数字式电动机节电器的制作方法

本发明涉及一种电动机节电器，该电动机节电器通过调整电动机的端电压来提高电动机运行时的功率因数，以降低电动机的铁损。

背景技术：

当电动机的负荷较低时，电动机的效率会降低即所谓的大马拉小车，通常采用降低电动机的端电压的方法，以降低电动机的铁损，提高电动机运行效率；通过调节串联在电动机上的双向可控硅的导通角，可调节电动机的端电压；控制可控硅导通角的电路有单结晶体管触发电路，锯齿波移相触发电路，这些电路的共同点是采用电容来进行延时（移相）；对于三相电动机来说每相都必须设置触发电路，其中的电容要精确配对，这样三个双向可控硅的导通角才能一致，否则电动机的三相端电压会不平衡，影响其运行性能；常见的问题是，电容值容易出现漂移，使三个双向可控硅的导通角不一致。

技术实现要素：

发明要解决的技术问题是提供一种数字式电动机节电器，该数字式电动机节电器的各相的触发电路共用一时钟进行延时触发，使电动机的端电压平衡，避免电容漂移带来的不利，同时在制造过程中同时省去电容配对的工序，提高产品的质量。

本发明的技术方案是，一种数字式电动机节电器，其包括串接在三相电动机的绕组与市电之间的三个双向可控硅，其中第一双向可控硅受控于第一触发控制电路、第二双向可控硅受控于第二触发控制电路、第三双向可控硅受控于第三触发控制电路，其特征是，各触发控制电路具有相同的线路结构，其包括计数器、同步脉冲采集电路、触发器；输入给各触发控制电路中计数器的计数脉冲来至一压控振荡器，压控振荡器控制端的控制电压改变时其输出的计数脉冲频率随之改变，同步脉冲采集电路输出端与计数器的复位控制端连接，计数器的输出端与触发器的输入端连接，触发器的输出端与对应的双向可控硅的控制输入端连接；同步脉冲在对应的线电压过零时出现，同步脉冲出现时计数器的输出端为低电平，同步脉冲消失后计数器开始计数，计数器所计的个数达规定值时计数器的输出端为高电平，使触发器驱动对应的双向可控硅导通。

本数字式电动机节电器的特点是，各触发控制电路的延时是通过脉冲计数来实现的，而各触发控制电路的计数器所接受的脉冲信号为一压控振荡器输出的脉冲信号，这样可保证各触发控制电路的延时一致，调节压控振荡器控制端的控制电压可改变时其输出的脉冲频率，在脉冲个数相同的情况下，频率高则延时短，频率低则延时长，调节压控振荡器控制端的控制电压可改变双向可控硅的导通角即改变电动机的端电压。与现有技术相比，本触发控制电路中无电容元件，避免了因电容值变化而引起的双向可控硅的导通角不一致所带来的电动机的端电压不平衡的问题，同时省去电容配对的工序，提高了电动机节电器生产过程中的调试效率。

附图说明

图1为本发明的相位检测器及稳压电源电路原理图。

图2为本发明的压控振荡器及触发控制电路电路原理图。

具体实施方式

现结合附图说明本发明的具体实施方式。

一种数字式电动机节电器，其包括串接在三相电动机md的绕组与市电之间的三个双向可控硅，其中第一双向可控硅受控于第一触发控制电路、第二双向可控硅受控于第二触发控制电路、第三双向可控硅受控于第三触发控制电路，其特征是，各触发控制电路具有相同的线路结构，其包括计数器、同步脉冲采集电路、触发器；输入给各触发控制电路中计数器的计数脉冲来至一压控振荡器，压控振荡器控制端的控制电压改变时其输出的计数脉冲频率随之改变，同步脉冲采集电路输出端与计数器的复位控制端连接，计数器的输出端与触发器的输入端连接，触发器的输出端与对应的双向可控硅的控制输入端连接；同步脉冲在对应的线电压过零时出现，同步脉冲出现时计数器的输出端为低电平，同步脉冲消失后计数器开始计数，计数器计数的个数达规定值时计数器的输出端为高电平，触发器驱动对应的双向可控硅导通。

所述的压控振荡器包括时基集成电路ic1，时基集成电路ic1的型号为ne555，时基集成电路ic1的引脚4、8接工作电压vdd，时基集成电路ic1的引脚2、6、7并联，时基集成电路ic1的引脚2通过电容c4接地，时基集成电路ic1的引脚2通过电阻r8接一控制电压ud，时基集成电路ic1的引脚5接电位器w2的滑臂，电位器w2的一端通过电阻r9接工作电压vdd，电位器w2的另一端通过电阻r10接地，时基集成电路ic1的引脚3输出脉冲信号。改变控制电压ud的大小可改变压控振荡器输出的计数脉冲信号的频率。计数脉冲信号的频率计数脉冲信号的频率变化范围可选择在100khz至200khz之间，这样可使各触发控制电路的导通角更接近一致。所述压控振荡器的功能也可采用型号为lm331的电压/频率转换器集成电路来实现，但lm331的电压/频率转换器输出的频率范围仅能在100khz以内，使用较低的频率范围，各触发控制电路之间的导通角误差会有所增大。

第一触发控制电路包括计数器ic2、同步脉冲采集电路、触发器，计数器ic2为14位二进制串行计数器集成电路，其型号为cd4020，计数器ic2的引脚16接工作电压vdd，计数器ic2的引脚11接同步脉冲采集电路输出端，计数器ic2的引脚10接时基集成电路ic1的引脚3，计数器ic2的引脚8接地，计数器ic2的引脚14为计数器ic2的输出端；计数器ic2的型号也可为cd4040，采用cd4040时各功能引脚应对应连接。

同步脉冲采集电路包括桥式整流器d1、光耦ge1、三极管q3、电阻r11、电阻r12、电阻r23，桥式整流器d1的输入端接线电压uab，桥式整流器d1输出端的正极接光耦ge1的发光二极管的阳极，光耦ge1的发光二极管的阴极通过电阻r23接桥式整流器d1输出端的负极，光耦ge1的光电三极管的集电极接工作电压vdd，光电三极管的发射极通过电阻r12接三极管q3的基极，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极通过电阻r11接工作电压vdd，三极管q3的集电极为同步脉冲采集电路的输出端与计数器ic2的引脚11连接；

所述的触发器由三极管q6、光耦ge4、电阻r13、电阻r14组成，三极管q6的基极通过电阻r13接计数器ic2的引脚14，三极管q6的发射极接地，三极管q6的集电极接光耦ge4的发光二极管的阴极，光耦ge4的发光二极管的阳极通过电阻r14接工作电压vdd，光耦ge4的光电可控硅的两端分别与第一双向可控硅scr1的控制极g1和阴极t11连接。所述的光耦也可用一脉冲变压器来替代。

第一触发控制电路工作原理是，计数器ic2引脚10为计数脉冲输入端，计数脉冲来自压控振荡器的输出端即时基集成电路ic1的引脚3，设压控振荡器输出的脉冲信号的频率为200khz，当压控振荡器输出的脉冲数达1024个时，计数器ic2的引脚14由低电平变为高电平，同步脉冲采集电路仅在线电压uab过零时才输出一个同步脉冲，同步脉冲施加在计数器ic2的引脚11上，计数器ic2的引脚11为计数器清零端，同步脉冲出现时对所计的数值清零并停止计数，包括计数器ic2的引脚14在内的各计数输出端都为低电平，当同步脉冲消失时，计数器ic2开始计数，计数器ic2的引脚14变为高电平时，三极管q6导通，光耦ge4的光电可控硅导通，第一双向可控硅scr1导通；压控振荡器输出的脉冲信号的频率越高第一双向可控硅scr1导通角越大，反之亦然。

第二触发控制电路和第三触发控制电路的线路结构与第一触发控制电路的线路结构相同。

第二触发控制电路包括计数器ic3、同步脉冲采集电路、触发器，计数器ic3的引脚10接时基集成电路ic1的引脚3；

第二触发控制电路的同步脉冲采集电路包括桥式整流器d2、光耦ge2、三极管q4、电阻r15、电阻r16、电阻r24，桥式整流器d2的输入端接线电压ubc;

第二触发控制电路的触发器由三极管q7、光耦ge5、电阻r17、电阻r18组成，光耦ge5的光电可控硅的两端分别与第二双向可控硅scr2的控制极g2和阴极t12连接。

第三触发控制电路包括计数器ic4、同步脉冲采集电路、触发器，计数器ic4的引脚10接时基集成电路ic1的引脚3；

第三触发控制电路的同步脉冲采集电路包括桥式整流器d3、光耦ge3、三极管q5、电阻r19、电阻r20、电阻r25，桥式整流器d3的输入端接线电压uca；

第三触发控制电路的触发器由三极管q8、光耦ge6、电阻r21、电阻r22组成，光耦ge6的光电可控硅的两端分别与第三双向可控硅scr3的控制极g3和阴极t13连接。

改变控制电压ud的大小可改变压控振荡器振荡频率，压控振荡器输出的脉冲信号的频率越高，电动机的端电压越高，反之亦然。

各触发控制电路的工作电压vdd，由一稳压电源提供，所述的稳压电源包括降压变压器的次级绕组l1、全波整流器ql1、集成稳压电路ic5，全波整流器ql1的输入端与次级绕组l1连接，全波整流器ql1的输出端的正极通过电容c1接地，全波整流器ql1的输出端的负极接地，全波整流器ql1的输出端的正极接集成稳压电路ic5的引脚1，集成稳压电路ic5的引脚2接地，集成稳压电路ic5的引脚3通过电容c2接地，集成稳压电路ic5的引脚输出工作电压vdd，集成稳压电路ic5的型号为7812。

所述的控制电压ud可以这样得到，用一电位器接工作电压vdd，电位器滑臂上电压即为控制电压ud，调节滑臂位置可改变控制电压ud的大小；为实现电动机的端电压的自动控制，所述的控制电压ud可通过一相位检测器和一反相运算电路得到。

所述的相位检测器包括降压变压器b1、电流互感器lh，降压变压器b1的初级线圈接线电压ubc、电流互感器lh的初级线圈与电动机a相绕组相串联，电流互感器lh的次级线圈接一信号变压器b2的初级线圈，信号变压器b2次级线圈的同名端端接三极管q1的基极，信号变压器b2次级线圈的另一端接三极管q2的基极，三极管q1的集电极接降压变压器b1次级线圈l2的同名端，三极管q2的集电极接降压变压器b1次级线圈l2的另一端，三极管q1、三极管q2的发射极相连接，三极管q1发射极通过电阻r1接降压变压器b1次级线圈l2的中心抽头，降压变压器b1次级线圈l2的中心抽头接地，三极管q1发射极通过电阻r2接信号变压器b2次级线圈的中心抽头，三极管q1发射极接稳压管dw1的阴极，压管dw1的阳极接地，三极管q1发射极通过电阻r3接电容c3的正极，电容c3的负极接地，电容c3的正极输出一相位电压ud’；相位检测器采用这样的线路结构，在正负半波都能检测相位，提高了的相位电压ud’的平滑度、灵敏度以及抗奇次谐波干扰性能，同时使线路结构简单、使用元器件较少。

反相运算电路由运算放大器a1、电阻r4、r5、r6、r7构成，电容c3的正极接电位器w1的一端，电位器w1的另一端接地，电位器w1的滑臂通过电阻r4接运算放大器a1的反相输入端，运算放大器a1的反相输入端与输出端之间跨接有电阻r7，运算放大器a1的同相输入端通过电阻r5接工作电压vdd，运算放大器a1的同相输入端通过电阻r6接地，运算放大器a1的输出端通过电阻r8接时基集成电路ic1的引脚2，运算放大器a1的输出端的电压为控制电压ud。

其自动控制原理是，相位电压ud’与线电压ubc、电动机相电流ia之间的相位角成正比关系，运算放大器a1与电阻r4、r5、r6、r7构成一反相运算电路，相位电压ud’升高时运算放大器a1输出的电压减小，反之亦然；当电动机运行时功率因数↓→相位角↑→相位电压ud’↑→控制电压ud↓→压控振荡器输出的脉冲信号的频率↓→电动机的端电压↓→功率因数↑。调节电位器w1可设定电动机运行时的功率因数，所设定的功率因数等于电动机的额定功率因数。