[實用新型]電動機全方位保護(hù)經(jīng)濟運行控制器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 92235309.3
• 申請日: 1992-11-21
• 公開（公告）號: CN2138858Y
• 公開（公告）日: 1993-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚銳;唐鋼鐵
• 申請（專利權(quán)）人: 譚銳
• 主分類號: H02P7/00
• 分類號: H02P7/00;H02H7/08
• 代理公司: 湘潭市專利事務(wù)所
• 代理人: 宋長珠

本實用新型是一種三相異步電動機全方位保護(hù)及經(jīng)濟運行控制器。

目前電力供應(yīng)緊張已成為我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的制約因素之一。解決電力供需矛盾的根本出路在于貫徹國家“開發(fā)與節(jié)約能源并重的方針”。由于開發(fā)的周期長，資金困難。故必須狠抓節(jié)約用電。占全國用電量65～70％的是工業(yè)，而工業(yè)中電動機用電約占全國總發(fā)電量的40～50％，且運行效率很低，如果能使每臺電動機運轉(zhuǎn)時都處于最優(yōu)經(jīng)濟運行，則可大大提高運行效率，達(dá)到節(jié)電的目的。電機穩(wěn)定工作時，損耗主要有鐵損、定子銅損、轉(zhuǎn)子銅損、軸承摩擦和風(fēng)冷損耗，附加損耗，其中定子、轉(zhuǎn)子銅損及附加損耗為可變損耗，而電機的鐵損、摩擦和風(fēng)冷損耗為不變損耗，當(dāng)電機的不變損耗與可變損耗相等時，電機的效率達(dá)到最高。但當(dāng)電機運行在輕載時，可變損耗隨之降低，而與負(fù)載大小無關(guān)的不變損耗則保持不變，所以，輕載時不變損耗大于可變損耗，使電機效率降低。由于不變損耗的主要成分是定子銅損，而它與定子電壓的端電壓的平方近似成正比例關(guān)系，若在負(fù)載減輕的同時，相應(yīng)降低端電壓的電壓，使不變損耗也隨著負(fù)載的減輕而減少，使之與可變損耗保持相等，則電動機獲得最高效率，進(jìn)入最優(yōu)經(jīng)濟運行，從而達(dá)到節(jié)能的目的。目前電機的電壓電流保護(hù)器種類繁多，性能不一，但缺乏一種能指明某一相故障的功能齊備的全方位保護(hù)器。

本實用新型的目的是提供一種具有十種電機保護(hù)功能的并能自動使電機進(jìn)入經(jīng)濟運行的全方位保護(hù)及經(jīng)濟運行控制器。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的：電動機全方位保護(hù)及經(jīng)濟運行控制器由電機主電路和控制系統(tǒng)構(gòu)成，主電路采用三相對稱的Y形連接或△形連接，由電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件控制其輸出電壓；控制系統(tǒng)由供給直流電壓的電源、單片機系統(tǒng)、同步電路、電壓電流檢測電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A／D）、脈沖放大電路組成，同步電路向單片機系統(tǒng)提供三相同步信號，電壓電流檢測電路從主電路中檢測到電壓、電流信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機系統(tǒng)，經(jīng)單片機系統(tǒng)控制軟件控制，由單片機分配出的脈沖信號送入脈沖放大電路放大后，去觸發(fā)或控制電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件工作，使電機進(jìn)入最優(yōu)經(jīng)濟運行，其電壓、電流信號超出設(shè)定值，則執(zhí)行全方位保護(hù)控制。本系統(tǒng)控制軟件主要由經(jīng)濟運行控制軟件、快速響應(yīng)軟件、軟起動軟件和全方位保護(hù)軟件四部分組成。

本控制器具有顯著的節(jié)能效果，對各系列的7.5KW、17KW、30KW、50KW、75KW等電機進(jìn)行了裝機實驗，有控制器或無控制器時，當(dāng)負(fù)荷率小于80％，節(jié)電率為5％～60％。由于本控制系統(tǒng)采用微機技術(shù)，控制器可以實現(xiàn)最優(yōu)控制，且具有靈活性和可靠性，并可實行全方位保護(hù)，即具有A相斷相、B相斷相、C相斷相、A相短路、B相短路、C相短路、電源欠壓、電源過壓、電機過流和三相電不平衡運行等十種電機保護(hù)功能，并能準(zhǔn)確顯示報警。由于本控制系統(tǒng)采用軟啟動程序，大大降低了浪涌電流，減小電機起動對電網(wǎng)的沖擊，使電機實現(xiàn)平滑起動，并可替代電機的起動裝置。由于本系統(tǒng)采用無觸點起動運行，所以在防爆電器控制領(lǐng)域中可達(dá)到本身防爆作用。由于主電路采用電力半導(dǎo)體器件作為執(zhí)行元件。因此可靠性好，可以做到免維護(hù)。本控制器具有運行指示和全方位保護(hù)指示，十分直觀，可直接指示是哪一相有故障。本控制器具有上位通訊接口，可實現(xiàn)電機系統(tǒng)管理，并可進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。本控制器可適用于0.75KW～320KW三相異步全系列電機。

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

圖1為電動機全方位保護(hù)經(jīng)濟運行控制器電路方框圖

圖2為同步電路的電路圖

圖3為電壓電流檢測電路的電路圖

圖4為脈沖放大電路的電路圖

圖5為電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件控制圖

圖6為輸入功率與輸出功率曲線圖

圖7為輸出功率與節(jié)能百分?jǐn)?shù)率曲線圖

參照圖1：電動機全方位保護(hù)及經(jīng)濟運行控制器由電機主電路和控制系統(tǒng)構(gòu)成，主電路采用三相對稱的Y形連接或△形連接，由電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件（5）控制其輸出電壓，電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件（5）可采用雙向晶閘管或二個可控硅反并聯(lián)，也可采用整流單臂橋（如圖5示），它可靠性好，可以做到免維護(hù)。控制系統(tǒng)由供給直流電壓的電源、單片機系統(tǒng)（1）、同步電路（2）、電壓電流檢測電路（3）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A／D）、脈沖放大電路（4）組成。單片機系統(tǒng)（1）采用8751芯片的最小單元，也可采用8031芯片或6807芯片的最小單元。同步電路（2）采用△／Y－11同步變變壓器（B₁），使同步電源超前主電路電源30°，其過零點正好都對準(zhǔn)可控硅的6個自然換相點，從而大大提高電機效率，使之經(jīng)濟運行，同步電路包括一個由電壓比較器（LM339）組成的三相電源狀態(tài)的過零檢測器及一個能產(chǎn)生同步信號波緣的檢測器，波緣檢測器由三個異或門（6）、四個非門（7）、二極管（D₁）電阻（R）、和電容（C）組成，同步電路（2）的電路圖示于圖2，電壓比較器（LM339）輸出周期為29MS的三相方波同步信號，送到單片機，用于觸發(fā)相應(yīng)于此狀態(tài)的雙向晶閘管，波緣同步用于實現(xiàn)控制角的定時移相，選T。方式1定時工作狀態(tài)，取晶振頻率6MHz，則分辨率為0.036度。電壓電流檢測電路（3）如圖3，是利用串接在主回路中的電流、電壓互感器（8）副邊感應(yīng)出的微小交流信號，經(jīng)橋式整流（9）和電容濾波變成穩(wěn)定的直流量，再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入單片機系統(tǒng)進(jìn)行運行處理。脈沖放大電路（4）采用光電管（G₁）和脈沖變壓器（T₁）兩級隔離放大和大功率開關(guān)管（10）、二極管（D_2～3）組成，電路如圖4示，由單片機系統(tǒng)分配出的脈沖信號經(jīng)過隔離放大，并把脈沖變?yōu)檎}沖，使脈沖變壓器正常工作，以削弱或消除對控制電路的影響。經(jīng)放大的脈沖信號去觸發(fā)或控制電力半導(dǎo)體執(zhí)行器件工作，使電機進(jìn)入最優(yōu)經(jīng)濟運行，并具有經(jīng)濟運行指示。若電壓、電流信號超出設(shè)定值，則執(zhí)行全方位保護(hù)控制。本控制器的系統(tǒng)控制軟件主要由經(jīng)濟運行控制軟件即節(jié)能控制軟件、快速響應(yīng)軟件，軟起動軟件和全方位保護(hù)軟件四部分組成，節(jié)能控制軟件在系統(tǒng)中循環(huán)執(zhí)行，本系統(tǒng)執(zhí)行的控制算法為非線性逼近法。快速響應(yīng)軟件在負(fù)載突然增加或其它原因引起電機負(fù)載電流急增，使系統(tǒng)暫時脫離正常的控制狀態(tài)，并大幅度提高電機輸入電壓，直到電機運行正常狀況。軟起動軟件旨在減小電機起動對電網(wǎng)的沖擊，同時也降低了能耗，采用這個環(huán)節(jié)，電機實際上是進(jìn)行平滑起動，大大降低了浪涌電流，真正實現(xiàn)了無沖擊起動，從而可替代電機的起動裝置。全方位保護(hù)軟件采用檢測到A／D轉(zhuǎn)換器信號后，經(jīng)與設(shè)定值比較進(jìn)行封鎖保護(hù)并輸出其指示信號，進(jìn)行顯示和報警，它具有十種電機保護(hù)功能即（1）A相斷相、（2）B相斷相，（3）C相斷相，（4）A相短路，（5）B相短路，（6）C相短路，（7）電源過壓，（8）電源欠壓，（9）電機過流，（10）三相電不平衡運行。本控制器對75KW，50KW，30KW、17KW、7.5KW等電機進(jìn)行了裝機試驗，對有控制器和無控制器作了對比，得出如圖6示的輸入功率與輸出功率曲線，和節(jié)能百分?jǐn)?shù)率曲線如圖7所示。從圖中可看出，在負(fù)荷率小于80％時，都有顯著的節(jié)能效果。節(jié)電率在5％～60％。以負(fù)荷電流作為控制量，對電機電流實現(xiàn)最小控制，從而大大提高電機效率，使之經(jīng)濟運行，達(dá)到節(jié)能的目的。控制系統(tǒng)并具有啟動電壓選擇開關(guān)和電流過載設(shè)定開關(guān)。