专利名称：三相交流电动机无级调功节电器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能随负荷变化而自动调节三相交流电动机端电压的装置。
交流电动机的调功节电，是国家重点节能项目，有显著的社会效益和经济效益。现有的节电器能起到一定的作用，但功能单一，可靠性和实用性不尽理想。
本实用新型的目的是，设计一种三相交流电动机无级调功节电器，能随电动机负荷的变化而自行调节其端电压，起到节约用电的作用，还使其具有限制启动电流和断相保护以及相位差／电压转换显示，装置结构简单合理、性能可靠，对△接法和Y接法电动机均适用。
本实用新型的技术方案是，它由相位差／电压转换器、三组移相触发器构成的三相移相触发器、三只双向可控硅组成的三相可控硅控制器、三组同步脉冲发生器组成的三相同步脉冲发生器和向所述各工作电路供电的电源组成，其结构是，相位差／电压转换器将采样电流与电压的相位差转换为与其成正比关系的控制电压而与三相同步脉冲发生器的三组同步信号一起，分别控制三相移相触发器的三组移相触发器的输出频率和复位点，由此控制三相可控硅控制器的各双向可控硅的导通角，使电动机的端电压随着负荷的变化而得到调节；所述电源由Y／△可变接法同步变压器和整流稳压器组成；所述采样电压取自电源的Y／△可变接法同步变压器次级绕组的一相(如A相)同步电压，所述采样电流取自三相电源中同一相(如A相)电流互感器，所述相位差／电压转换器由电流检测放大器、电压检测放大器、相位比较器、反相放大器、可调增益放大器组成，其连接关系是，电流检测放大器将采样电流整流、放大、整形后输出与该相(如A相)电流同相的方波，电压检测放大器采样电压整流后输出与相同相(如A相)电压同相的方波，二者方波送至相位比较器，该相位比较器输出的电流电压共时方波信号电压经反相放大器放大后送至可调增益放大器，所述可调增益放大器将输入信号放大后做为相位差／电压转换器的输出；所述三相同步脉冲发生器的各组同步脉冲发生器的构成是，电压检测器将来自电源的Y／△可变接法同步变压器次级的一相(如A相)同步电压整流后经电压放大器放大而送至脉冲整形器整形，其输出即为三相同步脉冲发生器的输出；所述三相移相触发器的各组移相触发器由压控振荡器和脉冲变压器组成，其结构是，压控振荡器在相位差／电压转换器和三相同步脉冲发生器二者的输出信号控制下产生移相脉冲经脉冲变压器输出，三相可控硅控制器中的三只双向可控硅的主回路用以分别同相应的市电电源和电动机绕组连接，所述脉冲变压器的输出用以触发三相可控硅控制器中对应的双向可控硅，使所述可控硅在相位差的控制下实现对电动机端电压的调整。还可在所述装置中设置三相电流断相信号发生器、相位差／电压转换显示器、启动电流限制器。
以下结合附图对本实用新型做出说明。
图1是本实用新型的整体电路结构框图；图2是图1所示相位差／电压换换器(3)电路结构框图；图3是图1所示三相同步脉冲发生器(4)的电路结构框图；图4是图1所示的三相移相触发器(2)的电路结构框图；图5是图1所示电源(5)的电路结构框图；图6是图1所示三相电流断相信号发生器(6)的电路结构框图；图7和图8以及图9(或图10)是本实用新型的实际电路图，其中图7是图1和图3与图4所示电路的实际线路图，图8是图1和图2与图6所示电路的实际线路，图9或图10是图1与图5所示电源的实际线路(图9为电源的Y形接法电路，图10为电源的△接法线路；图11和图12分别是本实用新型同电动机采用△接法和Y形接法接线图，其中EP－1表示本节电器接线，EP－2为电动机接线。
在上述附图中1－三相可控硅控制器，2－三相移相触发器，3－相位差／电压转换器，4－三相同步脉冲发生器，5－电源，6－三相电流断相信号发生器，7－相位差／电压转换显示器，8－启动电流限制器，9－电流检测放大器，10－电压检测放大器，11－相位比较器，12－反相放大器，13－可调增益放大器，14－压控振荡器，15－脉冲变压器，16－电压检测器，17－电压放大器，18－脉冲整形器，19－Y／△可变接法同步变压器，20－整流稳压器，21－三相电源检测器，22－串级放大器，23－电平转换放大器，D－电动机。
由图1可知，本实用新型由相位差／电压转换器(3)、三组移相触发器组成的三相移相触发器(2)、用以接入三相电动机电源回路的三只双向可控硅组成的三相可控硅控制器(1)、三组同步脉冲发生器组成的三相同步脉冲发生器(4)和向所述各工作电路供电的电源(5)组成，其连接是，相位差／电压转换器(3)将采样电压和采样电流的相位差转换为与之成正比关系的控制电压，它与三相同步脉冲发生器(14)的三相同步脉冲信号一起，分别控制三相移相触发器(2)的三组移相触发器的输出频率和复位点，由此控制三相可控硅控制器(1)中各双向可控硅导通角，使电动机D的端电压随负荷而变化。
由图5和图9或图10可知，本实用新型的电源(5)由Y／△可变接法同步变压器(19)(即B1)和整流稳压器(20)组成。所述变压器B1(19)初、次级各为三个独立绕组，只要同时改变初次级接法(△形或Y形)，就可在次级获得相位角为零的同步电压。相应调整直流电压(E1、E2)或改变所述变压器B1(19)初次级匝数比(可绕制带抽头的线圈)，即可适应电动机△接法和Y接法。整流稳压器(20)由BG32、BG33、BG34以及IC10构成(Y接法时还包括BG35、BG36、BG37)。
由图9可知，所述采样电压为电源(5)的Y／△可变接法同步变压器B1次绕组的一相(如A相，即图中a、x点)同步电压，所述采样电流来自三相电源(5)的相同相(如A相)电流互感器L(如A相电流互感器L1，参见图8)。
由图2可知，所述相位差／电压转换器(3)由电流检测放大器(9)和电压检测放大器(10)以及相位比较器(11)、反相放大器(12)、可调增益放大器(13)组成，其连接关系是，电流检测放大器(9)将采样电流整流、放大、整形而输出与该相(如A相)电流同相的方波，电压检测放大器(10)将采样电压整流后输出与该相(如A相)电压相同的方波，该二者方波送至相位比较器(11)，由所述相位比较器(11)输出的电流电压共时方波信号电压经反相放大器(12)反相放大后送至可调增益放大器(13)，该可调增益放大器(13)将输入信号放大后，其输出即作为相位差／电压转换(3)的输出。
由图3可知，所述三相同步脉冲发生器(4)中，每一组同步脉冲发生器由电压检测器(16)、电压放大器(17)、脉冲整形器(18)组成，其结构是，电压检测器(16)将来自电源(5)的Y／△可变接法同步变压器(19)次级的一相同步电压整流后经电压放大器(17)放大而送至脉冲整形器(18)，其整形后的输出即为三相同步脉冲发生器(4)的输出。
由图4可知，所述三相移相触发器(2)的各组移相触发器由压控振荡器(14)和脉冲变压器(15)组成，其连接是，压控振荡器(14)在相位差／电压转换器(3)和三相同步脉冲发生器(14)二者的输出信号控制下产生移相脉冲经脉冲变压器(15)输出，以触发三相可控硅控制器(1)中对应的双向可控硅，使所述可控硅在相位差的控制下实现对电动机D端电压的自动调整。三相可控硅控制器(1)中的三只双向可控硅(T1、T2、T3)的主回路用以分别同相应相的市电电源和电动机绕组连接。
由图1和图6可知，本实用新型还可设置三相电流断相信号发生器(6)，它由三相电流检测器(21)、串级放大器(22)，电平转换器(23)组成，其结构是，三相电流检测器(21)将三相电源的各相电流采样并进行整流后送至串级放大器(22)放大后再经电平转换放大器(23)输出，其输出信号送至三相脉冲发生器(4)中各组脉冲发生器的压控振荡器(16)。
参见图1，本实用新型还可在三相脉冲发生器(4)的压控振荡器(16)输入端设置电动机启动电流限制器(8)。
参见图1，本实用新型还可在所述相位差／电压转换器(3)的输出端设置相位差／电压转换显示器(7)。
本实用新型的设计原理是，通过相位差／电压转换器(3)自动检测电动机在不同负荷下电压与电流的相位差(即功率因素角)，并将其转换成与之成正比的控制电压，它和三相同步脉冲发生器(4)的同步回零脉冲一道，分别控制三相移相触发器(2)脉冲信号产生的初始点和频率，使其产生一组与电压过零点同步且后移相位角受控制电压控制的移相脉冲，经脉冲变压器(15)触发可控硅，自动调整电动机的端电压，构成功率因素自动调节系统。由于电动机的功率因素与负荷成正比对应关系，使电动机根据负荷变化自动运行在最低所需电流的最佳状态，达到自动无级调压(调功)节电的目的。此外，所设置的三相电流断相信号发生电路，无论何种原因(如电源缺相、保险熔断、开关接触不良、电动机接头断线等)引起一相电流断路，均可使电动机不能启动，或在运行中自动关机，保护了电器设备。所设置的Y／△可变接法同步变压器(19)使本装置对Y形或△形接法的电动机均能适用。
以下结合实施例对本实用新型的具体工作过程做出进一步说明。
参见图8，所述相位差／电压转换器(3)中，电流检测放大器(9)包括一相(如A相)电流互感器L(如L1)、晶体二极管BG10、晶体三级管BG11与BG12、电压检测放大器(10)包括晶体二极管BG30，稳压二极管BG31，相位比较器(11)包括IC1、IC2、晶体二极管BG13与BG14，反相放大器(12)包括晶体三极管BG15和电容器C5，可调增益放大器(13)包括IC3、晶体三极管BG17以及可调电位器W1、W2。所述相位差／电压转换显示器(7)包括电流表A和稳压二极管BG38。参见图7，所述三相移相触发器(2)中，三组移相触发器的压控振荡器(14)分别为IC4、IC5、IC6，脉冲变压器(15)分别对应为B2、B3、B4；三相同步脉冲发生器(4)中，三组同步脉冲发生器的电压检测器(16)分别包括晶体二极管BG18与BG19、BG22与BG23、BG26与BG27，电压放大器(17)分别为晶体三极管BG20、BG24、BG28；脉冲整形器(18)分别为IC4、IC6、IC8；三相电流断相信号发生器(6)中，三相电流检测器(21)分别包括电流互感器和晶体二极管L1与BG1、L2与BG2、L3与BG3，串级放大器(22)包括晶体三极管BG4、BG5、BG6，电平转换器(23)包括晶体三极管BG7和二极管BG8与BG9；启动电流限制器(8)由电阻器R46和电容器C15串接组成；电源(5)中，整流稳压器(20)的组成包括IC10与晶体二极管BG32至BG37；三相可控硅控制器(1)由三只双向可控硅T1、T2、T3组成。
参见图7至图10，本实用新型的工作过程是，采样电压来自Y／△可变接法同步变压器B1的A相同步电压(a、x点)，由BG31整流、BG30限幅，获得与A相同步的方波VT，采样电流来自A相电流互感器L1，经BG10整流、BG11与BG12复合放大整形，获得与A相电流同相的方波；以上二者输入到集成比较器(或运放器)IC1、IC2的同相输入端，二比较器分别输出与A相电压或电流同相的方波电压，经与门电路BG13、BG14相与，获得电压与电流共时的方波信号电压，经BG15反相放大，分压后向电容器C5充电，在C5上得到与A相电压电流相位差成正比关系的电压，该电压经集成比较器(或运放器)IC3放大，经BG17阻抗变换，由电流表A显示出相位差的大小，即相位差转换为控制电压的大小。调节电位器W1，可改变所述转换器的工作点(零位调节)，调节电位器W2，可改变转换器放大倍数(即灵敏度调节)，二者配合调节，可使电动机处于适应不同负荷的最佳节电状态，无论空载、轻载、较重负荷，均有明显节电效果。三相同步脉冲发生器(4)和三相移相触发器(2)以及三相可控硅控制器(1)各自均为三组结构相同的独立部件，以A相为例，来自相位差／电压转换器(3)的控制电压Vk输入到压控振荡器IC5的控制端，IC5的振荡频率随控制电压的增大而减小，来自同步变压器B1次级的A相同步电压(a、x点)经BG18、BG19整流、BG10电压放大、IC4整形后输出与A相电压同相的方波，其下降沿对IC5复位；IC5在上述二者控制下产生与A相电压过零点同步且后移相位角受电压电流相位差控制的移相脉冲，经脉冲变压器B2输出，触发可控硅T1，使可控硅在相位差(即功率因素角)的控制下实现对负载(电动机)端电压的调节。
三相电流断相信号发生器(6)的工作过程是，来自三相电流互感器L1、L2、L3次级的电流经整流滤波后送入对应的串级放大器(BG4、BG5、BG6)基极进行放大，再经电平转换放大器BG7射极输出后送至压控振荡器(IC5、IC7、IC9)的控制端。当电流不缺相时，BG4至BG6均导通，BG7截止，其射极无控制信号输出；当任何一相电流缺相，对应的BG4至BG6一级截止，BG7导通，其射极输出足够高的电平，迫使压控振荡器停振，迅速关断可控硅。启动电流限制器(8)的工作原理是，由于它是接入压控振荡器的RC电路，可在启动时给压控振荡器控制端预置一适当的正电压，其下降的速度与RC时间常数有关，从而可限制电动机启动时控制电压的大小和变化速度。所述IC1至IC3采用LM339集成块，IC4与IC5、IC6与IC7、IC8与IC9各为一块ME556集成块，IC10为7812芯片。
图11是采用△接法时本实用新型同电动机接线图，这种接法是将每个可控硅同三相电动机的对应绕组串联后再按△接法接入市电电源中，以保证其相位的一致性。
由上述可知，本实用新型是一种有明显节电效果的三相交流电动机无级调功节电器，能随电动机负荷的变化而自行调节其端电压，还具有相位差／电压转换显示和限制电动机启动电流以及断相保护的功能。装置设计合理、性能可靠、经济、实用。
权利要求1.一种三相交流电动机无级调功节电器，包括用以接入三相电动机D电源回路的三只双相可控硅T1、T2、T3组成的三相可控硅控制器(1)、由Y/△可变接法同步变压器(19)和整流稳压器(20)组成的电源(5)，所述电源(5)向各工作电路供电，其特征是，它还包括由相位差/电压转换器(3)、三组移相触发器组成的三相移相触发器(2)、三组同步脉冲发生器组成的三相同步脉冲发生器(4)，其连接是，相位差/电压转换器(3)将采样电压和采样电流的相位差转换为与之成正的控制电压，该控制电压与三相同步脉冲发生器(4)的三组同步信号一起，分别控制三相移相触发器(2)的三组移相触发器的输出频率和复位点，由此控制三相可控硅控制器(1)的各双向可控硅T1、T2、T3的导通角而使电动机D的端电压随着负荷的变化而调整，所述采样电压是电源(5)由Y/△可变接法同步变压器(19)的一相同步电压而所述采样电流取自三相电源的相同相电流互感器，所述相位差/电压转换器(3)的结构是，电流检测放大器(9)将采样电流进行整流，放大、整形而输出与该相电流同相的方波，电压检测放大器(10)将采样电压整流后输出与该相电压同相的方波，该二者方波送至相位比较器(11)、所述相位比较器(11)输出电流电压共时方波信号电压经反相放大器(12)反相放大后送至可调增益放大器(13)，该放大器(13)的输出即为相位差/电压转换器(3)的输出，所述三相同步脉冲发生器(4)的各组同步脉冲发生器的组成是，电压检测器(16)将取自电源(5)的所述变压器(19)次级的相同相同步电压整流后经电压放大器(17)放大而送至脉冲整形器(18)整形，该整形后的述出即为三相同步脉冲发生器(4)的输出，所述三相移相触发器(2)的各组移相触发器的组成是，压控振荡器(14)在相位差/电压转换器(3)和三相同步脉冲发生器(4)二者输出信号控制下产生移相脉冲经脉冲变压器(15)输出，该输出做为触发信号控制三相可控硅控制器(1)中相应的双向可控硅的导通角。
2.根据权利要求1所述的三相电动机无级调功节电器，其特征是，在所述相位差／电压转换器(3)中，电流检测放大器(8)包括一相电流互感器L、晶体二极管BG10、晶体三极管BG11与BG12，电压检测放大器(10)包括晶体二极管BG30、稳压二极管BG31，相位比较器(11)包括IC1、IC2、晶体二极管BG13和BG14，反相放大器(12)包括晶体三极管BG15和电容器C5，可调增益放大器(13)包括IC3、晶体三极管BG17以及可调电为器W1与W2，所述三相移相触发器(2)中三组移相触发器的压控振荡器(14)分别为IC4、IC5、IC6，脉冲变压器(15)分别对应为B2、B3、B4，所述三相同步脉冲发生器(4)中三组同步脉冲发生器分别包括晶体二极管BG18与BG19、BG22与BG23、BG26与BG27，其电压放大器(17)分别为晶体三极管BG20、BG24、BG28，脉冲整形器(18)分别为IC4、IC6、IC8。
3.根据权利要求1、2所述的三相电动机无级调功节电器，其特征是所述采样电压与采样电流取自A相，所述一相电流互感器L为A相电流互感器L1。
4.根据权利要求1、2所述的三相电动机无级调功节电器，其特征是所述IC1、IC2、IC3均为LM339集成块，所述IC4与IC5、IC6与IC7、IC8与IC9各为一块ME556集成块。
5.根据权利要求1所述的三相电动机无级调功节电器，其特征是，在三相脉冲发生器(4)的压控振荡器(16)输入端接有启动电流限制器(8)，它由电阻器R46和电容器C15串联组成。
6.根据权利要求1所述的三相电动机无级调功节电器，其特征是，在所述相位差／电压转换器(3)输出端接有相位差／电压转换显示器(7)，它的构成包括电流表A和稳压二极管BG38。
7.根据权利要求1所述的三相电动机无级调功节电器，其特征是，它有三相电流断相信号发生器，其结构是，包括电流互感器和晶体二极管L1和BG1、L2和BG2、L3和BG3的三相电流检测器(21)将三相电源中各相电流采样并进行整流滤波后送至包括有晶体三极管BG4、BG5、BG6的串级放大器(22)放大再经其构成包括晶体三极管BG7和二极管BG8与BG9的电平转换放大器(23)输出，该输出送至所述压控振荡器(16)。
专利摘要本实用新型公开了一种三相交流电动机无级调功节电器，可随电动机的负荷变化而自动调节其端电压，使电动机处于适应不同负荷的最佳状态。它的主要结构是，相位差/电压转换器(3)将采样电压和电流的相位差转换成控制电压与三相同步脉冲发生器(4)的同步信号一起，控制三相移相触发器(2)的输出频率和复位点，由此控制三相可控制器(1)中可控硅导通角。
装置还设有启动电流限制器(8)、相位差/电压转换显示器(7)和断相保护电路。
文档编号H02H7/09GK2148438SQ9323345
公开日1993年12月1日 申请日期1993年3月13日 优先权日1993年3月13日
发明者梁朝新 申请人:梁朝新