CN203326948U - 一种电动机星形/三角形通用节电器转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中小功率电动机星形/三角形转换电路，转换电路与三相电机相连，包括控制电路和接触器，接触器通过传感器和/或取样器与控制电路相连，三相电机的两端跨接有三角形电路接触器，三相电机远离三相电源的一端安装有星形电路接触器，控制电路通过吸合或释放接触器使三相电机切换星形连接状态或三角形连接状态。转换方法包括如下步骤：确定额定功率和额定电流，进行巡检工作；给出马达开关指令，令马达处于三角形运行状态或处于星形运行状态。本实用新型的星三转换电路及方法不存在附加误差，具备高度稳定性，适用于旧设备改造、更能配套新设备出厂，是一种可大面积推广、具有高度稳定、廉价通用的节电器。

Description

一种电动机星形/三角形通用节电器转换电路

技术领域

本实用新型涉及一种转换电路，尤其涉一种电动机星形/三角形通用节电器转换电路。 

背景技术

国内已有的节电器，若按“功率控制方式”、可分为下述4类：1)、星三转换；2)、变频器调压；3)、可控硅调压；4)、电抗器调压。若按“控制信号来源”、可分为下述2类：1)、马达电流取样法；2)、功率因数取样法。存在问题：1)、四十年来国内研发的星三转换节电器或电抗器调压节电器、一直使用“马达电流取样法”作为转换的控制信号。看似最简捷，实际不可行。因为仅仅环境电压引起的电流变化幅度就超过了信号电流变化幅度，换句话说：仅设备环境供电的380V电压在340V-420V之间波动，信号就被淹没在扰动里。2)、近十年来国内研发的“变频器调压节电器”或“可控硅调压节电器”、较多的使用“功率因数取样法”。同样因环境电压引起的功率因数变化也比较大，功率因数还因电机制造厂的铜铁材料质量、电机工艺措施等复杂因素分散较大，导致信号离散性相对较大；致使实际推广受到限制。当设备环境供电的380V电压在340V-420V之间波动、环境电压引起的扰动已经接近有效信号本身；但比第1种方法“取样马达电流”要好多了，因为信号幅度已经小于扰动幅度。以上的取样方式，由于存在较大的环境扰动，每台机器都必须在旧设备改造现场，派出技术人员进行现场调试才能投入使用。故大面积推广均受此限制，无法成为一种出厂即能直接使用的通用产品。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动机星形/三角形通用节电器转换电路和转换方法，直接测取马达负载功率作为节电器控制信号，除了模块本身千分之一的测量误差，没有其他附加误差，十分精确的反映了马达实时负载功率大小，进而准确控制星三转换节电运行。 

本实用新型采用如下技术方案实现： 

一种电动机星形/三角形通用节电器转换电路，所述转换电路与三相电机相连，包括控制电路和接触器，所述接触器通过传感器和/或取样器与控制电路相连，其特征在于，所述三相电机的两端跨接有三角形电路接触器，三相电机远离三相电源的一端安装有星形电路接触器，所述控制电路通过吸合或释放接触器使三相电机切换星形连接状态或三角形连接状态。 

进一步的，所述转换电路包括电源滤波器、三相相序传感器、三相电压取样器和马达电流传感器，靠近三相电源的一端安装有交流接触器，所述电源滤波器一端与三相电源相连，另一端与电源变压器相连，所述电源变压器与低压开关电源相连，所述三相相序传感器、三相电压取样器和马达电流传感器分别与计算机芯片相连。 

进一步的，还包括分别相连于计算机芯片的马达温度取样器、负载功率取样器、数码管显示按键板、故障报警继电器、三角形接触器、星形接触器和马达开关指令。 

一种电动机星形/三角形通用节电器转换方法，其特征在于，该转换方法包括如下步骤： 

1)第一次运行星形/三角形转换电路时，输入额定功率和额定电流； 

2)转换电路根据额定功率和额定电流，进行巡检工作，所述巡检工作包括巡检三相相序传感器、三相电压取样器、马达温度取样器、负载 功率取样器；此时负载功率为零，故控制电路输出星形接触器KMY信号，吸合交流接触器KMY，马达处于星形运转的准备状态； 

3)若发生三相相序逆相序、三相电缺相、供电电压过高、供电电压过低、马达温度过高等项故障，控制电路输出故障报警继电器信号，同时拉断电机强电电路； 

4)给出马达开关指令，吸合交流接触器KMZ，不断测量马达实时负载功率大小，若负载超出“上跳三角形分界线”，即释放“星形接触器KMY”、吸合“三角形接触器KM△”，令马达处于三角形运行状态； 

或： 

如果负载低于“下跳星形分界线”，立即释放“三角形接触器KM△”、吸合“星形接触器KMY”、令马达处于星形运行状态。 

进一步的，在步骤4)中，数码管一直显示马达电流、负载功率、星三状态等各项运行数据，只要发生过载、短路、断线、负载过重等项故障，数码管立即显示故障代码，并且“故障报警继电器”同时拉断马达电源报警。 

进一步的，步骤4)完成之后还包括一个步骤5)：马达开关指令取消后，芯片恢复巡检“三相相序传感器”、“三相电压取样”、“马达温度取样”、“负载功率取样”、及在数码管上显示各项巡检数据，等待下一轮“马达开关指令”的到来。 

本实用新型的星三转换电路由于不存在附加误差，因此是一种具备高度稳定性的节电器，所以不但适用于旧设备改造、更能配套新设备出厂，还能够成为一种可大面积推广的、具有高度稳定的、廉价通用节电器。 

附图说明

图1是星三转换电路的电路框图。 

图2是星三转换电路的电路原理图。 

具体实施方式

通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本实用新型，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本实用新型技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本实用新型的技术方案所限定的保护范围。 

如图1所示本实用新型的电动机星形/三角形通用节电器转换电路，转换电路与三相电机相连，包括控制电路和接触器，接触器通过传感器和/或取样器与控制电路相连，三相电机的两端跨接有三角形电路接触器，三相电机远离三相电源的一端安装有星形电路接触器，控制电路通过吸合或释放接触器使三相电机切换星形连接状态或三角形连接状态。转换电路包括电源滤波器、三相相序传感器、三相电压取样器和马达电流传感器，靠近所述三相电源的一端安装有交流接触器，电源滤波器一端与三相电源相连，另一端与电源变压器相连，电源变压器与低压开关电源相连，三相序传感器、三相电压取样器和马达电流传感器分别与计算机芯片相连。 

转换电路中还包括分别连接于计算机芯片的马达温度取样器、负载功率取样器、数码管显示按键板、故障报警继电器在、三角形接触器、星形接触器和马达开关指令。 

一种电动机星形/三角形通用节电器转换方法，其特征在于，该转换方法包括如下步骤： 

1)第一次运行星形/三角形转换电路时，输入额定功率和额定电流； 

2)转换电路根据额定功率和额定电流，进行巡检工作，所述巡检工作包括巡检三相相序传感器、三相电压取样器、马达温度取样器、负载 功率取样器；此时负载功率为零，故控制电路输出星形接触器KMY信号，吸合交流接触器KMY，马达处于星形运转的准备状态； 

3)若发生三相相序逆相序、三相电缺相、供电电压过高、供电电压过低、马达温度过高等项故障，控制电路输出故障报警继电器信号，同时拉断电机强电电路； 

4)给出马达开关指令，吸合交流接触器KMZ，不断测量马达实时负载功率大小，若负载超出“上跳三角形分界线”，即释放“星形接触器KMY”、吸合“三角形接触器KM△”，令马达处于三角形运行状态； 

或： 

如果负载低于“下跳星形分界线”，立即释放“三角形接触器KM△”、吸合“星形接触器KMY”、令马达处于星形运行状态。 

在步骤4)中，数码管一直显示马达电流、负载功率、星三状态等各项运行数据，只要发生过载、短路、断线、负载过重等项故障，数码管立即显示故障代码，并且“故障报警继电器”同时拉断马达电源报警。 

步骤4)完成之后还包括一个步骤5)：马达开关指令取消后，芯片恢复巡检“三相相序传感器”、“三相电压取样”、“马达温度取样”、“负载功率取样”、及在数码管上显示各项巡检数据，等待下一轮“马达开关指令”的到来。 

三相电源L1、L2、L3进入设备总开关，总开关合闸后，其中L12、L13经过电源滤波器给电源变压器供电，再经过低压开关电源输出+5V、-5V二种电源供给计算机芯片和各路输入输出通道的集成电路用电。+12V供给各输入通道的光电耦合器之前用电、供给各输出通道的光电耦合器之后用电，以保证最基本的抗干扰措施。电源变压器还输出交流220V电压，作为各交流接触器电源。计算机芯片通电后，只要设备制造商在第一次运行之前，于“数码管显示按键板”上输入此设备马达铭牌上标 定的“额定功率”、“额定电流”二项数据，芯片就会在4.0150kw的范围内，自动调出此规格马达所有运行监控数据、此后一直按此数据运行。在获得马达开关指令之前，芯片便开始巡检“三相相序传感器”、“三相电压取样”、“马达温度取样”、“负载功率取样”并显示各项巡检数据。若发生三相相序逆相序、三相电缺相、供电电压过高、供电电压过低、马达温度过高等项故障，都会在数码管显示故障代码并禁止启动电机。因此时“负载功率取样”为零，故计算机输出“星形接触器KMY”信号，吸合交流接触器KMY，马达处于星形运转的准备状态。当操作工给出“马达开关指令”、此指令直接吸合交流接触器KMZ；因此前已经处于星形运转准备状态，马达通电后即按星形实施启动过程，依靠计算机芯片“电机启动完成识别软件”、在启动完成之前马达一直处于星型状态。一旦识别出马达启动完成，第一时间投入“节电运行监控状态”，以对随时发生的负载突增工况做出灵敏反应。 

马达运行中，“负载功率取样”软件不断测量马达实时负载功率大小，一旦负载超出“上跳三角形分界线”，立即释放“星形接触器KMY”、吸合“三角形接触器KM△”，令马达处于三角形运行状态。反之，如果负载低于“下跳星形分界线”，立即释放“三角形接触器KM△”、吸合“星形接触器KMY”、令马达处于星形运行状态。此过程中数码管一直显示马达电流、负载功率、星三状态等各项运行数据。 

此过程中“马达电流传感器”不断监测，只要发生过载、短路、断线、负载过重等项故障，数码管立即显示故障代码，并且“故障报警继电器”同时拉断马达电源报警。 

“马达开关指令”取消后，芯片恢复巡检“三相相序传感器”、“三相电压取样”、“马达温度取样”、“负载功率取样”、及在数码管上显示各项巡检数据等等。同时，等待下一轮“马达开关指令”的到来。 

名词解释： 

上跳三角形分界线：给定计算机一个恒定的电动机负载功率数值，当电动机运行在星型状态时，若电机实时运行功率小于该数值，电机一直维持星形运行状态。若电机实时运行功率大于该数值，计算机便指令星形交流接触器切换到三角形交流接触器，电机运行于三角形状态。该恒定的负载功率数值叫做“上跳三角形分界线”。 

下跳星形分界线：给定计算机一个恒定的电动机负载功率数值，当电动机运行在三角形状态时，若电机实时运行功率大于该数值，电机一直维持三角形运行状态。若电机实时运行功率小于该数值，计算机便指令三角形交流接触器切换到星形交流接触器，电机运行于星形状态。该恒定的负载功率数值叫做“下跳星形分界线”。这二个分界线数值是不一样的。 

本实用新型的技术方案由交流接触器(KMZ、KM△、KMY)为主构成星三转换的基本强电电路、以计算机芯片为核心组成基本测控电路。测控电路由六路输入信号通道(包括：三相相序传感器、三相电压取样、马达电流传感器、马达温度取样、负载功率取样、马达开关指令)、三路输出信号通道(包括：故障报警继电器、三角形接触器KM△、星形接触器KMY)、人机信号交换界面(数码管显示按键板)、以及电源部分(包括：电源滤波器、电源变压器、低压开关电源)组成。 

电路中安装有“电机规格类型识别模块”：使用本机操作面板上的显示屏与按键，只要输入该设备电机铭牌上标定的“额定功率”与“额定电流”二项数据，计算机所有逻辑程序就自动按此马达数据运行；适用电机功率范围4.0kw---150kw。而过去的节电器，在4.0---150kw之间必须依据可适配电机大小划分若干个大小不同规格方可。本机无须划分具体规格、一机通用到底、具有很强的通用性。本实用新型具有全面的电 机保护功能，在强电电路之三相电流取样只用一路T--T’通路之“马达电流传感器”。而过去电动机的传统电流取样电路需设置2-3路电流传感器方可；如果只设1路、当串有电流互感器的线路发生断路故障将无法应对。本实用新型会全面分析这一路马达电流信号，例如串有电流互感器的线路发生上述断路故障将依此断路信号拉断“故障报警继电器”、保护马达不受损坏。 

如图2所示本实用新型的电路原理图，原理图的功能：一是将“三相电压传感器”送来的取样“电压信号输入”信号经过运算放大器U1A整定后、传送到计算机端口U3，二是将“马达电流传感器”送来的“电流信号输入”信号经过运算放大器U1B整定后，传送到运算放大器U2A构成的“谐波滤除器”。因为马达电流谐波的影响，电流波形总是随着谐波的叠加效应呈现3-5秒钟左右为半周期的来回摆动，这一来回摆动的电流波形无法准确读出相位数值。“谐波滤除器”的作用就是充分滤除叠加的所有谐波成分，得到一个纯净的电流正弦稳定波形。这一纯净电流正弦波经过运算放大器U2B组成的“相位比较器”整形后，得到电流正弦波过零点的矩形波，作为相对于电压正弦波滞后的功率因数角送入计算机端口14’。纯净电流正弦波信号12’同时送入计算机端口12’、并且再次经过运算放大器U3A构成的“电流第二运算放大器”，此电流信号送入计算机端口13’。 

计算机端口凭借所获以下信息： 

U3：电压正弦波信号、计算机进一步处理为电压正弦波有效值和电压过零点相位基准信号。 

12’：第一电流正弦波信号、计算机进一步处理为本机所需的电流报警信号。依据设备制造商第一次输入的电机“额定功率”和“额定电流” 二项数据，从4.0-150kw范围的众多电机规格中调出储存的该电机运行报警基准参数，便可与该电流正弦波信号不断比较、决定是否报警。 

13’：第二电流正弦波信号、计算机处理为精细的马达电流正弦波有效值。 

14’：电流正弦波过零点信号、计算机依据其与以上信息便能计算出马达“负载功率取样”数值，作为控制节电器星三转换运行的控制信号。 

本实用新型的星三转换电路由于不存在附加误差，因此是一种具备高度稳定性的节电器，所以不但适用于旧设备改造、更能配套新设备出厂，还能够成为一种可大面积推广的、具有高度稳定的、廉价通用节电器。 

由对比数据检测报告可以看出，中小功率电机应用了本实用新型的星三转换电路之后，在加工前后电流消耗、功率因数、用电消耗、单位能耗等方面均有显著提高，获得了良好的技术效果。 

下表是星三转换电路应用于电动机的通用节电器上的对比数据检测报告。 

检测结果汇总表 

当然，本实用新型还可以有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。 

Claims (3)

1.一种电动机星形/三角形通用节电器转换电路，所述转换电路与三相电机相连，包括控制电路和接触器，所述接触器通过传感器和/或取样器与控制电路相连，其特征在于，所述三相电机的两端跨接有三角形电路接触器，三相电机远离三相电源的一端安装有星形电路接触器，所述控制电路通过吸合或释放接触器使三相电机切换星形连接状态或三角形连接状态。

2.根据权利要求1所述的电动机星形/三角形通用节电器转换电路，其特征在于，所述转换电路包括电源滤波器、三相相序传感器、三相电压取样器和马达电流传感器，靠近三相电源的一端安装有交流接触器，所述电源滤波器一端与三相电源相连，另一端与电源变压器相连，所述电源变压器与低压开关电源相连，所述三相相序传感器、三相电压取样器和马达电流传感器分别与计算机芯片相连。

3.根据权利要求1或2所述的电动机星形/三角形通用节电器转换电路，其特征在于，还包括分别相连于计算机芯片的马达温度取样器、负载功率取样器、数码管显示按键板、故障报警继电器、三角形接触器、星形接触器和马达开关指令。

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