一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器的制作方法

本实用新型涉及一种功率补偿设备，更具体的说是一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器。

背景技术：

目前我国能源消耗总量呈逐年上升趋势，其中工业能源消耗量约占全国能源消耗总量的70％左右，电机又是工业领域的主要耗电终端，用电占工业用电总量的75％。

电机在应用中有调速和不调速两种工况，占60％以上不需要调速控制电机的能耗问题几乎被人们所忽视，绝大多数不调速电机存在保护简单，缺乏故障分析和记录，低效率运行，电能浪费严重的问题。

目前广泛采用在配电室变压器低压出口侧安装并联电容器，来抵消感性负载产生的无功损耗，但是不能抵消电动机供电线路的无功损耗，并且整个补偿额度控制在较低范围内(0.9-0.95)，以免过补偿。

由于供电系统的峰谷平周期性变化和生产工艺过程的变化会发生电动机输出转矩不足或者大马拉小车现象，增大系统损耗、浪费电能、提高供电线路温升、降低系统的安全性。

例如专利申请号为CN201620742672.4的一种驱电器，包括驱动电路板以及外围电路，其中驱动电路板包括：电源检测端、电源输入端、可控硅控制端、电流互感器端、散热风扇控制端、稳压模块以及单片机；电源输入端通过稳压模块Ta与单片机的电源输入引脚连接；外围电路包括：可控硅开关、无功补偿电路、熔断器以及电感器；可控硅开关的控制端与驱动电路板的可控硅控制端连接；可控硅开关的输入端与熔断器连接；可控硅开关的输出端与无功补偿电路连接；电感器与电流互感器端连接；电感器在可控硅开关的输出端与无功补偿电路的连接处发生互感。该实用新型无法根据电路中实际使用需要准确地进行功率补偿，并且在供电线路电压不稳时无法正常使用，无法控制电动机扭矩，无法实现电动机满转矩启动。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，可以根据供电质量和生产工艺变化，改善电动机的转矩，使电动机的输出转矩与生产工艺相适应，带载动态调节变压器的运行方式，避免转矩不足和大马拉小车现象，使电动机供电参数实时趋向与负载率动态平衡的状态，减少电动机的多余转矩；还可以提高整个用电系统的功率因数，减小配电变压器、供电线路的负载电流，从而降低无用损耗，降低整个供电线路的温升，具有较高的经济使用价值，提高了供电线路的安全性；并且隔离变压器Tb可以根据负载率的变化自动实现工作状态的转换，可以使驱电器在较宽泛的负载率下具有良好的安全性和经济性。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，包括采样模块SIG-E、主电源输入端La、稳压模块Ta、隔离变压器Tb、电源检测模块、基准接地端N、主控制器、补偿开关KM、补偿模块CR和主电源输出端Lb，所述主电源输入端La接入三相交流电，所述稳压模块Ta的电源输出端连接采样模块SIG-E的电源输入端，所述基准接地端N和电源检测模块的输出端分别与采样模块SIG-E的输入端连接，所述主电源输入端La与主电源输出端Lb之间设置有隔离变压器Tb，所述采样模块SIG-E的输出端连接主控制器，主控制器的输出端连接补偿开关KM的控制端，所述补偿开关KM的一端连接在电源检测模块与主电源输出端Lb之间，所述补偿开关KM的另一端连接补偿模块CR，所述隔离变压器Tb设置在电源检测模块与补偿开关KM之间，所述隔离变压器Tb的输入端与基准接地端N连接，所述隔离变压器Tb的控制信号输入端与主控制器的信号输出端连接。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述隔离变压器Tb包括变压器线圈组、双路互锁接触器和隔离组件，所述变压器线圈组包括三个初级线圈和分别与三个初级线相对设置的三个次级线圈，所述三个初级线圈的输入端与主电源输入端La连接，所述三个初级线圈的输出端与主电源输出端Lb连接，所述三个次级线圈的一端与基准接地端N连接，所述三个次级线圈的另一端与连接在双路互锁接触器和隔离组件之间，所述双路互锁接触器包括两个开关输入端子和两个开关输出端子，所述两个开关输入端子均与一个次级线圈不与基准接地端N连接的一端连接，所述两个开关输出端子分别连接一个初级线圈的输出端和基准接地端N，所述两个开关输入端子均与隔离组件的输入端连接，所述双路互锁接触器和隔离组件各设置有三个，所述三个隔离组件的输出端均与基准接地端N连接。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述开关输出端子与初级线圈的输出端之间设置有保险丝Ⅰ。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述双路互锁接触器1KM的开关输入端子和开关输出端子之间均为串联的双触点开关。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述电源检测模块包括电压检测端FU和无功检测端TA，所述电压检测端FU的输入端包括三个电压检测端FU子，三个电压检测端FU子分别连接三相交流电的三根输电线，所述无功检测端TA包括三个无功检测端TA子，三个无功检测端TA子均设置有电感线圈，三个电感线圈分别包裹在三相交流电的三根输电线上，所述电压检测端FU和无功检测端TA的输出端分别连接采样模块SIG-E的输入端。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述三个电压检测端FU子与三相交流电的三根输电线之间均设置有保险丝Ⅱ。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述采样模块SIG-E的输出端连接有LCD显示模块。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述主控制器内部设置有时钟计时模块。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述补偿模块CR包括多个补偿器，补偿器内设置有三组补偿电容，所述补偿电容由多个电容并联组成，补偿电容上并联连接有电阻。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，所述三组补偿电容的输入端与补偿开关KM连接，第一组补偿电容的输入端与第三组补偿电容的输出端连接，第一组补偿电容的输出端与第二组补偿电容的输入端连接，第二组补偿电容的输出端与第三组补偿电容的输入端连接。

本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器的有益效果为：

本实用新型一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，设置有采样模块SIG-E、电源检测模块和补偿开关KM，可以根据电路器件的工作状态准确控制补偿模块CR的工作，可以有效避免并联谐振和谐波放大问题；可以通过采样模块SIG-E实时测量电动机的三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、负载性质、频率，并通过LCD显示模块指示出当前电动机负载率，以及四象限显示功率，并且可以提示人员对变压器进行调整以满足电路使用需要；设置有变压器，根据电动机的供电状态和负载率变化，带载动态调节变压器的工作状态，从而调节电路电压，避免转矩不足和大马拉小车现象，使电动机供电参数实时趋向与负载率动态平衡的状态，减少电动机的多余转矩；设置有保险丝，可以有效防止供电电压过载造成补偿开关KM或补偿模块CR损坏；当电动机频繁起停时，主控制器通过计时功能中断补偿模块CR的工作，可以有效防止补偿过大，电动机电压过载的问题；可以对频率、电压、电流、功率、功率因数、电流/电压不平衡度、负载性质、电压/电流谐波畸变率、需量、相序的参数设置越限，通过主控制器进行报警提示，并记录报警事件的发生时间和电动机运行时间；并且隔离变压器Tb可以根据负载率的变化自动实现工作状态的转换，可以使驱电器在较宽泛的负载率下具有良好的安全性和经济性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型的硬件结构示意图；

图2是本实用新型的整体电路原理图；

图3是本实用新型补偿模块CR的接线原理图；

图4是本实用新型隔离变压器Tb的接线原理图；

图5是本实用新型采样模块SIG-E的接线原理图；

图6是本实用新型主控制器的引脚原理图；

图7是本实用新型主控制器与采样模块SIG-E之间的通信模块部分原理图一；

图8是本实用新型主控制器与采样模块SIG-E之间的通信模块部分原理图二。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

具体实施方式一：

下面结合图1-7说明本实施方式，以下描述仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制，应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项。

一种带有可调零点式隔离变压器的驱电器，包括采样模块SIG-E、主电源输入端La、稳压模块Ta、隔离变压器Tb、电源检测模块、基准接地端N、主控制器、补偿开关KM、补偿模块CR和主电源输出端Lb，所述主电源输入端La包括分别连接三相交流电的三相线路的La1、La2和La3端子，所述稳压模块Ta经过交流变直流整流和降压作为系统弱电电源，并且稳压模块Ta可以采用处理的蓄电池及相应的稳压器件，稳压模块Ta的电源输出端连接采样模块SIG-E的电源输入端，所述基准接地端N和电源检测模块的输出端分别与采样模块SIG-E的输入端连接，所述隔离变压器Tb为可调零点式隔离变压器Tb，所述隔离变压器Tb设置在电源检测模块与补偿开关KM之间，所述隔离变压器Tb的控制开关为正泰的NC822系列开关，隔离变压器Tb的控制开关的控制信号输入端与主控制器的信号输出端连接，所述隔离变压器Tb的输入端与基准接地端N连接，所述隔离变压器Tb的控制信号输入端与主控制器的信号输出端连接，所述隔离变压器Tb较常用变压器的优点在于可以消除冲击电压，并且有助于降压条件下快速放电，同时更加适用于电动机各工况使用，可以有解决功率补偿设备工作时无法实现电动机满转矩启动的问题。基准接地端N作为测量电压和检测交流电正弦频谱的基准电压，所述主电源输入端La与主电源输出端Lb连通，所述主电源输出端Lb包括Lb1、Lb2和Lb3，所述采样模块SIG-E的输出端连接主控制器，主控制器的输出端连接补偿开关KM的控制端，所述补偿开关KM为常熟的CK3系列接触器，所述补偿开关KM包括并联连接的2KM、3KM和4KM，采样模块SIG-E根据电源检测模块的输入数据计算电压值、无功功率和线路功率因数，并以此作为控制补偿开关KM的依据和控制隔离变压器Tb变压值的依据，所述补偿开关KM的一端连接在电源检测模块与主电源输出端Lb之间，所述补偿开关KM的另一端连接补偿模块CR；当电源输入电压较低时，为确保用电电机正常工作，主控制器控制补偿开关KM断开防止补偿多度造成电容器自愈加强，容量损失加快，电容器提早失效等一系列问题，并且主控制器可以控制隔离变压器Tb升压，防止电压较低时接入补偿模块CR造成电动机扭矩不足；当主控制器通过计算得出系统电压稳定且足够电机运转、电动机无功增大时，主控制器控制补偿开关KM接通，补偿模块CR接入电路，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率，以此可减少配电变压器、配电线路的负载电流；可减小配电线路的导线截面面积，减小企业配电变压器的容量，减少企业配变及配电网络的有功损耗；由于本装置安装在配电线路终端，可以通过减少整个供电线路电流的方式，减小输电损耗，具有最大化的无功经济当量；同时在补偿模块CR的作用下，可以降低电动机的启动电流，降低电动机的启动损耗，有利于提高电动机的使用寿命；所述主控制器采用的控制器芯片的型号为STM32F103C8T6，所述采样模块SIG-E的型号为Acuvim II型三相电力检测设备，Acuvim II系列多功能网络电力仪表采用最现代的微处理器和数字信号处理技术设计而成。集合全面的三相电量测量/显示、能量累计、电力品质分析、故障报警、趋势记录、电能质量事件记录、波形记录、分时计量与网络通信于一身。大屏幕、高清晰液晶显示充分满足您的视觉要求，优雅、明亮的背光显示使您在微弱光线下亦能轻松查阅测量数据；Acuvim II系列产品可作为仪表单独使用，取代大量传统的模拟仪表，亦可作为电力监控系统之前端元件，用以实现远程数据采集与控制；Acuvim II系列仪表由于引入了数字信号处理技术，使得在线式的电力质量分析成为了可能。各相电压、电流的总谐波畸变率，电压波峰系数、电流系数、各次谐波分量和电压、电流不平衡度均可实时测量；通过Acuvim II系列多功能网络电力仪表内置的RS-485通信接口实现主控制器与采样模块SIG-E之间的通信。

所述隔离变压器Tb包括变压器线圈组、双路互锁接触器1KM和隔离组件，所述变压器线圈组包括三个初级线圈和分别与三个初级线相对设置的三个次级线圈，所述三个初级线圈的输入端ua1、ub1和uc1分别与主电源输入端La上的La1、La2和La3连接，所述三个初级线圈的输出端ua2、ub2和uc2分别与主电源输出端Lb上的Lb1、Lb2和Lb3连接，所述三个次级线圈的一端ua4、ub4和uc4均与基准接地端N连接，所述三个次级线圈的另一端ua3、ub3和uc3连接在双路互锁接触器1KM和隔离组件之间，所述双路互锁接触器1KM设置有三个，分别为图中的1KM1、1KM2和1KM3，所述双路互锁接触器1KM包括两个开关输入端子和两个开关输出端子，所述两个开关输入端子均与一个次级线圈不与基准接地端N连接的一端如图中的Ua3或Ub3或Uc3连接，所述两个开关输出端子分别连接一个初级线圈的输出端和基准接地端N，所述两个开关输入端子均与隔离组件的输入端连接，所述双路互锁接触器1KM和隔离组件各设置有三个，所述三个隔离组件的输出端均与基准接地端N连接，所述隔离组件由多个并联的电容器件和与之并联的隔离电阻组成；如图4所示，所述1KM1、1KM2和1KM3的型号均为常熟的CK3系列接触器，主控制器的信号输出端与1KM1、1KM2和1KM3的控制信号输入端连接，当1KM1接通时，ua3、Ra2、Ra1以及Lb1组成通路Ⅰ，ua3、隔离组件和基准接地端N形成通路Ⅱ，ua3、Ra4、Ra3和基准接地端N形成通路Ⅲ，1KM2和1KM3接通时与此同理；通路Ⅰ将ua3处的次级线圈电压作为补偿电压，用以补偿主电源输出端Lb上的Lb1；通路Ⅱ经隔离组件作用，起到稳压、滤波及容抗补偿作用，在通路Ⅰ和通路Ⅱ的协同作用下，可以解决传统变压器为达到电动机满转矩启动，启动电压过高，电量损耗大，电压波动不稳等问题；通路Ⅲ用于消耗隔离组件内部的电能，有利于电容快速放电；所述隔离变压器Tb在负载率较高，例如负载率大于80％时没有节能需要的时候，隔离变压器Tb零点短路，这时候就相当于是电路里增加了一个电抗器，起到扼流的功能，没有变压器的功能，全压供电；当负载率满足变化的条件，例如负载率月为60％时，隔离变压器Tb零点开路，此时隔离变压器Tb工作，降低电动机的输入功率，减少损耗，提高经济效益；通过隔离变压器Tb的使用，能使驱电器在较宽泛的负载率下都有良好的安全性和经济性。

所述开关输出端子Ra1与初级线圈的输出端ua2之间设置有保险丝Ⅰ，开关输出端子Rb1与初级线圈的输出端ub2之间设置有保险丝Ⅰ，开关输出端子Rc1与初级线圈的输出端uc2之间设置有保险丝Ⅰ，以此进行电路保护。

所述双路互锁接触器的开关输入端子和开关输出端子之间均为串联的双触点开关，通过增设开关触点的方式分压，避免开关触电损坏，提高双路互锁接触器的使用寿命。

所述电源检测模块包括电压检测端FU和无功检测端TA，所述电压检测端FU的输入端包括三个电压检测端FU子FU1、FU2和FU3，三个电压检测端FU子FU1、FU2和FU3分别连接三相交流电的三根输电线，所述无功检测端TA包括三个无功检测端TA子TAa、TAb和TAc，三个无功检测端TA子TAa、TAb和TAc上均设置有电感线圈，三个电感线圈分别包裹在三相交流电的三根输电线上，三个无功检测端TA子TAa、TAb和TAc在交流电通电过程中产生相应的感应电动势，以此作为交流电的正弦频谱信号，所述电压检测端FU和无功检测端TA的输出端分别连接采样模块SIG-E的输入端，主控制器通过此信号计算电路功率因数，作为是否控制接通补偿开关KM的控制依据。

所述三个电压检测端FU子与三相交流电的三根输电线之间均设置有保险丝Ⅱ，以此对采样模块SIG-E和电压检测端FU子进行保护，防止过流烧毁电路器件。

所述采样模块SIG-E的输出端连接有LCD显示模块，采样模块SIG-E将计算得出的电压值、功率因数、有用功和无用功数值发送到LCD显示模块上显示，便于设备维护人员实时查看和了解系统工作状态；同时，LCD显示模块可以用于显示电压值和隔离变压器Tb的变压数值，通过LCD显示模块可以提示人员手动调节隔离变压器Tb以满足电路的使用需要。

对于需要频繁起、停电动机，因为电动机在电源两相换接或快速、频繁起或停时，当电源切断后电动机因惯性仍以较高转速运转，补偿用的电容器通过放电成为电动机磁电流，使电动机工作在发电状态。此时电动机发出的电压与紧接着投入的电源电压一般相位不同，一瞬间将产生大的冲击转矩，以此造成补偿模块CR和电动机损坏，为避免此类问题发生，本实用新型中所述主控制器内部设置有时钟计时模块，主控制器记录电动机起、停时间，并通过时钟计时模块进行时间累计，在主控制器控制程序中增加时间阈值Tmin，如电动机二次启动时间与电动机前一次停机时间的差值小于时间阈值Tmin，则控制断开补偿开关KM，本次启动补偿模块CR不参与工作；如电动机二次启动时间与电动机前一次停机时间的差值大于时间阈值Tmin，则控制接通补偿开关KM，使补偿模块CR正常工作；所述时间阈值Tmin应足够补偿模块CR内电阻完全消耗补偿模块CR中电容电量。

所述补偿模块CR包括多个补偿器，补偿器内设置有三组补偿电容，所述补偿电容由多个电容并联组成，补偿电容上并联连接有电阻；当电路中无功增大时，补偿模块CR开始工作，多个电容连续充电、放电，对电动机所需的无功电流大部分由多个电容供给，以此可以提高整个供电线路的功率因数，补偿电容上并联的电阻用于在电动机停机使消耗电容内存储的电能，防止下次通电时两个电压叠加造成电动机的电压过载。

所述三组补偿电容的输入端与补偿开关KM连接，第一组补偿电容的输入端与第三组补偿电容的输出端连接，第一组补偿电容的输出端与第二组补偿电容的输入端连接，第二组补偿电容的输出端与第三组补偿电容的输入端连接，以此可以提高各电容的充放电效率，并且有利于在停机使快速消耗电容内存储的电能。

本实用新型的一种带有自耦变压器的驱电器，其工作原理为：当双路互锁接触器1KM中的1KM1接通时，变压器线圈的ua3、Ra2、Ra1以及Lb1组成通路Ⅰ，ua3、隔离组件和基准接地端N形成通路Ⅱ，变压器线圈的ua3、Ra4、Ra3和基准接地端N形成通路Ⅲ，1KM2和1KM3接通时与此同理；通路Ⅰ将ua3处的次级线圈电压作为补偿电压，用以补偿主电源输出端Lb上的Lb1；通路Ⅱ经隔离组件作用，起到稳压、滤波及容抗补偿作用，在通路Ⅰ和通路Ⅱ的协同作用下，可以解决传统变压器为达到电动机满转矩启动，启动电压过高，电量损耗大，电压波动不稳等问题；通路Ⅲ用于消耗隔离组件内部的电能，有利于电容快速放电；

本装置安装在用电电动机的就进端，当电源输入电压较低时，为确保用电电机正常工作，主控制器控制补偿开关KM断开，防止补偿多度造成电容器自愈加强，容量损失加快，电容器提早失效等一系列问题，并且主控制器可以控制隔离变压器Tb升压，防止电压较低时接入补偿模块CR造成电动机扭矩不足；当主控制器通过计算得出系统电压稳定且足够电机运转、电动机无功增大时，主控制器控制补偿开关KM接通，补偿模块CR接入电路，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率，以此可减少配电变压器、配电线路的负载电流；可减小配电线路的导线截面面积，减小企业配电变压器的容量，减少企业配变及配电网络的有功损耗；由于本装置安装在配电线路终端，可以通过减少整个供电线路电流的方式，减小输电损耗，具有最大化的无功经济当量；同时在补偿模块CR的作用下，可以降低电动机的启动电流，降低电动机的启动损耗，有利于提高电动机的使用寿命；对于需要频繁起、停电动机，因为电动机在电源两相换接或快速、频繁起或停时，当电源切断后电动机因惯性仍以较高转速运转，补偿用的电容器通过放电成为电动机磁电流，使电动机工作在发电状态。此时电动机发出的电压与紧接着投入的电源电压一般相位不同，一瞬间将产生大的冲击转矩，以此造成补偿模块CR和电动机损坏，为避免此类问题发生，本实用新型中所述主控制器内部设置有时钟计时模块，主控制器记录电动机起、停时间，并通过时钟计时模块进行时间累计，在主控制器控制程序中增加时间阈值Tmin，如电动机二次启动时间与电动机前一次停机时间的差值小于时间阈值Tmin，则控制断开补偿开关KM，本次启动补偿模块CR不参与工作；如电动机二次启动时间与电动机前一次停机时间的差值大于时间阈值Tmin，则控制接通补偿开关KM，使补偿模块CR正常工作；所述时间阈值Tmin应足够补偿模块CR内电阻完全消耗补偿模块CR中电容电量；

所述采样模块SIG-E的输出端连接有LCD显示模块，采样模块SIG-E将计算得出的电压值、功率因数、有用功和无用功数值发送到LCD显示模块上显示，便于设备维护人员实时查看和了解系统工作状态；同时，LCD显示模块可以用于显示电压值和隔离变压器Tb的变压数值，通过LCD显示模块可以提示人员手动调节隔离变压器Tb以满足电路的使用需要；

所述隔离变压器Tb设置在电源检测模块与补偿开关KM之间；以此确保补偿模块CR工作在符合要求的电压范围内，避免电压过低造成电动机扭矩不足或电压过高造成补偿模块CR或电动机损坏；

所述隔离变压器Tb的控制信号输入端与主控制器的信号输出端连接，主控制器通过输入电压值自动控制隔离变压器Tb工作，既可以避免电压过低造成电动机扭矩不足，又可以根据需要通过变压实时控制电动机扭矩，提生了本装置的实用性和可靠性；

所述隔离变压器Tb较常用变压器的优点在于可以消除冲击电压，并且有助于降压条件下快速放电，同时更加适用于电动机各工况使用，可以有解决功率补偿设备工作时无法实现电动机满转矩启动的问题。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。