CN201536334U - 斩控式三相交流电机节能控制器 - Google Patents

斩控式三相交流电机节能控制器 Download PDF

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Abstract

一种用于三相交流电机的软起动控制、节能运行的斩控式三相交流电机节能控制器，由变流主电路、驱动与保护电路、检测电路、MC908GP32单片机控制***、状态显示和操作面板电路组成。单片机控制***采集检测电路检测到的电机运行参数(电流、电压、功率因数、转速)，通过驱动与保护电路调节变流主电路中开关管的开通占空比，对三相输入电压进行斩波控制，在一定的转速条件下适当降低电机定子输入电压，达到节能运行的目的。***运行时电压、电流波形接近正弦，不含低次谐波，高次谐波可滤除，电机起动时，可通过检测转速和电流，调节斩波占空比实现降压软起动的目的。

Description

斩控式三相交流电机节能控制器
技术领域
本实用新型涉及一种用于三相交流电机的软起动控制、节能的装置。
背景技术
电动机是工业生产中的主要动力设备，也是电网中主要的耗能设备。据统计，我国约有六成的电动机在低于设计额定负荷60％的欠负荷状态下运行，电动机的功率因数在0.8以下，甚至低于0.7，在此状态下运行的电动机，高达30％的用电被浪费掉。随着中国经济的快速发展，高耗能已经成为不可忽视的社会问题，“节能”作为近年倡导的主题。同时，多数电机在使用中起、制动造成的冲击电流对电网造成冲击；功率因数低、谐波污染等问题也引起了供电部门的广泛重视，整治电网污染的呼声日益高涨。双功率电机是典型的通过进行电机本体结构的改造来达到实现节能运行目的的一种节能电机。此种电机具有两套绕组分别对应两个额定运行功率，根据电机负载的大小进行运行绕组的切换，避免电机处于“大马拉小车”的运行状态。双功率电机适合于运行中有两个大小相差较大又相对稳定的负载的情况，比如电机拖动游梁式抽油机时的情况。而在负载不稳定、变动范围较大的情况下，双功率电机却不在适用，难以达到良好节能的效果。基于电容投切无功补偿技术的无功功率补偿装置虽能在一定程度上提高电机拖动***功率因数，改善电网供电，但无法达到电机节能运行的目的；且电容的投切是一种有级式的，不能根据电机的运行状态平滑的调节。相控式交流电机节能技术是在电机负载率低的情况下，通过适当降低定子绕组供电电压达到降低能耗、提高电机功率因数的目的。但此种相控调压的方法本身就会造成电机向电网索取的电压波形的畸变，对电网带来谐波污染，在需要大幅度调压的情况下不再具有节能效果。因此，相控式交流电机节能技术存在很大缺陷。
发明内容
为了解决相控式交流电机节能技术存在的电机向电网索取的电压波形为非正弦，对电网带来谐波污染、节能效果差的问题，本实用新型提供了一种斩控式三相交流电机节能控制器。该控制器不仅可以实现电机轻载时的节能运行，电机向电网索取的电压波形为等效正弦的PWM波，最大限度地减小电机对电网带来谐波污染、提高节能效果；还可以实现电机软起动。本实用新型所采用的技术方案是：该控制器包含以下几部分：变流主电路、驱动与保护电路、检测电路、单片机控制***、状态显示和操作面板电路。变流主电路的输入端与三相电源的进线相连，变流主电路的输出端与三相交流电机的三相接线端相连，检测电路与变流主电路、驱动与保护电路、MC908GP32单片机控制***相连，驱动与保护电路与变流主电路、MC908GP32单片机控制***、检测电路相连，MC908GP32单片机控制***和驱动与保护电路、检测电路、状态显示和操作面板电路相连。变流主电路拥有四组由IGBT和电力二极管组成的双向通断的电子开关，其中的三组为相内双向电子开关，分别与三相电源的每相进线以及交流电机的三相接线端相连，各由一个IGBT和四个电力二极管组成，另外的一组为相间双向电子开关，接于三组相内双向电子开关和交流电机的三相接线端之间，由一个IGBT和六个电力二极管组成。检测电路检测电机运行时的参数，包括电流、电压、功率因数、转速。单片机控制***采集检测电路检测到的电机运行的参数，根据控制需要通过驱动与保护电路调节变流主电路中开关管的开通占空比，对三相输入电压进行斩波控制，在满足一定的转速条件下适当降低电机定子输入电压，达到节能运行的目的。由于是在正弦电压的基础上斩波调压，且斩波频率高、占空比高，***运行时电压、电流波形接近正弦，不含低次谐波，高次谐波可滤除，能够达到减小谐波、节能运行的目的。电机起动时，可通过检测转速和电流，调节斩波占空比实现降压软起动的目的。
本实用新型可以实现电机降压软起动、轻载时的节能运行，对提高电机运行时的功率因数、减小电机对电网带来谐波污染效果明显。
附图说明
下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的***组成原理框图。
图2是本实用新型的外观图。
图3是本实用新型的变流主电路图。
图4是IGBT驱动电路图。
图5是缓冲放电电路图。
图6是单片机***电路图。
图7是电流采集电路图。
具体实施方式
图1所述为本实用新型各部分的组成原理框图，各部分信号流通关系如图所示。
在图2中，1、2、3分别对应电网三相输入电压，4、5、6为三相输出，7为接电机转速检测线插口，8为状态显示和操作面板。运行时对转速要求不高的电机，可不必对转速进行采集，只进行转速开环节能控制即可。状态显示可显示当前运行电机的电流、电压、功率因数。操作面板可在一定范围内设定电机运行的转速，***降在该转速下进行节能运行。
图3是本实用新型的变流主电路元件连接关系图，V1～V4为IGBT，二极管采用快恢复二极管。通过对V1～V3的同步开关控制实现斩波降压，V4在V1～V3关断期间开通，实现电机绕组电流的续流。
图4为本实用新型主电路中采用EXB841构成的IGBT的驱动与保护电路，该电路能够实现一个IGBT的驱动与保护。本电路中需要4路驱动电路，它们的输入PWM信号共地，而20V的供电电源不共地。图4中光耦采用TLP521。
图5所示为IGBT的缓冲放电电路，图中二极管采用快恢复二极管，电阻采用无感电阻，电容采用高压无感电容。
图6为单片机***电路。图中所示为晶振、键盘、指示灯的连接方法以及有关信号的输入输出引脚。
图7为电流采集电路。本电路将霍尔电流传感器采集到的电压信号放大后经绝对值整流、滤波稳压后输入单片机的A/D转换引脚。

Claims (2)

1.一种用于三相交流电机的软起动控制、节能运行的斩控式三相交流电机节能控制器，由变流主电路、驱动与保护电路、检测电路、MC908GP32单片机控制***、状态显示和操作面板电路组成，变流主电路的输入端与三相电源的进线相连，变流主电路的输出端与三相交流电机的三相接线端相连，检测电路与变流主电路、驱动与保护电路、MC908GP32单片机控制***相连，驱动与保护电路与变流主电路、MC908GP32单片机控制***、检测电路相连，MC908GP32单片机控制***和驱动与保护电路、检测电路、状态显示和操作面板电路相连，其特征在于：变流主电路拥有四组由IGBT和电力二极管组成的双向通断的电子开关，其中的三组为相内双向电子开关，分别与三相电源的每相进线以及交流电机的三相接线端相连，各由一个IGBT和四个电力二极管组成，另外的一组为相间双向电子开关，接于三组相内双向电子开关和交流电机的三相接线端之间，由一个IGBT和六个电力二极管组成。
2.根据权利要求1所述的三相交流电机节能控制器，其特征在于：运行中由MC908GP32单片机控制***采集检测电路检测到的电机运行时的电流、电压、功率因数、转速参数，通过由EXB841构成的驱动与保护电路调节变流主电路中开关管IGBT的开通占空比，对三相输入电压进行斩波控制。
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