電動機軟起動及節能控制裝置的製作方法
2024-03-25 00:41:05
專利名稱：電動機軟起動及節能控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電動機軟起動及節能控制裝置，主要用於抽油機、風機、水泵、壓縮機、工具工具機類、大型傳送帶、紗廠、染整機械、吊車、水泥業、砂石業、鋼鐵治金行業、木工機械、磨木機、電線電纜行業、注塑機、液體灌裝機、塑料廠粉碎機等所使用的需降壓起動的30KW以上容量的電動機。
啟動裝置是電動機運行並帶動其負荷進行正常工作的保證，優良的啟動裝置對減少電動機起動轉矩，降低電動機損耗，延長電動機壽命，減少起動電流對電網衝擊是非常重要的。
本實用新型的目的可以通過以下措施來實現包括電源同步電路、移相器、振蕩器、觸發電路、可控矽模塊、功率因數檢測電路、調壓控制電路、軟起動電路及直流電源電路，所述的電源同步電路的輸入端與交流電源連接，其輸出端連接移相器的一個輸入端，其另一輸入端來自調壓控制電路的輸出端，移相器的輸出端和振蕩器的輸出端連接到觸發電路的兩個輸入端，其輸出端連接到可控矽模塊的控制極；該可控矽模塊的兩個主電極串聯在被控電動機電源線路中，在該可控矽模塊的兩個主電極上連接所述的功率因數檢測電路的輸入端，其輸出端及軟起動電路的輸出端分別連接到所述的調壓控制電路的兩個對應的輸入端；直流電源電路的輸出端分別連接到上述各部分電路。
本實用新型的優點是利用起動電路實現對電動機的軟起動，減小了起動電壓的突變對電動機的損害和對電網的衝擊；通過對功率因數檢測並以此對電動機的工作電流進行控制，提高了工作效率，節約了電力。可控矽的無觸點控制延長了使用壽命；減少了運行維護的工作量；體積小，重量輕。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明書。
具體實施方式
參見
圖1，本實用新型包括電源同步電路1、移相器2、振蕩器3、觸發電路4、可控矽模塊5、功率因數檢測電路6、調壓控制電路7、軟起動電路8及直流電源電路9，所述的電源同步電路1的輸入端與交流電源AC連接，其輸出端連接移相器2的一個輸入端，其另一輸入端來自調壓控制電路7的輸出端，移相器2的輸出端和振蕩器3的輸出端連接到觸發電路4的兩個輸入端，其輸出端連接到了可控矽模塊5的門極；該可控矽模塊5的兩個主電極串聯在被控電動機M的電源線路中，在該可控矽模塊5的兩個主電極上連接所述的功率因數檢測電路6的輸入端，其輸出端與軟起動電路8的輸出端分別連接到所述的調壓控制電路7的兩個對應的輸入端；直流電源電路9的輸出端分別連接到上述各部分電路的電源端。所述的功率因數檢測電路6包括電流採樣電路61、電壓採樣電路62、相位合成電路63，電壓採樣電路62的輸入端連接所述的可控矽模塊5的連接交流電源的一端，該可控矽模塊5與被控電動機M連接端與電壓採樣電路62的輸入端連接，上述的電流及電壓採樣電路61和62的輸出端與相位合成電路63的輸入端連接，其輸出端與所述的調壓控制電路7連接。
所述的電源同步電路1、移相器2、觸發電路4、可控矽模塊5、功率因數檢測電路6都分別為三路相同的電路構成，分別控制三相交流電源的每一相。
參見圖2，所述的每一路電源同步電路1包括比較器A1，在其正向端連接二極體1V2負極和電阻1R4的一端，其另一端接地，A1的負向端接二極體1V1正極及電阻1R2和1R5的一端，1R2的另一端接地，1V1的負極與1V2的正極和電阻1R3的一端連接，1R3的另一端和電容1C1的一端連接，1R1的另一端與電源連接，1C1的另一端接地，A1的4腳連接1R5的另一端和1R6的一端，1R6的另一端連接+13V；A1的11腳通過電阻1R12與-13V連接；A1的輸出端串聯反向的二極體1V3和電阻1R8與所述的移相器的輸入端連接。
所述的移相器2包括三極體1V17、運放A2，1V17的基極與所述電源同步電路的輸出端的1R8的後端連接，並經過電阻1R7接地，1V17的集電極與A2的正向輸入端、電容1C2的一端及電阻1R10的一端連接，1R10的另一端接+13V，1V17的射極接地；A2的反向端與調壓控制器的輸出端連接，A2的輸出端與觸發電路的輸入端連接。
所述的觸發電路為其輸入端與二極體1V4的正極和電容1C3的一端連接，1V4的負極與電阻1R13和1R11的一端連接，1R13的另一端與三極體1V18的基極、1C3的另一端及電阻1R14的一端連接，1R14的另一端與1V18的射極和+13V連接，1V18的集電極與脈衝變壓器B1的初級串聯後連接-13V，在B1的初級兩端並聯反向二極體1V5與正向的穩壓二極體1V19的串聯；B1的兩組次級兩端串聯二極體1V6後並接於可控矽SCR的控制極與主電極之間，所述的1R11的另一端與所述的振蕩器的輸出端連接。
圖2中各電路的工作原理是以第一路為例；交流電源AC的正弦電壓加壓在11端，在正半周正弦電壓通過0伏時，正13伏電壓通過1R6、1R5、1V1、1V2、1R4到地，運算放大器A1的7腳輸出負13伏，隨著11端正向電壓升高，二極體1V2正極電壓升高，當升高到一定幅度，1V1截止，隨著11端電壓的升高，A1的腳電壓繼續升高，當該電壓升到高於6腳電壓時，7腳跳變為正13伏，當AC腳電壓通過峰值下降到接近0伏時，6腳電壓又高於5腳，7腳又回到負13伏；負半周11端AC電壓繼續下降，在0伏附近某一值1V3截止。隨著11端AC電壓的下降，6腳電壓逐漸下降，降到低於5腳時，7腳又跳變為正13伏，如此循環往復在7腳形成與電源電壓同步變化的不對稱的矩形波。
A1的腳的脈衝加到移相電路2中的三級管1V17的基極，使它時通時斷，當通時，1C2被短路，電壓為0伏；當斷時，A2通過1R10充電，在1V17的集電極形成鋸齒波波形。
放大器A2作比較器使用，它的1腳波形取決於2腳和3腳電壓，N1的3腳電壓為1V17的集電極鋸齒波，2腳電壓來自於調壓控制電路7，當2腳電壓高於3腳時，1腳輸出為負13伏，1腳輸出電源的翻轉時刻隨著1C2的充電過程及2腳的電壓高低而不同，以達到對可控矽模塊5的移相控制。
參見圖3，所述的振蕩器包括運放A5、三極體4V10和4V9，A5的反向入端與地間連接有4C3，A5的正向入端與4R10和4R9的一端連接，4R10的另一端接地，4R9的另一端連接A5的輸出端，在A5的反向入端與輸出端並聯4R8，A5的輸出端通過並聯的電阻4R7和電容4C11後與三極體4V10的基極連接，4V10的基極通過電阻4R4接地並與4V10的射極連接，其集電極與4R3和4C1的一端連接，4R3的另一端+13V，4C1的另一端與4R2、二極體4V1的負極、三極體4V9的基極連接，4R2和4V1的另一端、4V9的射極接地，4V9集電極串聯4R1後作為輸出端與所述的觸發電路中的1R11連接。
該工作原理是放大器A5與4C3、4R8、4R9、4R10共同組成一個積分式方波發生器，其中積分電路4C3、4R8決定振蕩頻率，4R9、4R10組成正反饋電路，以便產生自激振蕩。輸出端得到方波，頻率約為6KC左右。該信號經4V10和4V9兩級整形放大後，輸出幅值為±13V的脈衝信號，作為觸發電路4的觸發信號。
參見圖4，所述的電壓採樣電路62包括運放A3、電阻1R22、1R23和1C5，1R22與1C5並聯的一端與A3的正向端和所述的可控矽SCR的電源端11連接，它們的另一端與A3的負向端及1R23的一端連接，1R23的另一端與電源電路S2的輸入端連接，A3的輸出端連接相位合成電路的一個輸入端。
所述的電流採樣電路61包括動放A4，其正向端通過電阻1R20與A3的正向端連接，其負向端與電阻1R18、1R19的一端連接，1R18的另一端與A3的正向端連接，1R19的另一端與可控制矽SCR的另一端12及C4和R0的一端連接，R0的另一端、C4的另一端與1R17串聯後均與A3的正向端連接，A4的輸出端串聯電阻1R21後與相位合成電路的另一輸入端連接。
所述的相位合成電路63為四個二極體組成的橋式整流電路Q，其兩個輸入端分別與上述的電流和電壓採樣電路的輸出端連接，其輸出端與一個光電可控矽T1的輸入端正向連接，該光控可控矽T1的輸出端串聯電阻1R27、4R24、4R23後與所述的調壓控制電路的輸入端H連接。
本實用新型的電壓電流採樣電路61和62及相位合成電路63產生加在電動機上的電壓與通過電流之間的相位差信號。電源AC的電壓信號從11端輸入，信號經過1R22、1R23後在1R22上產生一個電壓，這相電壓加在A3的2腳和3腳之間，當正半周時，3腳電壓高於2腳，1腳輸出正13伏；當負半周時，情況相反，1腳為負13伏。比較器A4的5、6、7腳及電阻1R18、1R19組成電流信號轉換電路，由於負載為電動機繞組，為感性負載，電流必然落後於電壓一個角度。當電流流過可控矽SCR時產生壓差在1R18上建立起一個電壓，此電壓加在A4的5腳和6腳上，A3和A4的輸出端1腳和7腳產生的信號分別加在相位合成電路63(全橋Q)的兩個輸入端，然後再加到光電耦合器T1上，只有1腳和7腳的信號不同相時，T1才有信號輸出。如果是同相，則無信號輸出。相位差大，則輸出的脈衝寬度大；相位差小，則輸出的脈衝寬度窄，在光電耦合器T1的4腳和5腳輸出三路電壓信號。三個通道的信號疊加在一起，都送到調壓控制電路7的輸入端。
參見圖5，所述的調壓控制電路7包括由兩級運放A6、A7組成的波形變換電路組成，A6的反向端與輸出端並聯4R19和4C6，其正向端與A7的正向端連接，並通過電阻4R22接地，A6的輸出端通過電阻4R16與A7的反向端及電阻4R14、4R15、4R20的一端和二極體4V5的負極連接，4R14的另一端連接電位器4R27的中端，4R27的另兩端連接在+13V與地之間，4R15的另一端與電容4C10的正極及電阻4R17的一端連接，4C10負極接地，4R20的另一端與電容4C8的正極連接，4R17的另一端、4C8的負極、4V5的正極均與A7的輸出端連接，A7的輸出端作為該調壓控制電路的輸出端經4R21連接到所述的移相器運放A2的反向端，並通過正向的二極體4V6與所述的啟動電路的輸出端連接。
所述的啟動電路8包括三級運入A8、A9、A10，A8的反向端與所述的4V6負極及A10的輸出端連接，其正向端與所述調壓控制電路的A7的正向端連接，A8的輸出端通過正向的二極體4V8與所述相位合成電路輸出端的4R24和調壓控制電路A6的反向端連接；A9的正向端與電位器4R25的中點連接，在4R25與-13V與地之間分別串聯4R12和4R11，A9的負向端與其輸出端及二極體4V2的負極、4V3的正極及電阻R26的一端連接，4V2的正極與電溶4C9的正極、4R28的一端及A10的正向端連接，4C9的負極接-13V，4R28的另一端接地，4R26的另一端和4V3的負極均與A10的反向端、4V4的正極、電容4C4的負極連接，4V4的負極和4C4的正極與A10的輸出端連接，並通過正向的二極體4V7與+13V連接。
本實用新型調壓控制電路7由兩級波形變換電路組成，第一級通過A6的9腳輸入，把來自相位合成電路63的方波轉換成三角波，並送到A7的6腳，而調壓電位器4R27的輸出也送到A7的6腳，兩信號在A7的6腳進行疊加，再通過A7組成的波形變換電路，把三角波變成接近直流的平滑電壓信號，然後加到移相器2的A2反向端，使其與同步電路1送來的鋸齒波進行比較，決定可控矽SCR的控制角的大小。對應一定負載，導通角穩定在一定的水平上，調節調壓電位器4R27，可調節電動機M空載時加在電動機上電壓的高低。
所述的啟動電路8主要由A8、A9、A10三個運放構成。該電路的作用是讓電動機在較低電壓下啟動，之後經過一段全電壓動轉的過渡時間，然後進入正常運轉。在開機時，電容器4C9上無電位差，負13伏的電壓直接送至A10的12腳，使A10的14腳輸出負13V；此時A9的8腳電壓等於它的10腳電壓，因而4V3、4V4導通，從8腳輸出的負電壓通過4V9、4V4到入大器A8的2腳，使A8的1腳電壓變為正13伏，該電壓送至調壓控制電路7的第一級A6的9腳，它一方面抑制光電耦合器T1送來的相位差信號對A6的9腳的影響，另一方面使調壓控制電路7的A7的7腳輸出正電壓，使二極體4V6導通，這樣，A10的14腳輸出的負電壓通過4V6加到移相器2中A2的反向端，以控制1V18隻在短時間內導通(即使可控矽SCR的導通角很小)，即電機在低電壓下啟動。
啟動後4C9上的電壓逐漸升高，即由地通過4R28向4C9充電，直至4C9正極端電壓等於A9的10腳電壓時，A10的14腳電壓保持不變，電動機維持低運行，當4C9充電電壓高於A9的10腳電壓時，A10的12腳電壓高於13腳電壓，A10的14腳輸出電壓高於A9的8腳電壓，二極體4V3、4V4截止，這時A10與4C4、4R26所組成的積分器，由於4C4的充電，14腳電壓從負值逐漸升高，也就是A8的2腳電壓升到高於3腳時，二極體4V6截止，同時A8的1腳變為負13伏，使4V8截止，啟動電路不再起作用，對調壓控制電路7中A6的9腳的影響完全取決於三個光電耦合器T1送來的信號。由於4V6截止，A7的7腳輸出正電壓直接加在移相器2中A2的反向端(2腳)，使觸發電路4的1V4截止，電機處於全電壓運行狀態。此時功率因數檢測電路6控制電機M的運行。隨著電機負載輕重的變化，光電耦合器T1輸出寬窄不同的負脈衝，作用於調壓控制電路7，由此控制脈衝觸發電路4，電機M進入節能運行狀態。
參見圖6，本實用新型的直流電源電路9由主電源S1和三個相同的分電源S2組成。圖6中右半部組成主控板的正負13伏直流電源S1，其中1V13、2V13、3V13、1V14、2V14、3V14構成一組全波整流電路；C1、C2、V1、V2起濾波穩壓作用。圖中左半部分組成三組獨立的正負13伏電源S2，分別供給三個功率因數檢測電路6中的A3和A4，其中1V11、1V12、2V11、2V12、3V11、3V12進行整流，1C7、1C8、1V15、1V16、2C7、2C8、2V15、2V16、3C7、3C8、3V15、3V16進行慮波穩壓。1R24、1C6、2R24、3R24、3C6都是降壓作用的。
本實用新型總體工作原理是在電機M啟動時，由啟動電路8控制可控矽模塊5，使加在電機上的電壓從低到高平穩升高，當達到全電壓時啟動電路8不再起作用。此時由功率因數檢測電路6在線監測電機M的功率因數，當其功率因因數變化時，電路6輸出相應的電壓信號調整可控矽模塊5的導通角，使其電流隨著負載的大小而相應變化，避免「大馬拉小車」，達到節能的目的。
權利要求1.一種電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於包括電源同步電路、移相器、振蕩器、觸發電路、可控矽模塊、功率因數檢測電路、調壓控制電路、軟起動電路及直流電源電路，所述的電源同步電路的輸入端與交流電源連接，其輸出端連接移相器的一個輸入端，其另一輸入端來自調壓控制電路的輸出端，移相器的輸出端和振蕩器的輸出端連接到觸發電路的兩個輸入端，其輸出端連接到可控矽模塊的控制極；該可控矽模塊的兩個主電極串聯在被控電動機電源線路中，在該可控矽模塊的兩個主電極上連接所述的功率因數檢測電路的輸入端，其輸出端及軟起動電路的輸出端分別連接到所述的調壓控制電路的兩個對應的輸入端；直流電源電路的輸出端分別連接到上述各部分電路。
2.根據權利要求1所述的電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於所述的功率因數檢測電路包括電流採樣電路、電壓採樣電路、相位合成電路，電壓採樣電路的輸入端連接所述的可控矽模塊的連接交流電源的一端，該可控矽模塊與被控電動機連接端與電壓採樣電路的輸入端連接，上述的電流及電壓採樣電路的輸出端與相位合成電路的輸入端連接，其輸出端與所述的調壓控制電路連接。
3.根據權利要求1所述的電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於所述的電源同步電路、移相器、觸發電路、可控矽模塊、功率因數檢測電路都分別為三路相同的電路構成，分別控制三相交流電源的每一相。
4.根據權利要求1所述的電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於所述的每一路電源同步電路包括比較器A1，在其正向端連接二極體1V2負極和電阻1R4的一端，其另一端接地，A1的負向端接二極體1V1正極及電阻1R2和1R5的一端，1R2的另一端接地，1V1的負極與1V2的正極和電阻1R3的一端連接，1R3的另一端和電容1C1的一端連接，1R1的另一端與電源連接，1C1的另一端接地，A1的4腳連接1R5的另一端和1R6的一端，1R6的另一端連接+13V；A1的11腳通過電阻1R12與-13V連接；A1的輸出端串聯反向的二極體1V3和電阻1R8與所述的移相器的輸入端連接。
5.根據權利要求1所述的電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於所述的移相器包括三極體1V17、運放A2，1V17的基極與所述電源同步電路的輸出端的1R8的後端連接，並經過電阻1R7接地，1V17的集電極與A2的正向輸入端、電容1C2的一端及電阻1R10的一端連接，1R10的另一端接+13V，1V17的射極接地；A2的反向端與調壓控制器的輸出端連接，A2的輸出端與觸發電路的輸入端連接；所述的觸發電路為其輸入端與二極體1V4的正極和電容1C3的一端連接，1V4的負極與電阻1R13和1R11的一端連接，1R13的另一端與三極體1V18的基極、1C3的另一端及電阻1R14的一端連接，1R14的另一端與1V18的射極和+13V連接，1V18的集電極與脈衝變壓器B1的初級串聯後連接-13V，在B1的初級兩端並聯反向二極體1V5與正向的穩壓二極體1V19的串聯；B1的兩組次級兩端串聯二極體1V6後並接於可控矽SCR的控制極與主電極之間，所述的1R11的另一端與所述的振蕩器的輸出端連接；
6.根據權利要求1所述的電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於所述的振蕩器包括運放A5、三極體4V10和4V9，A5的反向入端與地間連接有4C3，A5的正向入端與4R10和4R9的一端連接，4R10的另一端接地，4R9的另一端連接A5的輸出端，在A5的反向入端與輸出端並聯4R8，A5的輸出端通過並聯的電阻4R7和電容4C11後與三極體4V10的基極連接，4V10的基極通過電阻4R4接地並與4V10的射極連接，其集電極與4R3和4C1的一端連接，4R3的另一端+13V，4C1的另一端與4R2、二極體4V1的負極、三極體4V9的基極連接，4R2和4V1的另一端、4V9的射極接地，4V9集電極串聯4R1後作為輸出端與所述的觸發電路中的1R11連接。
7.根據權利要求1所述的電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於所述的電壓採樣電路包括運放A3、電阻1R22、1R23和1C5，1R22與1C5並聯的一端與A3的正向端和所述的可控矽SCR的電源端11連接，它們的另一端與A3的負向端及1R23的一端連接，1R23的另一端與電源電路S2的輸入端連接，A3的輸出端連接相位合成電路的一個輸入端；所述的電流採樣電路包括動放A4，其正向端通過電阻1R20與A3的正向端連接，其負向端與電阻1R18、1R19的一端連接，1R18的另一端與A3的正向端連接，1R19的另一端與可控制矽SCR的另一端12及C4和R0的一端連接，R0的另一端、C4的另一端與1R17串聯後均與A3的正向端連接，A4的輸出端串聯電阻1R21後與相位合成電路的另一輸入端連接；所述的相位合成電路為四個二極體組成的橋式整流電路Q，其兩個輸入端分別與上述的電流和電壓採樣電路的輸出端連接，其輸出端與一個光電可控矽T1的輸入端正向連接，該光控可控矽T1的輸出端串聯電阻1R27、4R24、4R23後與所述的調壓控制電路的輸入端H連接。
8.根據權利要求1所述的電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於所述的調壓控制電路包括由兩級運放A6、A7組成的波形變換電路組成，A6的反向端與輸出端並聯4R19和4C6，其正向端與A7的正向端連接，並通過電阻4R22接地，A6的輸出端通過電阻4R16與A7的反向端及電阻4R14、4R15、4R20的一端和二極體4V5的負極連接，4R14的另一端連接電位器4R27的中端，4R27的另兩端連接在+13V與地之間，4R15的另一端與電容4C10的正極及電阻4R17的一端連接，4C10負極接地，4R20的另一端與電容4C8的正極連接，4R17的另一端、4C8的負極、4V5的正極均與A7的輸出端連接，A7的輸出端作為該調壓控制電路的輸出端經4R21連接到所述的移相器運放A2的反向端，並通過正向的二極體4V6與所述的啟動電路的輸出端連接；所述的啟動電路包括三級運入A8、A9、A10，A8的反向端與所述的4V6負極及A10的輸出端連接，其正向端與所述調壓控制電路的A7的正向端連接，A8的輸出端通過正向的二極體4V8與所述相位合成電路輸出端的4R24和調壓控制電路A6的反向端連接；A9的正向端與電位器4R25的中點連接，在4R25與-13V與地之間分別串聯4R12和4R11，A9的負向端與其輸出端及二極體4V2的負極、4V3的正極及電阻R26的一端連接，4V2的正極與電溶4C9的正極、4R28的一端及A10的正向端連接，4C9的負極接-13V，4R28的另一端接地，4R26的另一端和4V3的負極均與A10的反向端、4V4的正極、電容4C4的負極連接，4V4的負極和4C4的正極與A10的輸出端連接，並通過正向的二極體4V7與+13V連接；
9.根據權利要求1所述的電動機軟起動及節能控制裝置，其特徵在於所述的直流源電路包括三相全波整流源S1及單相全波整流源S2，S2共有3組，其輸出端正負極分別與所述的三路電壓、電流採樣電路中的A3、A4的正負電源端連接；S1的輸出端+13V和-13V與上述其他電路的對應的電源端連接。
專利摘要一種電動機軟起動及節能控制裝置，包括電源同步電路、移相器、振蕩器、觸發電路、可控矽模塊、功率因數檢測電路、調壓控制電路、軟起動電路及直流電源電路，所述的電源同步電路的輸入端與交流電源連接，其輸出端連接移相器的一個輸入端，其另一輸入端來自調壓控制電路的輸出端，移相器的輸出端和振蕩器的輸出端連接到觸發電路的兩個輸入端，其輸出端連接到可控矽模塊的控制極；直流電源電路的輸出端分別連接到上述各部分電路。利用起動電路實現對電動機的軟起動，減小了起動電壓的突變對電動機的損害和對電網的衝擊；通過對功率因數檢測並以此對電動機的工作電流進行控制，提高了工作效率，節約了電力。可控矽的無觸點控制延長了使用壽命；減少了運行維護的工作量；體積小，重量輕。
文檔編號H02P1/28GK2547064SQ0220927
公開日2003年4月23日 申請日期2002年4月12日 優先權日2002年4月12日
發明者王明強, 李長林, 李豐元, 李增印, 於衛, 施錦華, 邢永傑 申請人:濮陽中原石油機械有限公司