專利名稱：電機(jī)智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)電器，特別是一種用于電機(jī)定速運(yùn)行的電機(jī)智能控制器。
技術(shù)背景
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，廣泛使用三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，在電機(jī)作為動(dòng)力的機(jī)械設(shè) 備中，普遍按照機(jī)械設(shè)備可能產(chǎn)生的最大功率來配置電機(jī)，在實(shí)際使用的過程中滿載的情 況很少，大多數(shù)情況電機(jī)都在輕載情況下運(yùn)行，造成了電能的浪費(fèi)，而電機(jī)在運(yùn)行過程中， 有變速運(yùn)行和定速運(yùn)行兩種方式，對與需要變速運(yùn)行的電機(jī)，人們普遍采用變頻器來解決 變速運(yùn)行和節(jié)能的問題，而定速運(yùn)行的電機(jī)，變頻器并不適用，為解決定速運(yùn)行的電機(jī)節(jié)能 問題，普遍采用輕載降壓重載升壓的方式解決，但在如何檢測電機(jī)輕、重載狀態(tài)，并自動(dòng)升、 降電壓方面，方式很多，效果也不是很理想。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提出一種可根據(jù)電機(jī)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)輸出功率的 電機(jī)智能控制器，它具有高的運(yùn)行穩(wěn)定性、全自動(dòng)調(diào)節(jié)并具有良好的節(jié)電效果。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明的電機(jī)智能控制器包括向電機(jī)供電的第一至第三相電Li、 L2和L3，連接在所述第一相電Ll與電機(jī)第一相電W之間的第一可控硅KP1，連接在所述第 二相電L2與電機(jī)第二相電V之間的第二可控硅KP2，以及連接在所述第三相電L3與電機(jī)第 三相電U之間的第第三可控硅KP3，還包括
利用同步基準(zhǔn)信號(hào)得到功率因數(shù)的裝置；以及
根據(jù)所得到的功率因數(shù)控制所述第一至第三可控硅KP1、KP2和KP3的導(dǎo)通角從而 動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)輸入電壓的裝置。
由于當(dāng)電機(jī)空載時(shí)，功率因數(shù)很低，只有0. 18，而電機(jī)輕載、重載時(shí)，功率因數(shù)升 高，滿載時(shí)功率因數(shù)達(dá)到0. 87左右，因此可以通過檢測電機(jī)功率因數(shù)的大小判斷電機(jī)負(fù)載 的狀態(tài)。
本發(fā)明通過適時(shí)檢測三相異步電機(jī)負(fù)載功率因數(shù)，適時(shí)判定電機(jī)負(fù)載功率的大 小，通過控制可控硅導(dǎo)通角，動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)輸入電壓，以達(dá)到節(jié)能目的。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明的電機(jī)智能控制器包括向電機(jī)供電的第一至第三相電Li、 L2和L3，連接在所述第一相電Ll與電機(jī)第一相電W之間的第一可控硅ΚΡ1，連接在所述第 二相電L2與電機(jī)第二相電V之間的第二可控硅ΚΡ2，以及連接在所述第三相電L3與電機(jī)第 三相電U之間的第第三可控硅ΚΡ3，還包括
同步信號(hào)檢測電路，用于檢測第一相電Ll的電壓過零點(diǎn)，并以此作為同步基準(zhǔn)信 號(hào)；
功率因數(shù)檢測電路，用于檢測流經(jīng)第一可控硅KPl的電流過零點(diǎn)，并通過單片機(jī) 計(jì)算所述電流過零點(diǎn)與所述同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差，得到功率因數(shù)；
電機(jī)重載檢測電路，用于在所述電機(jī)第一相電W上檢測電機(jī)負(fù)載電壓過零點(diǎn)，并 通過所述單片機(jī)計(jì)算所述電機(jī)負(fù)載電壓過零點(diǎn)與所述同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差，得到電機(jī)重 載；
可控硅觸發(fā)控制電路，用于依據(jù)所得到的功率因數(shù)和/或電機(jī)重載控制所述第一 至第三可控硅KP1、KP2和ΚΡ3的導(dǎo)通角，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)輸入電壓。
本發(fā)明的電機(jī)智能控制器還包括缺相檢測電路，所述缺相檢測電路分別檢測流經(jīng) 第一可控硅ΚΡ1、第二可控硅ΚΡ2和第三可控硅ΚΡ3的電流過零點(diǎn)，并通過所述單片機(jī)判斷 流經(jīng)三個(gè)可控硅的電流過零點(diǎn)是否缺失。
其中，對于頻率為50Hz的三相電，所述功率因數(shù)=(第一可控硅KPl電流過零點(diǎn) 發(fā)生時(shí)刻-同步基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生時(shí)刻)+56 (ns)。
其中，所述單片機(jī)計(jì)算電機(jī)負(fù)載電壓過零點(diǎn)與所述同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差的變 化，并且將所述變化的突然變小確定為電機(jī)重載。
其中，所述同步信號(hào)檢測電路包括連接所述第一相電Ll端的限流電阻；對經(jīng)由 所述限流電阻的第一相電Ll進(jìn)行嵌位的嵌位二極管；以及根據(jù)所述正向嵌位二極管或反 向嵌位二極管的嵌位電壓啟動(dòng)所述單片機(jī)生成所述同步基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生時(shí)刻的觸發(fā)器。
其中，所述功率因數(shù)檢測電路是電流過零點(diǎn)檢測電路，包括經(jīng)由所述第一相電 Ll端和電機(jī)第一相電W端并聯(lián)連接所述第一可控硅KPl的包括限流電阻的二極管橋路；連 接在所述二極管橋路輸出的觸發(fā)器；其中所述觸發(fā)器依據(jù)所述第一可控硅KPl導(dǎo)通時(shí)刻二 極管橋路的輸出電壓，啟動(dòng)所述單片機(jī)生成第一可控硅KPl電流過零點(diǎn)發(fā)生時(shí)刻。
其中，所述單片機(jī)通過計(jì)算從同步基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生時(shí)刻到第一可控硅KPl電流過零 點(diǎn)發(fā)生時(shí)刻的持續(xù)時(shí)間，然后將所述持續(xù)時(shí)間除以三相電的360度周期的1度的時(shí)間，得到 功率因數(shù)。
其中，所述電機(jī)重載檢測電路包括連接所述電機(jī)第一相電W端的限流電阻；對經(jīng) 由所述限流電阻的電機(jī)第一相電W進(jìn)行嵌位的嵌位二極管；以及根據(jù)所述正向嵌位二極管 或反向嵌位二極管的嵌位電壓啟動(dòng)所述單片機(jī)生成電機(jī)重載發(fā)生時(shí)刻的觸發(fā)器。
在所述缺陷檢測電路中，檢測流經(jīng)第一可控硅KPl過零點(diǎn)的電路包括經(jīng)由Ll端 和W端并聯(lián)連接所述第一可控硅KPl的包括限流電阻的第一二極管橋路，以及連接在所述 第一二極管橋路輸出與單片機(jī)的P5輸入端之間的第一觸發(fā)器；
檢測流經(jīng)第二可控硅KP2過零點(diǎn)的電路包括經(jīng)由L2端和V端并聯(lián)連接所述第二 可控硅KP2的包括限流電阻的第二二極管橋路，以及連接在所述第二二極管橋路輸出與所 述單片機(jī)的輸入端之間的第二觸發(fā)器；
檢測流經(jīng)第三可控硅KP3過零點(diǎn)的電路包括經(jīng)由L3端和U端并聯(lián)連接所述第三 可控硅KP3的包括限流電阻的第三二極管橋路，以及連接在所述第三二極管橋路輸出與所 述單片機(jī)的P3輸入端之間的第二觸發(fā)器；
其中，所述單片機(jī)在由同步基準(zhǔn)信號(hào)確定的一個(gè)周期內(nèi)，檢測從所述三個(gè)輸入端 P3 P5的觸發(fā)脈沖。
其中，可控硅觸發(fā)控制電路包括分別連接單片機(jī)三個(gè)輸出端與第一至第三可控硅 KPl KP3的控制端的三個(gè)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路。
本發(fā)明的技術(shù)效果是，以同步信號(hào)檢測電路的檢測信號(hào)為基準(zhǔn)，其它電路均參照此電路信號(hào)為基準(zhǔn)運(yùn)行，保證了信號(hào)檢測、可控硅控制的有序性。采用功率因數(shù)檢測電路檢 測適時(shí)電機(jī)負(fù)載狀態(tài)，單片機(jī)可以根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，控制可控硅觸發(fā)角控制電路，適時(shí)調(diào)整可 控硅控制角，從而改變?nèi)嚯姍C(jī)電壓升高或降低，從而達(dá)到節(jié)能的目的，而整個(gè)工作過程不 需要人為參與，從而節(jié)省了人力成本。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖Ia是本發(fā)明的智能電機(jī)控制器第一實(shí)施例原理圖Ib是本發(fā)明的智能電機(jī)控制器第二實(shí)施例原理圖2是顯示圖Ib所示的同步信號(hào)檢測電路、電機(jī)重載檢測電路、功率因數(shù)檢測電 路及第一可控硅觸發(fā)控制電路結(jié)構(gòu)的電路圖3是顯示圖Ib所示的缺相檢測電路、第二、第三可控硅觸發(fā)控制電路結(jié)構(gòu)的電 路圖4是顯示圖Ib所示的單片機(jī)結(jié)構(gòu)、供電電源電路的電路圖fe至圖5c是顯示本發(fā)明的同步基準(zhǔn)信號(hào)檢測電路的原理、功能和實(shí)現(xiàn)過程的 示意圖6a至圖6d是顯示本發(fā)明的功率因數(shù)檢測電路的原理、功能和實(shí)現(xiàn)過程的示意 圖。
具體實(shí)施方式
圖1和圖2中的標(biāo)記L1、L2和L3從供電的觀點(diǎn)看，屬于第一至第三相電；從連接 的觀點(diǎn)看，則為第一至第三相電端，比如Ll端、L2端和L3端。因此在下面的說明中，把Ll 至L3分別稱之為第一相電Li、第二相電L2和第三相電L3，以便說明供電關(guān)系；或者根據(jù)情 況將其稱之為第一相電Ll端、第二相電L2端和第三相電L3端，以便說明連接關(guān)系。標(biāo)記 W、V和U按照相同方式稱謂。
圖Ia顯示了本發(fā)明的電機(jī)智能控制器的第一實(shí)施例，如圖Ia所述，該電機(jī)智能控 制器包括向電機(jī)供電的第一至第三相電Li、L2和L3，連接在所述第一相電Ll與電機(jī)第一 相電W之間的第一可控硅KPl，連接在所述第二相電L2與電機(jī)第二相電V之間的第二可控 硅KP2，以及連接在所述第三相電L3與電機(jī)第三相電U之間的第第三可控硅KP3，還包括 利用同步基準(zhǔn)信號(hào)得到功率因數(shù)的裝置；以及根據(jù)所得到的功率因數(shù)控制所述第一至第三 可控硅KP1、KP2和ΚΡ3的導(dǎo)通角從而動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)輸入電壓的裝置。
該實(shí)施例的同步基準(zhǔn)信號(hào)可以取自第一至第三相電Ll至L3之任一相電(比如Ll 或L2或L3)的電壓過零點(diǎn)，并將該電壓過零點(diǎn)作為計(jì)算功率因數(shù)的基準(zhǔn)。
需要說明的是，由于三相電是正弦波交流電，因此本發(fā)明在任意一個(gè)周期中，以電 壓過零點(diǎn)為同步基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行功率因數(shù)檢測或其他檢測。
圖Ib顯示了本發(fā)明的智能電機(jī)控制器第二實(shí)施例，圖2所示的電機(jī)智能控制器包 括向電機(jī)供電的第一至第三相電Ll、L2和L3，連接在所述第一相電Ll與電機(jī)第一相電W 之間的第一可控硅KPl，連接在所述第二相電L2與電機(jī)第二相電V之間的第二可控硅ΚΡ2， 以及連接在所述第三相電L3與電機(jī)第三相電U之間的第第三可控硅ΚΡ3，還包括同步信號(hào)檢測電路，用于檢測第一相電Ll的電壓過零點(diǎn)，并以此作為同步基準(zhǔn)信號(hào)；功率因數(shù)檢 測電路，用于檢測流經(jīng)第一可控硅KPl的電流過零點(diǎn)，并通過單片機(jī)計(jì)算所述電流過零點(diǎn) 與所述同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差，得到功率因數(shù)；電機(jī)重載檢測電路，用于在所述電機(jī)第一相 電W上檢測電機(jī)負(fù)載電壓過零點(diǎn)，并通過所述單片機(jī)計(jì)算所述電機(jī)負(fù)載電壓過零點(diǎn)與所述 同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差，得到電機(jī)重載；可控硅觸發(fā)控制電路，用于依據(jù)所得到的功率因數(shù) 和/或電機(jī)重載控制所述第一至第三可控硅KP1、KP2和KP3的導(dǎo)通角，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī) 輸入電壓。
本發(fā)明的電機(jī)智能控制器還可以包括缺相檢測電路，所述缺相檢測電路分別檢測 流經(jīng)第一可控硅KP1、第二可控硅KP2和第三可控硅KP3的電流過零點(diǎn)，并通過所述單片機(jī) 判斷流經(jīng)三個(gè)可控硅的電流過零點(diǎn)是否缺失。
對于頻率為50Hz的三相電，所述功率因數(shù)=(第一可控硅KPl電流過零點(diǎn)發(fā)生時(shí) 刻-同步基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生時(shí)刻)+56 (ns)。
對于電機(jī)重載檢測，單片機(jī)在三相電的每個(gè)周期中計(jì)算電機(jī)負(fù)載電壓過零點(diǎn)與所 述同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差的變化，并且將所述變化的突然變小確定為電機(jī)重載。
圖fe至圖5c顯示了本發(fā)明的同步基準(zhǔn)信號(hào)檢測電路的原理、功能和實(shí)現(xiàn)過程。
本發(fā)明同步基準(zhǔn)信號(hào)檢測的原理是檢測Ll相電壓過零點(diǎn)發(fā)生時(shí)間，以此時(shí)間為 基準(zhǔn)，在一個(gè)周期內(nèi)，三相電的檢測、控制以此為參考點(diǎn)，使本發(fā)明能在同步基準(zhǔn)信號(hào)的控 制下有序進(jìn)行。
本電路的采樣點(diǎn)取自Ll端，經(jīng)過嵌位二極管嵌位后至信號(hào)觸發(fā)器的輸入端，信號(hào) 觸發(fā)器的輸出端接入單片機(jī)，Ll端電壓是圖fe所示的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，當(dāng)正弦波由負(fù)到正 時(shí)5. 7V時(shí)，超過嵌位二極管的導(dǎo)通電壓，嵌位二極管將導(dǎo)通，將正弦波電壓嵌位，如圖恥所 示；5. 7V伏的正電壓使信號(hào)觸發(fā)器導(dǎo)通，由此將一個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入給單片機(jī)，如圖5c所示。 當(dāng)正弦波電壓下降至5. 7V以下時(shí)，二極管截止，信號(hào)觸發(fā)器關(guān)斷。因此，單片機(jī)將檢測到的 信號(hào)上升沿為同步基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生的時(shí)間。通過軟件控制單片機(jī)時(shí)間定時(shí)器工作。為檢測、 控制提供基準(zhǔn)。
本發(fā)明通過計(jì)算單片機(jī)輸入端脈沖上升沿發(fā)生的時(shí)刻，準(zhǔn)確采集到同步基準(zhǔn)信號(hào)。
圖6a至圖6d顯示本發(fā)明的功率因數(shù)檢測電路的功能、原理及實(shí)現(xiàn)過程。其中，圖 6a顯示了 Ll端電壓波形；圖6b顯示了 W端電壓波形；圖6c顯示了電流過零點(diǎn)時(shí)的單片 機(jī)輸入脈沖；圖6d顯示了電壓過零點(diǎn)單片機(jī)輸入脈沖，虛線所帶表的間隔時(shí)間為功率因數(shù)
本發(fā)明功率因數(shù)檢測電路是通過檢測Ll相電流過零點(diǎn)發(fā)生的時(shí)間，與同步基準(zhǔn) 信號(hào)發(fā)生時(shí)間相比較，然后將兩信號(hào)發(fā)生的時(shí)間差為功率因數(shù)。
電機(jī)功率因數(shù)的定義為電流滯后電壓的角度，以50HZ交流電為例，每周期為 20ms，一周期為360度，每一度為56ns，通過上述計(jì)算所得時(shí)間值除以56ns，就是電機(jī)瞬時(shí)功率因數(shù)值。
通過電機(jī)參數(shù)特性可知，電機(jī)是電感性負(fù)載，電流滯后與電壓，對電機(jī)而言，其電 感量是固定的，而隨著電機(jī)負(fù)載的變化，其功率因數(shù)、電流發(fā)生變化，負(fù)載小時(shí)功率因數(shù)低， 電流小，負(fù)載大時(shí)功率因數(shù)高，電流大。
雙向可控硅的特性是電流的起點(diǎn)取決與可控硅導(dǎo)通角開通時(shí)間，但電流的終點(diǎn)取 決于功率因數(shù)大小，并在電流過零點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，本發(fā)明就是檢測這一脈沖發(fā)生時(shí) 刻來判斷功率因數(shù)。
本發(fā)明的功率因數(shù)檢測電路輸入端為Ll端和W端，二極管橋路D17 D20并接在 Ll端和W端，該二極管橋路整流后形成的直流信號(hào)通過高速光耦I(lǐng)C3隔離轉(zhuǎn)換后變成脈沖 信號(hào)，經(jīng)由OUT端輸入到單片機(jī)P5輸入端。當(dāng)雙向可控硅KPl導(dǎo)通有電流流過時(shí)，可控硅 KPl將二極管橋路D17 D20短路，因此沒有信號(hào)輸入給光耦I(lǐng)C3，可控硅在電流降為零到 自然換相點(diǎn)時(shí)，因可控硅沒有電流流過，從而電流經(jīng)過四個(gè)二極管整流形成通路，形成直流 信號(hào)通過光耦隔離輸入到單片機(jī)，檢測到此信號(hào)上升沿為電流信號(hào)過零點(diǎn)時(shí)刻。
當(dāng)同步基準(zhǔn)信號(hào)檢測到電壓過零點(diǎn)信號(hào)時(shí)，觸發(fā)單片機(jī)定時(shí)器，開始計(jì)時(shí)，檢測到 電流過零點(diǎn)信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí)，此時(shí)間按照前述所說方法換算就可得到適時(shí)的功率因數(shù)。
電機(jī)缺相檢測電路(和相序檢測)的原理和工作過程如下
電機(jī)相序檢測和缺相檢測電路利用在Li、L2、L3三相均安裝功率因數(shù)檢測電路來 完成檢測，原理是在電機(jī)啟動(dòng)前檢測Li、L2、L3三相輸入電壓過零點(diǎn)，判斷三相電流發(fā)生 的順序，以判斷相序，利用軟件控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，其原理是電機(jī)未啟動(dòng)時(shí)，雙向可控硅沒有 電流通過，輸入端為正弦電壓波形，經(jīng)過二極管橋路整流后旁路流過電機(jī)定子形成回路，當(dāng) 正弦波到零點(diǎn)時(shí)，電流停止，二極管沒有整流信號(hào)輸出以高速光耦，因此高速光耦檢測到這 一變化輸出高脈沖給單機(jī)，三相電每相相差120度，所以三個(gè)高速光耦輸出的脈沖也差120 度，判斷三相發(fā)生的順序就可得到相序。
缺相檢測是利用該電路在運(yùn)行時(shí)檢測三相電流過零點(diǎn)來完成的，如果某次一相電 流過零點(diǎn)沒發(fā)生，意味缺相，單片機(jī)控制可控硅停止輸出，以保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。
本發(fā)明的重載檢測電路的功能、原理及實(shí)現(xiàn)過程如下
重載檢測電路檢測W端電壓信號(hào)，經(jīng)過限流電阻后輸入到嵌位二極管后輸入到信 號(hào)放大器輸入端，二極管陰極接+5V，當(dāng)電壓超過5. 7V時(shí)，信號(hào)放大器導(dǎo)通，信號(hào)放大器輸 出一方波到單片機(jī)輸入端。
Ll端是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，提供同步基準(zhǔn)信號(hào)，W端經(jīng)過可控硅斬波后形成的輸入電 壓和電機(jī)反電動(dòng)勢疊加，其電壓值主要由電流決定，當(dāng)負(fù)載變化不大時(shí)，電流變化不大，此 重載信號(hào)和同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差變化較小，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變增大時(shí)，因電流迅速增加導(dǎo) 致兩信號(hào)時(shí)間差迅速變小，軟件檢測到這一變化時(shí)立刻以3. 4ms內(nèi)將電壓升至全壓狀態(tài)， 避免電機(jī)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。
本發(fā)明的可控硅驅(qū)動(dòng)控制電路的原理和實(shí)現(xiàn)過程如下
單片機(jī)的三個(gè)輸出端子分別對三個(gè)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)芯片如M0C3052進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每 一個(gè)輸出端子對應(yīng)一個(gè)可控硅，
M0C3052是光電隔離可控硅驅(qū)動(dòng)芯片，導(dǎo)通需要兩個(gè)條件，一個(gè)是檢測到電壓過 零，另一個(gè)是有驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，當(dāng)這兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，芯片導(dǎo)通，所以利用這一原理，控 制軟件以同步基波信號(hào)為基準(zhǔn)，根據(jù)反饋的信號(hào)，計(jì)算出可控硅控制角度，由單片機(jī)的三個(gè) 輸出端輸出控制信號(hào)，芯片根據(jù)自然換相點(diǎn)方向控制正向或反向可控硅導(dǎo)通，從而完成對 可控硅控制。
下面分別結(jié)合圖2至圖4說明本發(fā)明的同步信號(hào)檢測電路、功率因數(shù)檢測電路、單8片機(jī)、電機(jī)重載檢測電路、可控硅觸發(fā)控制電路和缺相檢測電路的電路結(jié)構(gòu)。
參見圖2，本發(fā)明的同步信號(hào)檢測電路包括連接所述第一相電Ll的限流電阻 R49 ；對經(jīng)由所述限流電阻R49的第一相電Ll進(jìn)行正向嵌位的正向嵌位二極管Dll ；根據(jù)所 述正向嵌位二極管Dll的嵌位電壓啟動(dòng)所述單片機(jī)生成所述同步基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生時(shí)刻的觸 發(fā)器，即晶體管Q3和反向器IC10F。反向器IClOF的輸出端連接單片機(jī)的PM輸入端。圖 中的反向二極管D12用于將來自Ll的負(fù)半周交流電旁通至地。
參見圖2，本發(fā)明的功率因數(shù)檢測電路是電流過零點(diǎn)檢測電路，它包括經(jīng)由所述 第一相電Ll端和電機(jī)第一相電W端并聯(lián)連接所述第一可控硅KPl的包括限流電阻R4的二 極管橋路D17 D20 ；連接在所述二極管橋路D17 D20輸出的觸發(fā)器IC3 ；其中所述觸發(fā) 器IC3依據(jù)與所述第一可控硅KPl導(dǎo)通時(shí)刻二極管橋路D17 D20的輸出電壓，啟動(dòng)所述 單片機(jī)生成第一可控硅KPl電流過零點(diǎn)發(fā)生時(shí)刻。該觸發(fā)器IC3是一個(gè)光電耦合器，該光 電耦合器的輸出端OUT連接單片機(jī)的P5輸入端。
參見圖3，單片機(jī)的PM輸入端接收圖5c所示的Ll電壓過零點(diǎn)的觸發(fā)信號(hào)并開始 計(jì)時(shí)，以及單片機(jī)的P5輸入端接收圖6d所示的觸發(fā)信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，從而計(jì)算從同步基準(zhǔn) 信號(hào)發(fā)生時(shí)刻到第一可控硅KPl電流過零點(diǎn)發(fā)生時(shí)刻的持續(xù)時(shí)間，然后將所述持續(xù)時(shí)間除 以三相電的360度周期的1度的時(shí)間，得到功率因數(shù)。
參見圖2，本發(fā)明的電機(jī)重載檢測電路包括連接所述電機(jī)第一相電W端的限流電 阻R46 ；對經(jīng)由所述限流電阻R46的電機(jī)第一相電W進(jìn)行正向嵌位的正向嵌位二極管D9 ； 根據(jù)所述正向嵌位二極管D9的嵌位電壓啟動(dòng)所述單片機(jī)生成電機(jī)重載發(fā)生時(shí)刻的觸發(fā)器 IClOE0觸發(fā)器IClOE是一個(gè)反向器，其輸出連接單片機(jī)的P32端或INTO端。圖中的反向 二極管DlO用于將來自Wl的負(fù)半周交流電旁通至地。
參見圖2和圖3，本發(fā)明的可控硅觸發(fā)控制電路包括分別連接單片機(jī)三個(gè)輸出端 P0、P1、P2與第一至第三可控硅KPl KP3的控制端Gll G12，G21 G22，G31 G32的 三個(gè)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路M0C3052。單片機(jī)以同步基波信號(hào)為基準(zhǔn)，根據(jù)反饋的信號(hào)，計(jì)算 出可控硅控制角度，由單片機(jī)的三個(gè)輸出端P0、PI、P2輸出控制信號(hào)，M0C3052芯片根據(jù)自 然換相點(diǎn)方向控制正向或反向可控硅導(dǎo)通，從而完成對可控硅控制。
本發(fā)明的缺相檢測電路包括分別檢測第一相電Li、第二相電L2和第三相電L3的 是否存在的檢測電路。
參見圖2，第一相電Ll檢測電路包括經(jīng)由Ll端和W端并聯(lián)連接所述第一可控硅 KPl的包括限流電阻R4的二極管橋路D17 D20 ；連接在所述二極管橋路D17 D20輸出 的觸發(fā)器IC3。觸發(fā)器IC3的輸出連接單片機(jī)的P5輸入端。
參見圖3，第二相電L2檢測電路包括經(jīng)由L2端和V端并聯(lián)連接所述第二可控硅 KP2的包括限流電阻R16的二極管橋路D21 D24 ；連接在所述二極管橋路D21 DM輸出 的觸發(fā)器IC2。觸發(fā)器IC2的輸出連接單片機(jī)的P4輸入端。
參見圖3，第三相電L3檢測電路包括經(jīng)由L3端和U端并聯(lián)連接所述第三可控硅 KP3的包括限流電阻似8的二極管橋路D25 D28 ；連接在所述二極管橋路D25 擬8輸出 的觸發(fā)器IC1。觸發(fā)器ICl的輸出連接單片機(jī)的P3輸入端。
如果單片機(jī)在由同步基準(zhǔn)信號(hào)確定的一個(gè)周期內(nèi)，檢測從三個(gè)輸入端P3 P5的 輸入脈沖或觸發(fā)脈沖，如果沒有檢測到即認(rèn)為確相，單片機(jī)立刻封鎖可控硅KPl KP3的控制角。
圖3還顯示了本發(fā)明的溫度保護(hù)和啟、停控制電路。單片機(jī)輸入端子兩瓦位做為 溫度保護(hù)和啟、停控制位，當(dāng)■位為高電平時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，當(dāng)·位為低電平時(shí)系統(tǒng)工 作，實(shí)現(xiàn)方法如下，將12V直流電源正極接到電路控制板外接端子C0N7第2端，2號(hào)端子對 外輸出串接啟動(dòng)、停止按鈕、溫度開關(guān)后接回到C0N7第1端，然后通過二極管NC接到光耦 IC15的輸入端，通過光耦內(nèi)部發(fā)光二極管輸出返回到5V直流電源負(fù)極，光耦的輸出端將地 信號(hào)接入到·。
溫度開關(guān)固定在散熱片上，測量產(chǎn)品溫度變化，當(dāng)產(chǎn)品溫度正常時(shí)，產(chǎn)品啟動(dòng)按鈕 按下，電源通過上述回路接通，使光耦發(fā)光二極管帶電，光耦輸出端將地信號(hào)接入到單片機(jī) ■端子，產(chǎn)品工作，當(dāng)按下停止按鈕或溫度起過溫度開關(guān)設(shè)定值時(shí)，回路斷開，光耦停止工 作，·端子被上拉電阻接入到高電平，系統(tǒng)停止工作。
參見圖3和圖4，供電電源電路將L2、L3端的交流電壓經(jīng)變壓器Tl變成12V交流 電，經(jīng)D13、D14、D15、D16 二極管整流在經(jīng)過C4、C14濾波變成12V直流電，經(jīng)過降壓管和電 容變成5V直流，供單片機(jī)和系統(tǒng)電路使用。
盡管上文對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于此，本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員 可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為 落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)智能控制器，包括向電機(jī)供電的第一至第三相電Li、L2和L3，連接在所述 第一相電Ll與電機(jī)第一相電W之間的第一可控硅KPl，連接在所述第二相電L2與電機(jī)第二 相電V之間的第二可控硅KP2，以及連接在所述第三相電L3與電機(jī)第三相電U之間的第第 三可控硅KP3，還包括利用同步基準(zhǔn)信號(hào)得到功率因數(shù)的裝置；以及根據(jù)所得到的功率因數(shù)控制所述第一至第三可控硅KP1、KP2和ΚΡ3的導(dǎo)通角從而動(dòng)態(tài) 調(diào)整電機(jī)輸入電壓的裝置。
2.一種電機(jī)智能控制器，包括向電機(jī)供電的第一至第三相電Li、L2和L3，連接在所述 第一相電Ll與電機(jī)第一相電W之間的第一可控硅KPl，連接在所述第二相電L2與電機(jī)第二 相電V之間的第二可控硅ΚΡ2，以及連接在所述第三相電L3與電機(jī)第三相電U之間的第第 三可控硅ΚΡ3，還包括同步信號(hào)檢測電路，用于檢測第一相電Ll的電壓過零點(diǎn)，并以此作為同步基準(zhǔn)信號(hào)；功率因數(shù)檢測電路，用于檢測流經(jīng)第一可控硅KPl的電流過零點(diǎn)，并通過單片機(jī)計(jì)算 所述電流過零點(diǎn)與所述同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差，得到功率因數(shù)；電機(jī)重載檢測電路，用于在所述電機(jī)第一相電W上檢測電機(jī)負(fù)載電壓過零點(diǎn)，并通過 所述單片機(jī)計(jì)算所述電機(jī)負(fù)載電壓過零點(diǎn)與所述同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差，得到電機(jī)重載；可控硅觸發(fā)控制電路，用于依據(jù)所得到的功率因數(shù)和/或電機(jī)重載控制所述第一至第 三可控硅ΚΡ1、ΚΡ2和ΚΡ3的導(dǎo)通角，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)輸入電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)智能控制器，還包括缺相檢測電路，所述缺相檢測電路 分別檢測流經(jīng)第一可控硅ΚΡ1、第二可控硅ΚΡ2和第三可控硅ΚΡ3的電流過零點(diǎn)，并通過所 述單片機(jī)判斷流經(jīng)三個(gè)可控硅的電流過零點(diǎn)是否缺失。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電機(jī)智能控制器，其中所述單片機(jī)計(jì)算電機(jī)負(fù)載電壓過 零點(diǎn)與所述同步基準(zhǔn)信號(hào)的時(shí)間差的變化，并且將所述變化的突然變小確定為電機(jī)重載。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)智能控制器，其中所述同步信號(hào)檢測電路包括連接所述第一相電Ll端的限流電阻(R49)；對經(jīng)由所述限流電阻(R49)的第一相電Ll進(jìn)行嵌位的嵌位二極管(Dll)；以及根據(jù)所述正向嵌位二極管(Dll)或反向嵌位二極管(DU)的嵌位電壓啟動(dòng)所述單片機(jī) 生成所述同步基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生時(shí)刻的觸發(fā)器0^3，IC10F)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)智能控制器，其中所述功率因數(shù)檢測電路是電流過零點(diǎn) 檢測電路，包括經(jīng)由所述第一相電Ll端和電機(jī)第一相電W端并聯(lián)連接所述第一可控硅KPl的包括限 流電阻(R4)的二極管橋路(D17 D20)；連接在所述二極管橋路(D17 D20)輸出的觸發(fā)器(IC3)；其中所述觸發(fā)器(IO)依據(jù)所述第一可控硅KPl導(dǎo)通時(shí)刻二極管橋路(D17 D20)的 輸出電壓，啟動(dòng)所述單片機(jī)生成第一可控硅KPl電流過零點(diǎn)發(fā)生時(shí)刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)智能控制器，其中，所述單片機(jī)通過計(jì)算從同步基準(zhǔn)信 號(hào)發(fā)生時(shí)刻到第一可控硅KPl電流過零點(diǎn)發(fā)生時(shí)刻的持續(xù)時(shí)間，然后將所述持續(xù)時(shí)間除以 三相電的360度周期的1度時(shí)間，得到功率因數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)智能控制器，其中，所述電機(jī)重載檢測電路包括連接所述電機(jī)第一相電W端的限流電阻(R46)；對經(jīng)由所述限流電阻(R46)的電機(jī)第一相電W進(jìn)行嵌位的嵌位二極管(D9)；以及 根據(jù)所述正向嵌位二極管(D9)或反向嵌位二極管(DlO)的嵌位電壓啟動(dòng)所述單片機(jī) 生成電機(jī)重載發(fā)生時(shí)刻的觸發(fā)器(IClOE)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求3所述的電機(jī)智能控制器，其中在所述缺陷檢測電路中， 檢測流經(jīng)第一可控硅KPl過零點(diǎn)的電路包括經(jīng)由Ll端和W端并聯(lián)連接所述第一可控硅KPl的包括限流電阻(R4)的第一二極管橋路(D17 D20)，以及連接在所述第一二極管 橋路(D17 D20)輸出與單片機(jī)的P5輸入端之間的第一觸發(fā)器(IC3)；檢測流經(jīng)第二可控硅KP2過零點(diǎn)的電路包括經(jīng)由L2端和V端并聯(lián)連接所述第二可控 硅KP2的包括限流電阻(R16)的第二二極管橋路(D21 D24)，以及連接在所述第二二極管 橋路(D21 D24)輸出與所述單片機(jī)的P4輸入端之間的第二觸發(fā)器(IC2)；檢測流經(jīng)第三可控硅KP3過零點(diǎn)的電路包括經(jīng)由L3端和U端并聯(lián)連接所述第三可控 硅KP3的包括限流電阻(R28)的第三二極管橋路(D25 D28)，以及連接在所述第三二極管 橋路(D25 D28)輸出與所述單片機(jī)的P3輸入端之間的第二觸發(fā)器(ICl)；其中，所述單片機(jī)在由同步基準(zhǔn)信號(hào)確定的一個(gè)周期內(nèi)，檢測從所述三個(gè)輸入端P3 P5的觸發(fā)脈沖。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電機(jī)智能控制器，其中，可控硅觸發(fā)控制電路包括 分別連接單片機(jī)三個(gè)輸出端(P0，P1，P》與第一至第三可控硅KPl KP3的控制端(Gll G12, G21 G22, G31 G32)的三個(gè)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路(M0C3052)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電機(jī)智能控制器，包括電源同步信號(hào)檢測電路、功率因數(shù)檢測電路、電機(jī)重載檢測電路、啟動(dòng)控制及溫度保護(hù)電路、缺相保護(hù)電路、可控硅觸發(fā)角控制電路、電源電路。本發(fā)明適時(shí)檢測三相異步電機(jī)負(fù)載功率因數(shù)，從而適時(shí)判定電機(jī)負(fù)載功率的大小，通過控制可控硅導(dǎo)通角，動(dòng)態(tài)調(diào)整電機(jī)輸入電壓，達(dá)到節(jié)能目的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，安裝方便，具有自動(dòng)調(diào)整方式，節(jié)電效果顯著，適用于定速拖動(dòng)，負(fù)載變化較大的電機(jī)負(fù)載。
文檔編號(hào)H02P25/02GK102035459SQ20091009334
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者郭文麗 申請人:郭文麗