專利名稱：交流異步電動機節(jié)電啟動補償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種交流異步電動機的節(jié)電啟動補償器。
交流異步電動機(以下簡稱電動機)因構(gòu)造簡單、生產(chǎn)成本低、便于維護保養(yǎng)等優(yōu)點得到廣泛采用。但是由于電動機屬于感性負載，電壓與電流的相位不同步(電壓的相位超前于電流)，使它在交流電路中存在著固有的缺陷，即是功率因數(shù)低、啟動無功電流大(約為額定電流的5～7倍)和運行耗電量多的缺點。大的啟動電流對外會造成輸變電系統(tǒng)電壓降低，使帶有欠電壓保護裝置的設(shè)備停運，使高強度放電的照明設(shè)備熄滅等；對內(nèi)會造成帶負載啟動的電動機的啟動發(fā)生困難(如帶動空氣壓縮機的電動機)。因為大的啟動電流會造成電源電壓的下降，而電動機的啟動轉(zhuǎn)矩與電動機的端電壓平方成正比，所以，電源電壓的下降也使電動機的轉(zhuǎn)矩隨之降低，當電動機的啟動轉(zhuǎn)矩小于負載阻力時，系統(tǒng)便不能正常啟動。同時，電動機啟動轉(zhuǎn)矩的降低又相應(yīng)增加系統(tǒng)的啟動時間，使系統(tǒng)的啟動電流和啟動時間均超過電網(wǎng)或系統(tǒng)所限定的過電流值和過電流時間，則出現(xiàn)跳閘保護，使系統(tǒng)難以啟動。為了減少大中型電動機的啟動電流，在現(xiàn)有技術(shù)中通常采用在電動機電源端加自耦變壓器或電抗器或電阻器等啟動裝置。雖然這些啟動裝置能降低啟動電流，并且基本消除了啟動大電流對電網(wǎng)所造成的不良影響，但是也使電源電壓在啟動器上產(chǎn)生壓降，使啟動轉(zhuǎn)矩低的情況更加惡化，上述系統(tǒng)啟動困難的問題沒能得到改善和解決。再者，電動機的運行耗電量大也是急待解決的重要問題。要解決此問題，必須從兩方面做起。一方面應(yīng)提高電動機自身的功率因數(shù)，目前，國產(chǎn)電動機的功率因數(shù)已提高到0.82～0.86。另一方面應(yīng)提高電動機運行的功率因數(shù)。電動機的運行功率因數(shù)與所載負荷的功率匹配密切相關(guān)，通常情況，由于要考慮到電網(wǎng)電壓的波動和電動機配套等因素，實際所采用電動機的輸出功率往往都是大于所載負荷的功率，也就是說俗稱的大馬拉小車的情況普遍存在。如果電動機在這種情況下使用，其功率因數(shù)達不到其自身功率因數(shù)，經(jīng)考核絕大部分的電動機的運行功率因數(shù)在0.7～0.8之間。當電動機的運行功率因數(shù)是0.8時，它的無功系數(shù)便是0.75，這意味著給電動機供電的設(shè)備功率必須是比電動機功率增大25％，與把無功功率完全補償?shù)舻碾妱訖C相比，有功電量要多消耗56.25％，浪費電嚴重。為了解決這一問題，通常的辦法是在電動機上并聯(lián)電容器進行無功功率補償。雖然這一辦法很有效，但卻帶來了兩個弊端，第一，又增大了電動機在啟動過程中的沖擊電流，因為在啟動的同時，電容器需要充容，會導(dǎo)致充容電流和電動機的啟動電流同時產(chǎn)生，造成瞬間大電流。第二，電動機關(guān)閉時，電容器會倒送電給電動機，電動機因貫性旋轉(zhuǎn)發(fā)電產(chǎn)生瞬間高電壓，容易造成電動機和補償電容被擊穿。綜上所述，到目前為止，大功率電動機的啟動電流大及運行耗電問題仍沒有得到很好的綜合處理。
本實用新型的目的是提供一種能夠使電動機的啟動及耗電問題得到很好的解決的電動機節(jié)電啟動補償器。
本實用新型解決方案如下它包括接在RST三相電源端上的空氣開關(guān)(1)、交流接觸器的動合觸點(2)和用于控制該動合觸點(2)的啟動控制電路(3)及并聯(lián)在RST三相電源端上的電容補償器(4)，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是在電容補償器(4)與RST三相電源的并聯(lián)端之間接有交流接觸器的動合觸點(5)，在啟動控制電路(3)中設(shè)有對動合觸點(2)、(5)的動作進行時序控制的時序控制電路。
在上述解決方案中，本實用新型采用的是利用電容給電動機供電線路提供超前電流、對無功功率進行補償?shù)姆椒ǎ蕴岣邌雍瓦\行時的功率因數(shù)，來達到降低啟動電流，提高啟動轉(zhuǎn)矩和運行節(jié)電的目的。因為電動機的功率因數(shù)在啟動時是隨著轉(zhuǎn)速的提高而逐漸上升的，在電動機沒有達到額定轉(zhuǎn)速時，功率因數(shù)非常低，僅是0.32。這時，需要對無功功率進行較大量的補償，即開通所有的電容補償器。但是，為了避免電容器的充容電流和電動機的啟動電流同時產(chǎn)生，本技術(shù)利用時序控制電路使電容器和電動機的接通時間分開，則電容器先充容，電動機后啟動。這樣，在電動機啟動時，電容器可以對無功功率進行補償，提高啟動時的功率因數(shù)。根據(jù)
，在有功功率P和線電壓U固定不變的情況下，電流I與功率因數(shù)cosφ成反比。所以，提高了功率因數(shù)，啟動電流就會隨之降低，從而消除啟動電流對電網(wǎng)電壓的影響。同時，電容器的補償還會提高電動機的端電壓，使啟動轉(zhuǎn)矩相應(yīng)提高，啟動時間相應(yīng)減小，啟動困難的問題得到解決。當電動機達到額定轉(zhuǎn)速進入正常運行狀態(tài)時，即功率因數(shù)達到0.7～0.8時，為使電容器的補償量合適，時序控制電路可以自動斷開一部分補償電容器，使運行時的功率因數(shù)提高到0.9～0.95，達到運行節(jié)電的目的。在電動機關(guān)閉時，時序控制電路使電容器先脫離電源及電動機，然后再關(guān)閉電動機，電容器與電動機相互斷開，避免了瞬間高電壓的產(chǎn)生。
綜上所述，本實用新型的優(yōu)越性在于降低了啟動電流，提高了啟動轉(zhuǎn)矩，縮短了啟動時間，提高了運行功率因數(shù)，同時，還避免了因為補償產(chǎn)生的付作用，較好的解決了電動機啟動電流大和運行耗電的問題。
下面根據(jù)實施例詳細說明其工作原理。


圖1電動機節(jié)電啟動補償器的原理方框圖。
圖2小功率電動機節(jié)電啟動補償器的電路圖。
圖3中小功率電動機節(jié)電啟動補償器的電路圖。
圖4大中功率電動機節(jié)電啟動補償器的電路圖。
參見圖2，對于小功率電動機而言，其啟動電流較小，對供電設(shè)施構(gòu)不成危害，故本技術(shù)采用定量補償?shù)姆绞?，即采用單組電容器補償，啟動與運行共用。具體結(jié)構(gòu)如下該啟動補償器包括接在RST三相電源端上的空氣開關(guān)(1)、交流接觸器動合觸點(2)和熱繼電器(6)，其中空氣開關(guān)防止電動機短路電流，觸點(2)控制電動機的運行或停止，熱繼電器(6)防止電動機運行的過電流；它還包括接在空氣開關(guān)(1)和動合觸點(2)之間的交流接觸器的動合觸點(5-1)、單組電容補償器(4-1)和與補償電容并聯(lián)的壓敏電阻(7)，其中電容補償器(4-1)用于無功功率的補償，觸點(5-1)控制補償器(4-1)的投切，壓敏電阻(7)防止補償器(4-1)的過電壓；它還包括一個啟動控制電路，該啟動控制電路由啟動按鈕ON、停止按鈕OFF、檢測按鈕OF、熱繼電器動斷接點(8)、交流接觸器KC1、KM1和中間繼電器JZ1、JZ2連接構(gòu)成。本控制電路利用JZ1、JZ2、KM1的吸合時間控制電動機遲后于電容補償器啟動，其遲后時間為40～60ms。因為電容器的充容時間約為34ms，如果電容器與電動機的投運時間間隔小于34ms，會導(dǎo)致充容電流與電動機啟動電流同時產(chǎn)生，造成瞬間大電流，若該時間間隔過長，會造成過補償，使供電線路電壓升高，而無功倒流。所以用JZ1、JZ2和KM1的累計吸合時間來限定遲后時間。同時又利用了JZ1、JZ2、KM1斷開的累計時間，可使電動機遲后于電容器15～20ms停止，防止電容器給電動機繞組倒送電造成電動機因慣性旋轉(zhuǎn)發(fā)電產(chǎn)生瞬間高電壓。本啟動器的工作過程如下當需要啟動時，掀一下ON，控制電源經(jīng)動斷觸點(8)、按鈕OFF、OF、ON進入KC1線圈形成控制回路，則KC1通電，其動斷觸點(9)吸合并自保，其動合觸點(5-1)吸合使電容器充容，其動合觸點(10)吸合使JZ1、JZ2、KM1順序通電吸合，使電動機遲后于電容器40～60ms啟動。當需要停止時，掀一下OFF，KC1線圈先失電斷開，使電容補償器先脫離電源及電動機，則JZ1、JZ2、KM1順序失電斷開，使電動機遲后于電容補償器15～20ms停止。圖中電流互感器CT和電流表A構(gòu)成電流顯示器，用于顯示電動機啟動和運行中的電流量。電壓表V用于顯示電源電壓。
參見圖3，對于中小型電動機而言，可以采用兩組補償電容器(4-1)、(4-2)進行定時定量的補償，(4-1)為運行電容補償器，(4-2)為啟動電容補償器，并在啟動控制電路中設(shè)置了一個時間繼電器JS1，由JZ1、JS1、KM1的吸合時間控制電動機遲后于電容器啟動。在啟動時，觸點(5-1)、(5-2)同時閉合，使電容器(4-1)、(4-2)一同投入啟動補償；當正常運行時，時間繼電器的延時動斷觸點(11)斷開，使KC2失電斷開電容器(4-2)，僅由電容器(4-1)進行運行補償。其它的工作過程與圖1相同。
參見圖4，對大中型電動機而言，電動機本身的輸出方式為星型啟動三角型運行，即啟動時接成星型輸出，運行時改為三角型輸出。因此，在圖3的基礎(chǔ)上又相應(yīng)增設(shè)了交流接觸器KM2和KM3及時間繼電器JS2，由JS1、KM1、KM2的吸合時間使電動機遲后電容器啟動。啟動時，KM1、KM2通電吸合，使電動機繞組接成星型輸出；當正常運行時，JS2的延時動合觸點(12)吸合、其延時動斷觸點(13)斷開，則KM3通電吸合、KM2失電斷開，使電動機繞組接成三角形輸出。為了便于掌握運行中電動機系統(tǒng)功率因數(shù)的變化，在圖4中還設(shè)置了由電流互感器CT、電流表A、功率因數(shù)檢測器(15)和功率因數(shù)表(14)接成的電流和功率因數(shù)顯示電路。其它工作過程與圖3相同。
通過實驗測定曲線驗證，本啟動器能使電動機的啟動電流明顯降低，啟動轉(zhuǎn)矩明顯增大，啟動時間明顯減小。同時，運行功率因數(shù)可提高到0.9～0.95，節(jié)電10～20％。
權(quán)利要求1.交流異步電動機節(jié)電啟動補償器，包括接在RST三相電源端上的空氣開關(guān)(1)、交流接觸器的動合觸點(2)和用于控制該動合觸點(2)的啟動控制電路(3)及并聯(lián)在RST三相電源端的電容補償器(4)，其特征是a、在電容補償器(4)與RST三相電源的連接端之間接有交流接觸器的動合觸點(5)，b、在啟動電路(3)中設(shè)有對動合觸點(2)、(5)的動作進行時序控制的時序控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機節(jié)電啟動補償器，其特征是所述的電容補償器(4)可以設(shè)置單組(4-1)或多組(4-1)…(4-n)，并且與其相對應(yīng)的交流接觸器的動合觸點(5)可以是單組(5-1)或多組(5-1)…(5-n)。
專利摘要本實用新型是一種交流異步電動機節(jié)電啟動補償器。它包括接在三相電源上的空氣開關(guān)、交流接觸器的動合觸點和啟動控制電路及電容補償器，其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)是在電容補償器與三相電源的連接端之間接有交流接觸器的動合觸點，在啟動電路中設(shè)有對上述動合觸點的動作進行時序控制的時序控制電路。它的優(yōu)越性是降低了啟動電流，提高了啟動轉(zhuǎn)矩和運行功率因數(shù)，避免了因補償產(chǎn)生的副作用，較好的解決了電動機啟動電流大和運行耗電多的問題。
文檔編號H02P1/26GK2268340SQ96235670
公開日1997年11月19日 申請日期1996年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月6日
發(fā)明者容明芳 申請人:容明芳