波整形器的输入端连接相线，输出端与所述感应电压检测电路电连接；所述感应电压检测电路还从电动机的输入端采样电信号，所述感应电压检测电路的输出端与所述信号调整电路电连接。

所述信号调整电路包括电位器r1、三极管q1、负反馈网络和运放u1；

所述三极管q1的集电极通过所述电位器r1与直流电压源连接，发射极接地，基极与所述启动电路电连接；

所述负反馈网络的一端通过电阻与所述三极管q1的集电极连接，另一端与所述运放u1的输出端连接；

所述运放u1的同相输入端通过电容与直流电压源连接，反相输入端连接所述相位检测器；

所述所述负反馈网络的一端还与所述启动电路连接；所述三极管q1的集电极还与所述感应电压检测电路连接；所述运放u1的输出端与所述比较器连接。

所述启动电路包括电位器r8、运放u2、运放u3和三极管q2；

所述运放u2的反相输入端通过所述电位器r8与直流电压源连接，同相输入端接地，输出端与所述运放u3的反相输入端连接；

所述运放u3的同相输入端通过电阻分压网络与直流电压源连接，输出端与所述信号调整电路连接；

所述三极管q2的基极与所述运放u3的输出端连接，集电极与所述运放u2的输出端连接，发射极接地；

所述三极管q2的集电极还通过电阻分压网络与直流电压源连接；所述三极管q2的集电极还与所述二极管装置连接；所述三极管q2的集电极还通过电阻与所述信号调整电路连接。

所述二极管装置包括电阻r30、二极管d2和电容r8；

所述电阻r30的一端与所述启动电路连接，另一端与所述二极管d2的阳极连接；所述二极管d2的阳极通过所述电容r8接地，所述二极管d2的阴极与所述感应电压检测电路连接。

所述感应电压检测电路包括三极管q3、三极管q4、二极管d1、运放u4和运放u5；

所述三极管q3的基极与所述三极管q4的基极通过电阻相连，且与所述方波整形器连接；所述三极管q3的集电极与所述三极管q4的集电极通过电阻相连，且通过电阻分压网络与电动机的输入端连接；所述三极管q3的发射极和所述三极管q4的发射极接地；

所述运放u4的同相输入端连接所述三极管q4的集电极，反相输入端连接所述三极管q3的集电极，输出端与所述二极管装置连接；

所述运放u4的输出端与所述二极管d1的阴极连接，所述二极管d1的阳极与所述运放u5的同相输入端连接；所述运放u5的反相输入端与输出端连接；所述运放u5的输出端还与所述信号调整电连接电连接。

所述门电路包括三极管q5；

所述三极管q5的基极与所述比较器和所述高频振荡器电连接，集电极通过二极管和电阻与直流电压源连接，发射极接地；

所述变压器的初级线圈的两端分别连接直流电压源和所述三极管q5的集电极；所述变压器的次级线圈的两端分别连接所述可控硅的控制极和阴极。

所述方波整形器包括运放u5；所述运放u5的同相输入端通过电阻分压网络连接相线，反相输入端接地，输出端与所述感应电压检测电路连接。

所述可控硅上还并联有一个电容和一个电阻的串联电路。

所述可控硅为双向导通的可控硅。

所述高频振荡器采用一个文氏桥震荡电路。

本发明采用以上技术方案，用于检测可控硅关断期间电动机产生的感应电压，能快速检测到电动机负载突然增大的情况，用于提高电动机运行过程中负载突然增大时的响应速度，以及用于增强电动机软启动过程中的启动性能，使电动机启动和运转更加平稳，性能更加优异。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种带感应电压检测的三相电机控制器的电路结构示意图；

图2是本发明一种带感应电压检测的三相电机控制器的信号调整电路示意图；

图3是本发明一种带感应电压检测的三相电机控制器的启动电路示意图；

图4是本发明一种带感应电压检测的三相电机控制器的感应电压检测电路和二极管装置示意图；

图5是本发明一种带感应电压检测的三相电机控制器的门电路、变压器和可控硅示意图。

图中：1-信号调整电路；2-高频振荡器；3-启动电路；4-二极管装置；5-感应电压检测电路；6-方波整形器；101/201/301-斜坡发生器；102/202/302-相位检测器；103/203/303-比较器；104/204/304-门电路；105/205/305-变压器；106/206/306-可控硅。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种带感应电压检测的三相电机控制器，包括信号调整电路1、高频振荡器2和三条控制线路；三条所述控制线路分别用于控制电动机m的三相电源；所述控制线路包括相位检测器、斜坡发生器、比较器、门电路、变压器和可控硅；

所述相位检测器包括两个输入端；一个输入端连接相线，另一个输入端与电动机m电连接，用于采样电动机m的输入电信号；所述相位检测器的输出端与所述所述信号调整电路1电连接；

所述斜坡发生器的输入端连接相线；所述斜坡发生器、所述比较器、所述门电路和所述变压器依次电连接；所述变压器的输出端与所述可控硅电连接；所述可控硅的阳极连接相线，阴极连接电动机m的输入端；

所述信号调整电路1的输出端与所述比较器电连接；所述高频振荡器2的输出端与所述门电路电连接；

所述的三相电机控制器还包括启动电路3、二极管装置4、感应电压检测电路5和方波整形器6；所述启动电路3包括两个输出端，分别与所述信号调整电路1和二极管装置4电连接；所述二极管装置4的输出端与所述感应电压检测电路5电连接；所述方波整形器6的输入端连接相线，输出端与所述感应电压检测电路5电连接；所述感应电压检测电路5还从电动机m的输入端a7采样电信号，所述感应电压检测电路5的输出端与所述信号调整电路1电连接。

需要说明的是，三个相位检测器(102/202/302)的结构是相同的。同样地，三个斜坡发生器(101/201/301)、三个比较器(103/203/303)、三个门电路(104/204/304)、三个变压器(105/205/305)、三个可控硅(106/206/306)也都是相同的。

相位检测器测量电动机m的电流和电压，并提供与电压和电流相位差成比例的输出信号，该信号即为功率因数信号。相位检测器102从端子m1接收代表a相电流的电流响应采样信号，并接收a-b相电压的电压信号；相位检测器202从端子m2接收代表b相电流的电流响应采样信号，并接收b-c相电压的电压信号；相位检测器302从端子m3接收代表c相电流的电流响应采样信号，并接收c-a相电压的电压信号；三个相位检测器均向端子a3提供输出信号。

信号调整电路1对端子a3的功率因数信号进行调节，输出控制信号。控制信号和斜坡发生器的输出信号进行比较而生成可控硅的触发信号。在操作中，当控制信号的电平和斜坡信号的前沿的相交时，生成输出脉冲，这些脉冲使可控硅触发。

如图2所示，所述信号调整电路1包括电位器r1、三极管q1、负反馈网络和运放u1；

所述三极管q1的集电极通过所述电位器r1与直流电压源连接，发射极接地，基极通过端子a1与所述启动电路3电连接；

所述负反馈网络由电阻r4、r5、r6和电容c1、c2、c3组成；所述负反馈网络的一端通过电阻r3与所述三极管q1的集电极连接，另一端与所述运放u1的输出端连接；

所述运放u1的同相输入端通过电容c4与直流电压源连接，反相输入端连接端子a3，通过端子a3与三个所述相位检测器垃圾；

所述所述负反馈网络的一端还通过端子a2与所述启动电路3连接；所述三极管q1的集电极还通过端子a4与所述感应电压检测电路5连接；所述运放u1的输出端通过端子a5与三个所述比较器连接。

如图3所示，所述启动电路3包括电位器r8、运放u2、运放u3和三极管q2；

所述运放u2的反相输入端通过所述电位器r8与直流电压源连接，同相输入端接地，输出端与所述运放u3的反相输入端连接；

所述运放u3的同相输入端通过电阻分压网络与直流电压源连接，输出端通过电阻r17、端子a1与所述信号调整电路1连接；

所述三极管q2的基极通过电阻r15与所述运放u3的输出端连接，集电极通过电阻r10与所述运放u2的输出端连接，发射极接地；

所述三极管q2的集电极还通过电阻分压网络与直流电压源连接；所述三极管q2的集电极还通过端子a6与所述二极管装置4连接；所述三极管q2的集电极还通过电阻r11、端子a2与所述信号调整电路1连接。

为了确保电动机m在启动电路3工作之前不“开通”，在未启动的状态下，启动电路3用于提供一个“阻止启动”的电信号，以阻止来自电位计r1的直流电压源信号，使信号调整电路1不工作。这是通过启动电路3向pnp三极管q1的基极输出一个电信号，使三级管q1导通，电位器r1被短路来实现。

如图4所示，所述二极管装置4包括电阻r30、二极管d2和电容r8；

所述电阻r30的一端通过端子a6与所述启动电路3连接，另一端与所述二极管d2的阳极连接；所述二极管d2的阳极通过所述电容r8接地，所述二极管d2的阴极与所述感应电压检测电路5连接。

如图4所示，所述感应电压检测电路5包括三极管q3、三极管q4、二极管d1、运放u4和运放u5；

所述三极管q3的基极与所述三极管q4的基极通过两个电阻相连，且两个电阻的连接点通过端子a8与所述方波整形器6连接；所述三极管q3的集电极与所述三极管q4的集电极通过两个电阻相连，且通过电阻分压网络与电动机m的输入端a7连接；所述三极管q3的发射极和所述三极管q4的发射极接地；

所述运放u4的同相输入端连接所述三极管q4的集电极，反相输入端连接所述三极管q3的集电极，输出端与所述二极管装置4连接；

所述运放u4的输出端与所述二极管d1的阴极连接，所述二极管d1的阳极与所述运放u5的同相输入端连接；所述运放u5的反相输入端与输出端连接；所述运放u5的输出端还与所述信号调整电连接电连接。

方波整形器6的输出，通过电阻r22连接到晶体管q3的基极，并通过电阻r23到晶体管q4的基极。当方波整形器6的输出是正的，控制晶体管q3是开的，从而防止任何信号到达运放u4的负输入端；当方波整形器6的输出为负，晶体管q4为开，防止信号到达运放u4的的正输入端。电阻r21、r20、r24、r25和r26的值是被选定的，因此，运放u4的增益对于其正、负端输入是相同的。

运放u4的正输出被二极管d1阻塞，只通过负输出；当突然加载，这种负电压瞬间增加。由于这些负峰在怠速电动机m中接近零值，显著的增益可以包含在运放u4，所以感应电动势的增加，是从负载突然变化引起的，也可以放大，以提高其有效性。这是本发明的一个重要方面。从运放u4的负脉冲由二极管d1通过，由于是在运放u4输出无电阻，瞬间将电容器c6充电到峰值。

作为一个电压跟随器，运放u5为电容器c6提供高输入阻抗，允许电容器c6在每个半周期之间保持电荷，从而消除纹波。运放u5的输出，通过电容c7、电阻r29和r28的串、并联组合，到输出端子a4，进入信号调整电路1。

通过这样的安排，瞬间的负荷会瞬间被感应电压检测电路5感知到，一个信号产生并被送到信号调整电路1，使信号调整电路1响应负载。一旦信号调整电路1已经增加相位以响应负载，则没有电压被施加到电容器c6，同时电容c6马上被并联电阻r27放电。当这种情况发生时，电荷迅速(相对负载周期)减弱到电容器c6可以接受下一次突然施加的负载时的充电。rc电路时间常数由电容c6和电阻r27确定，通常是几秒钟，相对于电动机m控制系统相关的频率慢一些。由于感应电动势感应电路在一个方向上快速操作(快速增长，缓慢下降)，输出信号伴随着一个大的增益送入控制系统，不影响系统的稳定性。大增益增加感应电动势在提高节能性能方面的有效性，如上面提到的，这是本发明的显著特征，当电阻r29为电容c7放电时，这个增益是由电容器c7、电阻r28确定。

电路描述到目前为止，所述的控制器可以实现更大的能源节约，同时提高对突然负载的响应速度。感应电动势也可应用于控制器，改善电动机m的软启动特性，理想的软启动是随着时间的推移线性增加的速度。

如图5所示，所述门电路包括三极管q5；

所述三极管q5的基极与所述比较器和所述高频振荡器2电连接，集电极通过二极管和电阻与直流电压源连接，发射极接地；

所述变压器的初级线圈的两端分别连接直流电压源和所述三极管q5的集电极；所述变压器的次级线圈的两端分别连接所述可控硅的控制极和阴极。

门电路是一种电子开关，能够接通或切断比较器的输出到可控硅的控制极之间的线路，从而影响可控硅电流开启的时间；而门电路的通/断又受控于比较器的输出脉冲。因此，可控硅的开通时间跟随比较器输出的脉冲的周期。

电阻r33和二极管d3的串联电路并联在变压器105的初级绕组，以便抑制感应电压到和半导体电路一致的安全水平。

所述方波整形器6包括运放u5；所述运放u5的同相输入端通过电阻分压网络连接相线，反相输入端接地，输出端与所述感应电压检测电路5连接。

电容c9和电阻r35串联，然后并联在所述可控硅106的阳极和阴极之间，使可控硅106工作更加平稳。

所述可控硅为双向导通的可控硅。

所述高频振荡器2采用一个文氏桥震荡电路。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。