专利名称：交流异步电动机节电启动补偿器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种交流异步电动机的节电启动补偿器。
交流异步电动机(以下简称电动机)因构造简单、生产成本低、便于维护保养等优点得到广泛采用。但是由于电动机属于感性负载，电压与电流的相位不同步(电压的相位超前于电流)，使它在交流电路中存在着固有的缺陷，即是功率因数低、启动无功电流大(约为额定电流的5～7倍)和运行耗电量多的缺点。大的启动电流对外会造成输变电系统电压降低，使带有欠电压保护装置的设备停运，使高强度放电的照明设备熄灭等；对内会造成带负载启动的电动机的启动发生困难(如带动空气压缩机的电动机)。因为大的启动电流会造成电源电压的下降，而电动机的启动转矩与电动机的端电压平方成正比，所以，电源电压的下降也使电动机的转矩随之降低，当电动机的启动转矩小于负载阻力时，系统便不能正常启动。同时，电动机启动转矩的降低又相应增加系统的启动时间，使系统的启动电流和启动时间均超过电网或系统所限定的过电流值和过电流时间，则出现跳闸保护，使系统难以启动。为了减少大中型电动机的启动电流，在现有技术中通常采用在电动机电源端加自耦变压器或电抗器或电阻器等启动装置。虽然这些启动装置能降低启动电流，并且基本消除了启动大电流对电网所造成的不良影响，但是也使电源电压在启动器上产生压降，使启动转矩低的情况更加恶化，上述系统启动困难的问题没能得到改善和解决。再者，电动机的运行耗电量大也是急待解决的重要问题。要解决此问题，必须从两方面做起。一方面应提高电动机自身的功率因数，目前，国产电动机的功率因数已提高到0.82～0.86。另一方面应提高电动机运行的功率因数。电动机的运行功率因数与所载负荷的功率匹配密切相关，通常情况，由于要考虑到电网电压的波动和电动机配套等因素，实际所采用电动机的输出功率往往都是大于所载负荷的功率，也就是说俗称的大马拉小车的情况普遍存在。如果电动机在这种情况下使用，其功率因数达不到其自身功率因数，经考核绝大部分的电动机的运行功率因数在0.7～0.8之间。当电动机的运行功率因数是0.8时，它的无功系数便是0.75，这意味着给电动机供电的设备功率必须是比电动机功率增大25％，与把无功功率完全补偿掉的电动机相比，有功电量要多消耗56.25％，浪费电严重。为了解决这一问题，通常的办法是在电动机上并联电容器进行无功功率补偿。虽然这一办法很有效，但却带来了两个弊端，第一，又增大了电动机在启动过程中的冲击电流，因为在启动的同时，电容器需要充容，会导致充容电流和电动机的启动电流同时产生，造成瞬间大电流。第二，电动机关闭时，电容器会倒送电给电动机，电动机因贯性旋转发电产生瞬间高电压，容易造成电动机和补偿电容被击穿。综上所述，到目前为止，大功率电动机的启动电流大及运行耗电问题仍没有得到很好的综合处理。
本实用新型的目的是提供一种能够使电动机的启动及耗电问题得到很好的解决的电动机节电启动补偿器。
本实用新型解决方案如下它包括接在RST三相电源端上的空气开关(1)、交流接触器的动合触点(2)和用于控制该动合触点(2)的启动控制电路(3)及并联在RST三相电源端上的电容补偿器(4)，其关键结构是在电容补偿器(4)与RST三相电源的并联端之间接有交流接触器的动合触点(5)，在启动控制电路(3)中设有对动合触点(2)、(5)的动作进行时序控制的时序控制电路。
在上述解决方案中，本实用新型采用的是利用电容给电动机供电线路提供超前电流、对无功功率进行补偿的方法，以提高启动和运行时的功率因数，来达到降低启动电流，提高启动转矩和运行节电的目的。因为电动机的功率因数在启动时是随着转速的提高而逐渐上升的，在电动机没有达到额定转速时，功率因数非常低，仅是0.32。这时，需要对无功功率进行较大量的补偿，即开通所有的电容补偿器。但是，为了避免电容器的充容电流和电动机的启动电流同时产生，本技术利用时序控制电路使电容器和电动机的接通时间分开，则电容器先充容，电动机后启动。这样，在电动机启动时，电容器可以对无功功率进行补偿，提高启动时的功率因数。根据
，在有功功率P和线电压U固定不变的情况下，电流I与功率因数cosφ成反比。所以，提高了功率因数，启动电流就会随之降低，从而消除启动电流对电网电压的影响。同时，电容器的补偿还会提高电动机的端电压，使启动转矩相应提高，启动时间相应减小，启动困难的问题得到解决。当电动机达到额定转速进入正常运行状态时，即功率因数达到0.7～0.8时，为使电容器的补偿量合适，时序控制电路可以自动断开一部分补偿电容器，使运行时的功率因数提高到0.9～0.95，达到运行节电的目的。在电动机关闭时，时序控制电路使电容器先脱离电源及电动机，然后再关闭电动机，电容器与电动机相互断开，避免了瞬间高电压的产生。
综上所述，本实用新型的优越性在于降低了启动电流，提高了启动转矩，缩短了启动时间，提高了运行功率因数，同时，还避免了因为补偿产生的付作用，较好的解决了电动机启动电流大和运行耗电的问题。
下面根据实施例详细说明其工作原理。
图1电动机节电启动补偿器的原理方框图。
图2小功率电动机节电启动补偿器的电路图。
图3中小功率电动机节电启动补偿器的电路图。
图4大中功率电动机节电启动补偿器的电路图。
参见图2，对于小功率电动机而言，其启动电流较小，对供电设施构不成危害，故本技术采用定量补偿的方式，即采用单组电容器补偿，启动与运行共用。具体结构如下该启动补偿器包括接在RST三相电源端上的空气开关(1)、交流接触器动合触点(2)和热继电器(6)，其中空气开关防止电动机短路电流，触点(2)控制电动机的运行或停止，热继电器(6)防止电动机运行的过电流；它还包括接在空气开关(1)和动合触点(2)之间的交流接触器的动合触点(5-1)、单组电容补偿器(4-1)和与补偿电容并联的压敏电阻(7)，其中电容补偿器(4-1)用于无功功率的补偿，触点(5-1)控制补偿器(4-1)的投切，压敏电阻(7)防止补偿器(4-1)的过电压；它还包括一个启动控制电路，该启动控制电路由启动按钮ON、停止按钮OFF、检测按钮OF、热继电器动断接点(8)、交流接触器KC1、KM1和中间继电器JZ1、JZ2连接构成。本控制电路利用JZ1、JZ2、KM1的吸合时间控制电动机迟后于电容补偿器启动，其迟后时间为40～60ms。因为电容器的充容时间约为34ms，如果电容器与电动机的投运时间间隔小于34ms，会导致充容电流与电动机启动电流同时产生，造成瞬间大电流，若该时间间隔过长，会造成过补偿，使供电线路电压升高，而无功倒流。所以用JZ1、JZ2和KM1的累计吸合时间来限定迟后时间。同时又利用了JZ1、JZ2、KM1断开的累计时间，可使电动机迟后于电容器15～20ms停止，防止电容器给电动机绕组倒送电造成电动机因惯性旋转发电产生瞬间高电压。本启动器的工作过程如下当需要启动时，掀一下ON，控制电源经动断触点(8)、按钮OFF、OF、ON进入KC1线圈形成控制回路，则KC1通电，其动断触点(9)吸合并自保，其动合触点(5-1)吸合使电容器充容，其动合触点(10)吸合使JZ1、JZ2、KM1顺序通电吸合，使电动机迟后于电容器40～60ms启动。当需要停止时，掀一下OFF，KC1线圈先失电断开，使电容补偿器先脱离电源及电动机，则JZ1、JZ2、KM1顺序失电断开，使电动机迟后于电容补偿器15～20ms停止。图中电流互感器CT和电流表A构成电流显示器，用于显示电动机启动和运行中的电流量。电压表V用于显示电源电压。
参见图3，对于中小型电动机而言，可以采用两组补偿电容器(4-1)、(4-2)进行定时定量的补偿，(4-1)为运行电容补偿器，(4-2)为启动电容补偿器，并在启动控制电路中设置了一个时间继电器JS1，由JZ1、JS1、KM1的吸合时间控制电动机迟后于电容器启动。在启动时，触点(5-1)、(5-2)同时闭合，使电容器(4-1)、(4-2)一同投入启动补偿；当正常运行时，时间继电器的延时动断触点(11)断开，使KC2失电断开电容器(4-2)，仅由电容器(4-1)进行运行补偿。其它的工作过程与图1相同。
参见图4，对大中型电动机而言，电动机本身的输出方式为星型启动三角型运行，即启动时接成星型输出，运行时改为三角型输出。因此，在图3的基础上又相应增设了交流接触器KM2和KM3及时间继电器JS2，由JS1、KM1、KM2的吸合时间使电动机迟后电容器启动。启动时，KM1、KM2通电吸合，使电动机绕组接成星型输出；当正常运行时，JS2的延时动合触点(12)吸合、其延时动断触点(13)断开，则KM3通电吸合、KM2失电断开，使电动机绕组接成三角形输出。为了便于掌握运行中电动机系统功率因数的变化，在图4中还设置了由电流互感器CT、电流表A、功率因数检测器(15)和功率因数表(14)接成的电流和功率因数显示电路。其它工作过程与图3相同。
通过实验测定曲线验证，本启动器能使电动机的启动电流明显降低，启动转矩明显增大，启动时间明显减小。同时，运行功率因数可提高到0.9～0.95，节电10～20％。
权利要求1.交流异步电动机节电启动补偿器，包括接在RST三相电源端上的空气开关(1)、交流接触器的动合触点(2)和用于控制该动合触点(2)的启动控制电路(3)及并联在RST三相电源端的电容补偿器(4)，其特征是a、在电容补偿器(4)与RST三相电源的连接端之间接有交流接触器的动合触点(5)，b、在启动电路(3)中设有对动合触点(2)、(5)的动作进行时序控制的时序控制电路。
2.如权利要求1所述的电动机节电启动补偿器，其特征是所述的电容补偿器(4)可以设置单组(4-1)或多组(4-1)…(4-n)，并且与其相对应的交流接触器的动合触点(5)可以是单组(5-1)或多组(5-1)…(5-n)。
专利摘要本实用新型是一种交流异步电动机节电启动补偿器。它包括接在三相电源上的空气开关、交流接触器的动合触点和启动控制电路及电容补偿器，其关键结构是在电容补偿器与三相电源的连接端之间接有交流接触器的动合触点，在启动电路中设有对上述动合触点的动作进行时序控制的时序控制电路。它的优越性是降低了启动电流，提高了启动转矩和运行功率因数，避免了因补偿产生的副作用，较好的解决了电动机启动电流大和运行耗电多的问题。
文档编号H02P1/26GK2268340SQ96235670
公开日1997年11月19日 申请日期1996年5月6日 优先权日1996年5月6日
发明者容明芳 申请人:容明芳