專利名稱：電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提供一種電動(dòng)機(jī)智能全自動(dòng)控制裝置，電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器。它較好地解決了現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的合理運(yùn)用，節(jié)能增效和多項(xiàng)保護(hù)功能結(jié)合于一體的問題，使電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行得到全方位的智能協(xié)調(diào)控制。
電能是動(dòng)力的母親，當(dāng)今世界把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，基本上都是通過電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，由此可見電動(dòng)機(jī)耗電所占總電量的比重是很大的。因此，使電動(dòng)機(jī)增效節(jié)能，無疑是具有重大意義的。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，往往由于過壓、欠壓、過載、過流、缺相等原因燒壞繞組，因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)施行各項(xiàng)保護(hù)又是十分必要的。而以往的各種保護(hù)器、節(jié)能控制器，大多是功能單一，又多為分離元件組裝成，其性能欠佳并配套安裝使用多有不便。
本實(shí)用新型，采用了三套電壓互感器，用其對(duì)三相供電電壓取樣，向控制中心提供是否過壓或欠壓的信息識(shí)另；采用了四套電流互感器對(duì)線電流取樣。其中三套用作對(duì)三相電源的線電流取樣，傳感電流信息供控制中心識(shí)別是否過流過載，是否缺相；其中一套電流傳感器用作節(jié)電控制項(xiàng)對(duì)線電流取樣，給控制中心提供信息識(shí)別作星——三角轉(zhuǎn)換控制。本實(shí)用新型采用了兩路執(zhí)行級(jí)開關(guān)電子電路，一路是執(zhí)行保護(hù)功能，另一路是專完成星——三角轉(zhuǎn)換功能。本實(shí)用新型所采用的控制中心站有兩種方式其一方式是分項(xiàng)模擬一數(shù)字電路組合式控制中心站。其另一種方式是采用單片機(jī)做智能控制中心站。另外，設(shè)立三組低壓直流穩(wěn)壓電源，以供電路工作電壓。
為改善電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題，尤其是近些年來人們進(jìn)行了許多卓有成效的研究，研制出了具有先進(jìn)技術(shù)水平的節(jié)能產(chǎn)品。如“JN—1系列三相異步電動(dòng)機(jī)高效節(jié)電器”其功能很強(qiáng)，但該技術(shù)產(chǎn)品的成本和售價(jià)均較高，當(dāng)前我國(guó)的國(guó)情要普遍推廣還是很不容易；另外JN—1系列產(chǎn)品是基于控制晶閘管通角，既是調(diào)節(jié)輸入電動(dòng)機(jī)的平均功率，實(shí)際上其電流波形是斷裂的，給電網(wǎng)電壓波形帶來畸變。又如，國(guó)內(nèi)研制的一種“WJ—4型電動(dòng)機(jī)星/三角轉(zhuǎn)換節(jié)電儀“其原理采用線電流取樣，信號(hào)與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓送入比較器，輸出信號(hào)控制執(zhí)行級(jí)的電子開關(guān)，通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)星/三角轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，該技術(shù)產(chǎn)品成本與售價(jià)不高，人們?nèi)菀捉邮?，但是由于它是采用?jiǎn)單的控制方法，其產(chǎn)品性能難以完善，還有其功能僅此星/三角轉(zhuǎn)換，較為單一。又如一種發(fā)明名稱為《輕載節(jié)能星角自動(dòng)轉(zhuǎn)換起動(dòng)器》(專利號(hào)為91203449，授權(quán)號(hào)為2091041)文摘介紹它是“一種能隨負(fù)載變化，自動(dòng)轉(zhuǎn)換電機(jī)星角運(yùn)行方式的輕載節(jié)能星角自動(dòng)轉(zhuǎn)換起動(dòng)器，是在已有的箱柜式外殼，交流接觸器，熱繼電器，控制按鈕電連接構(gòu)成的星三角起動(dòng)器中，增加電流檢測(cè)控制電路，電壓繼電器，工作狀態(tài)選擇開關(guān)組成，能在電機(jī)輕載或空載時(shí)自動(dòng)由角接轉(zhuǎn)入星接，節(jié)省電能消耗……”從文摘所知該轉(zhuǎn)換起動(dòng)器也是采用一般的電路的單一控制。此外，現(xiàn)有的許多電動(dòng)機(jī)節(jié)能器、保護(hù)器多為各自獨(dú)立的單一功能的產(chǎn)品，有的原理也很不先進(jìn)，使其產(chǎn)品性能難以保證，安裝使用配套都很不便。
本實(shí)用新型的目的在于給現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供一種節(jié)電控制功能與多項(xiàng)保護(hù)功能兼?zhèn)涞囊惑w化、智能化、系列化的多功能、高性能、低成本的電動(dòng)機(jī)智能全自動(dòng)控制節(jié)電保護(hù)器。
本實(shí)用新型是通過如下方法實(shí)現(xiàn)的該節(jié)能保護(hù)器大體上可以分為三大部分。第一部分是信號(hào)取樣器件與電路執(zhí)行級(jí)器件與電路；直流低壓穩(wěn)壓電源器件與電路。其中信號(hào)取樣所采用的電壓、電流傳感器都是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的專用器件。第二大部分，它包括兩個(gè)單元其一是信號(hào)處理單元，由相應(yīng)各項(xiàng)目的信號(hào)處理電路組成，經(jīng)其處理的各路信息分別送入控制中心；其二是執(zhí)行級(jí)單元，它有兩路電子開關(guān)，從控制中心輸出指令信號(hào)由相應(yīng)的電子開關(guān)來完成執(zhí)行功能。第三大部分，它是本節(jié)能保護(hù)器的主體控制電路。主控電路有兩種方式其一方式是分項(xiàng)的模擬及數(shù)字電路組合成的主控電路，如圖(3)、圖(4)所示。這一組合式主控電路的電子元器件，以及第二大部分的部分元器件特制成了一個(gè)專用厚膜電路集成塊，其型號(hào)為KDJB—9906。其二方式是采用單片機(jī)原理編程控制做智能控制中心站，如圖(5)所示。
本電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器，整機(jī)制作成一種電子儀器，調(diào)整機(jī)構(gòu)與顯示置于前面板上，與電動(dòng)機(jī)以及電網(wǎng)連接的若干接線端子置于后面板上。
附圖及實(shí)施例

圖1為電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器整機(jī)原理框圖圖2為電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器與電動(dòng)機(jī)連接工作示意圖圖3為電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器分項(xiàng)組合式數(shù)模主控電路原理方框圖圖4為電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器分項(xiàng)組合式主控電路原理圖圖5為電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器單片機(jī)控制原理圖圖1所描述的節(jié)能保護(hù)器，是一臺(tái)控制三相電動(dòng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有星—三角自動(dòng)轉(zhuǎn)換節(jié)電控制功能；具有缺相、過載、過流、過壓、欠壓保護(hù)功能的智能全自動(dòng)控制裝置。其整體電路是由8031芯片組成的單片機(jī)智能控制中心電路組件(1)，分項(xiàng)模擬—數(shù)字電路匯集特制的厚膜集成電路控制模塊KDJB—9906(16)為核心的主控電路組件(2)，三套電壓傳感器和三組電源變壓器(3)，四套電流傳感器(4)，過壓和欠壓電壓取樣信號(hào)變換電路(5)，過載、過流取樣信號(hào)變換電路(6)，星—三角轉(zhuǎn)換節(jié)電控制執(zhí)行級(jí)電路(8)，過壓、欠壓、過載過流、缺相四路報(bào)警顯示及顯示保持電路(9)， 雙基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換電路(10)，三組直流低壓電源(15)組成。整個(gè)電路的所有電子組件以及全部電子元器件均組裝在一個(gè)印制電路板(36)上，該電路板緊固在一只帶安裝腳扣的小型機(jī)殼(18)內(nèi)。電路的可調(diào)參數(shù)調(diào)節(jié)旋紐，及顯示屏均布置在殼體的前面板(19)上；而將本儀器與電動(dòng)機(jī)、三相電源、設(shè)備配電箱及其電器開關(guān)連接的若干接線端子均布置于殼體的后面板(20)上，它是一臺(tái)外形尺寸約160mm×150mm×70mm的小型儀器(17)，整個(gè)儀器可以利用殼體上的安裝腳扣固定于動(dòng)力設(shè)備上或電動(dòng)機(jī)的配電箱內(nèi)。
本電路的特制厚膜集成電路模塊KDJB—9906(16)，是一片陶瓷扁平封裝的24條功能引出線的單列直插式集成塊，它是通過插入安裝在印制電路板(36)上的24線插座內(nèi)與整體電路連接的。
圖2所示意的節(jié)能保護(hù)器同三相電動(dòng)機(jī)匹配工作系統(tǒng)，它包括本節(jié)能保護(hù)器(17)，受控三相電動(dòng)機(jī)(21)，一只中間繼電器J，它的電磁線圈(22)靜觸點(diǎn)(23)動(dòng)觸點(diǎn)(24)，星/三角轉(zhuǎn)換兩只交流接觸器，一只是做星形接法的交流接觸器JY，它的電磁線圈(25)和它的三組動(dòng)觸點(diǎn)(26)，另一只是做三角接法的交流接觸器JΔ，它的電磁線圈(27)和它的三組動(dòng)觸點(diǎn)(28)，以及一般的動(dòng)力設(shè)備與電動(dòng)機(jī)配電箱的電力開關(guān)器件(29)組成。其中本節(jié)能保護(hù)器(17)的機(jī)體是由帶安裝腳扣的機(jī)箱(18)，帶調(diào)節(jié)及顯示器的前面板(19)，以及帶若干接線端子的后面板(20)組成。圖2中還將轉(zhuǎn)換執(zhí)行級(jí)執(zhí)行繼電器J1一組接點(diǎn)既轉(zhuǎn)換接點(diǎn)(30)，常開接點(diǎn)(31)，常閉接點(diǎn)(32)，以及保護(hù)功能執(zhí)行級(jí)繼電器J2的一組接點(diǎn)既是轉(zhuǎn)換接點(diǎn)(33)，常開接點(diǎn)(34)，常閉接點(diǎn)(35)示意繪出。本節(jié)能保護(hù)器是通過設(shè)置在后面板(20)上的若干接線端子分別與A、B、C三相電源，電動(dòng)機(jī)(21)，配電箱電器(29)以及一只中間繼電器JZ和星—三角轉(zhuǎn)換兩只交流接觸器JY、JΔ相連接的工作系統(tǒng)。中間繼電器JZ的電磁線圈(22)與節(jié)電控制執(zhí)行級(jí)電路中的繼電器J1的常開觸點(diǎn)J1b-K(31)相連，J1的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)J1b(30)與保護(hù)執(zhí)行級(jí)電路中的繼電器J2的轉(zhuǎn)換接點(diǎn)J2a(33)是相連接的，J2的常閉接點(diǎn)J2a-b(35)通過后面板的某接線端子與C相電源接通。
設(shè)工作系統(tǒng)正常運(yùn)作，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，正常情況下，保護(hù)執(zhí)行級(jí)繼電器J1的轉(zhuǎn)換接點(diǎn)J1b(33)擲于常閉接點(diǎn)J1b-b(32)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)(21)處于輕載運(yùn)行時(shí)，由于星三角轉(zhuǎn)換執(zhí)行級(jí)繼電器J1的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)J1b(30)置于常閉觸點(diǎn)J1b-b(32)，則JZ電磁線圈(22)斷電，其動(dòng)觸點(diǎn)(24)脫開，靜觸點(diǎn)(23)閉合既是使作三角形接法的交流接觸器JΔ的電磁線圈(27)斷電，它的三組動(dòng)觸頭(28)掉閘，同時(shí)使作星形接法的交流接觸器JY的電磁線圈(25)通電，它的三組動(dòng)觸頭(26)合閘，電動(dòng)機(jī)處于星形接法運(yùn)行；當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于重載運(yùn)行時(shí)，J1的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)J1b(30)轉(zhuǎn)擲于常開接點(diǎn)J1b-K(31)，JZ的電磁線圈(22)通電，其靜觸點(diǎn)(23)脫開，動(dòng)觸點(diǎn)(24)閉合，既是使JY的電磁線圈(25)斷電，它的三組動(dòng)觸點(diǎn)(26)掉閘，同時(shí)JΔ的電磁線圈(27)通電，它的三組動(dòng)觸點(diǎn)(28)合閘，使電動(dòng)機(jī)置于三角形接法運(yùn)行。整個(gè)過程反之亦反，由此實(shí)現(xiàn)了使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是跟隨負(fù)載量的大小變化相應(yīng)做星—三角，三角—星供電接法的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而收到了良好的節(jié)電效果。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于異常條件下非正常運(yùn)行時(shí)，包括電源電壓過高或過低超出±10％?；蛉嚯妷簢?yán)重不平衡，或缺相，或超載、過流或電動(dòng)機(jī)繞組有斷相，既是電動(dòng)機(jī)發(fā)生非正常運(yùn)行時(shí)，本節(jié)能保護(hù)器控制中心及時(shí)發(fā)出保護(hù)指令信號(hào)，使接在保護(hù)執(zhí)行級(jí)電路中的J2的轉(zhuǎn)換接點(diǎn)J2a(33)轉(zhuǎn)擲于常開接點(diǎn)J2a-K(34)，切斷C相電源，使中間繼電器JZ的電磁線圈(22)，做星形接法的交流接觸器JY的電磁線圈(25)，做三角形接法的交流接觸器JΔ的電磁線圈(27)，均被斷電；其動(dòng)觸頭(28)、(29)均同時(shí)掉閘，使電動(dòng)機(jī)的三相繞組均斷電，從而可靠的保護(hù)了電機(jī)，亦避免了事故的發(fā)生，切實(shí)保護(hù)了系統(tǒng)的安全。
圖3所描述的分項(xiàng)組合式數(shù)模主控電路，功能框圖包括過壓、欠壓保護(hù)(I)單元電路(11)，過載過流保護(hù)(II)單元電路(12)，缺相保護(hù)(III)單元電路(13)，星—三角轉(zhuǎn)換節(jié)能控制(IV)單元電路(14)，以及低壓直流電源(V)單元電路(15)。
圖4為節(jié)能保護(hù)器分項(xiàng)組合式主控電路原理圖(I)單元，欠壓保護(hù)與過壓保護(hù)電路(11)。此電路作用是當(dāng)三相電源的任何一相或三相電壓值高于或低于標(biāo)稱值±10％的情況下延續(xù)120s時(shí)間，即執(zhí)行過壓或欠壓自動(dòng)保護(hù)跳閘，報(bào)警并保持顯示。過、欠壓越深執(zhí)行跳閘越快。
過壓保護(hù)二次電壓取樣負(fù)極性信號(hào)UH輸入1IC1反相輸入端，經(jīng)倒相得到正極性波形，經(jīng)1R8、1R10分壓后送到1IC2的同相端，1IC2的反相端為整定電壓，調(diào)1W1設(shè)定。當(dāng)1IC2的同相輸入端正極性波峰值高于反向端整定電壓值時(shí)，其輸出為+12V的階躍脈沖，經(jīng)1R14、1D4送入12C1積分，當(dāng)積分電壓達(dá)到123BG開啟電平時(shí)，繼電器J2動(dòng)作執(zhí)行跳閘保護(hù)，其方波信號(hào)經(jīng)1C3，1R22微分觸發(fā)1BG1，導(dǎo)通1BG2，過壓顯示并顯示保持。
欠壓保護(hù)電壓在正常范圍時(shí)1IC1正極UH電壓信號(hào)，經(jīng)1R15、1D5、1C2積分，在1IC3的反相輸入端累計(jì)正電位，使其封鎖，當(dāng)出現(xiàn)欠壓狀態(tài)時(shí)，累計(jì)電位降低，封鎖解除，則1IC3有方波輸出，經(jīng)1R21，1D7送入12C1積分，電平升高使123BG導(dǎo)通，通過J2繼電器，進(jìn)行電源跳閘，同時(shí)方波經(jīng)1C4、1R29微分觸發(fā)1BG3導(dǎo)通1BG4，欠壓保護(hù)顯示，并顯示保持。
II單元過流保護(hù)電路(12)。此單元電路的作用是當(dāng)送給電動(dòng)機(jī)的線電流IA、IB、IC任何一相或多相電流超過額定電流的20％且持續(xù)120s，即執(zhí)行過流保護(hù)跳閘，顯示報(bào)警，并保持顯示。
電流取樣信號(hào)IH1經(jīng)三路半波整流后的正極性電壓信號(hào)送入跟隨器2IC1的同相輸入端，其輸出端跟隨輸入端，在正常的情況下2D4正極的波形跟隨負(fù)極波形，但正端的電位高于負(fù)端0.7V，所以2IC2的輸出端為0狀態(tài)。當(dāng)過流發(fā)生時(shí)，過升脈動(dòng)電壓經(jīng)2R6、2C1加至2IC2的同相輸入端，輸出正方波，經(jīng)2D5、2R12在2C4電容上積分加于2IC3的同相輸入端。而反向端由于2C2、2C3的積分慣性，其電壓低于同相輸入端脈動(dòng)峰頂電平時(shí)，2IC3的反相輸入端加的是來自2W1整定電壓，在正常情況下，反相端電位高于同相端電位，比較器被封鎖，其輸出端為0狀態(tài)。而當(dāng)過流發(fā)生進(jìn)入到一定深度，使同相端積分電位高于反向端電位時(shí)則輸出為1狀態(tài)的高電位，經(jīng)2D6在12C1上積分，其電位使123BG導(dǎo)導(dǎo)通，通過J2執(zhí)行過流保護(hù)跳閘。同時(shí)其正階躍電壓經(jīng)2C5，2R17微分觸發(fā)2BG1，導(dǎo)通2BG2，顯示報(bào)警，并顯示保持。
III單元缺相保護(hù)電路(13)。此單元電路的作用是，當(dāng)電動(dòng)機(jī)三相電源有缺相或斷相時(shí)，為防止燒壞電動(dòng)機(jī)事故的發(fā)生，在故障發(fā)生的2s之內(nèi)，立即執(zhí)行缺相保護(hù)跳閘，并顯示保持。
電流取樣信號(hào)IH2經(jīng)三路整流濾波后的直流正電壓分別經(jīng)3R1-3加至3IC1、3IC2、3IC3三個(gè)比較器的同相輸入端，而此三路整流電壓又經(jīng)3D4～3D6與3W1整定基準(zhǔn)電壓正端并接一起疊加送入三個(gè)比較器的反向輸入端。平時(shí)，此三比較器的反相輸入端比同相輸入端電位低0.7V，輸出端均為1狀態(tài)。使3IC4的輸出端為0狀態(tài)。當(dāng)有缺相情況發(fā)生時(shí)，則該比較器的同相輸入端電位為0，其輸出為1狀態(tài)，使3IC4的輸出跳到高電位，通過3D10到123BG基極使其立即導(dǎo)通，執(zhí)行缺相保護(hù)跳閘。同時(shí)，此信號(hào)經(jīng)3C4、3R14微分觸發(fā)3BG1，導(dǎo)通3BG2，顯示報(bào)警并顯示保持。
IV單元，星—三角轉(zhuǎn)換節(jié)能控制電路(14)。此單元電路的功能與作用根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作原理，三角形接法比星形接法負(fù)載能力大，同一種接法下負(fù)載重耗電大，同一負(fù)載下星形接法比三角形接法耗電小，電機(jī)在額定負(fù)載附近其效率最高，在低負(fù)載下運(yùn)行其效率很低。使其效力降低的原因在于電機(jī)自身的損耗，其電損與通過電動(dòng)機(jī)的電流的平方成正比，其鐵損耗與施加于電動(dòng)機(jī)的電壓的平方成正比，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流一般為額定電流的5～7倍，這一電流與外施電壓成正比。為了得到滿負(fù)荷時(shí)的拖動(dòng)能力，通常三相交流電動(dòng)機(jī)總是采用三角形接法，而在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及運(yùn)行中處于輕載、空載的情況占多數(shù)。如果我們使電機(jī)在空載起動(dòng)及空載和輕載運(yùn)行時(shí)間采用星形接法供電，而在重載時(shí)采用三角形接法，這將會(huì)顯著提高電動(dòng)機(jī)的效率，同時(shí)收到節(jié)能的顯著效果，并使起動(dòng)電流減小，降低因起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的沖擊，還能提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。
本實(shí)用新型的電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制就是依據(jù)上述原理基于星—三角，三角—星的自動(dòng)切換。具體說來是這樣實(shí)現(xiàn)的采用對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載量動(dòng)態(tài)跟蹤，利用電流傳感器對(duì)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)的供電作線電流取樣(負(fù)載輕時(shí)電流降低，負(fù)載重時(shí)電流升高)控制中心將依據(jù)這一取樣信息的大小給執(zhí)行級(jí)指令，當(dāng)電機(jī)處于空載和輕載運(yùn)行時(shí)使電機(jī)星形接法供電，而當(dāng)負(fù)載由輕到重增加到額定負(fù)載的某一百分比值時(shí)則供電接法由星轉(zhuǎn)三角；而負(fù)載由重減輕降到額定負(fù)載的另某一百分比值時(shí)，則供電接法又由三角轉(zhuǎn)星。俱此，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載量跟蹤進(jìn)行星轉(zhuǎn)三角，三角轉(zhuǎn)星兩種接法的程序控制自動(dòng)轉(zhuǎn)換；當(dāng)電機(jī)處于接電起動(dòng)時(shí)，控制指令中心閉鎖10s，這時(shí)電機(jī)以星接法供電，待起動(dòng)過程結(jié)束后再進(jìn)入程控段，這樣就保證了電機(jī)的以星接法起動(dòng)，而且避免了程控受到起動(dòng)時(shí)的干擾；再有，三角轉(zhuǎn)星設(shè)置了2～40s的可調(diào)延遲，星轉(zhuǎn)三角設(shè)置為2s固定延遲，這是為抗外界干擾所必要的。
這一星轉(zhuǎn)三角—三角轉(zhuǎn)星動(dòng)態(tài)自控轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)，收到了上述予見的良好效果。經(jīng)測(cè)試，使其功率因數(shù)提高了0.1～0.2；起動(dòng)電流從7倍降到4倍；在空載、輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)電率為50％～30％，輕載至重載運(yùn)行時(shí)節(jié)電率為30％～10％。
本單元數(shù)、?？刂齐娐饭ぷ髟怼Ｓ呻娏骰ジ衅?LH獲得電流取樣信號(hào)IH3，經(jīng)IV轉(zhuǎn)換送入白分比值整定電路，其整定的信號(hào)電壓送入比較器4IC1的反相輸入端，它的同相輸入端加的是 轉(zhuǎn)換比例變化的固定基準(zhǔn)電壓，因此4ICI信號(hào)端電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，則輸出為1狀態(tài)，反之則為0狀態(tài)。4IC1的輸出經(jīng)4R5、4W3、4R6、4D6組成的正反向不等延時(shí)電路送到第二級(jí)比較器4IC2的反相輸入端，由于4IC2的同相輸入端加的是固定基準(zhǔn)電壓，因此其輸出端的狀態(tài)取決于反相輸入端電壓的大小，且與之相反而與4IC1的反相輸入端信號(hào)電壓狀態(tài)相同。當(dāng)4IC2輸出端為0狀態(tài)時(shí)，4BG1截止，當(dāng)為1狀態(tài)時(shí)4BG1導(dǎo)通，通過J1繼電器的吸合與釋放去接通或斷開中間繼電器，對(duì)做星形或三角形接法的兩組交流接觸器的工作交替轉(zhuǎn)換。到此，從而完成了根據(jù)負(fù)載輕重進(jìn)行星或三角接法的控制過程。
轉(zhuǎn)換延時(shí)電路，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載抖動(dòng)等偶然原因而使電動(dòng)機(jī)的工作電流發(fā)生瞬間的跳變，為排除這種干擾避免頻繁的誤動(dòng)轉(zhuǎn)換，在4IC1的輸出至4IC2的信號(hào)輸入端間接入了4C4、4D6、4R5、4R6、4W3組成的延時(shí)轉(zhuǎn)換抗干擾電路，電路中由于4D6的單向性，使三角轉(zhuǎn)星的延時(shí)大于星轉(zhuǎn)三角。星轉(zhuǎn)三角設(shè)計(jì)1s的固定延時(shí)，三角轉(zhuǎn)星則設(shè)置為1～40s的可調(diào)延時(shí)，由4W3電位器調(diào)節(jié)設(shè)定，調(diào)節(jié)旋紐置于前面板上。
起動(dòng)延時(shí)轉(zhuǎn)換電路，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流比額定電流大幾倍，而且起動(dòng)過程電流起落變化很大，為使電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在星形接法下軟起動(dòng)，為消除起動(dòng)過渡過程中出現(xiàn)紊亂轉(zhuǎn)換，本IV單元節(jié)能控制電路中納入了起動(dòng)延遲轉(zhuǎn)換電路，它是由4IC3、4W4、4R15、4C5、4D7組成的時(shí)間閉瑣開關(guān)電路，它的作用與單片機(jī)智能控制中心(1)，在上電后延遲10s后程序才進(jìn)入主控段是一致的。具體說來，接通電源，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間內(nèi)4C5電容器上的電壓需要充電建立的時(shí)間，當(dāng)4IC3同相端電位低于反相端時(shí)間內(nèi)，其輸出端為0狀態(tài)，二極管4D7導(dǎo)通將4BG1基極箝位在低電位，使4BG1截止，中間繼電器通電，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在星形接法起動(dòng)。當(dāng)起動(dòng)完畢，進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，4C5上電壓升高也到使4IC3輸出為1狀態(tài)。以后4BG1的導(dǎo)通與截止，僅取決于4IC2輸出端的狀態(tài)，換言之，既星—三角轉(zhuǎn)換取決于負(fù)載大小。這一延時(shí)設(shè)計(jì)為0～35s可調(diào)，由4W4設(shè)定。調(diào)節(jié)旋紐置于前面板上。
雙基準(zhǔn)信號(hào)電壓設(shè)定電路(10)，該電路由4W2、4R12、4R13及轉(zhuǎn)換執(zhí)行級(jí)繼電器J1的另一組接點(diǎn)的常開接點(diǎn)J1B-K和轉(zhuǎn)換接點(diǎn)J1B組成。4W2、4R12、4R13串聯(lián)，上端接在由4WD穩(wěn)壓的穩(wěn)定電壓源＋端，電位器4W2下端接公共地，電位器4W2中間抽頭上的分壓值作為基準(zhǔn)信號(hào)輸入比較器4IC2的同相輸入端。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在三角形接法時(shí)4BG1導(dǎo)通，J1吸合J1b擲向J1b-K，4R13被短接，4IC1基準(zhǔn)電壓升高；當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在星接法時(shí)4BG1截止，J1釋放J1b離開J1b-K，4R13解除短路4IC1基準(zhǔn)電壓降低，從而給4IC1比較器形成兩個(gè)比較基準(zhǔn)電壓值，它們分別對(duì)應(yīng)星轉(zhuǎn)三角和三角轉(zhuǎn)星的兩個(gè)取樣信號(hào)電壓值，既形成一定的轉(zhuǎn)換寬度S，這樣既不影響星—三角的轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定，又能最大限度提高節(jié)電效果。這里必然存在一個(gè)最佳寬度S佳的選擇。由于電動(dòng)機(jī)星接法時(shí)線電流約為三角接法時(shí)的57％，近乎 又由于星接法下電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力只有三角形接法的57％左右，這就必須做到星轉(zhuǎn)三角的信號(hào)白分比值要選得比57％低，即提前轉(zhuǎn)換，實(shí)踐證明應(yīng)選在 以下為宜，而三角轉(zhuǎn)星選在稍低于57％即可，本實(shí)用新型最佳轉(zhuǎn)換寬度S佳的選擇是(4R12＋4W2)與(4R12＋4R13＋4W2)的電阻值之比為1∶ 經(jīng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明這一參數(shù)選擇是合適的。4W2電位器的調(diào)節(jié)旋紐置于前面板上。
綜上所述，本單元的工作機(jī)理可以概括為雙基準(zhǔn) ；雙雙延時(shí)(起動(dòng)延時(shí)與轉(zhuǎn)換延時(shí)；轉(zhuǎn)換延時(shí)的正、反差延時(shí))；雙雙轉(zhuǎn)換(星—三角接法轉(zhuǎn)換；接法轉(zhuǎn)換同時(shí)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換)的全自動(dòng)控制電路。
圖5為節(jié)能保護(hù)器單片機(jī)控制原理圖。
本節(jié)能保護(hù)器采用單片機(jī)作為智能控制中心，它的功能比分項(xiàng)組合式數(shù)?？刂齐娐犯?，功能更強(qiáng)同時(shí)也使本實(shí)用新型步入到智能控制的先進(jìn)技術(shù)水準(zhǔn)。本智能控制中心，主要由8031單片機(jī)，ADC0809為A/D轉(zhuǎn)換芯片，74LS373完成低八位地址鎖存，2764塊為程序固化地，74LS245為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，GAL16V8地址譯碼組成。
對(duì)過壓、欠壓、過流過載、缺相各項(xiàng)保護(hù)功能以及星—三角轉(zhuǎn)換，編程智能全自動(dòng)控制。試以星形—三角形轉(zhuǎn)換控制為例陳述控制程序。
上電后延時(shí)10s，防止上電過程中誤動(dòng)作。10s后控制程序進(jìn)入主控段，主控段工作程序如下1.從圖中IN0處讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換2.從圖中IN1處讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換3.IN0、IN1處數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將比較結(jié)果從P13處輸出，電壓為0V或5V；4.P1.3處輸出經(jīng)延遲環(huán)節(jié)從IN2處輸入，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換將IN2處模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；5.將步驟4中數(shù)據(jù)與6V電壓的數(shù)字量進(jìn)行比較，結(jié)果從P1.2處輸出；6.根據(jù)P1.2處電壓量置4BG1導(dǎo)通或截止，置”紅“，”綠“狀態(tài)，即星—三角、三角—星接法轉(zhuǎn)換，在這里 7.程序返回步驟1。
本電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器，建立了數(shù)—模電路主控與單片機(jī)智能監(jiān)控相結(jié)合的雙重控制制式，是使本實(shí)用新型功能強(qiáng)，性能更臻完善適應(yīng)廣泛的基礎(chǔ)。其實(shí)，只要將控制程序作以新的編程，就可以用于控制單相電動(dòng)機(jī)和直流電機(jī)的場(chǎng)合；只要將程控稍加調(diào)整，將執(zhí)行級(jí)電路(8)中的J1、J2直流繼電器改用一只4N35，兩只4N28光電耦合器取代，將圖2中外接受控的兩只交流接觸器JY、JΔ，改用兩只隨機(jī)型的三相交流固態(tài)繼電器(SSR)，并去掉中間繼電器JZ，它就是一種完全采用弱電控制強(qiáng)電的無觸點(diǎn)全自動(dòng)智能控制裝置，在需要防火防爆的場(chǎng)合，如油田煉油廠、天然氣廠，都可以廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器，其特征在于它采用數(shù)/?！悄芑嘟Y(jié)合的控制方式，將電動(dòng)機(jī)供電做星/三角自動(dòng)切換的節(jié)電控制功能與缺相、過載、過壓、過流、欠壓故障情況下對(duì)電動(dòng)機(jī)斷電的保護(hù)功能結(jié)合于一體。它由單片機(jī)智能控制中心(1)，分項(xiàng)組合式數(shù)/模主控電路(2)，電壓傳感器(3)，電流傳感器(4)，電壓取樣信號(hào)變換電路(5)，保護(hù)電流取樣信號(hào)變換電路(6)，星/三角切換取樣信號(hào)變換電路(7)，星/三角切換控制及保護(hù)控制執(zhí)行級(jí)電路(8)，故障報(bào)警顯示電路(9)，以及電源電路(15)組成。它是采用電壓傳感器(3)和電流傳感器(4)，對(duì)供電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、以及負(fù)載狀況，既是影響電動(dòng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素做全方位的探測(cè)進(jìn)行連續(xù)信號(hào)取樣，同時(shí)將各路信號(hào)分別送入相應(yīng)的信號(hào)變換電路(5)、(6)、(7)，經(jīng)模/數(shù)變換的信號(hào)數(shù)字量輸入數(shù)/模主控電路(2)進(jìn)行判別，同時(shí)該信號(hào)送進(jìn)單片機(jī)智能控制中心(2)進(jìn)行確認(rèn)，然后將指令信號(hào)送給執(zhí)行級(jí)(8)，在正常情況下，對(duì)運(yùn)行中受控的電動(dòng)機(jī)依據(jù)負(fù)載量的輕重變化，通過執(zhí)行電子開關(guān)(8)上外接的中間繼電器來控制供電電路中的交流接觸器或晶閘管固態(tài)繼電器相應(yīng)做星/三角或三角/星自動(dòng)切換以進(jìn)行節(jié)能控制；當(dāng)異常情況發(fā)生，則及時(shí)進(jìn)行斷電控制可靠保護(hù)電機(jī)與電網(wǎng)的安全。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分項(xiàng)組合式主控電路(2)，其特征在于由欠壓與過壓保護(hù)電路(11)，過載過流保護(hù)電路(12)，缺相保護(hù)電路(13)，星/三角轉(zhuǎn)換節(jié)能控制電路(14)組成。它的功能一是對(duì)前端既信號(hào)變換電路(5)、(6)、(7)送來的數(shù)字量進(jìn)行判別，二是將特定的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，送入執(zhí)行級(jí)(8)進(jìn)行控制操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器其特征在于，其主控電路已制成型號(hào)為KDJB—9906的厚模集成電路塊(25)，它采用單列直插式24條功能引腳與外接電路相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)器，其特征在于星一三角轉(zhuǎn)換控制電路中采用了 雙基準(zhǔn)信號(hào)電壓設(shè)定電路(10)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種控制三項(xiàng)交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的節(jié)能保護(hù)器。它由線電流采樣,數(shù)—模、智能控制,執(zhí)行級(jí)電子開關(guān)電路組成。它基于對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷動(dòng)態(tài)跟蹤,根據(jù)其采樣信號(hào),設(shè)定對(duì)電動(dòng)機(jī)供電做星/三角切換。具體地說,通常負(fù)載輕時(shí)信號(hào)電平低,控制執(zhí)行電路將電機(jī)供電置于星接法運(yùn)行,只有負(fù)載超出星接法的拖動(dòng)能力時(shí),信號(hào)電平也達(dá)到某設(shè)定值,則才轉(zhuǎn)換到三角形接法運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。另外,當(dāng)缺相、過載等異常信號(hào)出現(xiàn)時(shí),則指令及時(shí)執(zhí)行斷電,可靠保護(hù)電機(jī)。
文檔編號(hào)H02H7/08GK2472386SQ9923501
公開日2002年1月16日 申請(qǐng)日期1999年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月19日
發(fā)明者鄒晨光, 鄒希圣 申請(qǐng)人:鄒晨光