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全自動交流電動機節(jié)電裝置的制作方法

文檔序號:12620248閱讀:361來源:國知局
全自動交流電動機節(jié)電裝置的制作方法

本發(fā)明涉及一種電動機節(jié)電裝置,特別是涉及一種全自動交流電動機節(jié)電裝置的節(jié)能技術方案,屬于節(jié)能技術與電子電路設計領域。



背景技術:

經(jīng)濟要發(fā)展,電力要先行。近年,隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,很多經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)出現(xiàn)了電力供不應求的緊張局面,這直接制約了這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展,并且,面對不可再生的一次能源,如煤、石油、天然氣等資源的枯竭,我們更要致力于用電設備的節(jié)能研究。而電機又是應用量大、使用范圍廣的一種高耗能動力設備,根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計,我國電動機耗電量約占工業(yè)用電總量的60%~70%,這主要是由于實際應用中,很多的電動機過大地考慮了安全余量,使其長期處于輕載運行狀態(tài),使得電機的工作效率非常低下,如此造成了嚴重的能源浪費。因此,對電動機進行節(jié)能控制,提升電機的工作效率,節(jié)約用電量對于能源日益稀缺的當今社會具有非常重要的實際意義,也是刻不容緩的關鍵舉措。

眾所周知,電動機的運行效率與負載大小有關,當電動機在額定負載附近運行時,效率和功率因數(shù)都很高,但在負載率較低時,其功率因數(shù)和效率都急劇下降,而且根據(jù)交流異步電動機工作特性,其功率因數(shù)在0.8左右的運行效率最高,且運行轉(zhuǎn)速受電壓的大小影響不大,因而本發(fā)明采用的是調(diào)壓節(jié)能的控制方式,即通過采集電動機運行中的電參量,獲取功率因數(shù)實際值,然后與設定值進行比較,比較結(jié)果控制多抽頭變壓器的分接開關,改變變壓器的輸出電壓值,使電動機的供電電壓跟隨負載的變化而變化,如此便可合理實現(xiàn)調(diào)壓節(jié)能的目的。



技術實現(xiàn)要素:

本發(fā)明是為解決電動機實際應用中運行效率十分低下,耗電量非常大的問題而發(fā)明設計的。全自動交流電動機節(jié)電裝置主要由主電路和控制電路構(gòu)成。其中主電路包括:旁路/節(jié)能轉(zhuǎn)換開關,變壓器分接開關(電氣開關或電子開關),變壓器等;控制電路包括:電動機電參量采集電路、功率因數(shù)獲取電路、窗口比較電路、開關驅(qū)動電路,過零檢測和故障檢測電路等。

該發(fā)明主電路中通過三個開關的有序切換可實現(xiàn)節(jié)電裝置的旁路啟動與節(jié)能運行的無縫切換;變壓器高壓側(cè)采用多抽頭設計,各個變壓比的選擇由與抽頭連接的分接開關控制,而分接開關的控制信號來自于控制電路。

該發(fā)明控制電路實現(xiàn)電動機運行中電壓、電流信號的采集,實際功率因數(shù)的計算,功率因數(shù)實際值與設定值的比較,比較結(jié)果經(jīng)過相關驅(qū)動電路驅(qū)動變壓器分接開關,實現(xiàn)根據(jù)負載變化實時調(diào)壓節(jié)能,過零檢測電路使變壓器分接開關在過零點動作,保證開關動作的安全可靠性,降低甚至避免過電壓的沖擊危害。故障檢測電路實時監(jiān)測控制信號,當控制信號或開關動作發(fā)生異常可自動切換至旁路供電,防止開關誤操作造成短路等故障,在不影響負載正常運行的條件下同時也方便節(jié)電裝置的及時、安全維護。

本發(fā)明的有益效果:

1.可使電動機實現(xiàn)旁路市電供電運行與調(diào)壓節(jié)能運行的無縫切換;

2.根據(jù)負載變化,采用自耦變壓器多抽頭形式實現(xiàn)電機供電電壓的多級有效調(diào)節(jié),從而提高電機的運行效率,大大節(jié)約了電能;

3.主電路旁路/節(jié)能轉(zhuǎn)換開關和變壓器分接開關具有多種選擇性,可選用工作壽命長,動作迅速的接觸器、繼電器等高可靠性的電氣開關,也可以是體積小、反應速度快的可控硅、IGBT、達林頓管等無觸點電子開關;

4.變壓器多抽頭設計,使變壓器輸出的各個電壓檔位與各個功率因數(shù)設定值相對應;

5.采用過零檢測電路使開關動作更具有安全性和穩(wěn)定性;

6.采用故障檢測電路確保節(jié)電裝置故障時可及時切換至旁路供電,而不影響負載的安全運行,同時也可方便維修人員快速鎖定故障點,進行安全維修。

附圖說明

圖1為全自動交流電動機節(jié)電裝置的主電路原理圖。

其中:KM1、KM2、KM3為旁路/節(jié)能轉(zhuǎn)換開關;C1、C2為多抽頭變壓器;K11、K12、K13、K14為變壓器C1的分接開關;K21、K22、K23、K24為變壓器C2的分接開關。

圖2為功率因數(shù)比較電路的原理框圖。

其中:1-邏輯電路;2-驅(qū)動電路;3-變壓器分接開關。

圖3為可控硅過零觸發(fā)電路原理圖。

其中:T11、T12為可控硅兩端電壓信號;QD1為變壓器檔位選擇信號;G11、G12為可控硅控制極信號;Q1為NPN型三極管;Uxx為集成電路;Cxx為電容;Rxx為電阻。

具體實施方式

下面將配合附圖對本發(fā)明做詳細說明。本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施,給出詳細的實施方式,但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。

本發(fā)明是為解決電動機長期處于輕載或空載狀態(tài)造成的電能嚴重浪費的問題而發(fā)明設計的。通過采集電機運行的電參量,獲取實際功率因數(shù),功率因數(shù)可切實反映負載的變化情況,然后由功率因數(shù)的實際值與設定值的比較,輸出比較結(jié)果控制變壓器的分接開關動作,選擇合適的電動機供電電壓檔位,使電動機供電電壓跟隨負載實時變化,始終處于高效節(jié)能的運行狀態(tài)。

該發(fā)明主要由主電路和控制電路構(gòu)成。主電路部分主要包括旁路/節(jié)能轉(zhuǎn)換開關,變壓器分接開關(電氣開關或電子開關)和變壓器等,如圖1所示。圖中KM1、KM2、KM3為旁路與節(jié)能切換用開關,合理控制其開關順序可以保證切換過程不影響電機的正常運行。旁路運行中,KM2閉合,KM1和KM3斷開;旁路轉(zhuǎn)為節(jié)能運行時,即節(jié)電裝置啟動時,開關的動作順序為:KM3閉合、KM2斷開、KM1閉合;節(jié)能切換到旁路運行時:KM1斷開、KM2閉合、KM3斷開。變壓器C1、C2一次側(cè)為多抽頭形式,K11~K14、K21~K24為變壓器分接開關,開關控制信號來自于控制電路,且三相電中B相長導通。

控制電路包括:電參量采集電路、功率因數(shù)獲取與轉(zhuǎn)換電路、比較電路及驅(qū)動電路等。所述電參量采集電路是采集電動機工作中的電壓與電流信號;功率因數(shù)獲取通過計數(shù)電路、邏輯門電路、存儲電路與D/A轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn);比較電路即功率因數(shù)實際值與設定值的比較,如圖2所示,比較結(jié)果經(jīng)過邏輯電路1和驅(qū)動電路2,得到變壓器分接開關的控制信號,變壓器分接開關3可選用多種開關,如繼電器、接觸器、IGBT、達林頓管、可控硅等。

實際應用中,根據(jù)選用的分接開關不同,應采用不同的驅(qū)動或觸發(fā)電路。下面著重介紹可控硅觸發(fā)電路??煽毓?可選用雙向可控硅或?qū)蜗蚩煽毓璺聪虿⒙?lián),此處以單向可控硅為例。)是一種大功率半導體器件,具有體積小、反應速度快、無觸點、無火花、無噪音、高效率,低成本等開關優(yōu)勢。如圖3所示為可控硅過零觸發(fā)的電路原理圖??煽毓栝_關特性:當可控硅陽極電位高于陰極電位,且控制極加有正向觸發(fā)脈沖時,可控硅導通;當可控硅陰極電位高于陽極電位或陽極電流小于維持電流時,可控硅關斷。圖3中T11、T12為可控硅兩端電壓信號,G11、G12為兩個反并聯(lián)單向可控硅的控制極信號,U1、U2構(gòu)成電壓跟隨器電路,U3為過零比較電路,QD1為變壓器抽頭選通信號,U6為觸發(fā)器,U7、U8、U9為光耦,該電路即實現(xiàn),當在電壓過零點處且QD1為高電平時,可控硅控制極才會有正向觸發(fā)信號,使其導通。如此便可使該節(jié)電裝置實現(xiàn)動態(tài)響應時間短、快速且安全跟蹤負荷變化,避免出現(xiàn)非過零點開關將對電網(wǎng)造成強大干擾和對負載造成巨大沖擊的現(xiàn)象。

最后需要說明的是:上述僅為本發(fā)明的實施例,并非是對本發(fā)明的實施方式進行限定,凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容,將本發(fā)明運用到其他相關技術領域的,均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之中。

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