专利名称：电动机无触点节电启动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及了一种电动机的启动器，特别是一种无触点式的节电启动器。
中国实用新型专利92208916.7号公开了一种电动机无触点电脑节电起动器，主要是利用单片机、可控硅启动电动机和控制供电电压，以降低电动机的有功和无功损耗。其不足之处是电路复杂，稳定性差，维护不便。
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，给出一种电路结构简单、可以自动跟踪电动机负载变化以连续调整电动机端电压，提高电动机功率因数的启动器。
完成本实用新型任务的技术方案是在被控三相交流电源和电动机之间接入一个可控硅组合，用来调整电动机的端电压；设置一个控制环路，该控制环路和可控硅组合相连接，控制环路产生一个随交流电压与电流相位差大小变化的可控硅触发信号，控制可控硅的导通角，使得流经电动机的电流和电动机上的端电压的相位差最小；在控制环路和可控硅组合之间连接一个控制电压产生器和一个相位差信号检测装置，该装置把从可控硅组合中检测出的电压和电流相位差转换成相应的相位差信号电压，控制电压产生器连接在控制环路与相位差信号检测装置之间，把相位差信号检测装置输出的相位差信号电压转换成控制电压送给控制环路；振荡器和控制环路相连，振荡器产生窄脉冲，通过控制环路触发可控硅导通。
本实用新型还包括恒流缺相过流保护装置，当缺相和过流其中任意一种现象发生时，上述装置便发出一个信号，使控制环路无输出，从而使可控硅断开，保护电动机不被损坏，恒流缺相过流保护装置还具有使电动机恒流启动的功能，当电动机刚启动时，该装置输出一个恒流启动信号，使电动机的启动电流为一允许的恒定值，避免因启动电流过大烧坏电动机或者造成线路上较大的电压损失而影响其它用电设备的正常运行。
完成本实用新型的恒流缺相过流保护装置功能的技术方案是在可控硅组合的三相交流电的输入端各安装一个交流互感器，恒流缺相过流保护装置连接在交流互感器和控制电压产生器之间，交流互感器上产生的感应电压使恒流缺相过流保护装置中的恒流启动电路输出一个恒定的恒流启动信号，并馈送给控制电压产生器，使控制电压产生器输出一个恒定电压，该恒定电压通过控制环路使电动机端电压保持恒定，得到恒流启动的目的；缺相保护的原理是在电动机正常运行时，三个交流互感器输出的感应电压幅度相等，恒流缺相过流保护装置中的缺相保护电路不工作，一旦发生缺相故障时，缺相保护电路便输出缺相阻断信号送给控制电压产生器，产生一个控制电压使控制环路不工作，切断电动机上的交流电源；当三相交流电中的任一相电出现过流故障时，恒流缺相过流保护装置的过流保护电路把交流互感器上感应到感应电压转换成过流保护信号送给控制电压产生器，使控制环路不工作，切断电动机上的交流电源，保护了电动机。
图1是本实用新型的组成方框图。
可控硅组合［10］连接在三相交流电源和被控电动机D之间，用来调整被控电动机的端电压。
振荡器［9］用来产生连续的窄脉冲。
控制环路A连接在振荡器［9］和可控硅组合［10］之间。控制环路A把振荡器［9］送来的窄脉冲移相，产生可控硅触发脉冲送给可控硅组合［10］。
控制电压产生器［14］和控制环路A相连接。控制电压产生器［14］输出控制可控硅触发脉冲相移量的控制电压，并送给控制环路A。
相位差信号检测装置B连接在控制电压产生器［14］和可控硅组合［10］之间用来检测出控硅组合［10］送来的交流电压和电流的相位差，转换成相位差信号电压馈送到控制电压产生器［14］。
在可控硅组合［10］的三相交流电源的输入端各装有交流互感器LH1、H2、LH3，用来产生相应于交流电运行状况的感应电压。
恒流缺相过流保护装置C连接在控制信号产生器［14］和交流互感器LH1、LH2、LH3之间，从交流互感器来的感应电压中检测出恒流启动信号或缺相阻断信号或过流保护信号并送至控制电压产生器［14］。电动机刚启动时，恒流缺相过流保护装置C把交流互感器感应到的感应电压转换成恒流启动信号送给控制信号产生器［14］，使该控制信号产生器［14］输出恒定电压，电动机则处于恒流启动状态；电动机正常运行时，恒流缺相过流保护装置无恒流启动信号输出。当缺相故障发生时，恒流缺相过流保护装置C从交流互感器感应的感应电压中检测出缺相电压，输出一个缺相阻断信号，送给控制电压产生器［14］，使控制环路A无可控硅触发脉冲输出。当过流故障发生时，不论三相交流电的任一相发生这种现象时都会使交流互感器感应的感应电压升高。这个感应电压使恒流缺相过流保护装置C产生过流保护信号，送给控制电压产生器［14］产生控制电压使控制环路A无可控硅触发脉冲输出。
控制电压产生器［14］在没有恒流启动信号和缺相阻断信号以及过流保护信号输入时，所输出的控制电压大小随着三相交流电压与电流的相位差大小而变化。
图1中的控制环路A、可控硅组合［10］、控制电压产生器［14］、相位差信号控制装置B只是a相的连接关系，b相、c相与a相的连接相同。
图2是本实用新型实施例的电路原理方框图。
同步信号产生器［1］、锯齿波产生器［2］、移相器［3］、可控硅触发器［4］构成控制环路A。控制环路A连接在振荡器［9］和可控硅组合［10］之间。
振荡器［9］和控制环路A相连接。
交流电经同步信号产生器［1］在交流电压过零伏点时产生一个同步信号脉冲，每个同步信号脉冲都和交流电压过零伏点的时刻相对应。
同步信号脉冲馈送到和同步信号产生器［1］相连接的锯齿波产生器［2］的输入端［15］，锯齿波产生器［2］在同步信号脉冲到来时产生一个负向的锯齿波电压。
锯齿波电压输出到和锯齿波产生器［2］相连接的移相器［3］的输入端［16］。振荡器［9］输出的窄脉冲馈送到与它相连接的移相器［3］的输入端［31］。
控制电压产生器［14］产生的控制电压信号馈送到与它相连接的移相器［3］的输入［17］。
移相器［3］和［16］端输入信号和［17］端的输入信号在移相器［3］中相比较，形成一个相位变化的比较脉冲信号。该比较脉冲信号和移相器［3］的［31］端的窄脉冲信号相与，在移相器［3］的输出端［32］输出一组被移相的窄脉冲。该脉冲送给和移相器［3］相连接的可控硅触发器［4］。
可控硅触发器［4］和可控硅组合［10］相连接。可控硅触发器［4］产生可控硅触发脉冲信号，并馈送给可控硅组合［10］。
可控硅组合［10］连接在交流电源和被控电动机D之间，用于调整被控电动机D的端电压。可控硅触发脉冲使可控硅组合［10］导通，改变可控硅的导通角就可调整交流电源加在被控电动机D上的端电压。
相位差电压产生器［8］、相位差检测器［7］、电流信号采样器［5］、电压信号采样器［6］构成一个相位差信号检测装置B。相位差信号检测装置B连接在控制电压产生器［14］和可控硅组合［10］之间。
可控硅组合［10］的［28］端和电流信号采样器［5］相连接。可控硅组合［10］的输出端输出一个正弦电流信号到电流信号采样器［5］。这个正弦电流信号的相位和被控电动机D的电流相位同相。电流信号采样器［5］输出和该正弦电流信号同相的采样电压信号并馈送至与电流信号采样器［5］相连接的相位差检测器［7］的输入端［18］。
可控硅组合［10］的输出端［29］和电压信号采样器［6］相连接。可控硅组合［10］的输出端［29］的正弦电压信号送至电压信号采样器［6］。电压信号采样器［6］把这个正弦电压信号转换成和电流信号采样器［5］输出的采样电压相比是信号幅度相同、相位不同的方波电压信号，并送至与电压信号采样器［6］相连接的相位差检测器［7］的另一个输入端［19］。
相位差检测器［7］将上述两个不同相位的方波电压的相位差，转换成相位差信号。相位差越大，相位差信号也越大。相位差信号送至相位差电压产生器［8］的［20］端。
相位差电压产生器［8］连接在相位差检测器［7］和控制电压产生器［14］之间。相位差电压产生器［8］输出一个相应于相位差信号大小的相位差电压，并送至控制电压产生的［14］的一个输入端［21］。
恒流缺相过流信号检测器［11］、恒流缺相过流信号产生器［12］、恒流缺相过流信号相加器［13］构成恒流缺相过流保护装置C，它连接在交流互感器和控制电压产生器［14］之间。
交流互感器LH1、LH2、LH3感应的感应电压送到和它相连接的恒流缺相过流信号检测器［11］的输入端a1、b1和a2、b2以及a3、b3。恒流缺相过流检测器［11］检测出反应三相交流电运行状况的状态信号，并送至与它相连接的恒流缺相过流信号产生器［12］。
恒流缺相过流信号产生器［12］在电动机D刚启动时通过恒流缺相过流信号检测器［11］来的状态信号产生一个恒流启动控制信号；在发生缺相或过流故障时，分别输出缺相控制信号或过流控制信号。
恒流缺相过流信号相加器［13］连接在控制电压产生器［14］和恒流缺相过流信号产生器［12］之间。
当恒流缺相过流信号产生器［12］输出恒流启动控制信号时，恒流缺相过流信号相加器［13］把该信号转换成恒流启动信号送给控制电压产生器［14］的［27］端，当［12］输出缺相控制信号或过流控制信号时，恒流缺相过流信号相加器［13］则输出缺相阻断信号或过流保护信号，并送给控制电压产生器［14］的［27］端。
控制电压产生器［14］的［27］端为恒流启动信号时，控制电压产生器［14］输出为一恒定电压值，以保证电动机在恒流状态下启动；当［27］端为过流保护信号或缺相阻断信号时，则输出一个控制电压，使控制环路A无可控硅触发脉冲输出；当［27］端无恒流启动信号、缺相阻断信号和过流保护信号时，控制电压产生器［14］则输出一个随三相交流电的电压电流相位差改变的控制电压。
图3是本实用新型实施例的控制环路A、相位差信号检测装置B、振荡器［9］、控制电压产生器［14］、可控硅组合［10］的电原理图。
ka点接三相交流电的a相。M1点接电动机D的a相。
运算放大器A1和电阻1R1、1R2、1R3、1R4、1R5、1R6、二极管IV1、IV2组成同步信号产和器［1］。A1的7脚输出和a相电同步的矩形脉冲。
晶体管IV17和电阻IR9、IR10、电容IC2构成锯齿波产生器。IV17的集电极输出一个负向的锯齿波电压送给A1的3脚。
运算放大器A1的1、2、3脚部分和二极管IV4、电阻IR11组成移相器［3］。A1的2脚和控制电压产生器［14］的输出端相连接。A1的2脚电压和3脚的锯齿波电压相比较，在A1的2脚产生移相的矩形脉冲。2脚电太决定相移的大小。振荡器［9］送来的窄脉冲经1R11加在二极管IV4的负极。当1V4的正极为负脉冲时，1V4截止，移相器［3］的输出端即1V4的负极输出被移相了的窄脉冲移相信号。
可控硅触发器［4］由晶体管1V18和与它相连的脉冲变压器组成。在脉冲变压器次级输出可控硅触发信号。
可控硅组合［10］由两个反向连接的可控硅KP1组成。可控硅组合［10］控制加在电动机上的电压。可控硅触发器［4］输出的可控硅触发信号通过两个二极管IV6，分别加到KP1的两个控制极上。
运算放大器1A的1、2、3脚部分和电阻1R22构成电压信号采样器［6］。1A的1脚输出电压采样信号。
运算放大器1A的5、6、7脚部分和电阻1R18、1R20、1R19构成电流信号采样器［5］。在IA的7脚输出电流采样信号。
相位差检测器［7］由二极管1V7、1V8、1V9、1V10组成的桥式电路构成。当运算放大器1A的1脚和7脚的电压采样信号和电流采样信号同相时，桥式电路输出端无输出。不同相时，桥式电路有相位差信号输出。
相位差电压产生器［8］由光电隔离器1B1和电阻1R25、1R26、1R27组成，产生相位差电压。平时1B1的4脚为零电平，当相位差信号到来时输出一个负脉冲。
控制电压产生器［14］由运算放大器A2和有关的元件组成，产生控制相移量的控制电压。光电隔离器1B1的5脚送出的相位差电压经电阻4R24送到A2的9脚，在A2的7脚送出控制电压到运算放大器A1的2脚。
运算放大器A2的6脚通过电位器4R27设置一个初始电压，这个初始电压根据电动机功率大小而定，使电动机在较小的电压下启动，实现“软启动”。
A2的2脚在恒流缺相过流保护装置C送来缺相阻断信号或过流保护信号时，使运算放大器A2的1端输出正电位，通过4V8二极管加到A2的9脚。在A2的7脚产生一个负电位通过电阻4R21的K端，送给移相器［3］，使它无输出信号。
当A2的2脚有恒流启动信号时，A2的7脚输出一个恒定电压通过4R21的K端，送给移相器［3］，使电动机得到恒定电流。
振荡器［9］由运算放大器A1的12、13、14脚部分的电路和晶休管4V10、4V9组成。在4V9的集电极通过电阻4R1向移相器［3］馈送连续的窄脉冲。
图中V＋为＋13V、V－为13V。
图4是本实用新型的恒流缺相过流保护装置的电原理图。
隔离变压器BT1、BT2、BT3和二极管5V6、5V7、5V8、5V9、5V10、5V11、电阻5R1、5R2、5R3组成恒流缺相过流信号检测器。分别从二极管5V6、5V8、5V10负端输出的状态信号就反应了三相交流电各相的运行情况。
运算放大器A3、电阻5R10和周围电路以及运算放大器A4、A5、晶体管5V24、5V25、5V26、光电隔离器5B1组成恒流缺相过流信号产生器。
运算放大器A3及其电路兼有恒流缺相过流信号相加器的功能。
当电动机刚启动时，交流互感器LH1上的感应电压经隔离变压器BT1、二极管5V6、5V7整流在5V6的负端得恒流启动控制信号，通过A3的输出端输出恒流启动信号。5R10为设定恒定电流而设置的电位器。
当过流现象发生时，不论在三相交流电的哪一相出现，都会通过交流互感器LH1感应出一个感应电压。通过BT1、5V6，在5V6负端输出电压，加到A4的输入端。在A4的输出端输出过流控制信号，通过二极管5V14送至A3，使A3输出过流保护信号。
当三相交流电发生缺相故障时，交流互感器LH1、LH2、LH3上感应的感应电压大小不相等，经隔离变压器BT1、BT2、BT3，由5V6、5V8、5V10的负端分别输出到晶体管5V244、5V25、5V26的基极。三相交流电中只要有一相缺相，晶体管5V24、5V24、5V26基极电压就不平衡，相应的晶体管导通。其集电极电流使光电隔离器5B1输出一个信号至A5的输入端，在A5的输出端经与5V16输出一个缺相控制信号送给A3的输入端。由A3输出缺相保护信号。
图4为VA为＋12V，VB为－12V。
本实用新型电路简单、稳定可靠、节电效果显著，并且还具有恒流启动、缺相、过流保护功能，特别适用于需要频繁启动电动机的场合，可广泛地作为各种三相电动机的节电启动设备。
权利要求1.一种电动机的启动器，特别是一种电动机的无触点节电启动器，其特征在于，包括可控硅组合[10]，连接在三相交流电源和被控电动机D之间，用来调整加在被控电动机D上的端电压；振荡器[9]，用来产生连续的窄脉冲；控制环路A(1、2、3、4)，连接在振荡器[9]和可控硅组合[10]之间，输出可移相的可控硅触发脉冲，并馈送至可控硅组合[10]；控制电压产生器[14]，和控制环路A相连接，输出控制可控硅触发脉冲相移量的控制电压，并送给控制环路A；相位差信号检测装置B，连接在控制电压产生器[14]和可控硅组合[10]之间，用来检测出可控硅组合[10]送来的交流电压与电流的相位差，转换成相位差信号电压并馈送给控制电压产生器[14]。
2.根据权利要求1所述的电动机无触点节电启动器，其特征在于，还包括交流互感器(LH1、LH2、LH3)，安装在可控硅组合［10］的三相交流电源的输入端，用于产生相应于交流电运行状况的感应电压；恒流缺相过流保护装置C(11、12、13)，连接在交流互感器(LH1、LH2、LH3)和控制信号产生器［14］之间，从交流互感器(LH1、LH2、LH3)感应来的感应电压中检测出恒流启动信号或缺相阻断信号或过流保护信号并馈送至控制信号产生器［14］。
专利摘要本实用新型公开了一种电动机的启动器，特别是一种无触点式的节电启动器，其特征在于包括调整加在电动机上的端电压的可控硅组合、产生连续窄脉冲的振荡器、输出可控硅触发脉冲的控制环路、检测出交流电电压和电流相位差信号的相位差检测装置、使控制环路输出的可控硅触发脉冲产生相移的控制电压产生器，通过调整电动机的端电压，使三相交流电电压、电流相位趋于同相，提高了功率因数。本实用新型还具有一个恒流缺相过流保护装置，使本实用新型还具有恒流启动、缺相保护、过流保护功能。
文档编号H02P1/26GK2187354SQ9422825
公开日1995年1月11日 申请日期1994年4月7日 优先权日1994年4月7日
发明者张旭春, 周协堂 申请人:大连华龙企业集团高新科技发展公司