CN200953475Y - 变负载型进相器 - Google Patents

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赵世运
李建峰
屈中强
李明富
罗亚斌
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Abstract

本实用新型涉及一种变负载型进相器，该设备主要完成对绕线式异步电动机在变负载工况下进行就地无功补偿，提高电机功率因数，降低电机定子电流及温升，从而达到节能降耗的目的。它能自动跟踪电机的负载变化情况，实时调节晶闸管的导通量，使电机在不同的负载下获得同样的无功补偿效果。控制原理是：利用现代先进的微电脑、电力电子技术以及低频调幅、调相、调频技术将50Hz的低压交流电动势变换成与绕线式电机转子电流同频率的电势附加在电机转子上，改变转子电流的相位，同时根据电机定子电流以及功率因数的大小，调整附加电势的幅值，用于改变转子电流的大小，以适应负载的变化，达到动态补偿电机功率因数的目的。

Description

变负载型进相器
技术领域
本实用新型涉及一种无功功率补偿装置，具体地说是涉及一种变负载工况下绕线式异步电动机的变负载型进相器，对变负载工况下的各系列绕线式异步电动机的就地无功功率补偿装置，属于绕线式异步电动机的就地无功功率补偿与节能技术领域。
背景技术
目前各大中型工业企业是我国的用电大户，而大中型电机的无功功率损耗严重，造成电力浪费，在电力资源紧张的今天，节能降耗则成了必然。对于各种功率的绕线式异步电动机的补偿设备也层出不穷，如电容及普通静止式进相器等。这类设备仅用于恒定负载工况下的绕线电机，特别是普通静止式进相器在恒负载工况下绕线式电动机上得到很好的使用效果。但是对于诸如钢厂轧钢机，穿孔机等变负载工况下，上述设备无法使电动机获得理想的无功补偿效果，尤其是采用电容进行无功补偿，易使电网产生过补和谐振，危及电网的安全运行，自身故障率也较高，而采用普通静止式进相器则无动态跟踪补偿功能，根本无法适应电动机负载的变化。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于变负载工况下的各系列绕线式异步电动机的无功功率补偿装置即变负载型进相器。它能够根据负载的变化自动调节输出量，使电动机在各种负载下均达到理想的补偿效果。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种变负载型进相器，其特征在于：由转子电流信号采集电路、同步信号采集电路、CPU1微处理器电路、可控硅触发电路、可控硅组件、键盘和显示电路、CPU2微处理器电路、定子电压信号采集电路、定子电流信号采集电路、进退相控制电路构成，其中：转子电流信号采集电路、同步信号采集电路、CPU1微处理器电路、可控硅触发电路、可控硅组件电路依次相连，键盘和显示电路、CPU2微处理器电路、定子电压信号采集电路、定子电流信号采集电路、进退相控制电路依次相连；CPU1微处理器电路和CPU2微处理器电路相互连接；以CPU1微处理器电路为主控制，CPU2微处理器电路为辅助控制。
本实用新型的技术解决方案中所述的转子电流信号采集电路是由霍尔电流传感器、信号波形整形电路、AD转换器构成的。
本实用新型的技术解决方案中所述的同步信号采集电路是由同步变压器、信号波形整形电路构成的。
本实用新型的技术解决方案中所述键盘和显示电路是由键盘控制电路、显示控制电路、数码管和液晶显示器构成的。
本实用新型的技术解决方案所述的定子电流信号采集电路是由电流变换器、信号波形整形电路、AD转换器构成。
本实用新型的技术解决方案定子电压信号采集电路由电压变送器、信号波形整形电路、AD转换器构成。
本实用新型的技术解决方案所述的可控硅组件是由十二只晶闸管和平波电抗器构成的。
本实用新型的技术解决方案所述的进退相控制电路是由PLC可编程逻辑控制电路、继电器控制电路及交流接触器构成的。
本实用新型的硬件部分包括转子电流信号采集电路，同步信号采集电路，定子电压、电流信号采集电路，两个CPU微处理器电路，可控硅触发电路、可控硅组件电路，进退相控制电路，键盘和显示电路。本实用新型是利用晶闸管变流技术以及调幅、调相、调频技术相结合将50HZ的低压交流电动势变换成与绕线式电机转子电流同频率的电势附加在电机转子上，改变转子电流的相位，同时根据电机定子电流以及功率因数的大小，调整附加电势的幅值，用于改变转子电流的大小，以适应负载的变化，达到动态补偿功率因数的目的。它改善了普通静止式进相器的只能用于固定补偿的缺点。
上述电路的实现过程为转子电流信号采集电路将采集的转子电流信号送入CPU1微处理器电路，作为转子频率取样信号，同步信号采集电路将补偿电源的同步信号送入CPU1微处理器，作为触发脉冲相位的同步信号，CPU1根据采集的这两个信号作出相应的触发控制，将补偿电源变换为与转子同频的电动势，施加在电动机转子上，同时CPU1微处理器电路根据CPU2微处理器电路发出的控制指令和传递的参数进行优化调节补偿电源的输出的幅值，完成最佳的动态补偿控制。定子电流信号采集电路采集负载的变化，将采集的信号送入CPU2微处理器电路，定子电压信号将电机定子电压送入CPU2微处理器电路，CPU2微处理器电路根据采集的定子电流和定子电压计算出电机实时的功率因数，根据功率因数的变化情况实时输出相应控制指令到CPU1微处理器电路，形成闭环控制，使补偿效果始终处于最佳状态。通过键盘可以设定功率因数值，显示电路则精确显示电机定子电流的大小和电机功率因数的大小。CPU1微处理器电路和CPU2微处理器电路内置的软件有：参数设置程序模块、显示程序模块、PID程序模块、保护功能模块、功率因数计算模块、进退相控制模块。软硬件的有机结合使进相器具有高性能和高可靠性。
本实用新型的有益效果：利用电力电子技术以及调幅、调相、调频技术相结合将50HZ的低压交流电动势变换成与绕线式电机转子电流同频率的电势附加在电机转子上，改变转子电流的相位，同时根据电机定子电流以及功率因数的大小，调整附加电势的幅值，用于改变转子电流的大小，以适应负载的变化，达到动态补偿功率因数的目的。本实用新型采用双CPU微处理器补偿响应时间大大提高，确保了动态补偿的显著效果。在我国各大中型工矿企业中，变负载工况的绕线式异步电动机占80％，市场对该进相器的需求量很大，而且非常的迫切，其产品的经济效益和社会效益十分显著。本实用新型主要用于变负载工况下的各系列绕线式异步电动机的无功功率补偿。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型的电路框图示意图；
图2为本实用新型的可控硅组件电路图；
图3为本实用新型的进退相控制电路图；
图4为本实用新型的可控硅触发电路图；
图5为本实用新型的转子电流信号采集电路图；
图6为本实用新型的定子电压信号采集电路图；
图7为本实用新型的定子电流信号采集电路图；
图8为键盘和显示电路图；
具体实施方式：
在图1的电路框图示意图中。该变负载型进相器由转子电流信号采集电路(1)、同步信号采集电路(2)、CPU1微处理器电路(3)、可控硅触发电路(4)、可控硅组件(5)、键盘和显示电路(6)、CPU2微处理器电路(7)、定子电压信号采集电路(8)、定子电流信号采集电路(9)、进退相控制电路(10)构成。其中转子电流信号采集电路(1)、同步信号采集电路(2)、CPU1微处理器电路(3)、可控硅触发电路(4)、可控硅组件(5)依次相连，键盘和显示电路(6)、CPU2微处理器电路(7)、定子电压信号采集电路(8)、定子电流信号采集电路(9)、进退相控制电路(10)依次相连接，CPU1微处理器电路(3)和CPU2(7)微处理器电路相互连接，以CPU1微处理器电路(3)为主控制，CPU2微处理器电路(7)为辅助控制。其控制过程为：转子电流信号采集电路将采集的转子电流信号送入CPU1微处理器电路，作为转子频率取样信号，同步信号采集电路将补偿电源的同步信号送入CPU1微处理器，作为触发脉冲相位的同步信号，CPU1根据采集的这两个信号作出相应的触发控制，将补偿电源变换为与转子同频的电动势，施加在电动机转子上，同时CPU1微处理器电路根据CPU2微处理器电路发出的控制指令和传递的参数进行优化调节补偿电源的输出的幅值，完成最佳的动态补偿控制。定子电流信号采集电路采集负载的变化，将采集的信号送入CPU2微处理器电路，定子电压信号将电机定子电压送入CPU2微处理器电路，CPU2微处理器电路根据采集的定子电流和定子电压计算出电机实时的功率因数，根据功率因数的变化情况实时输出相应控制指令到CPU1微处理器电路，形控制，使补偿效果始终处于最佳状态。通过键盘可以设定功率因数值，显示电路则精确显示电机定子电流的大小和电机功率因数的大小。
参照图2，这是本实用新型的可控硅组件电路(5)，它与可控硅触发电路(4)、进退相控制电路(10)相连接，它主要由12只可控硅和6只平波电抗器构成，12只可控硅分为3组，每组分2路，每路输出接一只平波电抗器，电抗器输出接电机转子回路。它主要完成交交频率变换，其工作过程为：12只可控硅通过可控硅触发电路输出的触发信号交替导通，将工频交流电源变换为与转子同频的交流电动势，同时完成交流电源的幅值的调节，以改变所加电动势的幅值。平波电抗器吸收频率交换时产生的谐波，以防止环流的产生。
参照图3，这是本实用新型的进退相控制电路(10)，它与电机转子回路、可控硅组件(5)相连接，它主要由PLC逻辑控制电路、继电器和交流接触器构成，它主要完成进退相控制。由人工或外中控室给出进退相指令，以完成进相器的投切，控制电路中引入微控单元制信号并加相应的联锁保护信号，使进相器能够可靠运行。其工作过程为：合上空气开关QF时，控制电路接通电源，接触器KM1得电吸合，此时处于退相状态，当按下按钮SB1时，PLC控制器输入端接收到进相命令，输出使继电器KA2和KA1得电吸合，继电器KA1吸合后，接触器KM2和KM4吸合，将可控硅组件投入，进相器开始对电机进行补偿。当停机需退相时，按下SB2按钮，继电器KA1、KA2失电，KA2失电使接触器KM1吸合，进相器可控硅组件部分切除，完成退相。整个控制接收到外部指令后由PLC内置的程序完成控制。
参照图4，这是本实用新型的可控硅触发电路(4)，它与可控组件(5)、CPU1微处理器电路(3)相连接。它主要由ULN2003驱动电路、阻容保护、脉冲变压器构成。其工作过程为：ULN2003根据CPU输出的触发信号，调制成触发脉冲输出到脉冲变压器，在输出回路中增加了阻容保护，以保护ULN2003，脉冲变压器将输入的触发脉冲信号进行放大，分两路输出，分别加到两只可控硅的控制级达到控制可控硅的目的。
参照图5，这是本实用新型的转子电流信号采集电路(1)，它与CPU1微处理器电路(3)相连接，其工作过程为：霍尔电流传感器将转子电流信号变换为电压信号，送入运算放大器进行波形整形，将整形后的信号送入AD转换器CZ中进行转换，转换完后的数字信号送入到CPU1微处理器电路。
参照图6，这是本实用新型的定子电压信号采集电路(8)，它与CPU2微处理器电路(7)相连接，其工作过程为：电机定子电压经过电压变换器TC1，将交流高电压信号变换为3.53VR的小电压信号，通过运放对波形整形后经过AD转换器转换后输入到CPU2微处理器电路中。参照图7，这是本实用新型的定子电流信号采集电路(9)，它与CPU2微处理器电路(7)相连，其工作过程为：定子侧电流互感器输出的交流5A电流信号，经由电流变换器TA1，变换为电压其工作过程为：定子侧电流互感器输出的交流5A电流信号，经由电流变换器TA1，变换为电压信号，此电压信号经由运放组成的波形整形电路后输入到AD转换器，转换后的信号输入到CPU2微处理器电路。
参照图8，这是本实用新型的键盘和显示电路(6)，它与CPU2微处理器电路相连，其工作过程为：键盘电路由5个轻触按键组成，按键直接接入CPU2微处理器电路的输入端口，当任一端口检测到低电平时则CPU2微处理器电路执行相应的指令，完成键盘控制。CPU2微处理器电路内部集成的显示子程序与显示模块将显示指令送入到显示驱动专用模块U1(SAA1064)，由U1进行解码并完成数码管的驱动，完成显示。
本实用新型的特点：
该实用新型的核心采用双CPU微处理器电路，使整个控制***实现全数字化，提高了控制***的实时处理能力，提高了控制精度和动态响应速度，增强了恶劣工业环境下的抗干扰能力。整个控制过程中，CPU1微处理器主要集成触发控制模块、数据优化模块、故障保护模块。工作过程为CPU1根据采集的转子电流信号和补偿电源的电压同步信号同时根据CPU2传递过来的指令和参数完成触发控制与调节，CPU2则主要集成数据运算模块、显示模块和PID闭环控制模块，工作过程为根据采集的定子电流和定子电压信号，并进行数据运算，将运算结果转换为控制信号送入CPU1，同时将运算结果送入显示控制模块通过数码管和液晶显示器显示出来。
进退相控制电路中则引入PLC可编程控制器，实现程序控制进退相功能，实现了PLC与计算机通讯，可将进相器的实时状况反馈给计算机，使操作便利，维护简单。

Claims (8)

1、一种变负载型进相器，由转子电流信号采集电路(1)、同步信号采集电路(2)、CPU1微处理器电路(3)、可控硅触发电路(4)、可控硅组件(5)、键盘和显示电路(6)、CPU2微处理器电路(7)、定子电压信号采集电路(8)、定子电流信号采集电路(9)、进退相控制电路(10)构成，其特征在于：转子电流信号采集电路(1)、同步信号采集电路(2)、CPU1微处理器电路(3)、可控硅触发电路(4)、可控硅组件依次相连(5)，键盘和显示电路(6)、CPU2微处理器电路(7)、定子电压信号采集电路(8)、定子电流信号采集电路(9)、进退相控制电路(10)依次相连，CPU1微处理器电路(3)和CPU2(7)微处理器电路相互连接，以CPU1微处理器电路(3)为主控制，CPU2微处理器电路(7)为辅助控制。
2、根据权利要求1所述的一种变负载型进相器，其特征在于：所述的转子电流信号采集电路(1)由霍尔电流传感器、信号波形整形电路构成。
3、根据权利要求1所述的一种变负载型进相器，其特征在于：所述的同步信号采集电路(2)由同步变压器、信号波形整形电路构成。
4、根据权利要求1所述的一种变负载型进相器，其特征在于：所述的键盘和显示电路(6)由键盘控制电路、显示控制电路、数码管和液晶显示器构成。
5、根据权利要求1所述的一种变负载型进相器，其特征在于：所述的定子电流信号采集电路(8)由电流变换器、信号波形整形电路、AD转换器构成。
6、根据权利要求1所述的一种变负载型进相器，其特征在于：所述的定子电压信号采集电路由(9)电压变送器、信号波形整形电路、AD转换器构成。
7、根据权利要求1所述的一种变负载型进相器，其特征在于：所述的可控硅组件(5)由十二只晶闸管和六只平波电抗器构成。
8、根据权利要求1所述的一种变负载型进相器，其特征在于：所述的进退相控制电路(10)由PLC可编程逻辑控制电路、继电器控制电路及交流接触器构成。
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