無觸點長壽命軟啟動節能配電箱的製作方法

2023-06-04 06:40:11 2

專利名稱：無觸點長壽命軟啟動節能配電箱的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種配電裝置，特別是一種無觸點、長壽命、軟啟動、 節能配電箱。它是機電一體化的全自動新型配電裝置。
背景技術：
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在當今的電氣時代，輸電是一個龐大的產業鏈，它是電氣化電能利 用的必要設備，數量十分龐大。以往的配電設備，是採用機械式的交流 接觸器，斷路器，空氣開關等。用以控制電源的通斷，但只能起到通斷 的作用，而不能達到電能的控制作用，又易在觸點間產生電弧火花，而 造成燒蝕損壞，環境也不安全。特別是對大功率設備，如電動機等感性
負載，為了順利的啟動，必須增設降壓啟動單元，如自耦變壓器，Y-A降壓啟動，頻敏電阻降壓啟動等，十分麻煩，且設備龐大，笨重。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有的配電設備上述不足而提 出的新的配電箱，它完全改變了以往配電箱採用的機械式的觸點模式。 採用機電一體化，微電子控制的方法，不用交流接觸器，而是用半導體 功能器件-晶閘管，用微電子數字邏輯電路控制其通斷，並根據需要有 機的改變供電線路的電壓和電流。達到智能供電，因需供電，自動化智 能化目標。無觸點通斷，消除了觸點產生的電弧和火花，使用壽命大大 增加。同時該新型配電箱的另一個特點是，採用了微電子控制的柔性啟
動系統，或在恆流下緩慢啟動，或使啟動電壓緩慢上升，使啟動電流大 為降低，達到軟啟動的目的。避免了對電器設備和電網的衝擊。徹底去 掉了原先採用笨重龐大的降壓啟動設施。節約了大量有色金屬材料。它 的另一大特點是可以有效的節能這是因為半導體功能元件能根據需 要，隨機地改變供電功率的大小(電壓和電流)，改變導通角的大小。 使用電設備始終在高效率的最佳運行狀態下運行。使功率因數大幅度提 高。電能消耗大為減小。達到大幅度節約用電的目的。總之來說，本發 明的配電系統，從根本上改變了以往的機械配電箱的模式，由有觸點的 機械式通斷改變成無觸點的可控制通斷；有隻起到電源的通斷作用，而 改變成可控的智能控電系統，實現了由機械式到智能化的轉變，是配電 系統的重大突破，是配電系統的換代產品和發展方向，有著不可估量的 意義。
本發明的上述技術問題是由如下技術方案實現的整體結構分四大 部分主線路；中央控制系統電路；晶閘管保護電路，浪湧、諧波淨化 電路。均採用積木式模塊化結構數字邏輯電路。主電路(強電)串聯晶 閘管或1GBT做通斷和跟蹤控制單元，它是由中央控制系統來自控的。 中央控制系統分三大部分積木式模塊化結構組成。第一部分是由電源 電路、保護電路、和軟啟動電路。第二部分是觸發、快速檢測、中央處 理，自動跟蹤指令輸出的集成。第三部分是自動轉換，軟啟動調節電路， 晶閘管保護電路和淨化電路。
具體結構是
1、電源及綜合保護電路取輸入端電源，降壓，整流，穩壓後作 為控制系統的電源，取士12V (DC)，然後接多功能保護電路和軟啟動電
路及供給第二部分控制電路，作為控制系統的基本電路。
2、 多功能保護電路由1接2，首先是缺相保護電路，這是最容易 燒壞電機的，我們是採用雙重保護設計，其一是以電壓為基準的零位 漂移為檢測手段的網電缺相保護電路(在室外非常重要)，其方法是從R， S， T三相取電源，然後降壓降流。取中性點的電流信號作基礎，然後作 比較，放大，光電耦合，數字邏輯門電路，給出指令信號。其二是以 電流為基準的電機方面的缺相保護，這對大型電機特別重要，大電機有 時因電流大，造成接頭氧化或鬆動造成電機本身的缺相而燒壞，損失很 大，所以採用此設計，雙重保護，能確保電機的運行安全。
3、 軟啟動電路是由一個集成電路、控制元件和龐大的負反饋系 統組成，以保證穩定的無級調整。可實現完美的軟啟動過程到節電運行 的自動轉換。
4、 觸發指令板由電源板來的電源信號，指令信號通過橋線引入 此板，並由晶閘管兩端直接取電壓電流信號，組成隨時檢測電路，測定 功率因數角。它的檢測速度是毫秒級的，接下來的是中央處理系統電路， 它的功能是快速檢測信號處理，運算，及時的給出一個指令信號。去控 制主電路的晶閘管的導通角，以實現對強電電路供電的智能化控制。除 此之外接下糴還有兩大功能電路，那就是移相節電和電機突變和負載快 速跟蹤電路。移相電路是由多組集成電路和龐大的負反饋系統組成。其 目的是增大其可靠性和節電深度。它的調節是由精密電位器完成。而自 動跟蹤系統則是由光電耦合電路、基準電路和集成電路以及比較運算電 路組成，隨機地供應所需電能，來滿足做功的需求。最大限度的節約電 能。這樣就把原來只是起通斷、開關作用的配電箱變成一臺智能化的按需求供電的自動化系統，使電機始終在最佳狀態運行。所以它是配電系 統的重大突破和發展方向。
5、 為達到一機帶多臺負載泵機節電運行的功效經過深入研究， 又增設了防止電壓波動的自動快速反應系統，其電路如圖4，此電路保 障了在一臺配電箱帶多臺電機節電運行的情況下，各電機的自由啟、停 和電壓突然降低的情況下電機電壓自動上升，保障正常運行。
6、 為了進一步提高在電機高負載率下的節電，我們經過許多年的 深入研究，又增加了雙跟蹤控制系統，其電路如圖5所示，此系統使節 電率大為提高，解決了重載下的節電難題，這是我們的首創，達到了世 界先進水平。
本發明的優點在於
該配電系統體積小，重量輕，無觸點，不產生火花，在易燃易爆惡劣環 境下使用更安全可靠。因無觸點避免了機械式觸點間通、斷電火花的燒 蝕，壽命特別長，正常使用下可使用十年以上，甚至幾十年。它具有先 進的軟啟動設計，徹底去掉了笨重的機械式降壓啟動裝置。把本來困難 的啟動過程變得輕鬆自如，啟動電流、電壓很低，避免對機器和電網的 衝擊，它適用範圍廣，可用於低電壓和電壓波動大的地區。它設有多功 能的保護系統，可確保長期安全運行。它故障率低，幾乎是免維修，可 節省大量的維修費用。它是一個智能化的供電系統，隨時按需供電，功 率因數大幅度提高，可不用就地電容補償，或減少補償容量，並可大量 節約電能。
具體實施例方式下面結合圖作進一步說明 本發明的原理方框圖(

圖1)
本發明的電路原理圖(圖2):電源及保護，軟啟動部分 本發明的檢測，中央處理及自動跟蹤系統電源原理圖(圖3) 本發明自動轉換，軟啟動設定及電壓波動保障系統原理圖(圖4) 本發明的雙跟蹤系統的原理圖(圖5) 本發明的淨化電路圖(圖6)
如圖l所示是本發明的整體結構電路原理方框圖，其功能電路主 要可分五大部分。即①主電路由空開接電網，中間串接雙向晶閘管 模塊，輸出端接電機。它受控於控制電路。②控制系統功能電路它 包括基本電源電路；缺相過流等多功能保護電路；軟啟動電路；快速檢 測電路；中央處理電路；自動跟蹤電路；節電調整電路組成。它連接於 輸入電網電源，經主令開關，限流保險管，變壓器等而進行AC/DC轉換 得士12V直流電作為各個控制系統的基本電源和指令信號。各個控制電 路單元的總輸出是接晶閘管的觸發脈衝，去控制晶閘管的門極觸發和導 通角。③自動轉換和一機帶多機節電運行電路其輸入端是按DC電源 和主電路的輸出端取樣它是由繼電器，延時電路，調整電路，電壓波動 跟隨電路所組成。其輸出端接軟啟動信號線S和節電調整。其特徵是可 實現軟啟動及啟動後自動轉換成節電運行及電壓波動的防止，跟隨提高 電壓。④精密雙跟蹤系統電路，它的輸入接電源士12V及主電路的輸出 端，經光電耦合，精密電位器調整，電壓波動自動跟蹤，其輸出信號接 節電調整電路。 旁路幵關手動旁路是由主電路並聯的空開來完成。
輸入接主電網電源，輸出接負載電機。
如圖2所示是具體的控制系統功能電路原理圖。其特徵包括AC/DC 電源電路，圖中虛線內(l)部分；缺相過流保護電路，虛線內(2)部分軟啟 動線路；虛線內(3)部分。下面將連接方式分述於下AC/DC電源電路其 輸入是接自電網，經主令開關，保險管，進入變壓器，經降壓整流(V22， V23)， IC4， IC5 (7810， 7910)穩壓和C30， C31濾波後得到士 12V直流
電源，作為供給整個控制系統的電源和指令信號。缺相過流保護電路 輸入連接R， S， T三相輸入電網電源，經電阻器限流降壓後取O位點， (R45-R47)經整流(V26)後，經比較放大，光電耦合(IC2)邏輯門 電路輸出接信號線S，控制指令信號。如圖中虛線內(2)所示。軟啟動 電路，如圖中虛線框內(3)部分所示，其輸入與±12電源相連，經過 精密電位器、比較器，電阻電容組成的負反饋系統，其輸出與S線相連， 並用橋線導入圖3所示的控制系統，作指令信號。
圖3所示為主控制系統中的檢測電路(1)，和中央處理電路(2) 和自動跟蹤電路(3)及精密雙跟蹤電路(4)所組成。檢測電路輸入接 晶閘管兩端和DC電源，經比較，放大，將信號輸出接於中央處理電路 (2);中央處理電路(3)，輸入接DC電源和檢測電路，經比較，放大 綜合處理信號後給出指令信號，並與基波信號疊加送入脈衝變壓器，脈 衝變壓器給出雙脈衝信號接晶閘管觸發門極G1、 G2。
圖4.是自動轉換和一機帶多機電路圖，其(1)部分為自動轉換電 路，其(2)是一機帶多機自由開、停部分。它的輸入接DC電源及信號 線S2，經穩壓、分壓後進入IC電的比較器，經單穩態及反相放大給繼 電器信號，控制繼電器吸合，再經延時給轉換信號，實現自動轉換，並
由LED1、 LED2進行指示。第(2)部分為一機帶多機防止電壓波動電路， 它的輸入接(1)部分的DC電源和由J常開點引入的G信號，(來源於 轉換電路)，經延時輸出接節電調整電路。其作用主要是防止電壓波動， 以保障多臺電機的啟、停。
雙跟蹤系統(5)，如圖5所示，它的輸入接主電路輸出端和DC電 源及指令信號線S，經過電阻降壓限流，精密電位器調整進入自製的耦 合放大IC，輸入的指令信號S及D C電源G，經精密電位調整控制，輸 出給節電調整電路中的N2集成電路比較器，再與基波信號相疊加輸出 給觸發脈衝信號，控制晶閘管的導通角。以此完成控制主電路，達到智 能供電之目的。
圖6.是淨化電路是為消除電網系統的浪湧和諧坡而設置的。其原 理是並聯於主電路中，利用箝位的方法，將大的諧波、浪湧傳導出去， 以達到淨化的目的。
權利要求
1、一種無觸點、長壽命、軟啟動、節能配電箱，它是包括由晶閘管，或IGBT控制的主電路和中央控制電路；自動檢測觸發電路；電源及保護電路；軟啟動電路；自動轉換電路；電壓波動保護電路；以及淨化電路等所組成的機電一體化配電裝置，其特徵在於該裝置是應用航天技術而設計的全自動跟蹤，智能化管理系統。各功能電路的聯接是AC/DC電源電路是接於電網電源端，而其輸出(±12V)是接與各功能電路的電源。缺相，過流多功能保護電路是接於輸入電網電源的R，S，T三相電源，經電阻降壓限流取0位點，其輸出接邏輯門電路，門電路的輸出接指令信號線S。軟啟動電路接直流+12電源，經比較電路，充電電路輸出接S線。再接入自動轉換電路；快速檢測電路接晶閘管兩端，而其輸出接中央處理電路。中央處理電路上接檢測電路，下接基波發生電路和脈衝電路，脈衝電路下接觸發輸出再接晶閘管觸發門極G1、G2；自動跟蹤電路上接晶閘管兩端取信號，經比較放大，光電耦合輸出接節電調整電路。節電調整電路上接自動跟蹤電路和DC電源，並通過精密電位器調整後輸出接觸發脈衝及雙跟蹤系統；雙跟蹤電路輸入接主電路的輸出端和DC電源，下接節電調整電路。自動轉換和一機帶多機電路輸入接DC電源，經延時輸出接繼電器的接點。完成自動轉換和防止電壓波動保障一機帶多機的自由啟、停。兩者的輸出都接節電調整電路。
2、 根據權利要汆1所說的配電箱，其特徵在於中央控制系統是採 取模塊化設計，邏輯電路，精確度高。長期安全運行。其電路可分以下 部分。①AC/DC基本電路和指令信號設定電路；②多功能保護及聲光報警 電路；③軟啟動系統；④快速檢測及中央處理系統電路；⑤自動跟 蹤系統；⑥節電調整設定；⑦自動轉換及防止電壓波動系統電路；⑧ 雙跟蹤穩壓電路及淨化諧波、浪湧電路；@晶閘管保護電路。
3、 根據權利要求2所說的中央控制系統，(1) AC/DC電源及指令信 號，是取自晶閘管的輸入端電源，經過主令開關及保險管，供變壓器得 士16伏交流電源。再經整流穩壓、濾波、緩衝得到穩定的土12V直流電源，作為中央控制系統的基本電壓和指令信號。
4、 根據權利要求2所說，中央控制系統(2)，多功能保護電路，其 缺相保護是採用特別設計的，高靈敏度雙重保護的形式。 一是以電壓為 基礎的網絡缺相保護，其原理是根據三相電源其中缺相時，零位點會產 生偏移，產生電流而設計的。具體電路是取電源A、 B、 C三相，經電 阻降壓，取中點然後經過放大電路，光電耦合，比較電路，邏輯門電路 而輸出指令信號，控制電機運行，保護電機。二是基於電流為基礎的電 機本身缺相保護，其電路是從輸出三相取電流信號，經調整放大，光 電耦合，邏輯門電路而輸出指令信號，保障電機的安全。這對大型電機 特別重要。取過流保護電路是採用反時限原理，過流超過門限，可根據過流等級自動延時長短切斷電源，準確而合理，其電路是經交流互感器， 取電流信號。經調整、放大、比較電路及設定門限，啟動延時，邏輯門電路而輸出指令信號。當出現事故時即聲光報警，並指令停機。
5、根據權利要求2所說的中央空控制系統(3)，軟啟動及設定調 整電路是由集成電路比較器，大規模反饋系統和信號疊加而完成的。正 如圖2中劃線部分(3)所示。它即可實現恆壓軟啟動，也可以實現恆 流軟啟動。完全可以代替現有的自耦變壓器，星-三角轉換，頻敏電阻 降壓啟動，節省大量的設備投資。
6、根據權利要求2所說的中央控制系統(4)快速檢測電路和中 央處理系統，如圖3中劃線的部分(1)中所示的電路。它是直接取電 壓，電流信號於晶閘管的輸入輸出兩端，通過比較電路而直接快速檢測 電壓和電流的夾角(O角)，功率因數角，O角的變化，即體現了電機運行情況的變化。其電路如圖3中劃線(2)部分所示，其主要是中央 處理器，基波發生器、比較器等組成。它的作用是接收檢測信號，快速 運算，給出新的指令信號，以控制晶閘管的導通角，來實現主電路中輸 出電能的控制。
7、 根據權利要求2所說中央控制系統(5)，自動跟蹤系統其電路 設計正如圖3中劃線框內(3)部分所示。其中主要由光電耦合，集成 電路，比較電路及基準電壓電路等組成，其作用是突變負載的快速跟蹤， 跟蹤速度達毫秒級，它的作用是緊緊跟蹤電機負載的變化，把握節電時 段，並保障電機正常出力和運行。
8、 根據權利要求2所說的中央控制系統(6)，節電調整設定電路， 其結構如圖3中劃線部分(4)所示。是由集成電路，比較電路，負反 饋電路組成，其中用精密電位器(4R27)來調整移相功能，調整節電的深度，和啟動運行的節電最佳點。由於有龐大的負反饋系統設計，運行非常穩定，其調整範圍也非常大(通常選用415V-250V)。
9、 根據權利要求2所說的中央控制系統(7)自動轉換及防止電 壓波動電路，如圖4所示，其電路結構如圖4，它是由穩壓濾波，分壓， 比較，單穩態，反相放大，集成電路，指示電路，繼電器等組成。又分 兩大部分，(1)是自動轉換電路，它的作用是軟啟動的設定調節，軟啟 動完成後自動轉換成節電運行，(2)部分電壓波動自行調整，和保障一 機帶多機的自由啟、停的部分。
10、 根據權利要求2所說中央控制系統(8)雙跟蹤及精密調節電 路，它是獨特設計的一個電路，其結構如圖5所示，它是由大規模集成 電路，光電耦合，負反饋，指令信號疊加等功能電路組成，它的作用 一是能對配電箱節電曲線更精密的控制使電機在較高負載情況下達到 較大幅度的節電，進一步提高節電率。二是調整的最佳點可進一步浮動， 使節電率大為提高，使整體運行狀態進一步優化，這是本發明的又一新 特點。淨化電路則是利用，氣體放電管，壓敏電阻及半導體瞬流抑制二 級管的三級箝位作用，而濾除電路的諧波、瞬流汙染。起到即淨化電網 又節電的目的。
全文摘要
一種新型配電箱，具有無觸點、長壽命、軟啟動和節能的特性，適用於易燃易爆、粉塵等惡劣環境下使用，是配電箱的創新換代產品，它改變了現有的機械式配電箱結構模式，不用交流接觸器，把原來只能控制電源通斷的配電結構，改變為根據負載的需要智能化自動化的結構。不產生火花，安全可靠，使用壽命大大延長。結構分四部分串聯晶閘管主電路；中央控制電路；多功能保護電路；消除諧波瞬流淨化電路。它有多功能保護系統，保障設備安全。有先進的軟啟動系統，大大降低電流電壓，完全取消笨重的降壓啟動設備，節省投資。它有快速檢測和中央處理系統，隨機控制使用電量，可提高功率因數而節電。體積小重量輕，全自動易操作，運行穩定，很少維修。
文檔編號H02H3/253GK101192747SQ200610146960
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月23日 優先權日2006年11月23日
發明者張錚震 申請人:張錚震