全自動三相電機功率適配器的製作方法

2023-05-13 13:59:36 2

專利名稱：全自動三相電機功率適配器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機功率適配器，特別是一種全自動的三相電機功率適配器。
背景技術：
在工農業生產中，普遍使用的機械設備所選擇的電機都是按照機械所需的最大功 率來配套，而電機在空載和輕載運行時，電機效率和功率因數降低，造成大量能源浪費。目 前，人們研究了一些電機輕載時降低輸入電機的功率的裝置，這類裝置主要有一種是利用 三個電抗器與三個雙向可控矽並聯串接在電機的主迴路上，滿載時可控矽全導通電機全壓 工作，輕載時可控矽關斷，電流經過電抗器產生壓降，電機低壓運行從而達到降低輸入電機 的功率的目的。但是，這種裝置對電機的輸入功率不能動態跟蹤，且裝有電抗器，而電抗器 的線圈體積大，鐵芯重，安裝不便，也損耗一定電能。另一種是採用微電腦技術，通過電壓傳 感器和電流傳感器採集電機的電壓及電流，追蹤電機運行的工作狀態，再通過可控矽調整 電機的電壓以調節輸入電機的功率，以達到電機的最佳功率運行狀態，但這種裝置的缺點 是不同型號電機的額定電流和功率因素不同，電機的有功功率計算複雜，技術難度大。還有 一種是通過模擬的方法測量出輸入電壓與電流的相位差，根據輸入電壓與電流的相位差的 大小而調整電機的電壓，達到功率適配的目的。此種裝置通過模擬的方法測量輸入電壓與 電流的相位差，其準確度較低，且電路較複雜，在不同負載率下不一定能取得最佳節電效果 等弊端。
發明內容本發明的目的在於避免上述現有技術的不足之處而提供一種簡單、可靠的，可以 根據電機負載的變化自動調節加在電機上的功率而實現對三相電機功率的最佳匹配。本發明是這樣來實現上述目的的全自動三相電機功率適配器，其特徵在於包括相位差檢測電路、電源電路、CPU控 制電路、電流放大電路、觸發電路。三相電經可控矽與三相電機相連接，三相電的其中二相 與電源電路的輸入端相連接，電源電路的輸出端為相位差檢測電路及CPU控制電路提供5V 電源，相位差檢測電路的輸入端連接可控矽的輸入端及輸出端，相位差檢測電路的輸出端 連接CPU控制電路，CPU控制電路連接電流放大電路，電流放大電路的輸出端連接觸發電 路，三相電經觸發電路後與三相電機相連。本發明的有益效果是由於採用了相位差檢測電路、CPU控制電路、電流放大電 路，由電流放大電路輸出信號的變化來改變可控矽導通角，將加在電機上的電壓升高或降 低，以改變輸入電機的功率。當在電源接線端加上電壓時，相位差檢測電路檢測到電機的電 壓與電流的相位差很小時，CPU控制電路輸出一個佔空比高的方波信號，經電容濾波後形成 一個高電壓信號加到電流放大電路的輸入端，經放大後通過可控矽觸發電路調整可控矽完 全導通，使可控矽輸出電壓最高，以保證電機起動時的輸入功率最大。在電機處於空載時， 輸入電機的電壓與電流的相位差最大，CPU控制電路輸出一個佔空比低的方波信號，經電容濾波後形成一個低電壓信號加到電流放大電路的輸入端，再經電流放大電路放大後輸出至 可控矽觸發電路，控制可控矽部分導通，降低電壓和電流，從而降低輸入電機的功率；隨著 電機的負載增大時，輸入電機的電壓與電流的相位差變小，CPU控制電路輸出方波信號的佔 空比增大，經電容濾波後形成的電壓信號強度增大，輸入到電流放大電路的電流信號增大， 調整可控矽的導通角，升高電壓，從而升高輸入電機的功率；當電機重載時，電機的電壓與 電流的相位差很小，CPU控制電路輸出一個佔空比高的方波信號，經電容濾波後形成一個高 電壓加到電流放大電路輸入端，經電流放大電路放大後輸出到可控矽觸發電路，調整可控 矽完全導通。從而實現重載可控矽全導通，空載或輕載部分導通，降低電壓和電流，從而實 現電機功率的自動適配。

附圖的圖面說明如下圖1為本發明的電路方框圖。圖2為實現圖1的電路原理圖。
具體實施方式
如下參照圖1，全自動三相電機功率適配器，包括相位差檢測電路Al、電源電路A2、CPU 控制電路A3、電流放大電路A4、觸發電路A5。電源電路A2給相位差檢測電路Al及CPU控 制電路A3供電，相位差檢測電路Al的輸出端連接CPU控制電路A3，CPU控制電路A3連接 電流放大電路A4，電流放大電路A4的輸出端連接觸發電路A5，三相電Li、L2、L3經觸發電 路A5後與三相電機相連。下面參照圖2對各電路的組成及原理作詳細的描述1)相位差檢測電路Al，用於產生電壓與電流的相位差信號。包括橋式整流器D4 及D5、光耦TlO及T11、三極體T12、電阻R13、R14、R15、R16、R17、R18。橋式整流器D4的輸 入端分別與可控矽T3的輸入端和輸出端相連，橋式整流器D4的輸出端經限流電阻R12後 與光耦TlO的輸入端相連，光耦TlO的輸出端與中央處理器Ul的19腳和電阻R18相連，電 阻R18的另一端接+5V電源，光耦TlO的另一輸出端與電源電路的負極相連；電阻R14、R15 的一端分別接可控矽T2、T1的輸入端，電阻R14、R15的另一端接電源電路的負極，電阻Rll 的一端接可控矽T3的輸入端，電阻Rll的另一端接橋式整流器D5的輸入端，橋式整流器D5 的另一輸入端接電源電路的負極，橋式整流器D5的輸出端經限流電阻R13後與光耦Tll的 輸入端相連，光耦Tll的輸出端與三極體T12的基極和電阻R16相連，光耦Tll的另一輸出 端與電源電路的負極相連，三極體T12的集電極與中央處理器Ul的11腳和電阻R17相連， R16、R17的另一端接+5V電源，三極體T12的發射極接電源電路的負極。當接通電源後，正 弦交流電信號經橋式整流器D5全波整流後，形成半周期的正向正弦波信號，輸入光耦Tll 後輸出一個脈衝信號，經三極體T12反向後輸入中央處理器Ul的11腳；與此相同，可控矽 T3的輸入端和輸出端的電壓差信號經橋式整流器D4全波整流後，形成半周期的正向正弦 波信號，輸入光耦TlO後輸出一個脈衝信號輸入到中央處理器Ul的19腳，經中央處理器Ul 計算出以上兩個脈衝信號的時間差，則可得到電壓與電流的相位差。2)電源電路A2，給相位差檢測電路Al及CPU控制電路A3提供+5V的直流電。包 括變壓器Bi、橋式整流器D6、濾波電容C5及C6、三端穩壓器T13。380V交流電經變壓器Bl
4變為9V後，再經橋式整流器D6和濾波電容C5濾波後輸入三端穩壓器T13，由三端穩壓器 T13輸出+5V的直流電。3) CPU控制電路A3，用於處理相位差檢測電路Al輸出的相位差信號，並控制輸入 到電流放大電路A4的輸入電流。包括中央處理器U1、二極體D3、電阻R19、電容C4、以及其 它外圍電路(略)。中央處理器Ul的11腳、19腳分別與相位差檢測電路Al的輸出端連接， 中央處理器Ul的1腳與R19相連，R19與與二極體D3相連，二極體D3與電容C4和電流放 大電路的輸入電阻RlO相連。中央處理器Ul的11腳與19腳分別接收到相位差檢測電路 Al輸出的脈衝信號後，通過程序計算出二個不同信號的相鄰二個脈衝之間的時間差值，該 時間差值的大小即代表輸入電機的電壓與電流的相位差的大小。根據該時間差值的大小， 中央處理器Ul的1腳輸出不同佔空比的方波。當時間差值大時，中央處理器Ul的1腳輸 出一個佔空比低的方波，經電容C4濾波後形成一個低電壓輸入到電阻R10，從而輸入一個 小的電流信號到電流放大電路的輸入端；當該時間差值變小時，中央處理器Ul的1腳輸出 的方波其佔空比變大，經電容C4濾波後加到RlO的電壓也變大，輸入電流放大電路A4的電 流信號變大。從而實現由電壓和電流的相位差的大小，而改變輸入到電流放大電路A4電流 的大小。4)電流放大電路A4電流放大電路A4，將中央處理器Ul輸出的電流信號進行放大，以驅動觸發電路 A5，包括三組電流放大子電路A41、A42、A43，每個子電路分別包括光電耦合器T7、T8、T9，電 阻R7、R8、R9，電阻R4、R5、R6，三極體 ~4、Τ5、Τ6，輸入限流電阻R10。中央處理器Ul電流輸 出端經限流電阻RlO與光電耦合器Τ7、Τ8、Τ9的輸入端串連，光電耦合器Τ7、Τ8、Τ9的輸出 端與電阻R7、R8、R9和三極體Τ4、Τ5、Τ6的基極相連，電阻R7、R8、R9的另一端與電阻R4、 R5、R6和觸發電路A3的橋式整流器Dl、D2、D3輸出端相連，電阻R4、R5、R6的另一端與三 極管Τ4、Τ5、Τ6的集電極相連，三極體Τ4、Τ5、Τ6的發射極與觸發電路Α5的橋式整流器D1、 D2、D3另一輸出端相連。以其中第一相Ll為例，當A3輸出的電流信號增大時，經過RlO的 電流增加，光電耦合器T7內發射的紅外線也增加，使光電耦合器T7內三極體導通加深，經 電阻R7的電流也增加，驅動三極體T4導通加深，起到電流放大的作用。5)觸發電路A5根據電流放大電路A4的控制信號控制可控規的導通角，實現對電機的電壓和電 流的調節，以實現功率適配的目的。包括三組用於各相的觸發子電路A51、A52、A53，每個 子電路包括電容C1、C2、C3，電阻R1、R2、R3，觸發二極體DZ1、DZ2、DZ3，雙向可控規Tl、T2、 T3，橋式整流器D1、D2、D3。每相電的輸入端與雙向可控規T1、T2、T3串接後與電機相連，同 時每相電的輸入端與電容Cl、C2、C3相連，電容Cl、C2、C3的另一端與橋式整流器Dl、D2、 D3的輸入端和電阻Rl、R2、R3相連，橋式整流器Dl、D2、D3的另一輸入端與電機相連，電阻 Rl、R2、R3的另一端與觸發二極體DZ1、DZ2、DZ3相連，觸發二極體DZ1、DZ2、DZ3的另一端 與雙向可控規Τ1、Τ2、Τ3的控制端相連。以其中第一相Ll為例，當Α4輸出的控制信號增大 時，電容Cl的衝放電加快，則經觸發二極體DZl觸發可控矽Tl的導通角加大，從而輸出高 電壓給電動機工作；反之，當Α4輸出的控制信號減小時，電容Cl的衝放電減慢，則經觸發二 極管DZl觸發可控矽Tl的導通角減小，從而輸出低電壓給電動機工作。第二相與第三相同 理。因此可控矽Tl、Τ2、Τ3的輸出電壓隨輸入電機的電壓與電流的相位差變小而增大。相反當輸入電機的電壓與電流的相位差增大時，可控矽T1、T2、T3的導通角變小，輸出電壓降 低，實現功率適配的目的。 本發明結構簡單，對電機負載的變化實現功率自動匹配，工作穩定可靠，生產成本 低，節電效果明顯，適合於三相電機配套使用。
權利要求1.全自動三相電機功率適配器，其特徵在於包括相位差檢測電路(Al)、電源電路 (A2)、CPU控制電路(A3)、電流放大電路(A4)、觸發電路(A5)，電源電路(A2)給相位差檢 測電路(Al)及CPU控制電路(Α； )供電，相位差檢測電路(Al)的輸出端連接CPU控制電路 (A3)，CPU控制電路(A3)連接電流放大電路(A4)，電流放大電路(A4)的輸出端連接觸發電 路仏5)，三相電1^1、1^2、1^3經觸發電路(A5)後與三相電機相連。
2.根據權利要求1所述的全自動三相電機功率適配器，其特徵在於所述相位差檢測電 路(Al)，用於產生電壓與電流的相位差信號，包括橋式整流器D4及D5、光耦TlO及T11、三 極管112、電阻1 13、1 14、1 15、1 16、1 17、1 18，橋式整流器D4的輸入端分別與可控矽T3的輸 入端和輸出端相連，橋式整流器D4的輸出端經限流電阻R12後與光耦TlO的輸入端相連， 光耦TlO的輸出端與中央處理器Ul的19腳和電阻R18相連，電阻R18的另一端接+5V電 源，光耦TlO的另一輸出端與電源電路的負極相連；電阻R14、R15的一端分別接可控矽T2、 Tl的輸入端，電阻R14、R15的另一端接電源電路的負極，電阻Rll的一端接可控矽T3的輸 入端，電阻Rll的另一端接橋式整流器D5的輸入端，橋式整流器D5的另一輸入端接電源電 路的負極，橋式整流器D5的輸出端經限流電阻R13後與光耦Tll的輸入端相連，光耦Tll 的輸出端與三極體T12的基極和電阻R16相連，光耦Tll的另一輸出端與電源電路的負極 相連，三極體T12的集電極與中央處理器Ul的11腳和電阻R17相連，R16、R17的另一端接 +5V電源，三極體T12的發射極接電源電路的負極。
專利摘要本實用新型公開了一種全自動三相電機功率適配器，其特徵在於包括相位差檢測電路、電源電路、CPU控制電路、電流放大電路、觸發電路。三相電經可控矽與電機相連接，相位差檢測電路的輸入端連接可控矽的輸入及輸出端，相位差檢測電路的輸出端連接CPU控制電路，CPU控制電路連接電流放大電路，電流放大電路的輸出端連接觸發電路，三相電經觸發電路與電機相連。由於採用了相位差檢測電路、CPU控制電路、電流放大電路，由電流放大電路輸出信號的變化來改變可控矽導通角，將加在電機上的電壓升高或降低，以改變輸入電機的功率。本實用新型結構簡單，對電機負載的變化實現功率自動匹配，工作穩定可靠，節電效果明顯，適合於三相電機配套使用。
文檔編號H02P27/02GK201887719SQ20102060192
公開日2011年6月29日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者陳小榴 申請人:陳小榴