專利名稱：電機節能控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于三相異步電動機的節能控制器。
根據我國三相異步電動機經濟運行GB12497-90規定，變負載運行的電動機，當空載運行時間較長，且輕載運行的負載率小于30％時，宜采用調壓節電，但應作起動條件和過載校驗。目前所見到的電機節能器，由于控制信號的形成受濾波電路的影響，使電機在突加載時不能迅速響應，甚至發生堵轉現象。另一個問題是，有載起動時，常見起動慢或起動不起來現象。因此常把節電控制點調高，犧牲節電率、來增加電機輸出轉矩的硬特性。第三個問題是，三相異步電機調壓節電器電路的結構，一般都采用三套一樣的分立元件組成。這樣設計成的節能器體積大、復雜、抗干擾性差、故障率高。
本發明的目的在于提出一個改進的三相異步電動機多功能控制器。能滿足用戶各種起動要求，抗突加載響應快，不堵轉，性能穩定，結構簡單，節電率高，故障率低，易于維修和推廣使用。
本發明的技術方案采用移相控制集成電路TC787設計了多功能節能器，它將三套一樣的電路(過零檢測、鋸齒波形成，比較器，脈沖發生器，載波振蕩器、脈沖分配及驅動等電路)簡化為一個集成電路。見圖2中TC787內部邏輯電路圖。它取一相電流、電壓的相位與負載的關系為控制信號，輸入到TC787的P4腳，去調節雙向可控硅的導通角，達到空載及輕載時節能的目的，其結構簡單性能穩定；其次用簡單的外圍電路和模擬開關相配合，構成多功能起動器，根據用戶的不同要求，將不同起動信號，通過模擬開關加到TC787的P4腳，控制可控硅的導通角，達到不同的起動目的，以滿足用戶的各種起動要求；為了在突加載工作中不至于堵轉，檢測可控硅兩端由于堵轉引起的電壓信號，用它來選擇模擬開關中的堵轉通道，將防堵轉信號經模擬開關送入TC787的P4腳，控制可控硅導通角，將全壓信號加在電機線圈上，避免了由于信號通過RC電路的滯后作用，產生的堵轉現象。另外還設有過流、掉相保護電路接于TC787的P5腳，來控制關斷雙向可控硅，起到對電機的保護作用。
以下結合附圖做進一步說明。
圖1為電機節能控制器的電原理框圖圖2為TC787內部邏輯電路圖圖3為TC787各管腳波形圖圖4為A相調壓波形圖圖5為電機功率因數誤差電壓檢測電路原理圖圖6為多功能起動電原理圖圖7為防堵轉電原理圖圖8掉相保護電原理圖一種三相異步電動機多功能控制器在鐵制外殼中有絕緣導線，可控硅、散熱器接插件連接的電路板和接線端子，被控電動機17的繞組與快速熔斷器18 19 20，雙向可控硅21 22 23接成為內△形。其中電流互感器T1串聯在C相與雙向可控硅21之間。圖1是本實用新型的電原理框圖，控制電路板是選用TC787移相控制器單片集成電路12，依它為核心進行設計的。外圍電路設有電機功率因數誤差電壓檢測電路348；掉相保護電路16，多功能起動電路56 10 15；防堵轉電路147，快速熔斷器18 19 20。三相交流電信號降壓后送入TC78712的P1、P2、P18腳，TC787的P16、P14、P15腳外接電容，它們和TC787內部電路形成鋸齒波信號，P13腳外接電容，移相控制信號從TC787的P4腳送入，這些信號可以是檢測電機功率因數誤差電壓、軟起動電壓、防堵轉電壓、全壓起動電壓。這些移相控制信號與TC78712內部電路的鋸齒波電壓比較，形成觸發脈沖調節可控硅的導通角，控制電機電壓達到節能的目的。各點工作波形如圖3、圖4所示。由TC787的P5腳輸入掉相保護電路信號，對電機掉相進行保護。
電機功率因數誤差信號的形成，見圖5，它經電源(2)中的變壓器T2取C相的電壓信號和經過C相的電流互感器T1取C相的電流信號，分別經過Q2、Q1整形成電壓與電流相位相反的方波，再經過與門A1后，形成與功率因數角有關的方波(圖4中e)，這些脈沖經濾波得直流電壓，同一個按優選相角調正好的電壓經Q3相加放大，最后得到與功率因數角有關的誤差電壓(圖4f中的虛線)，將它加到模擬開關CD4051的O通道，當芯片的通道選擇地址A、B、C都為零時，此信號與TC787內部三相鋸齒波分別進行比較，如圖4中的f，然后產生三相控制雙向可控硅脈沖(圖4中的g和h是A相正負半波時可控硅的觸發脈沖)，經過功率開關脈沖電路處理，觸發雙向可控硅。
多功能起動器是由全壓起動器、軟起動器和保持原電機起動裝置起動器組成。電原理見圖6。
全壓起動由電位器W1、電容器C4、繼電器J、電壓比較器Q4、撥碼開關S1、S2、電阻R19-R23、模擬開關CD4051組成，CD4051的通道O輸入檢測到的電機功率因數誤差電壓、通道1輸入全壓起動信號發生器15提供的電壓，全壓起動信號發生器15是由R38和W4組成。撥碼開關S1斷開，S2接地，使選擇通道地址B接地，由于繼電器J沒通電前是常閉，所以電容C4的兩端沒有電壓，在剛一開機通電時，電壓比較器Q4的正輸入端電壓，由R19和R20組成的分壓器決定，而負輸入端電壓為零，繼電器J通電后斷開，電容C4開始充電，負輸入端電位開始上升，當比較器Q4的正輸入端的電壓低于負輸入端的電壓時，Q4的輸出電壓由高電平變為低電平。在Q4輸出高電平期間，CD4051通道地址A等于1，同時Q4信號經過非門A3反相后使通道選擇地址C在起動期間也為零，因為通道選擇地址B接地，所以選中CD4051的1通道。將全壓起動電壓經CD4051的輸出端，輸入到CT787的P4腳，控制可控硅導通角全部打開，380V電壓全部加在電機線圈上，所以為全壓起動。隨著W1、C4充電的完成，Q4負輸入端電位高于正輸入端電位，Q4的輸出由高電平變為零電平，這時，模擬開關CD4051自動選中O通道，將電機功率因數誤差電壓加到CT787的P4腳，從而使系統自動進入節電運行狀態。
保持原起動功能的起動器。其電路結構仍保持全壓起動電路，只需要改變W1的阻值，使W1、C4的時間常數滿足原來起動設備所需的起動時間，因為剛通電時，全壓起動方式，相當于沒有接節能器一樣，可控硅導通角處于180°，在這段時間里，可以使用原來電機的起動設備，這段時間過后，模擬開關CD4051的ABC通道選擇地址從100自動變為000，自動進入節電運行狀態。保持原起動功能適用于Y-△起動、電阻降壓起動、自耦調壓起動等。
軟起動電路的原理見圖6，它是在全壓起動電路上發展起來的。它包括電容C4、電位器W1、繼電器J、電阻R19-R28、比較器Q4，運算放大器Q5，撥碼開關S1、S2組成。電容C4上的鋸齒波信號經R24和R25、R26組成的分壓器的電壓由運算放大器Q5相加，構成軟起動信號送到CD4051的2通道。W3和R28組成分壓器，調節W3可改變鋸齒波的起始電壓，改變W1可改變軟起動加速時間。將撥碼開關S1接地，A通道選擇地址為0，S2斷開，起動時比較器Q4輸出高電平，經過非門A3，信號變為低電平，這樣與門A2輸出為0，通道選擇地址C為0。Q4的高電平信號使通道選擇地址B為高電平，剛開機時，所以模擬開關自動選擇通道2。軟起動信號由CD4051的第二通道輸出到TC787的P4腳產生控制可控硅脈沖，隨著W1、C4積分電壓升高，每個半周波的導通角都依次增大，至到可控硅的導通角全部導通，電機線圈電壓上升到380V，使電機完成了無沖擊的軟起動過程，這時Q4也已翻轉為低電平，ABC通道選擇地址都為零。模擬開關CD4051就輸出零通道的功率因數誤差電壓，使系統進入節電狀態。
防堵轉控制器的原理見圖7，它由接在雙相可控硅21兩端的檢測變壓器T3、二極管D1、D2、電阻R29-R33、電壓比較器Q6、與門A2模擬開關CD4051組成，通道0接Q3輸出的功率因數誤差電壓，通道3接防堵轉信號發生器7的電壓，防堵轉信號發生器7是由W5與R39組成的分壓器。在電機起動時，防堵轉功能不起作用，因為在起動時，起動電路中的比較器Q4輸出的高電平經非門A3變為低電平，它加到與門A2的輸入端，封鎖了防堵轉選擇通道的信號，節能器這時只執行起動指令。起動過后，起動電路中的Q4輸出低電平，A3輸出高電平、與門A2的K輸入端為高電平，這時通道選擇地址C的狀態，只決定于防堵轉控制器14中的Q6輸出狀態，這樣系統自動進入防堵轉工作狀態和節電狀態。當電機突加載時，轉速變慢，可控硅管壓降加大，突加載負荷的差越大，越突然，管壓降就越大，如果正常運行，節能器通過檢測到的功率因數誤差電壓輸入到TC787的P4腳，對電機輸入電壓進行調整。但是，由于突加載時檢測到的功率因數誤差信號需要經電容積分，所以反應較慢。如果調整Q6負端輸入電平等于突加載時涌浪信號的峰值電平時，當T3檢測到突加載信號時，比較器Q6就輸出高電平，使模擬開關通道選擇地址C為高電平，模擬開關的通道選擇地址從000變為001，選中防阻轉通道，使CD4051的3通道的防堵轉電壓加到TC787的P4腳，即加入一個全壓起動電壓，打開可控硅，使電機線圈電壓加大，電機力矩加大，當涌浪電壓消失后，管壓降變小，CD4051的通道選擇地址C變為0，ABC通道選擇地址都是0，從而節能器進入節電狀態。
掉相保護器16電原理見圖8，它由電阻R34-R37、光電耦合器4N38、二極管D3組成，設掉相時，三相公共點為零電壓，光電二極管不導通。光電耦合器的4腳為零，掉相時4腳輸出高電平，此信號通過TC787的P5腳切斷觸發可控硅的信號輸出，達到掉相保護的作用。
所以本節能器抗干擾性強，結構簡單，故障率低，節能效果高，能滿足各種起動要求，即使系統在電網電壓下降10％時，或有載起動時或突加負荷時，本節能器都能正常工作，不堵轉，加上行之有效的過流，掉相保護功能，成為一種更加實用的新型高效節能器。
權利要求1.一種三相異步電機節能控制器，具有接導線、接插件的電路板，散熱器、可控硅、穩壓電源、快速熔斷器和接線端子，接于電動機與三相電之間，其特征是，控制電路是選用TC787移相控制器單片集成電路(12)，依它為核心進行設計的，外圍電路設有電機功率因數誤差電壓檢測電路(3)、(4)、(8)、掉相保護電路(16)，多功能起動電路(5)、(6)、(10)、(15)；防堵轉電路(14)、(7)，快速熔斷器(8)、(19)、(20)，三相交流電信號降壓后送入TC787(12)的P1、P2、P18腳，TC787的P16、P14、P15腳外接電容，它們和TC787內部電路形成鋸齒波信號，P13腳外接電容，移相控制信號從TC787的P4腳送入，這些信號可以是檢測電機功率因數誤差電壓、軟起動電壓、防堵轉電壓、全壓起動電壓，這些移相控制信號與TC787(12)內部電路的鋸齒電壓比較，形成觸發脈沖調節可控硅的導通角，控制電機電壓。
2.根據權利要求1所描述的三相異步電機節能控制器，其特征是其中的多功能起動器(5)、(6)、(10)、(11)、(15)，是由撥碼開關S1、S2、電壓比較器Q4、運算放大器Q5、可調電位器W1、電容器C4、繼電器J、非門A3、與門A2、電阻R19-28、電位器W3和模擬開關CD4051組成，模擬開關(11)通道1接全壓起動信號發生器(15)所提供的電壓，全壓起動信號發生器(15)是由W4和R38組成的分壓器，CD4051模擬開關(11)的2通道接運算放大器Q5的輸出端，模擬開關CD4051(11)的公共輸出端接TC787集成電路(12)的P4腳，與門A2另一腳1接防堵轉電路Q6的輸出端。
3.根據權利要求1所描述的三相異步電機節能控制器，其特征是其中的防堵轉電路(14)、(7)、(11)是由與門A2、電壓比較器Q6、二極管D1、D2，信號檢測變壓器T3、模擬開關CD4051(11)，電阻R29-R33組成，防堵轉信號發生器(7)是由W5和R39組成的分壓器，其分壓輸出接CD4051模擬開關(11)的3通道，CD4051模擬開關(11)的O通道檢測功率因數誤差電壓電路中Q3的輸出端、與門A2的另一腳K接多功能起動器中A3的輸出，CD4051(11)公共輸出端接TC787集成電路(12)的P4腳。
專利摘要本實用新型為三相異步電動機節能控制器采用移相控制集成電路TC787為核心設計的多功能節能控制器。它取一相電流、電壓的相位與負載的關系為檢測信號，輸入到TC787的移相控制端，去調節雙向可控硅的導通角，達到空載及輕載時節電的目的，為進一步提高調壓型節能器的性能及穩定性，減少故障率，設有防堵轉功能，和多種的起動功能。以及過流、掉相等保護功能。由于集成度高，結構簡單，抗干擾性強，它成為一種更加實用的新型高效節能器。
文檔編號H02H7/08GK2261112SQ9521108
公開日1997年8月27日 申請日期1995年5月4日 優先權日1995年5月4日
發明者馬祝陽, 李祥生, 許德玄, 肖躍群 申請人:東北師范大學