CN101383586B - 一种电动机节电装置及电动机节电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动机节电装置及电动机节电方法，该装置包括开关电路，开关电路连接在电动机和电源之间，开关电路可以接通或切断电动机的电源来控制电动机的通断；还包括测速装置、CPU，测速装置与电动机连接，CPU与测速装置和开关电路都连接；所述测速装置对电动机的转速进行测量，所述CPU收集测速装置的速度数据，该装置能够实现电动机轻载高速旋转时断电，电动机速度降到一定值时再通电，这样间断地供电，减少供电时间，提高电动机通电时的负载率，从而节省了电能。

Description

一种电动机节电装置及电动机节电方法 

[技术领域]

本发明涉及一种电动机节电装置，及其电动机节电方法。 

[背景技术]

目前的电动机无论在轻载或重载都一直接通电源，且电动机在轻载(或空载)时，效率很低。如果能够研制出一种控制装置或方法，减少电动机在轻载(或空载)时的通电时间，提高电动机通电时的负载率，这样就会使电动机节省大量的电能。 

[发明内容]

本发明的一个目的是提供了一种电动机节电装置，该装置能够测量电动机转速，并根据转速的高低控制电源间断地向电动机供电，减少电动机在轻载(或空载)时的通电时间，提高电动机通电时的负载率，实现电动机的节电效果。本发明另一个目的是提供了一种电动机节电方法，该方法是测量电动机转速，并根据转速的高低控制电源间断地向电动机供电，减少电动机在轻载(或空载)时的通电时间，提高电动机通电时的负载率，实现电动机的节电效果。 

为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案： 

一种电动机节电装置，其特征在于：包括有开关电路，开关电路连接在电动机和电源之间，开关电路可以接通或切断电动机的电源来控制电动机的通断；还包括测速装置、CPU，测速装置与电动机连接，CPU与测速装置和开关电路都连接；所述测速装置对电动机的 转速进行测量，所述CPU收集测速装置的速度数据并控制开关电路的通断。 

如上所述的一种电动机节电装置，其特征在于所述测速装置包括有： 

一圆盘，其设置在电机转轴上，在该圆盘上设有两个沿轴心对称的孔； 

一光电采样头，其包括有发射部和接收部，它们分别设置于圆盘的正反两侧，发射部在圆盘的一侧向孔发射红外光，接收部在圆盘的另一侧接收从孔透过的红外光；接收部接收到红外光后转换成控制信号； 

一整形电路，其输入端与光电采样头的接收部连接，其输出端与所述CPU连接，整形电路将光电采样头的接收部输出的控制信号，进行反向整形后形成脉冲输给CPU。 

如上所述的一种电动机节电装置，其特征在于所述光电采样头为光电耦合器，光电采样头发射部为光电耦合器上的二极管，光电采样头接收部为光电耦合器上的光敏三极管，光敏三极管的集电极通过电阻与电源连接。 

如上所述的一种电动机节电装置，其特征在于还包括保护装置，所述保护装置为所述热继电器，热继电器控制的感应开关一端接地，感应开关另一端接在电阻R13和电阻R14一端，电阻R13的另一端接在CPU上，电阻R14另一端接在电源上。 

如上所述的一种电动机节电装置，其特征在于还包括有显示器， 其与CPU连接。 

一种电动机节电方法，其特征在于：包括下列步骤： 

a、CPU控制开关电路合上，电动机的电源接通，电动机开始运转； 

b、测速装置对电动机的转速进行测量； 

c、CPU收集测速装置的速度数据，CPU比较该速度与设定的速度高值，若该速度超过设定的速度高值，CPU控制开关电路断开，电动机断电转速逐步下降； 

d、CPU继续收集测速装置的速度数据，CPU比较该速度与设定的速度低值，若该速度低于设定的速度低值，CPU控制开关电路接通，电动机得电转速逐步上升； 

e、上述步骤c和步骤d周而复始。 

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明包括开关电路、测速装置、CPU，开关电路连接在电动机和电源之间，开关电路可以接通或切断电动机的电源；测速装置与电动机连接，CPU与测速装置和开关电路都连接；所述测速装置对电动机的转速进行测量，当电动机空载或轻载时，转速很高，此时CPU比较电动机速度与设定的速度高值，若电动机速度超过设定的速度高值，CPU控制开关电路断开，电动机断电转速逐步下降；由于惯性，电动机的转速不会突然的降为0，而是逐渐下降，当转速下降到低于设定的低值时，CPU控制开关电路接通，电动机得电转速逐步上升。实现电动机轻载高速旋转时断电，电动机速度降到一定值时再通电，这样间断地供电，通 电时电动机升速储存动能，断电时电动机减速减少动能使电动机继续转动，减少电动机在轻载(或空载)时接通电源时间，提高电动通电时的负载率，达到节省电能目的。 

[附图说明]

下面结合附图与本发明的实施方式作进一步详细的描述： 

图1为本发明的电动机节电装置的方框图； 

图2为本发明的电动机节电装置的开关电路结构示意图； 

图3为本发明的电动机节电装置的测速装置结构示意图。 

图4为本发明的电动机节电装置的圆盘结构示意图。 

[具体实施方式]

如图1所示，一种电动机节电装置，包括开关电路1，开关电路1连接在电动机和电源之间，开关电路1可以接通或切断电动机的电源来控制电动机的通断；还包括测速装置2、CPU 3，测速装置2与电动机连接，CPU 3与测速装置2和开关电路1都连接；所述测速装置2对电动机的转速进行测量，所述CPU 3收集测速装置2的速度数据，当电动机空载或轻载时，转速很高，此时CPU 3比较电动机速度与设定的速度高值，若电动机速度超过设定的速度高值，CPU控制开关电路1断开，电动机断电转速逐步下降；由于惯性，电动机的转速不会突然的降为0，而是逐渐下降，当转速下降到低于设定的低值时，CPU控制开关电路1接通，电动机得电转速逐步上升。实现电动机轻载高速旋转时断电，电动机速度降到一定值时再通电，这样间断地供电，减少供电时间，提高电动机通电时的负载率，从而节省了电能

如图2为本发明的电动机节电装置的开关电路一种实施例，本实施例电源为三相交流电源，开关电路1包括两个晶闸管即第一、第二晶闸管TV1、TV2，两个光电耦合器即第一、第二光电耦合器Q1～Q2，两个光电双向晶闸管耦合器，即第三、第四光电双向晶闸管耦合器Q3～Q4。第一晶闸管TV1的第一主电极通过熔断器FU1与三相交流电源的A相连接，第一晶闸管TV1的第二主电极经过热继电器FR与电动机的A相接线端连接，第一晶闸管TV1的门极通过电阻R2接在第一晶闸管TV1的第二主电极上。第二晶闸管TV2的第一主电极通过熔断器FU3与三相交流电源的C相连接，第二晶闸管TV2的第二主电极经过热继电器FR与电动机的C相接线端连接，第二晶闸管TV2的门极通过电阻R4接在第二晶闸管TV2的第二主电极上。而电动机的B相接线端通过热继电器FR和熔断器FU2与三相交流电源的B相连接。利用两个晶闸管的导通与否实现电动机与三相交流电源的通断。在电动机与三相交流电源之间还连接有手动开关QS。 

第一光电耦合器Q1的发光二极管的正极经电阻R5与第一晶闸管TV1的第一主电极连接，第一光电耦合器Q1的发光二极管的负极与第一晶闸管TV1的第二主电极连接；第一光电耦合器Q1的光敏三极管的集电极与CPU 3的p1.3引脚和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接在正电源V+上。第二光电耦合器Q2的发光二极管的正极经电阻R6与第二晶闸管TV2的第一主电极连接，第二光电耦合器Q2的发光二极管的负极与第二晶闸管TV2的第二主电极连接；第二 光电耦合器Q2的光敏三极管的集电极与CPU 3的P1.4引脚和电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端接在正电源V+上。所述第一光电耦合器Q1、第二光电耦合器Q2能够根据检测到第一晶闸管TV1、第二晶闸管TV2两端电压正向过0，然后转换成低电平控制信号，通过CPU 3的P1.3引脚、P1.4引脚输给CPU 3。CPU 3能够将P1.3引脚、P1.4引脚输入的控制信号，进行处理后变成输出控制信号分别从P1.5引脚、P1.6引脚输出。 

第三光电双向晶闸管耦合器Q3的发光二极管的正极经电阻R10接在正电源V+上，第三光电双向晶闸管耦合器Q3的发光二极管的负极接在三极管T1的集电极，三极管T1的发射极接地，基极经电阻R9接在CPU 3的P1.5引脚。第三光电双向晶闸管耦合器Q3的双向晶闸管的第三主电极经电阻R1接在第一双向晶闸管TV1的第一主电极上，第三光电双向晶闸管耦合器Q3的双向晶闸管的第二主电极接在第一双向晶闸管TV1的门极上(即图2中两个a1之间相互连接，两个a2之间相互连接)。 

第四光电双向晶闸管耦合器Q4的发光二极管的正极经电阻R12接在正电源V+上，第四光电双向晶闸管耦合器Q4的发光二极管的负极接在三极管T2的集电极，三极管T2的发射极接地，基极经电阻R11接在CPU 3的P1.6引脚。第四光电双向晶闸管耦合器Q4的双向晶闸管的第一主电极经电阻R3接在第二双向晶闸管TV2的第一主电极上，第四光电双向晶闸管耦合器Q4的双向晶闸管的第二主电极接在第二双向晶闸管TV2的门极上(即图2中两个c1之间相互连 接，两个c2之间相互连接)。 

若电动机速度超过设定的速度高值时，CPU 3的P1.5引脚输出低电平控制信号；若电动机速度低于设定的速度低值时，CPU 3的P1.5引脚输出高电平控制信号。第三光电双向晶闸管耦合器Q3能够根据接收P1.5引脚输出控制信号，来控制第一晶闸管TV1的第一主电极与门极通与断，从而实现第一晶闸管TV1的门极触发信号的有无，根据晶闸管的特性：电流过零，门极无触发信号，晶闸管截止；电压过零，门极有触发信号，晶闸管导通。实现电动机的一个电源接线端与三相交流电源的一相之间的通与断。 

若电动机速度超过设定的速度高值时，CPU 3的P1.6引脚输出低电平控制信号；若电动机速度低于设定的速度低值时，CPU 3的P1.6引脚输出高电平控制信号。第四光电双向晶闸管耦合器Q4能够根据接收P1.6引脚输出控制信号，来控制第二晶闸管TV2的第一主电极与门极通与断，从而实现第二晶闸管TV2的门极触发信号的有无，根据晶闸管的特性：电流过零，门极无触发信号，晶闸管截止；电压过零，门极有触发信号，晶闸管导通。实现电动机的另一个电源接线端与三相交流电源的另一相之间的通与断。 

控制电动机与三相交流电源的两相的通与断，即实现了电动机与三相交流电源的通与断。当然，开关电路1除了上述的一种实施例外，也可以采取其它类型的开关电路，像继电器开关电路等等。 

如图3为本发明的电动机节电装置的测速装置一种实施例，测速装置2包括有：一圆盘21，其设置在电动机转轴上，与电动机同速 度旋转，在该圆盘21上设有沿两个轴心对称的孔(如图4)； 

一光电采样头22，其包括有发射部和接收部，它们分别设置于圆盘21的正反两侧，发射部在圆盘21的一侧向孔发射红外光，接收部在圆盘21的另一侧接收从孔透过的红外光；接收部接收到红外光后转换成控制信号。本发明中所述光电采样头采用光电耦合器，光电采样头发射部为光电耦合器上的二极管，光电采样头接收部为光电耦合器上的光敏三极管，光敏三极管的集电极通过第十五电阻R15与第二电源V2连接，光敏三极管的发射极接地，光电耦合器能够根据光敏三极管是否接收到二极管发射的经过孔的红外光，来输出低高电平。 

一整形电路23，其输入端与光电采样头22的接收部(光电耦合器的光敏三极管集电极)连接，其输出端与所述CPU3连接，整形电路23将光电采样头22的发射部输出的电平进行反向整形后输给CPU3。 

这样圆盘21每旋转一周，光电采样头22采样出三个脉冲，整形电路23将脉冲反向整形得到边沿陡直的三个脉冲，因此当CPU3接到三个脉冲时，表示圆盘21旋转一周。CPU3上的定时器记录圆盘21旋转一周的时间，根据频率是周期T的倒数，从而计算出圆盘的转速，即电动机的转速。CPU3根据测速装置探测到的速度与CPU3内预先设定的一个高值和一个低值速度比较，来控制开关电路1的导通与截止。 

本电动机节电装置还包括保护装置4，其与CPU3的P1.2引脚连 接，当电动机过流时，保护装置4向CPU3输入报警信号，CPU3接收报警信号关断开关电路1，使电动机停止工作。所述保护装置4为所述热继电器FR，热继电器FR控制的感应开关FR1一端接地，感应开关FR1另一端接在第十三电阻R13和第十四电阻R14一端，第十三电阻R13的另一端接在CPU3的P1.2引脚，第十四电阻R14另一端接在正电源V+上。当电动机过流时，继电器FR控制感应开关FR1闭合，P1.2引脚变为低电平，CPU3接收到P1.2引脚的低电平，控制开关电路1断开，停止为电动机供电。 

本电动机节电装置还包括有显示器5，其与CPU3的P2.0～P2.3引脚连接，能够显示出电动机的转速。 

电动机节电装置的工作原理如下：闭合手动开关QS，此时由于开关电路1未导通闭合，电动机与三相交流电源未形成电流回路。当第一光电耦合器Q1检测到晶闸管TV1两端电压正向过0时，第一光电耦合器Q1的发光二极管从无电流到有电流，第一光电耦合器Q1的光敏三极管从截止到导通，输出低电平，CPU3的P1.3引脚接收到低电平后，控制P1.5引脚输出高电平，三极管T1导通，第三光电双向晶闸管耦合器Q3的发光二极管有电流流过，其双向晶闸管导通，使第一晶闸管TV1双向导通。此时电动机一个电源接线端与三相交流电源一相完全接通。同理第二晶闸管TV2两端电压正向过0时也双向导通，电动机另一个电源接线端与三相交流电源另一相完全接通。这样电动机的三个电源接线端与三相交流电源三相都接通，电动机开始运转。当电动机空载或轻载时，转速很高，当CPU3检测到转 速超过设定的高值时，CPU3控制P1.5、P1.6引脚输出低电平，三极管T1、T2截止，第三、四光电双向晶闸管耦合器Q3、Q4的二极管无电流，其上的双向晶闸管截止，第一晶闸管TV1、第二晶闸管TV2无门极触发信号，第一晶闸管TV1、第二晶闸管TV2在电流过0时都截止，此时电动机与三相交流电源断开两相，电流不能形成回路，相当于电动机断电，但由于惯性，电动机的转速不会突然的降为0，而是逐渐下降。当转速下降到低于设定的低值时，在第一晶闸管TV1、第二晶闸管TV2电压正向过0时，CPU3控制P1.5、P1.6引脚输出高电平，三极管T1、T2导通，第三、四光电双向晶闸管耦合器Q3、Q4的二极管有电流，其上的双向晶闸管导通，第一晶闸管TV1、第二晶闸管TV2在两端电压过0时产生门极触发信号，第一晶闸管TV1、第二晶闸管TV2都双向导通，电动机的三个电源接线端与三相交流电源三相都接通，电动机三相有电流流过，开始加速运转。到达设定高值时又断开电动机的电源，如此反复工作，减少了电动机空载(轻载)的通电时间，提高通电的负载率，从而提高了效率，大大节省了电能。 

一种电动机节电方法，包括下列步骤： 

a、CPU控制开关电路合上，电动机的电源接通，电动机开始运转； 

b、测速装置对电动机的转速进行测量； 

c、CPU收集测速装置的速度数据，CPU比较该速度数据与设定的速度高值，若该速度数据超过设定的速度高值，CPU控制开关电 路断开，电动机断电转速逐步下降； 

d、CPU继续收集测速装置的速度数据，CPU比较该速度数据与设定的速度低值，若该速度数据低于设定的速度低值，CPU控制开关电路接通，电动机得电转速逐步上升； 

e、上述步骤c和步骤d周而复始。 

Claims (6)

1.一种电动机节电装置，其特征在于：包括有开关电路(1)，开关电路(1)连接在电动机和电源之间，开关电路(1)可以接通或切断电动机的电源来控制电动机的通断；还包括测速装置(2)、CPU(3)，测速装置(2)与电动机连接，CPU(3)与测速装置(2)和开关电路(1)都连接；所述测速装置(2)对电动机的转速进行测量，所述CPU(3)收集测速装置(2)的速度数据并控制开关电路(1)的通断，所述开关电路(1)包括有

连接在三相交流电源的A相与电动机的A相接线端之间的第一晶闸管(TV1)；

连接在三相交流电源的C相与电动机的C相接线端之间的第二晶闸管(TV2)；

检测第一晶闸管(TV1)两端正向过零信号并传给CPU(3)的第一光电耦合器(Q1)；

检测第二晶闸管(TV2)两端正向过零信号并传给CPU(3)的第二光电耦合器(Q2)；

根据第一晶闸管(TV1)检测的信号在CPU(3)控制下触发第一晶闸管(TV1)通与断的第三光电双向晶闸管耦合器(Q3)；

根据第二晶闸管(TV2)检测的信号在CPU(3)控制下触发第二晶闸管(TV2)通与断的第四光电双向晶闸管耦合器(Q4)。

2.根据权利要求1所述的一种电动机节电装置，其特征在于所述测速装置(2)包括有：

一圆盘(21)，其设置在电机转轴上，在该圆盘(21)上设有两个沿轴心对称的孔；

一光电采样头(22)，其包括有发射部和接收部，它们分别设置于圆盘(21)的正反两侧，发射部在圆盘(21)的一侧向孔发射红外光，接收部在圆盘(21)的另一侧接收从孔透过的红外光；接收部接收到红外光后转换成控制信号；

一整形电路(23)，其输入端与光电采样头(22)的接收部连接，其输出端与所述CPU(3)连接，整形电路(23)将光电采样头(22)的接收部输出的控制信号，进行反向整形后形成脉冲输给CPU(3)。

3.根据权利要求2所述的一种电动机节电装置，其特征在于所述光电采样头为光电耦合器，光电采样头发射部为光电耦合器上的二极管，光电采样头接收部为光电耦合器上的光敏三极管，光敏三极管的集电极通过第十五电阻(R15)与第二电源(V2)连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种电动机节电装置，其特征在于还包括保护装置(4)，所述保护装置(4)为热继电器(FR)，热继电器(FR)控制的感应开关(FR1)一端接地，感应开关(FR1)另一端接在第十三电阻(R13)和第十四电阻(R14)一端，第十三电阻(R13)的另一端接在CPU(3)上，第十四电阻(R14)另一端接在正电源(V+)上。

5.根据权利要求4所述的一种电动机节电装置，其特征在于还包括有显示器(5)，其与CPU(3)连接。

6.一种电动机节电方法，其特征在于：包括下列步骤：

a、CPU(3)控制开关电路(1)合上，电动机的电源接通，电动机开始运转；

b、测速装置(2)对电动机的转速进行测量；

c、CPU(3)收集测速装置(2)的速度数据，CPU(3)比较该速度数据与设定的速度高值，若该速度数据超过设定的速度高值，CPU(3)控制开关电路(1)断开，电动机断电转速逐步下降；

d、CPU(3)继续收集测速装置(2)的速度数据，CPU(3)比较该速度数据与设定的速度低值，若该速度数据低于设定的速度低值，CPU(3)控制开关电路(1)接通，电动机得电转速逐步上升；

e、上述步骤c和步骤d周而复始。

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