智能型電機高效節電器的製作方法
2023-05-24 04:57:01
專利名稱：智能型電機高效節電器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電機節電控制，特別是一種智能型電機高效節電器。
背景技術：
我國三相異步電動機的使用數量佔各種電機總數量的78％以上，用途十分廣泛。一般企業有幾臺幾十臺、大企業有幾百臺，超大企業有數千臺，其所耗的電能約佔工業總耗電量的68％。而絕大多數電機經常處在空載、輕載、中載和變負載(空、輕、重交替工作)的情況下運行，負載率低(大馬拉小車)、工作效率低、電能終端利用率只有30％～40％，電能損耗現象嚴重，節電潛力巨大。
三相異步電機的工作效率與負載率關係密切，負載率越低效率越低。
發明內容
本發明的目的是提供一種能根據電機負載率的大小、調整電機輸入功率，以保證電機在最佳效率下工作的電機節電器，提高電機實際工作效率，達到節電效果。
所述節電器包括電機負載檢測及電機功率調整兩部分，由調功單元1，電壓取樣單元2，檢零單元3，鋸齒波形成單元及調功信號合成單元4、5，方波振蕩器7，起動運轉轉換單元9，軟停車單元8，缺相、過載保護單元10、11，軟起動單元13以及二檔電流取樣單元14、15組成，其特徵是電機負載率的檢測分電壓取樣，電流取樣，電壓電流相位比較，合成電壓濾波輸出四部分進行；電機功率調整分檢零、與電源同相位的負相鋸齒波形成，模塊調相信號合成，可控矽模塊調相輸出四部分進行；電機負載率檢測主要由電壓取樣單元、電流取樣單元、鑑相單元及調功信號合成單元完成；電機功率調整主要由檢零單元、鋸齒波形成單元，調功信號合成單元方波振蕩器，調功單元完成。
所說節電器軟起動單元、過載保護單元、缺相保護單元的信號輸入端與電流取樣單元15的輸出端相連，上述三者的輸出端與調功信號合成單元的輸出端相連並經切換開關6而與調功單元的一信號輸入端相連。
所述節電器以電機的工作電流和電壓作為取樣元，對取樣信號進行比較分析，確定電機的工作狀態，並跟蹤饋電，使電機輸入功率隨負載的變化而同步變化，強制降低工作電流，達到節電目的。所取得的取樣信號同時還用以控制電機的恆源軟起動、過載、缺相保護等。
本發明具有以下優點1、恆流軟起動將起動電流控制在額定電流的1～2.5倍，並連續可調，減輕衝擊電流對電機、設備及電網造成的損害，改善系統的穩定性。可取代降壓起動器，節約大量的有色金屬。適用於不同工況用起動器，應用範圍廣泛。
2、節電效果顯著自動控制電機輸入功率，大幅度提高電機實際運行效率，延長電機使用壽命。綜合節電≥18％，輕載節電≥60％，同時改善功率因素，提高供用電雙方的經濟效益。
3、保護功能完善缺相、過載、過壓、欠壓、短路等具有自動保護功能。過載保護電流，過載保護延時時間可自由設定。各種保護均具有自鎖功能。
4、高可靠免維護採用最新電力電子控制模塊取代接觸器，無觸點、無電孤、壽命長、安全可靠、維護費用低，同時還具有體積小(100KW以下50×35×23cm3)、重量輕、調試安裝方便等一系列優點，是傳統配電櫃及電機起動設備的更新換代產品。
圖1是本發明原理方框圖。
實施方式節電器主要分為二部分一是負載率的檢測，二是電動機功率的調整。
在實際電路中，電動機負載率的檢測是通過檢測電動機電壓與電流的相位差來實現的(相位差越大負載率越低，相位差越小負載率越率)。電動機功率的調整，是通過改變可控矽模塊的導通角(即改變電動機電壓的平均值)來實現的。
各單元工作過程如下1、電壓取樣，電流取樣。
電壓取樣由光偶合板完成3相380V正弦交流電，經5W220KΩ電阻降壓，二極體限幅送到324進行整行放大，通過光電偶合器隔離輸出到G1、G2、G3。輸出信號為方波信號，與380V交流電同相位。電流取樣由並聯在可控矽上的同步變壓器完成。
2、電流、電壓相位比較合成信號的濾波輸出。
電壓取樣信號G1(取1相分析)與電流取樣信號經N1整形反相，在N1的7腳，1腳得到與電機電壓同相位的2個反相方波信號。在N1的8、14腳上得到與電動機電流同相位的2個反相方波信號。相位相反的電壓，電流信號相加(I、V同相輸出為零，I、V相位差越大輸出電壓越高)便得到了與電流電壓相位差成正比的電壓信號。這一合成信號經R32、R31、R33輸出，C23濾波，NA、NB濾波放大，引入W2、W4，從NB的14腳輸出，經R01、二極體、R54送到N4的10腳。
3、檢零及鋸齒波形成N1的7、1腳輸出的方波信號，另一路經C7、R25、C8、R26微分在N4的6腳上形成一個極性為負的針狀脈衝，此針狀脈衝與三相交流電的過零點對應。通常N4的7腳輸出電壓，在N4、6腳負針狀脈衝的作用下，N4、7腳出現與針狀脈衝對應的正脈衝。這一正脈衝經V19、V20、C13、R48充放電在C13上形成與電源同相位的負相鋸齒波。
3、可控矽調相信號的合成放大及可控矽調相輸出(圖示)可控矽調相信號合成由N4完成，放大由G1、G4完成。與電源同相位的負相鋸齒波及反映電壓、電流相位差的合成信號，分別從N4的9腳和10腳輸入，經N4比較，在N4的8腳輸出一個方波信號，方波信號的寬度受電壓電流相位差的控制，N12組成7KHZ方波振離器，其輸出信號經R61送到G1的基極。方波信號作為一個開關信號，通過V25控制G1基極7KHZ高頻信號的通斷，受控的高頻信號經G1、G4放大，脈衝變壓器隔離後觸發可控矽模塊，使可控矽模塊的導通角也受電機電壓、電流相位差的控制，從而達到根據電機負載率大小調整電機輸入功率的目的。
4、缺相保護T4互感器上的感應電流經R172變成電壓，經二極體整流、R92、C17濾波形成一個負電壓加到N6的2腳，N6的3腳予置為-0.1V左右。正常工作時N6的腳電壓比3腳低，1腳輸出高電位(N6的2、3、1腳組成一個比較器)，當電機缺相時互感器上的電壓為零。N6的2腳電壓比3腳高，1腳輸出低電位，經V37、R105、V42使G1基極的KHZ高頻信號被切斷，可控矽關斷，達到保護電機的目的。
5、軟起動電機電流、互感器、二極體、R110、N76、7腳，N73、1腳，N82、1腳，R155、V54、R70形成一個閉環控制迴路，當啟動電流增大，N76腳電壓降低，7腳電壓升高，3腳電壓升高，當高於2腳的設定值時1腳電壓升高。N81腳電壓降低，N410腳電壓降低，可控矽導通角減小，電機電壓降低，電機電流也隨著降低，使電機起動電流保持在設定值上。
6、過載保護。
電機電流、互感器、二極體、R128、N7的12、14腳、N8的8、10腳、V56、R133腳的設定值時，N714腳為低電壓，經R131、W6、C33延時N88腳為低電壓，經V56、R133將7KHZ高頻信號切斷，可控矽關斷，電機斷電。
7、起動工作自動轉換。
預備狀態時，N9的10、13腳電壓比12腳低0.5V，此時的邏輯狀態如圖標所示，N9的1腳為高電位，通過V61將節電器的功率跟蹤部分關斷，N11的10腳為低電位，通過V49、V50將節電器的過載保護部分關斷，此時節電器為起動狀態。當電機起動後，N9的10、13腳電壓上升，當升到比N9的9腳電壓還要高時，整個電路發生翻轉，開始的高電位現在成為低電位，開始的低電位現在成為高電壓，節電器由起動狀態轉為工作狀態，此時起動部分被關斷。
權利要求
1.一種智能型電機高效節電器，包括電機負載檢測及電機功率調整兩部分，由調功單元(1)，電壓取樣單元(2)，檢零單元(3)，鋸齒波形成單元及調功信號合成單元(4、5)，方波振蕩器(7)，起動運轉轉換單元(9)，軟停車單元(8)，缺相、過載保護單元(10、11)，軟起動單元(13)以及二檔電流取樣單元(14、15)組成，其特徵是電機負載率的檢測分電壓取樣，電流取樣，電壓電流相位比較，合成電壓濾波輸出四部分進行；電機功率調整分檢零、與電源同相位的負相鋸齒波形成，模塊調相信號合成，可控矽模塊調相輸出四部分進行；電機負載率檢測主要由電壓取樣單元、電流取樣單元、鑑相單元及調功信號合成單元完成；電機功率調整主要由檢零單元、鋸齒波形成單元，調功信號合成單元方波振蕩器，調功單元完成。
2.根據權利要求1所說的電機高效節電器，其特徵是所說的節電器軟起動單元、過載保護單元、缺相保護單元的信號輸入端與電流取樣單元(15)的輸出端相連，上述三者的輸出端與調功信號合成單元的輸出端相連並經切換開關(6)而與調功單元的一信號輸入端相連。
3.根據權利要求1所說的電機高效節電器，其特徵是所述節電器以電機的工作電流和電壓作為取樣元，對取樣信號進行比較分析，確定電機的工作狀態，並跟蹤饋電，使電機輸入功率隨負載的變化而同步變化，強制降低工作電流。
全文摘要
一種智能型電機高效節電器，包括電機負載檢測及電機功率調整兩部分，由調功單元1，電壓取樣單元2，檢零單元3，鋸齒波形成單元及調功信號合成單元4、5，方波振蕩器7，起動運轉轉換單元9，軟停車單元8，缺相、過載保護單元10、11，軟起動單元13以及二檔電流取樣單元14、15組成，電機負載率的檢測分電壓取樣，電流取樣，電壓電流相位比較，合成電壓濾波輸出四部分進行；電機功率調整分檢零、與電源同相位的負相鋸齒波形成，模塊調相信號合成，可控矽模塊調相輸出四部分進行；本發明的優點是能恆流軟起動，可將起動電流控制在額定電流的1～2.5倍，並連續可調，能自動控制電機輸入功率，大幅度提高電機實際運行效率，延長電機使用壽命；具有缺相、過載、過壓、欠壓、短路等自動保護功能。
文檔編號H02H7/085GK1525638SQ03118698
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月26日 優先權日2003年2月26日
發明者徐聯生 申請人:徐聯生