選頻調速調功器的製作方法
2023-08-07 09:13:16
專利名稱：選頻調速調功器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力電子技術中的調速調功器，特別是一種選頻調速調功器。
背景技術：
隨著社會的不斷進步，科學技術的迅猛發展，各種製造業的電氣化作業及空調器被廣泛採用，因此各類電機和空調被大量使用，從而電能的需求量不斷提高，空調用電是民用耗電的大頭，工業電機用電是工業耗電的大頭，為減少和降低電能的消耗，因而對空調器和電機進行調速節電來解決。空調和電機的調速節電，迄今都是採用電子變頻來實現，無論是使用交流一直流一交流變換，或是交流—交流矢量變換，都將50-60赫茲的交流電轉換成0.5-200赫茲的正弦波，其技術都比較複雜，且都須用大功率可關斷半導體器件，因而成本高、維修量大、耗電量大、效率低。
發明內容
本發明的目的是提供一種體積小、成本低、結構簡單，使用維修方便、工作可靠，高效節能的選頻調速調功器。
本發明的目的是採用如下的技術方案來實現的一種選頻調速調功器，其特點是由一相或三相相同的整流電路、正弦方波變換電路、方波展寬電路、選頻開關電路、光耦觸發電路和晶閘管開關組成，正弦方波變換電路的電壓取樣端與整流電路的整流變壓器的次級連接，輸出端與方波展寬電路的輸入端連接，方波展寬電路的輸出端與光耦觸發電路的輸入端連接，光耦觸發電路的輸出端與晶閘管開關的控制端連接，晶閘管開關的輸出端與電器負載各相的交流電源輸入端連接，選頻開關電路採用手動或電子開關，選頻開關電路的選頻端與方波展寬電路需切除的周波電壓輸出端連接。
本發明提出了一種用於電機調速和其它電氣設備調功的新方式，它採用波形變換與數字電路和電子開關驅動晶閘管，從50或60赫交流電源按需選取一定數量完整周期的正弦波電壓饋入電機或其它電氣設備實現調速或調功，單相、三相均可。本發明採用的技術簡單，材料便宜、成本低、體積小，使用操作簡單、維修方便，節能效果好，工作可靠性高，且適用面廣、通用性強，對電網無諧波汙染，也無射頻溢出。
四
本發明有如下附圖圖1為本發明的原理框圖；圖2為本發明的電路原理圖；圖3為本發明的一個單相實施例電路原理圖；圖4為本發明的方波展寬電路中的100位環型計數器的級連電路圖。
五具體實施例方式
下面參照
本發明的實施方案。如圖1所示，一種選頻調速調功器，它由一相或三相相同的整流電路1、正弦方波變換電路2、方波展寬電路3、選頻開關電路4、光耦觸發電路5和晶閘管開關6組成，正弦方波變換電路2的電壓取樣端與整流電路1的整流變壓器的次級連接，輸出端與方波展寬電路3的輸入端連接，方波展寬電路的輸出端與光耦觸發電路5的輸入端連接，光耦觸發電路的輸出端與晶閘管開關的控制端連接，晶閘管開關的輸出端與電器負載各相的交流電源輸入端連接，選頻開關電路4採用手動或電子開關，選頻開關電路的選頻端與方波展寬電路需切除的周波電壓輸出端連接。
交流取樣電壓可由直流電源電路中整流變壓器每相的次級電壓充任。正弦/方波變換電路可用一電壓比較器對交流取樣電壓進行過零比較，即將交流正弦波變換成脈衝寬度剛好為電源電壓半個周期的方波序列。方波展寬電路可用環型計數器或移位寄存器組成10或更多位數的環型計數電路，即可將波形變換器送來的脈衝序列中每個脈衝的寬度由半個周期展寬成一個周期，且一個一個緊密銜接，從而保證了它們隨後能觸發晶閘管執行理想的過零切換。選頻開關可由一組電壓比較器構成，通過電位器或溫度、電流、壓力等傳感器產生的控制電壓實時控制所接比較器濾除環型計數器送來的對應方波，以實現選頻功能。由於前面電路送來的方波剛好為交流電壓的一個周期，因而經光耦觸發電路可觸發後面的晶閘管實現選通正弦波電壓理想的過零切換。空調節電器用熱敏電阻來產生選頻控制電壓，電機節電器則用電流互感器產生的電壓來控制選頻開關，按需切除一定數量的周波電壓而實現自動節電運行。通用選頻調速調功器則可直接用一組二進位按鍵開關或用電位器控制的電子開關來實現選頻功能，單相、三相均可。
如圖2所示的三相選頻調速調功器，它由三相相同的電路結構組成，包括有由整流變壓器B1、二極體D1、電容器C1構成的整流電路1，由電壓比較器a、齊納二極體DW1、電阻R4、R10構成的正弦方波變換電路2，由10位環型計數器IC1、電阻R13-R22、發光二極體LED1-LED10構成的方波展寬電路3，由二極體D5-D14、開關K1-K4構成的手動選頻開關電路4，由光電耦合器MOC1、電阻R43構成的光耦觸發電路和晶閘管SCR1、電阻R46、電容C3構成的晶閘管開關6；還設有一個由比較器d、三極體BG、二極體D4、電阻R1、R2、R3、R7、R8、R9組成的缺相保護電路；正弦方波變換電路的電壓取樣端電阻R4的一端與整流變壓器B1的次級繞組的一端連接，輸出端與方波展寬電路的輸入端10位環型計數器的14腳連接，方波展寬電路輸出端並聯連接後與光耦觸發電路中的光電耦合器MOC1輸入端1腳連接，光電耦合器的輸出端4腳與晶閘管開關中的晶閘管SCR1的控制極連接，晶閘管的輸出端與電器負載的各相電源輸入端連接，選頻開關電路的二極體D5-D14的正端分別與方波展寬電路輸出端1-10號位電阻R13-R22的一端連接，二極體的負端各相8號位並聯後與開關K1的一端連接，各相3、7號位並聯後與開關K2的一端連接，各相2、4、6號位並聯後與開關K3的一端連接，各相1、5、9、10號位並聯後與開關K4的一端連接，開關K1、K2、K3、K4的另一端並聯後接地；缺相保護電路中的匯接電阻R1、R2、R3分別與各相整流電路的整流變壓器B1、B2、B3的次級繞組上的取樣端電阻R4、R5、R6連接，輸出端三極體BG的射極與各相方波展寬電路的10位環型計數器IC1、IC2、IC3的16腳連接。
變壓器B1、B2、B3既提供整個裝置的直流電源，又為由三個比較器a、b、c構成的三相正弦波/方波變換電路提供取樣電壓，同時還通過R1、R2、R3三個匯接電阻提供缺相信號經d4整流饋入比較器d而實現缺相保護。各相方波展寬電路中的CD4017環型計數器IC1、IC2、IC3輸出的方波則由K1-K4按需切除K1切除各相的8號方波，K2切除各相的3、7號方波，K3切除各相的2、4、6號方波，K4切除各相的1、5、9、10號方波。通過此四個開關即可按需選通1-10號系列方波。用於電機起動時只須按下K3或K4選通3或4個序號的方波即可，其後則可按需選通其餘三個開關控制的相應方波，用於水泵調揚程、風機調風量、壓縮機調出力和加熱設備調溫等等都十分便。選通的周波均有發光二極體準確指示。單相選頻調速調功器取附圖2中一相電路即可。本發明中晶閘管均為過零切換方式工作，既不會對電網帶來諧波汙染，又大大提高了自身的可靠性。
如需選頻精度更高，則可用多個CD4017組成20-100位環型計數器來構成節電器或選頻調速調功器。各相的方波展寬電路3中的10位環型計數器IC1的輸出端不少於一個號位連接有相同的10位環型計數器IC5，各號位上的10位環型計數器IC5的輸出端與光耦觸發電路5的輸入端和選頻開關電路4的選頻端連接。100位環型計數器的級連電路如附圖4所示。若只需20-90位環型計數器，按需加連反饋復位電路即成。
本發明的一個採用單相的實施例如圖3所示，由整流變壓器B、二極體D41、D42、電容C11構成的整流電路1，電壓比較器1a、齊納二極體DW、電阻R51、R52構成的正弦方波變換電路2，10位環型計數器IC、電阻R53-R62、發光二極體LED41-LED50構成的方波展寬電路3，電壓比較器2a、1b、2b、1c、2c、1d、2d、電阻R63-R71、電容C12、二極體D43-D44、熱敏電阻+t、-t、開關K構成的電子選頻開關電路4，光電耦合器MOC、電阻R72構成的光耦觸發電路5和晶閘管SCR、電阻R73、電容C13構成的晶閘管開關6組成單相空調節電器；正弦方波變換電路的電壓取樣端電阻R51與整流變壓器的次級繞組的一端連接，輸出端與方波展寬電路中的10位環型計數器IC的輸入端14腳連接，方波展寬電路的輸出端10位環型計數器IC的1、5、9、10四個號位輸出端並聯後經二極體D43與光電耦合器MOC的1腳連接，10位環型計數器的2、3、4、6、7、8六個號位輸出端並聯後與電壓比較器1d的輸出端14腳連接，再經二極體D44與光電耦合器的1腳連接，光電耦合器MOC的輸出端4腳與晶閘管開關中的晶閘管SCR的控制極連接，晶閘管的輸出端與空調器的電源輸入端連接，電子選頻開關電路中的電壓比較器2a、1b、2b、1c、2c、2d、的反相輸入端並聯後與開關K的一端連接，開關K的另一端按空調工作模式與熱敏電阻+t、-t的一端連接，電壓比較器2a、1b、2b、1c、2c、2d的輸出端分別與方波展寬電路中的10位環型計數器的6、8、3、2、7、4號位的輸出端連接。
變壓器B和D41、D42與C11組成整個裝置所需的直流電源電路。B的次級交流電壓通過R51和齊納二極體DW加到集成比較器LM339的1a單元完成正弦波/方波變換，所得方波直接送到CD4017環型計數器IC展寬成寬度剛好為交流正弦波的一個周期並一個緊接一個的系列方波，其輸出則分成兩路加到光電耦合器MOC一路為1、5、9、10四序號脈衝通過D43加到MOC，用以開機時起動空調和空調達到製冷或制熱的極限溫度時以40％的電耗維持其最經濟的運轉；另一路2、3、4、6、7、8序號脈衝則通過D44加到MOC，開機時由比較器1d組成的半分鐘延時電路將此六號系列脈衝全部切除，將起動頻率降為電源頻率的2/5，使起動電流減少3/5，以保節電起動；空調運轉過程中再通過比較器1b到2d組成的六級電子開關按需切除一定的周波以實現節電。運行中選通的周波均由發光二極體LED41-LED50隨時指示。六級電子開關均由置於機外直接感受室溫變化的熱敏電阻控制。製冷時通過開關K接負溫度係數的熱敏電阻-t，制熱時則接正溫度係數的熱敏電阻+t，如圖3所示。本空調節電器的節電機理有三一是起動時可將起動電流減少60％，二是空調運轉過程中能夠適時遞減輸入電功率，三是間歇脈衝工作方式本身還有節電效果。
對於使用三相電機的大型空調設備，可綜合圖2和圖3電路組成三相電機空調節電器。如用於電機節電，則可用電流傳感器取得隨電機負荷情況而變化的控制電壓加到多個比較器組成的電子開關按需切除一定數量的周波數即能實現節電。
權利要求
1.一種選頻調速調功器，其特徵在於它由一相或三相相同的整流電路(1)、正弦方波變換電路(2)、方波展寬電路(3)、選頻開關電路(4)、光耦觸發電路(5)和晶閘管開關(6)組成，正弦方波變換電路(2)的電壓取樣端與整流電路(1)的整流變壓器的次級連接，輸出端與方波展寬電路(3)的輸入端連接，方波展寬電路的輸出端與光耦觸發電路(5)的輸入端連接，光耦觸發電路的輸出端與晶閘管開關的控制端連接，晶閘管開關的輸出端與電器負載各相的交流電源輸入端連接，選頻開關電路(4)採用手動或電子開關，選頻開關電路的選頻端與方波展寬電路需切除的周波電壓輸出端連接。
2.按權利要求1所述的選頻調速調功器，其特徵在於它由三相相同的電路結構組成，包括有由整流變壓器(B1)、二極體(D1)、電容器(C1)構成的整流電路(1)，由電壓比較器(a)、齊納二極體(DW1)、電阻(R4、R10)構成的正弦方波變換電路(2)，由10位環型計數器(IC1)、電阻(R13-R22)、發光二極體(LED1-LED10)構成的方波展寬電路(3)，由二極體(D5-D14)、開關(K1-K4)構成的手動選頻開關電路(4)，由光電耦合器(MOC1)、電阻(R43)構成的光耦觸發電路和晶閘管(SCR1)、電阻(R46)、電容(C3)構成的晶閘管開關(6)；還設有一個由比較器(d)、三極體(BG)、二極體(D4)、電阻(R1、R2、R3、R7、R8、R9)組成的缺相保護電路；正弦方波變換電路的電壓取樣端電阻(R4)的一端與整流變壓器(B1)的次級繞組的一端連接，輸出端與方波展寬電路的輸入端10位環型計數器的14腳連接，方波展寬電路輸出端並聯連接後與光耦觸發電路中的光電耦合器(MOC1)輸入端1腳連接，光電耦合器的輸出端4腳與晶閘管開關中的晶閘管(SCR1)的控制極連接，晶閘管的輸出端與電器負載的各相電源輸入端連接，選頻開關電路的二極體(D5-D14)的正端分別與方波展寬電路輸出端1-10號位電阻(R13-R22)的一端連接，二極體的負端各相8號位並聯後與開關K1的一端連接，各相3、7號位並聯後與開關K2的一端連接，各相2、4、6號位並聯後與開關K3的一端連接，各相1、5、9、10號位並聯後與開關K4的一端連接，開關K1、K2、K3、K4的另一端並聯後接地；缺相保護電路中的匯接電阻(R1、R2、R3)分別與各相整流電路的整流變壓器(B1、B2、B3)的次級繞組上的取樣端電阻(R4、R5、R6)連接，輸出端三極體(BG)的射極與各相方波展寬電路的10位環型計數器(IC1、IC2、IC3)的16腳連接。
3.按權利要求1所述的選頻調速調功器，其特徵在於由整流變壓器(B)、二極體(D41、D42)、電容(C11)構成的整流電路(1)，電壓比較器(1a)、齊納二極體(DW)、電阻(R51、R52)構成的正弦方波變換電路(2)，10位環型計數器(IC)、電阻(R53-R62)、發光二極體(LED41-LED50)構成的方波展寬電路(3)，電壓比較器(2a、1b、2b、1c、2c、1d、2d)、電阻(R63-R71)、電容(C12)、二極體(D43-D44)、熱敏電阻(+t、-t)、開關K構成的電子選頻開關電路(4)，光電耦合器(MOC)、電阻(R72)構成的光耦觸發電路(5)和晶閘管(SCR)、電阻(R73)、電容C13構成的晶閘管開關(6)組成單相空調節電器；正弦方波變換電路的電壓取樣端電阻(R51)與整流變壓器的次級繞組的一端連接，輸出端與方波展寬電路中的10位環型計數器(IC)的輸入端14腳連接，方波展寬電路的輸出端10位環型計數器(IC)的1、5、9、10四個號位輸出端並聯後經二極體(D43)與光電耦合器(MOC)的1腳連接，10位環型計數器的2、3、4、6、7、8六個號位輸出端並聯後與電壓比較器(1d)的輸出端14腳連接，再經二極體D44與光電耦合器的1腳連接，光電耦合器(MOC)的輸出端4腳與晶閘管開關中的晶閘管(SCR)的控制極連接，晶閘管的輸出端與空調器的電源輸入端連接，電子選頻開關電路中的電壓比較器(2a、1b、2b、1c、2c、2d)、的反相輸入端並聯後與開關K的一端連接，開關K的另一端按空調工作模式與熱敏電阻(+t、-t)的一端連接，電壓比較器(2a、1b、2b、1c、2c、2d)的輸出端分別與方波展寬電路中的10位環型計數器的6、8、3、2、7、4號位的輸出端連接。
4.按權利要求1或2所述的選頻調速調功器，其特徵在於各相的方波展寬電路(3)中的10位環型計數器(IC1)的輸出端不少於一個號位連接有相同的10位環型計數器(IC5)，各號位上的10位環型計數器(IC5)的輸出端與光耦觸發電路(5)的輸入端和選頻開關電路(4)的選頻端連接。
全文摘要
本發明涉及電力電子技術中的調速調功器，特別是一種選頻調速調功器，其特徵在於它由一相或三相相同的整流電路、正弦方波變換電路、方波展寬電路、選頻開關電路、光耦觸發電路和晶閘管開關組成，正弦方波變換電路的電壓取樣端與整流電路的整流變壓器的次級連接，輸出端與方波展寬電路的輸入端連接，方波展寬電路的輸出端與光耦觸發電路的輸入端連接，光耦觸發電路的輸出端與晶閘管開關的控制端連接，晶閘管開關的輸出端與電器負載各相的交流電源輸入端連接，選頻開關電路採用手動或電子開關，選頻開關電路的選頻端與方波展寬電路需切除的周波電壓輸出端連接。
文檔編號H02M5/00GK1437315SQ03117498
公開日2003年8月20日 申請日期2003年3月18日 優先權日2003年3月18日
發明者王先倫 申請人:王先倫