專利名稱：一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種可以對(duì)交流負(fù)載實(shí)現(xiàn)調(diào)速或者功率調(diào)節(jié)的交流負(fù)載控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前控制交流電機(jī)的方法主要為使用IGBT構(gòu)成的變頻調(diào)速技術(shù)以及使用可控硅 SCR構(gòu)成的電機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)。以控制三相交流電機(jī)為例，現(xiàn)有技術(shù)存在如下問(wèn)題1、變頻調(diào)速技術(shù)是通過(guò)改變供給電機(jī)交流電壓的頻率來(lái)達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的的。但是，當(dāng)交流電壓的頻率降低時(shí)，必須降低交流電壓的幅值，否則電機(jī)磁路將進(jìn)入飽和區(qū)域而產(chǎn)生過(guò)電流。因此，采用現(xiàn)有的變頻調(diào)速技術(shù)控制交流電機(jī)既要調(diào)壓又要調(diào)頻。 在高功率因數(shù)、無(wú)電流沖擊的要求下，調(diào)壓時(shí)需要采用六個(gè)開(kāi)關(guān)器件(比如IGBT功率管，每相需要兩個(gè)，正，負(fù)各一個(gè)，三相就需要六個(gè))設(shè)計(jì)可控整流電路，用于將交流電壓整流成直流電壓，為后續(xù)逆變模塊提供直流母線電壓。通過(guò)逆變模塊進(jìn)行調(diào)頻控制時(shí)，也需要使用六個(gè)開(kāi)關(guān)器件(比如IGBT功率管)來(lái)將直流母線電壓逆變成三相交流電壓，以驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，在三相電機(jī)的供電主回路中共計(jì)需要使用12個(gè)IGBT功率管進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，而且還會(huì)造成可靠性的降低。2、變頻調(diào)速技術(shù)很難使交流電機(jī)在第四象限工作。第四象限的特點(diǎn)是電機(jī)速度是負(fù)值，而電機(jī)轉(zhuǎn)矩是正值，例如起重機(jī)在下放重物的過(guò)程中就需要其內(nèi)部電機(jī)工作在第四象限。但是，由于變頻調(diào)速技術(shù)是通過(guò)改變頻率的方法來(lái)改變電機(jī)速度的，而頻率是不能成為負(fù)值的，因此要想速度變?yōu)樨?fù)值，只能改變電機(jī)的相序。此時(shí)，電機(jī)實(shí)際上不是工作在第四象限，而是工作在第二象限，處于發(fā)電狀態(tài)。3、由可控硅SCR構(gòu)成的軟啟動(dòng)器是目前用于控制交流電機(jī)軟啟動(dòng)的主要形式，它采用移相降壓的方式來(lái)達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的，即通過(guò)降低啟動(dòng)電壓來(lái)降低電機(jī)的啟動(dòng)電流。這種設(shè)計(jì)方式存在功率因數(shù)低、轉(zhuǎn)矩/電流比低、啟動(dòng)電流大等缺點(diǎn)。而且，由SCR 構(gòu)成的軟啟動(dòng)器也需要較多的開(kāi)關(guān)元件，同樣存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的問(wèn)題。對(duì)于電氣加熱爐或者調(diào)功器等多相電阻性交流負(fù)載來(lái)說(shuō)，一般都是采用可控硅進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，同樣存在控制線路復(fù)雜、功率因數(shù)低的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有交流負(fù)載控制系統(tǒng)所存在的控制線路復(fù)雜、可靠性低的問(wèn)題，提供了一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)，通過(guò)采用二極管構(gòu)成矩陣開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)流經(jīng)交流負(fù)載內(nèi)部阻抗的電流導(dǎo)通比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)交流負(fù)載的控制，從而簡(jiǎn)化了控制線路的結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)，包括2N個(gè)二極管、一個(gè)開(kāi)關(guān)器件和用于控制所述開(kāi)關(guān)器件通斷的控制模塊，所述N為交流負(fù)載的相數(shù)；在交流負(fù)載的每一相繞組或者電阻的一端分別連接有兩個(gè)二極管，在所述的兩個(gè)二極管中，其中一個(gè)二極管的陽(yáng)極連接該相繞組或者電阻，陰極連接所述開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)通路的一端，所述開(kāi)關(guān)通路的另一端連接另一個(gè)二極管的陽(yáng)極，所述另一個(gè)二極管的陰極連接該相繞組或者電阻；所述交流負(fù)載的N相繞組或者電阻的另一端連接N相交流電壓，所述開(kāi)關(guān)器件的控制端連接所述的控制模塊。作為所述控制模塊的其中一種設(shè)計(jì)方式，在所述控制模塊中包含有脈沖發(fā)生器， 所述脈沖發(fā)生器接收設(shè)定信號(hào)，生成占空比可調(diào)的均勻脈沖信號(hào)輸出至所述開(kāi)關(guān)器件的控制端。當(dāng)所述交流負(fù)載為至少三相的交流電機(jī)時(shí)，所述設(shè)定信號(hào)為速度設(shè)定信號(hào)；在所述控制模塊中還包含有用于檢測(cè)交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)速傳感器，所述測(cè)速傳感器將檢測(cè)到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)傳輸至所述的脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器根據(jù)速度設(shè)定信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)之差，調(diào)節(jié)其輸出的均勻脈沖信號(hào)的占空比，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)序調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)所述交流負(fù)載為至少三相的電氣加熱爐或者調(diào)功器等電阻性交流負(fù)載時(shí)，所述脈沖發(fā)生器接收的設(shè)定信號(hào)為功率設(shè)定信號(hào)。作為所述控制模塊的另外一種設(shè)計(jì)方式，當(dāng)所述交流負(fù)載為至少三相的感應(yīng)式交流電機(jī)時(shí)；所述控制模塊還可以采用被調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)調(diào)制器組建而成；其中，所述信號(hào)調(diào)制器接收被調(diào)制信號(hào)發(fā)生器輸出的載波信號(hào)以及調(diào)制信號(hào)發(fā)生器輸出的調(diào)制信號(hào)，進(jìn)而生成調(diào)制脈沖信號(hào)輸出至所述開(kāi)關(guān)器件的控制端。進(jìn)一步的，所述調(diào)制信號(hào)發(fā)生器通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備接收速度設(shè)定信號(hào)，并根據(jù)速度設(shè)定信號(hào)確定其輸出的調(diào)制信號(hào)的頻率；所述信號(hào)調(diào)制器通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備接收調(diào)制深度控制信號(hào)，并根據(jù)所述調(diào)制深度控制信號(hào)調(diào)節(jié)其輸出的調(diào)制脈沖信號(hào)的脈沖寬度。再進(jìn)一步的，當(dāng)所述交流負(fù)載為交流電機(jī)時(shí)，在所述控制系統(tǒng)中還可以進(jìn)一步設(shè)置能量吸收回饋電路，連接所述開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)通路，在交流電機(jī)工作在第四象限時(shí)吸收線路回饋的能量，以達(dá)到節(jié)約能源的設(shè)計(jì)目的。優(yōu)選的，所述開(kāi)關(guān)器件為大功率場(chǎng)效應(yīng)管。作為所述控制系統(tǒng)的另外一種應(yīng)用方式，本實(shí)用新型的交流負(fù)載控制系統(tǒng)還可以應(yīng)用于對(duì)交流電機(jī)的軟啟動(dòng)控制中。當(dāng)所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)用于對(duì)三相交流電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)時(shí)，對(duì)于運(yùn)行時(shí)要求星形接法的交流電機(jī)，在其各相繞組用于連接所述控制系統(tǒng)的一側(cè)，每?jī)上嗬@組之間連接交流接觸器的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，所述交流接觸器在交流電機(jī)啟動(dòng)完成后控制其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 將三相繞組接成星形。而當(dāng)所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)用于對(duì)三相交流電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)時(shí)，對(duì)于運(yùn)行時(shí)要求三角形接法的交流電機(jī)，其三相繞組各自通過(guò)第一交流接觸器的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)連接所述的控制系統(tǒng)，所述第一交流接觸器僅在交流電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中控制其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；在所述三相繞組之間還連接有第二交流接觸器的三個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，所述第二交流接觸器在交流電機(jī)啟動(dòng)完成后控制其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，將三相繞組接成三角形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型的交流負(fù)載控制系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好。將其用于交流電機(jī)的調(diào)速控制中，不僅可以取代現(xiàn)有的變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確控制，而且可以使電機(jī)穩(wěn)定的工作在第四象限，且功率因數(shù)等于1，從而改變了由于電抗的原因使功率因素變差而形成的交流電機(jī)的s型轉(zhuǎn)矩特性，把原來(lái)s型特性的不穩(wěn)定工作段變成穩(wěn)定的工作段。此外，本實(shí)用新型的交流負(fù)載控制系統(tǒng)還可以應(yīng)用于對(duì)交流電機(jī)的軟啟動(dòng)控制以及對(duì)電氣加熱爐或者調(diào)功器等電阻性多相交流負(fù)載的功率控制中，相比傳統(tǒng)SCR控制技術(shù)具有功率因數(shù)高、控制性能好等顯著優(yōu)勢(shì)。結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

圖1是本實(shí)用新型所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于感應(yīng)式三相交流電機(jī)調(diào)速控制的一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于繞線式三相交流電機(jī)調(diào)速控制的一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于感應(yīng)式三相交流電機(jī)調(diào)速控制的另外一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3所示信號(hào)調(diào)制器生成的調(diào)制脈沖信號(hào)的一種實(shí)施例的波形圖；圖5是本實(shí)用新型所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于交流電機(jī)軟啟動(dòng)控制的一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖6是本實(shí)用新型所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于交流電機(jī)軟啟動(dòng)控制的另外一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖7是本實(shí)用新型所提出的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于電阻性交流負(fù)載功率控制的一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述。本實(shí)用新型基于二極管所具有的正向低阻抗、反向高阻抗的特性，利用2N個(gè)二極管構(gòu)成矩陣式結(jié)構(gòu)的交流開(kāi)關(guān)，連接到交流負(fù)載的各相繞組或者電阻上，每相繞組或者電阻上連接兩個(gè)二極管。由于二極管的負(fù)載功率比較大，所以驅(qū)動(dòng)二極管通斷的開(kāi)關(guān)器件的功率也比較大。采用二級(jí)管組成矩陣開(kāi)關(guān)后，可以使用一個(gè)開(kāi)關(guān)器件同時(shí)控制幾路交流電路。這樣，由于使用的開(kāi)關(guān)器件非常少，因此，控制線路可以變得非常簡(jiǎn)單，進(jìn)而使產(chǎn)品的成本得以降低。下面通過(guò)三個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)闡述所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)的具體組建結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。實(shí)施例一，參見(jiàn)圖1、圖2所示，本實(shí)施例的交流負(fù)載控制系統(tǒng)主要由2N個(gè)二極管 D”一個(gè)開(kāi)關(guān)器件Ql和控制模塊組成，所述N為交流負(fù)載的相數(shù)。以三相交流電機(jī)M為例進(jìn)行說(shuō)明，此時(shí)N=3，即需要6個(gè)二級(jí)管D1-D6組成二行三列的矩陣開(kāi)關(guān)。將交流電機(jī)M的中心點(diǎn)拆開(kāi)，使三相繞組的其中一端連接三相交流電源，另一端分別與所述矩陣開(kāi)關(guān)的三列二極管一一對(duì)應(yīng)連接，即在每一相繞組上連接兩路二極管。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，一般三相交流電機(jī)M的接線盒上都設(shè)置有六個(gè)接線柱，可以在其中的U、V、W三個(gè)接線柱上連接三相交流電源，在X、Y、Z三個(gè)接線柱上連接所述的矩陣開(kāi)關(guān)。對(duì)于感應(yīng)式交流電機(jī)來(lái)說(shuō)，所述X、 Y、Z三個(gè)接線柱與電機(jī)定子繞組連接，如圖1所示；而對(duì)于繞線式交流電機(jī)來(lái)說(shuō)，所述Χ、Υ、 Z三個(gè)接線柱與電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組連接，如圖2所示。對(duì)于交流電機(jī)M與矩陣開(kāi)關(guān)的具體連接關(guān)系，本實(shí)施例以交流電機(jī)M中的U相繞組為例進(jìn)行說(shuō)明，所述U相繞組連接第一列的兩個(gè)二極管Dl、D2，分別與二極管Dl的陽(yáng)極和二極管D2的陰極相連接，開(kāi)關(guān)器件Ql的開(kāi)關(guān)通路連接在所述二極管Dl的陰極與二極管D2的陽(yáng)極之間。其余兩列二極管D3-D6的連接方式與第一列二極管D1、D2相仿，分別連接在交流電機(jī)M的V相繞組和W相繞組上，并通過(guò)開(kāi)關(guān)器件Ql對(duì)其進(jìn)行通斷控制。所述開(kāi)關(guān)器件Ql的控制端連接控制模塊，通過(guò)控制模塊輸出的脈沖信號(hào)控制其開(kāi)關(guān)通路導(dǎo)通或者關(guān)斷。在本實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)器件Ql可以采用CMOS、IGBT等大功率場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，本實(shí)施例并不僅限于以上舉例。作為所述控制模塊的其中一種設(shè)計(jì)方式，可以采用脈沖發(fā)生器對(duì)開(kāi)關(guān)器件Ql進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，如圖1、圖2所示。用戶可以通過(guò)電位器、鍵盤(pán)、觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備輸入設(shè)定信號(hào)，傳輸至脈沖發(fā)生器以生成一定占空比的均勻脈沖信號(hào)(即固定頻率的脈沖信號(hào))， 進(jìn)而輸出至開(kāi)關(guān)器件Ql的控制端，以控制開(kāi)關(guān)器件Ql的通斷時(shí)序，達(dá)到對(duì)交流負(fù)載的控制。以控制交流電機(jī)M的轉(zhuǎn)速為例進(jìn)行說(shuō)明，脈沖發(fā)生器接收用戶輸入的速度設(shè)定信號(hào)Vs， 并根據(jù)設(shè)定速度的大小生成相應(yīng)占空比的均勻脈沖信號(hào)，控制開(kāi)關(guān)器件Ql通斷。在開(kāi)關(guān)器件Ql導(dǎo)通的期間，三相交流電機(jī)M的X、Y、Z接線柱連通，相當(dāng)于將三相交流電機(jī)M連接成星形接法，通過(guò)三相交流電源為電機(jī)M供電，使電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)。在開(kāi)關(guān)器件Ql關(guān)斷的期間，三相交流電機(jī)M的X、Y、Z接線柱斷開(kāi)，相當(dāng)于切斷了交流電機(jī)M的供電回路，此時(shí)交流電機(jī)M 中無(wú)電流流過(guò)，電機(jī)M停轉(zhuǎn)。由此一來(lái)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)的占空比，即可調(diào)節(jié)流過(guò)電機(jī)M的電流導(dǎo)通比，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)M轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。所述均勻脈沖信號(hào)的頻率可以與交流電源的頻率同步，也可以異步，本實(shí)施例對(duì)此不進(jìn)行具體限制。上述控制模塊采用的是一種開(kāi)環(huán)的控制方式，它用于繞線式交流電機(jī)時(shí)，可獲得直線下垂的機(jī)械特性，電機(jī)M可以連續(xù)工作在第一、第四象限。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)M轉(zhuǎn)速的精確控制，還可以在所述控制系統(tǒng)中增加負(fù)反饋環(huán)節(jié)， 如圖1、圖2所示，采用測(cè)速傳感器檢測(cè)交流電機(jī)M的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，進(jìn)而反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)Vo 至脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器根據(jù)速度設(shè)定信號(hào)Vs和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)Vo之差，調(diào)節(jié)其輸出的脈沖信號(hào)的占空比，進(jìn)而將電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在用戶所要求的速度設(shè)定值上。對(duì)于起重機(jī)中的交流電機(jī)，當(dāng)起重機(jī)工作在下放重物的過(guò)程中，由于施加到交流電機(jī)M的交流電源的相序不變，控制模塊仍然輸出均勻脈沖信號(hào)控制流過(guò)電機(jī)的電流導(dǎo)通比，因此電機(jī)轉(zhuǎn)矩仍為正值；但此時(shí)，電機(jī)會(huì)由于受重物下降的拉力而反轉(zhuǎn)，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速為負(fù)值，由此便可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)M在第四象限的穩(wěn)定工作。由于起重機(jī)在下放重物的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生能量，為了避免所述能量消耗在電機(jī)繞組上，本實(shí)施例在控制系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)有能量吸收回饋電路，如圖1、圖2所示，與所述開(kāi)關(guān)器件Ql的開(kāi)關(guān)通路相連接，吸收所述能量并回饋給電網(wǎng)或者儲(chǔ)能裝置，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。將本實(shí)施例的控制系統(tǒng)應(yīng)用于交流電機(jī)的調(diào)速控制時(shí)，由于施加到電機(jī)的電壓是額定的，因此磁場(chǎng)是額定狀態(tài)，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式[0040]M = K * U I cos Φ ；其中，M為轉(zhuǎn)矩；K為電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)；U為電機(jī)電壓；I為電機(jī)電流；cosct為功率因數(shù)；因此，電機(jī)轉(zhuǎn)矩取決于電機(jī)轉(zhuǎn)子電流和功率因數(shù)。在采用均勻脈沖信號(hào)控制時(shí)，其功率因數(shù)等于1，當(dāng)脈沖占空比不變時(shí)，隨著轉(zhuǎn)差率(交流電源的頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)子的頻率之差) 的加大、轉(zhuǎn)子回路的電壓也加大、轉(zhuǎn)子回路的電流也成比例的加大，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)矩加大， 轉(zhuǎn)速降低，即在轉(zhuǎn)矩為橫軸、轉(zhuǎn)速為縱軸的坐標(biāo)系中，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性成傾斜下降的特性， 在繞線式電機(jī)時(shí)更接近于傾斜下降的直線。當(dāng)均勻脈沖信號(hào)的占空比加大時(shí)，特性變平；占空比減小時(shí)、特性變陡。當(dāng)然，對(duì)于所述開(kāi)關(guān)器件Q1，也可以采用調(diào)制脈沖信號(hào)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。此時(shí)， 可以采用調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、被調(diào)制信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)調(diào)制器來(lái)組建所述的控制模塊，如圖3 所示。以控制三相感應(yīng)式交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為例進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)調(diào)制信號(hào)發(fā)生器接收用戶輸入的速度設(shè)定信號(hào)Vs，進(jìn)而生成一定頻率的調(diào)制信號(hào)輸出至所述信號(hào)調(diào)制器。所述信號(hào)調(diào)制器同時(shí)接收被調(diào)制信號(hào)發(fā)生器輸出的固定頻率的載波信號(hào)，然后將調(diào)制信號(hào)調(diào)制到所述的載波信號(hào)上，并利用其接收到的調(diào)制深度控制信號(hào)對(duì)所述載波信號(hào)的脈沖寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而生成如圖4所示的調(diào)制脈沖信號(hào)。圖4中，t為被調(diào)制信號(hào)的周期；T為調(diào)制信號(hào)的周期；Vmax為開(kāi)關(guān)器件Ql的導(dǎo)通電位；Vmin為開(kāi)關(guān)器件Ql的關(guān)斷電位。通過(guò)改變調(diào)制信號(hào)的頻率可以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的；通過(guò)增大調(diào)制深度控制信號(hào)的值，可以加大信號(hào)調(diào)制器輸出的調(diào)制脈沖信號(hào)的脈沖寬度，延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)器件Ql的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而增大電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩提高，電機(jī)特性硬度加大。當(dāng)開(kāi)關(guān)器件Ql采用調(diào)制脈沖信號(hào)控制時(shí)，由于交流電機(jī)的定子回路的能量來(lái)自電網(wǎng)，所以能夠在電機(jī)氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。但在轉(zhuǎn)子回路中，由于電流是通過(guò)感應(yīng)方式產(chǎn)生的，因此受到調(diào)制脈沖信號(hào)的控制。并且，感生電流的頻率與調(diào)制脈沖信號(hào)的頻率相同。實(shí)驗(yàn)證明在電網(wǎng)頻率為50赫茲的情況下，當(dāng)調(diào)制脈沖信號(hào)的調(diào)制頻率小于50赫茲時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同；而當(dāng)調(diào)制脈沖信號(hào)的調(diào)制頻率高于 50赫茲時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相反，其作用原理相當(dāng)于等效的轉(zhuǎn)子回路饋電的雙饋調(diào)節(jié)。在本實(shí)施例中，所述速度設(shè)定信號(hào)和調(diào)制深度控制信號(hào)可以通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備輸入到所述的控制系統(tǒng)中，用于對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。當(dāng)然，所述控制模塊也可以采用其他多種設(shè)計(jì)方式，本實(shí)施例并不僅限于以上舉例。當(dāng)交流電機(jī)的相數(shù)大于3時(shí)，可以采用更多路二極管對(duì)所述矩陣開(kāi)關(guān)進(jìn)行列數(shù)擴(kuò)展，其電路連接方式仿照?qǐng)D1-圖3所示，本實(shí)施例在此不作重復(fù)說(shuō)明。實(shí)施例二，本實(shí)施例將實(shí)施例一所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于三相交流電機(jī)的軟啟動(dòng)過(guò)程中。對(duì)于采用星形接法的三相交流電機(jī)來(lái)說(shuō)，可以將電機(jī)繞組的中心點(diǎn)拆開(kāi)，三相繞組的一端(即UVW接線柱)連接交流電源，另一端(即X^接線柱)連接二行三列的矩陣開(kāi)關(guān)，如圖5所示，并在XYZ接線柱的兩兩之間分別跨接一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)Zl，三個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)Zl 均為一交流接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)。所述交流接觸器在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，控制其常開(kāi)觸點(diǎn)Zl斷開(kāi)。此時(shí)，控制模塊(圖5中以脈沖發(fā)生器為例進(jìn)行說(shuō)明)根據(jù)給定信號(hào)生成脈沖信號(hào)，控制流過(guò)電機(jī)的啟動(dòng)電流。在本實(shí)施中，可以根據(jù)實(shí)際需要控制啟動(dòng)電流的大小，其中，脈沖的寬度決定啟動(dòng)電流的大小和力矩的大小。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)完成后，交流接觸器控制其常開(kāi)觸點(diǎn)Zl閉合，即，將電機(jī)繞組按照星形接法連接，使電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于采用三角形接法的三相交流電機(jī)來(lái)說(shuō)，可以將電機(jī)繞組的中心點(diǎn)拆開(kāi)，三相繞組的一端(即UVW接線柱)連接交流電源，另一端(即XYZ接線柱)一方面各自通過(guò)一路常開(kāi)觸點(diǎn)Z2連接二行三列的矩陣開(kāi)關(guān)，所述三路常開(kāi)觸點(diǎn)Z2為第一交流接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)， 如圖6所示；另一方面通過(guò)第二交流接觸器的三路常開(kāi)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)X與V、Y與W、Z與U的間接連接。在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，第一交流接觸器控制其常開(kāi)觸點(diǎn)Z2閉合，第二交流接觸器控制其常開(kāi)觸點(diǎn)Z3斷開(kāi)，此時(shí)，控制模塊(圖6中以脈沖發(fā)生器為例進(jìn)行說(shuō)明)根據(jù)給定信號(hào)生成脈沖信號(hào)，控制流過(guò)電機(jī)的啟動(dòng)電流(可以根據(jù)實(shí)際需要控制啟動(dòng)電流的大小)。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)完成后，第一交流接觸器控制其常開(kāi)觸點(diǎn)Z2斷開(kāi)，第二交流接觸器控制其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，即，將電機(jī)繞組按照三角形接法連接，使電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。所述第一交流接觸器和第二交流接觸器互相閉鎖。當(dāng)然，也可以將Z3改為第一交流接觸器的常閉觸點(diǎn)， 同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的軟啟動(dòng)控制。對(duì)于電機(jī)是否啟動(dòng)完成，可以采用現(xiàn)有的多種方式進(jìn)行判斷，比如通過(guò)檢測(cè)電機(jī)電流或者控制軟啟動(dòng)的時(shí)間等方式，本實(shí)施例對(duì)此不進(jìn)行具體限制。實(shí)施例三，本實(shí)施例將實(shí)施例一所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)應(yīng)用于除電機(jī)以外的其他交流負(fù)載中，比如電氣加熱爐、調(diào)功器等具有三相或者更多相電阻、且傳統(tǒng)采用星形接法的電阻性交流負(fù)載中，用于對(duì)交流負(fù)載的功率進(jìn)行控制。如圖7所示，以三相交流負(fù)載為例進(jìn)行說(shuō)明。同樣的，將交流負(fù)載的三相電阻的中心點(diǎn)拆開(kāi)，其原本連接交流電源的三相端子 UVW還是連接交流電源，三相電阻的另一端CTZ連接所述的由二極管組成的矩陣開(kāi)關(guān)。控制模塊接收用戶輸入的功率設(shè)定信號(hào)，進(jìn)而生成一定占空比的均勻脈沖信號(hào)，傳輸至開(kāi)關(guān)器件Ql的控制端，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，進(jìn)而通過(guò)改變負(fù)載電流來(lái)達(dá)到對(duì)負(fù)載功率的有效控制。為了實(shí)現(xiàn)交流負(fù)載功率的準(zhǔn)確控制，還可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)負(fù)反饋環(huán)節(jié)，即在控制系統(tǒng)中增加功率傳感器，檢測(cè)交流負(fù)載的功率，并將檢測(cè)到的功率信號(hào)反饋給控制模塊，以調(diào)節(jié)其輸出的脈沖信號(hào)的占空比，進(jìn)而使負(fù)載功率能夠穩(wěn)定在用戶所要求的設(shè)定功率值上。當(dāng)然，以上所述僅是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于包括2N個(gè)二極管、一個(gè)開(kāi)關(guān)器件和用于控制所述開(kāi)關(guān)器件通斷的控制模塊，所述N為交流負(fù)載的相數(shù)；在交流負(fù)載的每一相繞組或者電阻的一端分別連接有兩個(gè)二極管，在所述的兩個(gè)二極管中，其中一個(gè)二極管的陽(yáng)極連接該相繞組或者電阻，陰極連接所述開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)通路的一端，所述開(kāi)關(guān)通路的另一端連接另一個(gè)二極管的陽(yáng)極，所述另一個(gè)二極管的陰極連接該相繞組或者電阻；所述交流負(fù)載的N相繞組或者電阻的另一端連接N相交流電壓，所述開(kāi)關(guān)器件的控制端連接所述的控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于在所述控制模塊中包含有脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器接收設(shè)定信號(hào)，生成占空比可調(diào)的均勻脈沖信號(hào)輸出至所述開(kāi)關(guān)器件的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述交流負(fù)載為至少三相的交流電機(jī)，所述設(shè)定信號(hào)為速度設(shè)定信號(hào)；在所述控制模塊中還包含有用于檢測(cè)交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)速傳感器，所述測(cè)速傳感器將檢測(cè)到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)傳輸至所述的脈沖發(fā)生ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述交流負(fù)載為至少三相的電氣加熱爐或者調(diào)功器，所述脈沖發(fā)生器接收的設(shè)定信號(hào)為功率設(shè)定信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述交流負(fù)載為至少三相的感應(yīng)式交流電機(jī)；在所述控制模塊中包含有被調(diào)制信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)調(diào)制器，所述信號(hào)調(diào)制器接收被調(diào)制信號(hào)發(fā)生器輸出的載波信號(hào)以及調(diào)制信號(hào)發(fā)生器輸出的調(diào)制信號(hào)，進(jìn)而生成調(diào)制脈沖信號(hào)輸出至所述開(kāi)關(guān)器件的控制端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)制信號(hào)發(fā)生器通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備接收速度設(shè)定信號(hào)，并根據(jù)速度設(shè)定信號(hào)確定其輸出的調(diào)制信號(hào)的頻率；所述信號(hào)調(diào)制器通過(guò)人機(jī)交互設(shè)備接收調(diào)制深度控制信號(hào)，并根據(jù)所述調(diào)制深度控制信號(hào)調(diào)節(jié)其輸出的調(diào)制脈沖信號(hào)的脈沖寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3或者5至6中任一項(xiàng)所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于 當(dāng)所述交流負(fù)載為交流電機(jī)時(shí)，在所述控制系統(tǒng)中還包含有能量吸收回饋電路，連接所述開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)通路，在交流電機(jī)工作在第四象限時(shí)吸收線路回饋的能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于所述開(kāi)關(guān)器件為大功率場(chǎng)效應(yīng)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5或6所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)用于對(duì)三相交流電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)時(shí)，對(duì)于運(yùn)行時(shí)要求星形接法的交流電機(jī)， 在其各相繞組用于連接所述控制系統(tǒng)的一側(cè)，每?jī)上嗬@組之間連接交流接觸器的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，所述交流接觸器在交流電機(jī)啟動(dòng)完成后控制其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5或6所述的交流負(fù)載控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述交流負(fù)載控制系統(tǒng)用于對(duì)三相交流電機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)時(shí)，對(duì)于運(yùn)行時(shí)要求三角形接法的交流電機(jī)，其三相繞組各自通過(guò)第一交流接觸器的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)連接所述的控制系統(tǒng)，所述第一交流接觸器僅在交流電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中控制其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；在所述三相繞組之間還連接有第二交流接觸器的三個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，所述第二交流接觸器在交流電機(jī)啟動(dòng)完成后控制其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，將三相繞組接成三角形。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種交流負(fù)載控制系統(tǒng)，包括2N個(gè)二極管、一個(gè)開(kāi)關(guān)器件和用于控制所述開(kāi)關(guān)器件通斷的控制模塊，所述N為交流負(fù)載的相數(shù)；在交流負(fù)載的每一相繞組或者電阻的一端分別連接有兩個(gè)二極管，在所述的兩個(gè)二極管中，其中一個(gè)二極管的陽(yáng)極連接該相繞組或者電阻，陰極連接所述開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)通路的一端，所述開(kāi)關(guān)通路的另一端連接另一個(gè)二極管的陽(yáng)極，所述另一個(gè)二極管的陰極連接該相繞組或者電阻；所述交流負(fù)載的N相繞組或者電阻的另一端連接N相交流電壓，所述開(kāi)關(guān)器件的控制端連接所述的控制模塊。本實(shí)用新型的交流負(fù)載控制系統(tǒng)線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好，可用于對(duì)交流電機(jī)的調(diào)速、軟啟動(dòng)控制以及其他交流負(fù)載的功率控制。
文檔編號(hào)H02P25/16GK201985813SQ20112014128
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者張利, 薄毅民, 薄煥林 申請(qǐng)人:薄煥林