專利名稱：高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置，具體是涉及一種適用于水泥，化工，冶金，礦山等高壓異步電動(dòng)機(jī)工作在輕/重負(fù)載交替工作的工況，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)多種軟啟動(dòng)方式，并且在輕載過程中達(dá)到自動(dòng)節(jié)能的裝置。
背景技術(shù)：
目前已知的高壓異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和節(jié)能主要采用高壓固態(tài)軟啟動(dòng)柜和高壓變頻調(diào)速柜，高壓固態(tài)軟啟動(dòng)柜主要是對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，啟動(dòng)完畢后通過高壓旁路真空接觸器切換實(shí)現(xiàn)全壓運(yùn)行，只對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有幫助，對(duì)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能方面沒有作用，高壓變頻調(diào)速柜啟動(dòng)效果較好，并且對(duì)電動(dòng)機(jī)工作在輕載環(huán)境下有一定的節(jié)能效果，但是該產(chǎn)品價(jià)格昂貴，體積大，并且有諧波污染。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述不足，而提出的一種成本低，實(shí)現(xiàn)平滑軟啟動(dòng)，啟動(dòng)完畢后實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)的高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置是:電流檢測(cè)電路和電壓檢測(cè)電路的輸出端分別接單片機(jī)控制電路，單片機(jī)控制電路的輸出通過軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路接軟啟動(dòng)電路，在單片機(jī)控制電路上接有漢字顯示電路。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的電流檢測(cè)電路是電流變送器CT1的輸入端通過電流互感器接電動(dòng)機(jī)M，電流變送器CT1的輸出端接整流電路U1，整流電路U1輸出直流信號(hào)經(jīng)集成運(yùn)算放大器U2A和比較器U2B接單片機(jī)控制電路中單片機(jī)U9的輸入端。本實(shí)用新型的技 術(shù)解決方案中所述的軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路是接收到單片機(jī)控制電路發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)經(jīng)芯片LS174反向輸出和高頻信號(hào)經(jīng)過集成電路HC27分頻疊加后由場(chǎng)效管Q1輸出，通過光發(fā)射器T1和光接收器P1驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效管Q2，其輸出端通過電流互感器CT2和CT3隔離輸送到軟啟動(dòng)電路中的可控硅的控制極和觸發(fā)極。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的軟啟動(dòng)電路是由可控硅串聯(lián)反并聯(lián)組成。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的單片機(jī)控制電路是采用嵌入式32位單片機(jī)U9，在單片機(jī)U9的60、62腳上分別連接有晶振M和電容C5、C6組成的振蕩電路。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案中所述的電壓檢測(cè)電路是電壓互感器的副邊通過光電耦合電路6N139接單片機(jī)U9。本實(shí)用新型采用大功率固態(tài)軟啟動(dòng)裝置和節(jié)電裝置一體化，利用嵌入式32位單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)智能軟起動(dòng)和節(jié)能功能，在高壓異步電機(jī)起動(dòng)時(shí)在電機(jī)定子回路串入三相反并聯(lián)的可控硅，實(shí)現(xiàn)平滑軟啟動(dòng)，起動(dòng)完畢后通過實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)輕載節(jié)能。本實(shí)用新型將高壓異步電機(jī)的軟起動(dòng)，輕載節(jié)能功能合二為一。并且本實(shí)用新型現(xiàn)場(chǎng)利用觸摸屏顯示電路實(shí)時(shí)監(jiān)控軟起動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)的工作狀況(輕載/重載)，高壓異步電機(jī)的軟起動(dòng)方式，起動(dòng)電流，功率因數(shù)可在屏上更改，具有設(shè)備體積小，輕載節(jié)能效果明顯，故障點(diǎn)少，集成化高等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的方框圖。圖2是本實(shí)用新型的電原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、2所示，電流檢測(cè)電路I的輸入端通過電流變送器(^與電動(dòng)機(jī)M的電流互感器連接，電流變送器CT1輸出的交流電流信號(hào)經(jīng)整流電路U1整流為直流信號(hào)，通過比較器電路接單片機(jī)U9進(jìn)行判別，電壓檢測(cè)電路6將檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)M定子電壓相位信號(hào)輸入到單片機(jī)U9，單片機(jī)U9將電流檢測(cè)電路I的電流信號(hào)和電壓檢測(cè)電路6的電壓信號(hào)通過計(jì)算出功率因數(shù)信號(hào)，根據(jù)負(fù)載輕/重狀況發(fā)出不同的觸發(fā)信號(hào)，發(fā)送給軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路2，軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路2將觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過隔離技術(shù)發(fā)送給軟啟動(dòng)電路3的可控硅組件，軟啟動(dòng)電路3通過由軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路2輸入的脈沖觸發(fā)信號(hào)移相角度的調(diào)整，來改變可控娃的導(dǎo)通角的大小，從而改變電動(dòng)機(jī)M定子部分電壓的大?。辉趩纹瑱C(jī)119的輸入腳上連接有顯示電動(dòng)機(jī)M運(yùn)行過程中電流、電壓、功率因數(shù)及工作狀態(tài)的顯示電路4。如圖2所示，電流檢測(cè)回路I電流變送器CTl將電機(jī)的電流互感器信號(hào)的交流O 5A電流信號(hào)變成O 2.5mA的弱電流信號(hào)，再經(jīng)過整流電路Ul變成直流電流信號(hào)，經(jīng)過電位器RW和電阻R15的分壓，經(jīng)過電阻R14，和電容C16接入集成運(yùn)算放大器器U2A的正向輸入端3，負(fù)相輸入端2經(jīng)過電阻R16接入O電位，集成運(yùn)算放大器U2A的輸出端I腳經(jīng)過二極管D21和電容C17以及電阻R17，R18，R19，R20, R21反向輸入到集成運(yùn)算放大器U2A的2端，形成同相比例放大電路，電源+5V經(jīng)過電阻R22，R23，R24形成比較電路嵌位電壓UR和集成運(yùn)算放大器U2A的輸出電壓進(jìn)行比較，按電機(jī)功率大小確定電流互感器的變比確定電機(jī)額定電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過集成運(yùn)算放大器U2A和選擇開關(guān)U3/CD4066組合把電流/電壓信號(hào)變換成1.5-5倍的額定電流/電壓信號(hào)(每變化0.5倍額定定子電流為一檔)與嵌位電壓UR和比較器U2B形成過流判斷回路送單片機(jī)U9進(jìn)行判別。軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路2是軟啟動(dòng)部分的脈沖放大電路，由單片機(jī)U9根據(jù)電流檢測(cè)電路I輸入的電流信號(hào)所發(fā)出的觸發(fā)脈沖(共3路，這里只列舉一路)經(jīng)過芯片LS174反向輸出和高頻信號(hào)經(jīng)過集成電路HC27分頻疊加后再通過場(chǎng)效應(yīng)管Q1輸送給光發(fā)射器T1，再通過光接收器P1驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管Q2，通過電流互感器CT2和CT3隔離輸出到軟啟動(dòng)電路3的可控硅的控制極和觸發(fā)極，其特點(diǎn)是通過光纖傳輸和CT隔離，將弱電信號(hào)和高壓強(qiáng)電電路有效的隔離開，對(duì)于高壓電機(jī)，所發(fā)的觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過CT隔離技術(shù)發(fā)給軟啟動(dòng)電路3的可控硅組件?？煽毓杞M件的可控硅由電動(dòng)機(jī)M的功率來決定，如IOKV電動(dòng)機(jī)采用5只可控硅串聯(lián)再和另5只串聯(lián)進(jìn)行反并聯(lián)連接，3相電路共需要3組30只可控硅。6KV電機(jī)采用3只可控硅串聯(lián)再和另3只串聯(lián)的可控硅進(jìn)行反并聯(lián)連接，3相電路共需18只可控硅。由可控硅來實(shí)現(xiàn)高壓電動(dòng)機(jī)M的降壓軟啟動(dòng)和輕載節(jié)能，啟動(dòng)完畢后，通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率因數(shù)，輕 載功率因數(shù)較低，大約為0.2^0.3，此時(shí)可以通過調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角來降低高壓電動(dòng)機(jī)定子端電壓，當(dāng)高壓電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重時(shí)，功率因數(shù)為0.6、.7，此時(shí)可以通過調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角來提高電動(dòng)機(jī)定子端電壓，當(dāng)高壓電動(dòng)機(jī)負(fù)載滿載時(shí)，功率因數(shù)可達(dá)0.85左右，此時(shí)可將電動(dòng)機(jī)端電壓提升到全壓運(yùn)行。漢字顯示電路4是采用液晶顯示器Ultl,電源+15V接入液晶顯示器Ultl的5腳經(jīng)過電容C15和電容C5接到負(fù)電源USS，通過液晶顯示器U10的5、6腳和單片機(jī)U9進(jìn)行串口通訊，液晶顯示器U10的3腳和18腳接電阻R2的大小來調(diào)節(jié)液晶顯示器U10的對(duì)比度，電源+15V通過電阻Rltl接到液晶顯示器U10的19腳，主要調(diào)節(jié)液晶顯示器U10的背光狀態(tài)，液晶顯示器U10主要顯示電動(dòng)機(jī)M運(yùn)行過程狀況，及啟動(dòng)方式，啟動(dòng)電流大小，電動(dòng)機(jī)M工作在輕/重載工況的設(shè)定及各種故障顯示。單片機(jī)U9采用嵌入式32位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)智能軟起功能和輕載節(jié)能統(tǒng)一管理，對(duì)參數(shù)設(shè)定，各種故障保護(hù)判別，實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)(輕/重載)，晶振Ml和電容C5，C6形成振蕩電路分別接到單片機(jī)U9的60，62腳。電壓檢測(cè)電路6是電動(dòng)機(jī)M定子電壓檢測(cè)電路，通過檢測(cè)電機(jī)定子電壓相位信號(hào)輸入到單片機(jī)U9,電壓檢測(cè)電路6是通過電壓互感器變換成100V交流信號(hào)，通過光藕電路6N139傳送給單片機(jī)U9，單片機(jī)U9將電壓檢測(cè)電路6檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)M的電壓信號(hào)和電流檢測(cè)電路I檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)M的電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得出電動(dòng)機(jī)M的功率因數(shù)顯示器在漢字顯示電路4的液晶顯示器Uw上。工作原理:當(dāng)本實(shí)用新型發(fā)出開始“啟動(dòng)”命令后由電流變送器CTl將電動(dòng)機(jī)的電流互感器信號(hào)的交流O w 5A電流信號(hào)變成O W 2.5mA的弱電流信號(hào)，再經(jīng)過整流電路Ul變成直流信號(hào)，經(jīng)過電位器RW和電阻R15的分壓，按電機(jī)功率大小確定電流互感器的變比確定電機(jī)額定電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過集成運(yùn)算放大器U2A/LM358和選擇開關(guān)U3/CD4066組合把電流/電壓信號(hào)變換成1.5-5倍的額定電流/電壓信號(hào)(每變化0.5倍額定定子電流為一檔)與嵌位電壓UR和比較器U2B/LM358形成過流判斷回路送單片機(jī)U9進(jìn)行判別。比如:嵌位電壓UR=電機(jī)額定電流倍數(shù)(1.5-5倍)電動(dòng)機(jī)額定電流/電壓(經(jīng)過整流電路Ul變成直流信號(hào)，再經(jīng)過電位器RW變換成的電壓信號(hào))，選擇開關(guān)⑶4066組合的電阻運(yùn)放倍數(shù)。單片機(jī)U9根據(jù)電 流大小按設(shè)定的電流倍數(shù)(由鍵盤來設(shè)定)檢測(cè)電機(jī)在啟動(dòng)/運(yùn)行過程中是否超過設(shè)定的電流倍數(shù)來調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)部分可控硅的導(dǎo)通角大小從而來調(diào)節(jié)輸入到電機(jī)定子回路的電壓大小，以滿足電機(jī)恒流啟動(dòng)或判別電機(jī)在啟動(dòng)/運(yùn)行過程中是否過流，缺相等保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，啟動(dòng)完畢后通過電壓檢測(cè)電路6的電壓信號(hào)的相位和電流相位來計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子端電壓，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的輕載節(jié)能。
權(quán)利要求1.一種高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置，其特征是:電流檢測(cè)電路(I)和電壓檢測(cè)電路(6)的輸出端分別接單片機(jī)控制電路(5)，單片機(jī)控制電路(5)的輸出通過軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路(2)接軟啟動(dòng)電路(3)，在單片機(jī)控制電路(5)上接有漢字顯示電路(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置，其特征是:所述的電流檢測(cè)電路(I)是電流變送器CT1的輸入端通過電流互感器接電動(dòng)機(jī)M，電流變送器CT1的輸出端接整流電路U1，整流電路U1輸出直流信號(hào)經(jīng)集成運(yùn)算放大器U2A和比較器U2B接單片機(jī)控制電路(5)中單片機(jī)U9的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置，其特征是:所述的軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路(2)是接收到單片機(jī)控制電路(5)發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過芯片LS174反向輸出和高頻信號(hào)通過集成電路HC27分頻疊加后由場(chǎng)效管Q1輸出，通過光發(fā)射器T1和光接收器P1驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效管Q2，其輸出端通過電流互感器CT2和CT3隔離輸送到軟啟動(dòng)電路(3)中的可控硅的控制極和觸發(fā)極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置，其特征是:所述的軟啟動(dòng)電路(3)是由可控硅串聯(lián)反并聯(lián)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置，其特征是:所述的單片機(jī)控制電路(5)是采用嵌入式32位單片機(jī)U9，在單片機(jī)U9的60、62腳上分別連接有晶振M和電容C5、C6組成的振蕩電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置，其特征是:所述的電壓檢測(cè)電路 (6)是電壓互感器的副邊通過光電耦合電路6N139接單片機(jī)U9。
專利摘要本實(shí)用新型的名稱是高壓電動(dòng)機(jī)變負(fù)載軟啟動(dòng)與節(jié)電一體化裝置，涉及一種高壓異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)和自動(dòng)節(jié)能的裝置。它主要是解決已知的高壓異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和節(jié)能主要采用高壓固態(tài)軟啟動(dòng)柜只能降低啟動(dòng)電流，啟動(dòng)完畢后全壓運(yùn)行，高壓變頻調(diào)速柜可對(duì)電動(dòng)機(jī)輕載節(jié)能，但價(jià)格昂貴，體積大，并且諧波污染的問題。本實(shí)用新型是電流檢測(cè)電路和電壓檢測(cè)電路的輸出端分別接單片機(jī)控制電路，單片機(jī)控制電路的輸出通過軟啟動(dòng)可控硅觸發(fā)電路接軟啟動(dòng)電路，在單片機(jī)控制電路上接有漢字顯示電路。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)平滑軟啟動(dòng)，在運(yùn)行過程中通過實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)并進(jìn)行更改，本實(shí)用新型體積小，集成化高，輕載節(jié)能效果明顯。
文檔編號(hào)H02J3/18GK203151409SQ20132014384
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者朱運(yùn)方, 朱運(yùn)強(qiáng) 申請(qǐng)人:襄陽(yáng)騰輝電氣制造有限公司