專利名稱：電動(dòng)機(jī)無觸點(diǎn)節(jié)電恒流起動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)機(jī)恒流起動(dòng)器，特別是一種全電子式閉環(huán)無觸點(diǎn)節(jié)電恒流起動(dòng)器。
為限制交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器一般采用電磁控制的起動(dòng)器，如Y－Δ起動(dòng)器、自藕補(bǔ)償器等，存在的問題是設(shè)備體積大，自身耗電量大，開關(guān)接點(diǎn)容易產(chǎn)生電火花和二次換接沖擊，不能連續(xù)頻繁起動(dòng)。
近年來出現(xiàn)了一些電子控制器，如專利號(hào)為89202490.9公開的一種節(jié)電控制器，采用起動(dòng)放大器輸出斜坡速度變化，使電壓逐步上升，其不足之處是電流得不到有效限制，并且在起動(dòng)之初不可避免地產(chǎn)生不同程度的抖動(dòng)，甚至起沖反轉(zhuǎn)，對機(jī)電設(shè)備使用壽命有很大影響。又如專利號(hào)為91230559.1介紹的一種電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器，其起動(dòng)電壓隨時(shí)間斜升，電動(dòng)機(jī)端電壓在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)以線性斜率升至全電壓，該起動(dòng)器不能自動(dòng)跟蹤電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化，啟動(dòng)節(jié)電效果不理想。再如專利號(hào)為92208916.7記載的電動(dòng)機(jī)無觸點(diǎn)電腦節(jié)電起動(dòng)器，電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)是通過單片機(jī)程序控制輸出按一定斜坡速率變化的控制信號(hào)，單片機(jī)的輸入端口上連接起動(dòng)器速率選擇開關(guān)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載情況用戶自行選定給定的啟動(dòng)速率控制程度。該起動(dòng)器只能在設(shè)定的啟動(dòng)速率下自動(dòng)跟蹤電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化，人為選擇速率開關(guān)無法根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化設(shè)定最佳啟動(dòng)速率。
本實(shí)用新型克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其目的在于設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、具有全閉環(huán)電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)無觸點(diǎn)節(jié)電恒流起動(dòng)器，自動(dòng)跟蹤電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化，連續(xù)調(diào)整電動(dòng)機(jī)端電壓，使電動(dòng)機(jī)在給定的起動(dòng)電流下，恒流起動(dòng)電機(jī)。
下面敘述本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
一種電動(dòng)機(jī)無觸點(diǎn)節(jié)電恒流起動(dòng)器，包括給定恒流全閉環(huán)電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)，其特征在于所說的電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)由恒流軟起動(dòng)電路、電平調(diào)節(jié)器、比較器、觸發(fā)器、晶閘管和電流檢測器電連接組成，恒流軟起動(dòng)電路給出一個(gè)軟起動(dòng)信號(hào)，通過電平調(diào)節(jié)器、比較器、觸發(fā)器、晶閘管和電流檢測器，使電動(dòng)機(jī)電流由零無級(jí)升至給定電流。這一短時(shí)間軟起動(dòng)可減少對電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊。當(dāng)電機(jī)電流升至給定值時(shí)，通過全閉環(huán)的電流反饋系統(tǒng)，使起動(dòng)電流精確的維持在給定值不變，這樣電動(dòng)機(jī)在恒定起動(dòng)電流下加速，電動(dòng)機(jī)端電壓隨轉(zhuǎn)速的增加逐漸上升，但起動(dòng)電流由于閉環(huán)反饋的作用保持不變，直至電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，電流下降，電機(jī)端電壓達(dá)到額定值時(shí)，恒流起動(dòng)控制電路自動(dòng)退出，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)。從而克服了以往的起動(dòng)技術(shù)，靠人工判斷起動(dòng)狀態(tài)，或用時(shí)間繼電器定時(shí)切換所固有的，不能完成隨電機(jī)轉(zhuǎn)速上升而自動(dòng)跟蹤調(diào)整電機(jī)端電壓，而靠延長起動(dòng)時(shí)間來保證起動(dòng)過程的缺點(diǎn)，從而縮短了起動(dòng)時(shí)間，節(jié)約了電能，提高了工效。
本實(shí)用新型對于電動(dòng)機(jī)輕載、空載時(shí)因功率因數(shù)降低造成的大量無功電流浪費(fèi)及鐵損、銅損、線路損耗等有功電能浪費(fèi)，采用檢測電動(dòng)機(jī)電壓相位和電流相位差，調(diào)整電動(dòng)機(jī)輸入電流技術(shù)方案，使電動(dòng)機(jī)在各種負(fù)荷情況下，保持較高的功率因數(shù)，以達(dá)到節(jié)省電動(dòng)機(jī)的有功、無功損耗目的。同時(shí)，本實(shí)用新型對于電源缺相或電機(jī)過流采取了相應(yīng)技術(shù)保護(hù)措施，利用三相電源電流進(jìn)行采樣比較鑒別，取其差值進(jìn)行判斷，進(jìn)行斷電鎖定。
本實(shí)用新型公開的一種電動(dòng)機(jī)節(jié)電恒流起動(dòng)器，其獨(dú)特之處在于以下四個(gè)方面一、隨電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速的增加，自動(dòng)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的端電壓，使電動(dòng)機(jī)在給定的起動(dòng)電流下恒流起動(dòng)，其簡單可靠的電子式全閉環(huán)電流調(diào)節(jié)包饋系統(tǒng)，保證精確的無沖擊恒流起動(dòng)，并保證對電網(wǎng)和運(yùn)行電流無突加沖擊，使之快速無級(jí)增至給定的恒流范圍，實(shí)現(xiàn)恒流軟起動(dòng)。
二、采用三相電流差值比較、判斷，可以對電動(dòng)機(jī)任何運(yùn)行情況下，進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的缺相故障保護(hù)。
三、具有優(yōu)良的反時(shí)限過流保護(hù)特性。
四、具有輕載空載自動(dòng)判斷調(diào)整輸入電動(dòng)機(jī)的電流大小，使電動(dòng)機(jī)提高功率因數(shù)，從而節(jié)省有功、無功電能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
本實(shí)用新型電路能自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)電壓較大變化，而使起動(dòng)過程中不受干擾，具有電機(jī)各種故障的全保護(hù)功能以及節(jié)電功能。其體積小、可靠性高，適應(yīng)于代替各種老式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器。
以下結(jié)合附圖介紹本實(shí)用新型。
圖1為本實(shí)用新型的方框原理圖。
圖2為本實(shí)用新型電路原理圖。
圖3為本實(shí)用新型負(fù)載控制電路原理圖。
圖4為本實(shí)用新型負(fù)載控制調(diào)節(jié)輸出電路原理圖。
圖5為本實(shí)用新型缺相保護(hù)系統(tǒng)方框原理圖。
圖6為本實(shí)用新型過流保護(hù)系統(tǒng)方框原理圖。
圖7為本實(shí)用新型缺相過流保護(hù)電路原理圖。
具體電路原理圖如圖2所示。HL為電流檢測器，由二極管D1、D2、電容C1、C2、C3、電阻R1、R2、R3組成信號(hào)取出及濾波電路，通過電阻R4、R5、R6、電容C4、比例積分調(diào)節(jié)器A1組成恒流反饋電路，連接由電阻R7、電容C5組成軟起動(dòng)電路，上述各電路組成全閉環(huán)電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)。給定電路起動(dòng)結(jié)束后，由電阻R9、二極管D3組成的起動(dòng)運(yùn)行隔離電路，使上述電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)自動(dòng)退出。即起動(dòng)時(shí)，恒流控制信號(hào)以可能過二極管D3；起動(dòng)結(jié)束，D3阻止恒流信號(hào)通過。當(dāng)恒流起動(dòng)時(shí)，給定起動(dòng)電流信號(hào)由R8給出與實(shí)際電流進(jìn)行比較，由比例積分調(diào)節(jié)器A1輸出，再與鋸齒波比較，由電平調(diào)節(jié)器A2輸出合適的觸發(fā)電壓，使流過電動(dòng)機(jī)的電流維持一個(gè)恒定值。從而保證了軟起動(dòng)→恒流起動(dòng)→自動(dòng)進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)的最佳電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程。
交流電動(dòng)機(jī)在空載和輕載時(shí)，功率因數(shù)較低，造成大量的無功電流浪費(fèi)及鐵損、銅損、線路損耗等有功電能的浪費(fèi)，本設(shè)計(jì)的技術(shù)方案只用簡單的電路隨時(shí)檢測電動(dòng)機(jī)的負(fù)載工況，通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸入電流，使電動(dòng)機(jī)在各種負(fù)荷情況下，都有較高的功率因數(shù)，以達(dá)到節(jié)省電動(dòng)機(jī)的有功、無功損耗。
方框原理圖如圖1，當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電壓相位和電流相位相差較大，通過電壓相位檢測器G和電流相位檢測器S檢測出電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況，也就是相位差的大小。再由電平調(diào)節(jié)器A2輸出一控制電壓控制觸發(fā)電壓來調(diào)整晶閘管輸出到電動(dòng)機(jī)電壓的大小。當(dāng)相位差較大時(shí)，輸出電壓低，當(dāng)相位差較小時(shí)，輸出電壓較高，從而減小了電動(dòng)機(jī)在輕載和空載時(shí)的運(yùn)行電流，提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。具體電路原理圖如圖3。圖中僅取A相為例，其余二相相同。圖中A3為電壓方波檢測器，A4為電流方波檢測器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，功率因數(shù)較低，電流方波滯后于電壓方波。A3、A4合成電流流經(jīng)N1、R14在光電隔離器N1的光敏三極管N1’處輸出方波平均值，向負(fù)電壓方向轉(zhuǎn)化，由A5組成的調(diào)節(jié)器將負(fù)的觸發(fā)電壓，使流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的無功電流減小，從而達(dá)到節(jié)電的目的。圖中R18與R19組合，用于調(diào)整節(jié)電量的大小，N1、N1’光電耦合器用于傳送電壓和電流的相位差量，同時(shí)起到電源的隔離作用。
本設(shè)計(jì)方案同時(shí)可以完成交流電動(dòng)機(jī)從整個(gè)起動(dòng)過程直到各種運(yùn)行狀態(tài)過程中，不管是電源缺相還是電機(jī)繞組不良等各種原因造成的電動(dòng)機(jī)電流不平衡，進(jìn)行快速準(zhǔn)確的保護(hù)。過流系統(tǒng)的保護(hù)是根據(jù)電動(dòng)機(jī)允許短時(shí)間過載及有些生產(chǎn)場合需要短時(shí)間周期性過載而設(shè)計(jì)的反時(shí)限過流保護(hù)系統(tǒng)，這種技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)中不能進(jìn)行電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的缺相保護(hù)及機(jī)械式熱過載保護(hù)器受環(huán)境溫度影響動(dòng)作極不可靠，特別是現(xiàn)有技術(shù)靠熱繼電器進(jìn)行缺相保護(hù)，由于金屬熱慣性很大，所以在絕大多數(shù)缺相故障中，不能有效的保護(hù)電動(dòng)機(jī)燒壞，本缺相保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)是采用三相電源電流進(jìn)行采樣比較鑒別，取其差值，當(dāng)差值超過允許值時(shí)，即進(jìn)行斷電鎖定，并輸出缺相顯示信號(hào)，選用高增益運(yùn)放進(jìn)行濾波比較，動(dòng)作可靠，速度快，可以進(jìn)行任何情況下的缺相故障保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性不受環(huán)境的影響。其功能方框圖如圖5。過流保護(hù)系統(tǒng)原理為由電流采樣信號(hào)與可調(diào)給定1、2倍額定過電流信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)采樣電流信號(hào)超過給定門限時(shí)，開始對充電系統(tǒng)進(jìn)行變流充電，流過倍數(shù)越大，充電電流相應(yīng)增加，經(jīng)過一段時(shí)間，當(dāng)充電電壓達(dá)到過流門限電壓時(shí)，過流保護(hù)即動(dòng)作，并自鎖切斷電源，同時(shí)輸出一過流信號(hào)，方框原理圖如圖6。缺相過流保護(hù)電路原理圖如圖7，T1、T2、T3及外圍元件組成差動(dòng)放大比較電路。當(dāng)A、B、C三相采樣電流信號(hào)相等時(shí)，T1、T2、T3集電極無輸出信號(hào)，當(dāng)A、B、C三相電流信號(hào)有任一相電流減小或沒有時(shí)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于故障運(yùn)行狀態(tài)，則差動(dòng)信號(hào)由R33、R34、C33組成的濾波電路送入調(diào)節(jié)器A7負(fù)輸入端與給定允許誤差電位器R35給出的信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)超過允許誤差電位時(shí)，調(diào)節(jié)器A7翻轉(zhuǎn)，輸出一低電平，并通過R36、D32自鎖，缺相指示LED2點(diǎn)亮，同時(shí)缺相保護(hù)輸出閉鎖觸發(fā)脈沖，電動(dòng)機(jī)斷電，達(dá)到電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)目的。反時(shí)限過流保護(hù)系統(tǒng)由調(diào)節(jié)器A8及其外圍元件構(gòu)成。當(dāng)電機(jī)過載時(shí)(此時(shí)三相電流平衡缺相不動(dòng)作)，過載電流信號(hào)經(jīng)R41向C34充電，過載倍數(shù)越大，充電電流越大，則A8輸入負(fù)端電位上升越快，當(dāng)C34上的電位大于R40給出的允許過載電流倍數(shù)時(shí)，A8翻轉(zhuǎn)，同時(shí)點(diǎn)亮LED3過流指示信號(hào)燈，并經(jīng)D35輸出一過流保護(hù)電壓，閉鎖觸發(fā)脈沖，關(guān)斷電動(dòng)機(jī)電源，A8同樣由R39、D34實(shí)現(xiàn)自鎖保護(hù)，直到故障排除重新開機(jī)為止。上述電路結(jié)構(gòu)簡單，電路可靠，抗干擾性極強(qiáng)，由極簡單的電路實(shí)現(xiàn)了任何原因引起的電動(dòng)機(jī)缺相過流故障的精確動(dòng)作保護(hù)。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)機(jī)無觸點(diǎn)節(jié)電恒流起動(dòng)器，包括給定恒流全閉環(huán)電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)，其特征在于所說的電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)由恒流軟起動(dòng)電路、電平調(diào)節(jié)器、比較器、觸發(fā)器、晶閘管和電流檢測器電連接組成，恒流軟起動(dòng)電路給出一個(gè)軟起動(dòng)信號(hào)，通過電平調(diào)節(jié)器、比較器、觸發(fā)器、晶閘管和電流檢測器，使電動(dòng)機(jī)電流由零無級(jí)升至給定電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的全閉環(huán)電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)由電流檢測器HL連接二極管D1、D2，電容C1、C2、C3和電阻R1、R2、R3組成信號(hào)取出及濾波電路，通過電阻R4、R5、R6，電容C4和比例積分調(diào)節(jié)器A1組成恒流反饋電路，連接由電阻R7和電容C5組成的軟起動(dòng)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的全閉環(huán)電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)中設(shè)有電阻R9和二極管D3組成的起動(dòng)運(yùn)行隔離電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的恒流起動(dòng)電路由電阻R8給定起動(dòng)電流信號(hào)，由比例積分調(diào)節(jié)器A1輸出，與鋸齒波比較由電平調(diào)節(jié)器A2輸出觸發(fā)電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的電平調(diào)節(jié)器A2與比較器線路中連接有電壓相位檢測器和電流相位檢測器，通過相位差檢測電動(dòng)機(jī)負(fù)載。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的電壓相位檢測器采用電壓方波檢測器A3，電流相位檢測器采用電流方波檢測器A4，二者合成電流經(jīng)光電隔離器N1、電阻R14由調(diào)節(jié)器A5進(jìn)行濾波調(diào)整，輸出與負(fù)載相關(guān)的直流控制電壓，控制觸發(fā)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的起動(dòng)器電路缺相檢測部分采用三相電源電流進(jìn)行采樣比較，由T1、T2、T3及外圍元件組成差動(dòng)放大比較電路，其差動(dòng)信號(hào)由電阻R33、R34和電容C33組成的濾波電路輸入調(diào)節(jié)器A3負(fù)輸入端與給定允許誤差電位器R35給出的信號(hào)進(jìn)行比較，超出允許誤差電位，調(diào)節(jié)器A7翻轉(zhuǎn)輸出一低電平，通過電阻R36和二極管D32輸出閉鎖觸發(fā)脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的起動(dòng)器電路過流檢測部分由調(diào)節(jié)器A8及其外圍元件構(gòu)成，過載電流信號(hào)經(jīng)電阻R41向電容C34充電，使調(diào)節(jié)器A8輸入負(fù)端電位上升，當(dāng)電容C34電位大于電阻R40給定的允許過載電流倍數(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)器A8翻轉(zhuǎn)，并經(jīng)二極管D35輸出一個(gè)過流保護(hù)電壓，閉鎖觸發(fā)脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的過載電流調(diào)節(jié)器A8由電阻R34和二極管D34實(shí)現(xiàn)自鎖保護(hù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的恒流起動(dòng)器，其特征在于所說的缺相檢測部分和過流檢測部分分別設(shè)有缺相指示燈LED2和過流指示燈LED3。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)機(jī)無觸點(diǎn)節(jié)電恒流起動(dòng)器，由恒流給定、恒流軟起動(dòng)、電平調(diào)節(jié)、比較器、觸發(fā)器、晶閘管、電流檢測組合電路構(gòu)成全閉環(huán)電流調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)，使電動(dòng)機(jī)電流由零無級(jí)升至恒定電流給定值，并在該恒定值下加速，直至電動(dòng)機(jī)端電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值，利用隔離電路使恒流起動(dòng)電路自動(dòng)退出，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入節(jié)電運(yùn)行狀態(tài)。本起動(dòng)器設(shè)有空載、輕載自動(dòng)檢測電路以及缺相過流保護(hù)電路。本實(shí)用新型采用全電子電路，不僅結(jié)構(gòu)簡單，能夠恒流起動(dòng)電機(jī)，而且可以自動(dòng)跟蹤電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化，連續(xù)調(diào)整電動(dòng)機(jī)端電壓。
文檔編號(hào)H02P1/16GK2193623SQ9421701
公開日1995年3月29日 申請日期1994年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月2日
發(fā)明者袁守民 申請人:袁守民