專利名稱：斬控式三相交流電機節(jié)能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于三相交流電機的軟起動控制、節(jié)能的裝置。
背景技術(shù)：
電動機是工業(yè)生產(chǎn)中的主要動力設(shè)備，也是電網(wǎng)中主要的耗能設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，我 國約有六成的電動機在低于設(shè)計額定負荷60%的欠負荷狀態(tài)下運行，電動機的功率因數(shù)在 0. 8以下，甚至低于0. 7，在此狀態(tài)下運行的電動機，高達30%的用電被浪費掉。隨著中國經(jīng) 濟的快速發(fā)展，高耗能已經(jīng)成為不可忽視的社會問題，"節(jié)能"作為近年倡導(dǎo)的主題。同時， 多數(shù)電機在使用中起、制動造成的沖擊電流對電網(wǎng)造成沖擊；功率因數(shù)低、諧波污染等問題 也引起了供電部門的廣泛重視，整治電網(wǎng)污染的呼聲日益高漲。雙功率電機是典型的通過 進行電機本體結(jié)構(gòu)的改造來達到實現(xiàn)節(jié)能運行目的的一種節(jié)能電機。此種電機具有兩套繞 組分別對應(yīng)兩個額定運行功率，根據(jù)電機負載的大小進行運行繞組的切換，避免電機處于 "大馬拉小車"的運行狀態(tài)。雙功率電機適合于運行中有兩個大小相差較大又相對穩(wěn)定的 負載的情況，比如電機拖動游梁式抽油機時的情況。而在負載不穩(wěn)定、變動范圍較大的情況 下，雙功率電機卻不在適用，難以達到良好節(jié)能的效果?；陔娙萃肚袩o功補償技術(shù)的無功 功率補償裝置雖能在一定程度上提高電機拖動系統(tǒng)功率因數(shù)，改善電網(wǎng)供電，但無法達到 電機節(jié)能運行的目的；且電容的投切是一種有級式的，不能根據(jù)電機的運行狀態(tài)平滑的調(diào) 節(jié)。相控式交流電機節(jié)能技術(shù)是在電機負載率低的情況下，通過適當降低定子繞組供電電 壓達到降低能耗、提高電機功率因數(shù)的目的。但此種相控調(diào)壓的方法本身就會造成電機向 電網(wǎng)索取的電壓波形的畸變，對電網(wǎng)帶來諧波污染，在需要大幅度調(diào)壓的情況下不再具有 節(jié)能效果。因此，相控式交流電機節(jié)能技術(shù)存在很大缺陷。
發(fā)明內(nèi)容為了解決相控式交流電機節(jié)能技術(shù)存在的電機向電網(wǎng)索取的電壓波形為非正弦， 對電網(wǎng)帶來諧波污染、節(jié)能效果差的問題，本實用新型提供了一種斬控式三相交流電機節(jié) 能控制器。該控制器不僅可以實現(xiàn)電機輕載時的節(jié)能運行，電機向電網(wǎng)索取的電壓波形為 等效正弦的P麗波，最大限度地減小電機對電網(wǎng)帶來諧波污染、提高節(jié)能效果；還可以實現(xiàn) 電機軟起動。本實用新型所采用的技術(shù)方案是該控制器包含以下幾部分變流主電路、 驅(qū)動與保護電路、檢測電路、單片機控制系統(tǒng)、狀態(tài)顯示和操作面板電路。變流主電路的輸 入端與三相電源的進線相連，變流主電路的輸出端與三相交流電機的三相接線端相連，檢 測電路與變流主電路、驅(qū)動與保護電路、MC908GP32單片機控制系統(tǒng)相連，驅(qū)動與保護電路 與變流主電路、MC908GP32單片機控制系統(tǒng)、檢測電路相連，MC908GP32單片機控制系統(tǒng)和 驅(qū)動與保護電路、檢測電路、狀態(tài)顯示和操作面板電路相連。變流主電路擁有四組由IGBT 和電力二極管組成的雙向通斷的電子開關(guān)，其中的三組為相內(nèi)雙向電子開關(guān)，分別與三相 電源的每相進線以及交流電機的三相接線端相連，各由一個IGBT和四個電力二極管組成， 另外的一組為相間雙向電子開關(guān)，接于三組相內(nèi)雙向電子開關(guān)和交流電機的三相接線端之間，由一個IGBT和六個電力二極管組成。檢測電路檢測電機運行時的參數(shù)，包括電流、電 壓、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速。單片機控制系統(tǒng)采集檢測電路檢測到的電機運行的參數(shù)，根據(jù)控制需 要通過驅(qū)動與保護電路調(diào)節(jié)變流主電路中開關(guān)管的開通占空比，對三相輸入電壓進行斬波 控制，在滿足一定的轉(zhuǎn)速條件下適當降低電機定子輸入電壓，達到節(jié)能運行的目的。由于是 在正弦電壓的基礎(chǔ)上斬波調(diào)壓，且斬波頻率高、占空比高，系統(tǒng)運行時電壓、電流波形接近 正弦，不含低次諧波，高次諧波可濾除，能夠達到減小諧波、節(jié)能運行的目的。電機起動時， 可通過檢測轉(zhuǎn)速和電流，調(diào)節(jié)斬波占空比實現(xiàn)降壓軟起動的目的。 本實用新型可以實現(xiàn)電機降壓軟起動、輕載時的節(jié)能運行，對提高電機運行時的
功率因數(shù)、減小電機對電網(wǎng)帶來諧波污染效果明顯。以下結(jié)合附圖和實例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型的系統(tǒng)組成原理框圖。
圖2是本實用新型的外觀圖。 圖3是本實用新型的變流主電路圖。 圖4是IGBT驅(qū)動電路圖。 圖5是緩沖放電電路圖。 圖6是單片機外圍電路圖。 圖7是電流采集電路圖。
具體實施方式
圖1所述為本實用新型各部分的組成原理框圖，各部分信號流通關(guān)系如圖所示。 在圖2中，1、2、3分別對應(yīng)電網(wǎng)三相輸入電壓，4、5、6為三相輸出，7為接電機轉(zhuǎn)速 檢測線插口，8為狀態(tài)顯示和操作面板。運行時對轉(zhuǎn)速要求不高的電機，可不必對轉(zhuǎn)速進行 采集，只進行轉(zhuǎn)速開環(huán)節(jié)能控制即可。狀態(tài)顯示可顯示當前運行電機的電流、電壓、功率因 數(shù)。操作面板可在一定范圍內(nèi)設(shè)定電機運行的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)降在該轉(zhuǎn)速下進行節(jié)能運行。 圖3是本實用新型的變流主電路元件連接關(guān)系圖，VI V4為IGBT， 二極管采用快 恢復(fù)二極管。通過對VI V3的同步開關(guān)控制實現(xiàn)斬波降壓，V4在VI V3關(guān)斷期間開通， 實現(xiàn)電機繞組電流的續(xù)流。 圖4為本實用新型主電路中采用EXB841構(gòu)成的IGBT的驅(qū)動與保護電路，該電路 能夠?qū)崿F(xiàn)一個IGBT的驅(qū)動與保護。本電路中需要4路驅(qū)動電路，它們的輸入P麗信號共地， 而20V的供電電源不共地。圖4中光耦采用TLP521。 圖5所示為IGBT的緩沖放電電路，圖中二極管采用快恢復(fù)二極管，電阻采用無感 電阻，電容采用高壓無感電容。 圖6為單片機外圍電路。圖中所示為晶振、鍵盤、指示燈的連接方法以及有關(guān)信號 的輸入輸出引腳。 圖7為電流采集電路。本電路將霍爾電流傳感器采集到的電壓信號放大后經(jīng)絕對 值整流、濾波穩(wěn)壓后輸入單片機的A/D轉(zhuǎn)換引腳。
權(quán)利要求一種用于三相交流電機的軟起動控制、節(jié)能運行的斬控式三相交流電機節(jié)能控制器，由變流主電路、驅(qū)動與保護電路、檢測電路、MC908GP32單片機控制系統(tǒng)、狀態(tài)顯示和操作面板電路組成，變流主電路的輸入端與三相電源的進線相連，變流主電路的輸出端與三相交流電機的三相接線端相連，檢測電路與變流主電路、驅(qū)動與保護電路、MC908GP32單片機控制系統(tǒng)相連，驅(qū)動與保護電路與變流主電路、MC908GP32單片機控制系統(tǒng)、檢測電路相連，MC908GP32單片機控制系統(tǒng)和驅(qū)動與保護電路、檢測電路、狀態(tài)顯示和操作面板電路相連，其特征在于變流主電路擁有四組由IGBT和電力二極管組成的雙向通斷的電子開關(guān)，其中的三組為相內(nèi)雙向電子開關(guān)，分別與三相電源的每相進線以及交流電機的三相接線端相連，各由一個IGBT和四個電力二極管組成，另外的一組為相間雙向電子開關(guān)，接于三組相內(nèi)雙向電子開關(guān)和交流電機的三相接線端之間，由一個IGBT和六個電力二極管組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三相交流電機節(jié)能控制器，其特征在于運行中由MC908GP32 單片機控制系統(tǒng)采集檢測電路檢測到的電機運行時的電流、電壓、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速參數(shù)，通 過由EXB841構(gòu)成的驅(qū)動與保護電路調(diào)節(jié)變流主電路中開關(guān)管IGBT的開通占空比，對三相 輸入電壓進行斬波控制。
專利摘要一種用于三相交流電機的軟起動控制、節(jié)能運行的斬控式三相交流電機節(jié)能控制器，由變流主電路、驅(qū)動與保護電路、檢測電路、MC908GP32單片機控制系統(tǒng)、狀態(tài)顯示和操作面板電路組成。單片機控制系統(tǒng)采集檢測電路檢測到的電機運行參數(shù)(電流、電壓、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速)，通過驅(qū)動與保護電路調(diào)節(jié)變流主電路中開關(guān)管的開通占空比，對三相輸入電壓進行斬波控制，在一定的轉(zhuǎn)速條件下適當降低電機定子輸入電壓，達到節(jié)能運行的目的。系統(tǒng)運行時電壓、電流波形接近正弦，不含低次諧波，高次諧波可濾除，電機起動時，可通過檢測轉(zhuǎn)速和電流，調(diào)節(jié)斬波占空比實現(xiàn)降壓軟起動的目的。
文檔編號H02P1/28GK201536334SQ20092002834
公開日2010年7月28日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者孫佃升 申請人:濱州學(xué)院;孫佃升