CN2657284Y - 单相交流异步电动机仿真三相交流异步电动机运行装置 - Google Patents

Abstract

一种单相交流异步电动机仿真三相交流异步电动机运行装置，其特征在于它包括相序传感取样环节1、零序保护环节2、第一稳压环节3和第二稳压环节3′、触发控制环节4和可逆运行环节5；本装置利用相序传感电路的输出信号控制固体继电器导通与截止，来改变单相异步交流电动机的起动绕组、运行绕组的接法，从而达到控制单相交流异步电动机仿真三相交流异步电动机起动与运行和仿真三相异步交流电动机的缺相保护。本实用新型利用小功率单相交流异步电动机仿真大功率三相交流异步电动机运行，具有体积小、重量轻、高效节能、实用性强等特点，可广泛应用于电工类实训。

Description

单相交流异步电动机仿真三相交流异步电动机运行装置

技术领域

本实用新型涉及一种电动机教学用具，特别是一种单相交流异步电动机仿真三相交流异步电动机运行装置。

背景技术

一般市场上的三相交流异步电动机功率大、体积大、重量沉，目前在教学实践中，实验用的三相交流异步电动机也是使用这样的实物。

技术内容

本实用新型的目的在于利用单相交流异步电动机仿真三相交流异步电动机运行，从而达到既模拟直观，又节能省力的效果，从而使教学中的仿真教具拥有单相交流异步电动机相对功率小、体积小、重量轻的特点。

它包括相序传感取样环节1、零序保护环节2、第一稳压环节3和第二稳压环节3′、触发控制环节4和可逆运行环节5；

所述相序传感取样环节1包括：由压敏电阻器RV1、RV2构成的第一并联电路、桥堆VC1、VC2，一端分别与三相交流输入端U、V、W相相连接的取样电容器C7、C6、C8，电容器C7、C6、C8的另一端并接后输出至所述零序保护环节2的信号输入端；所述整流桥堆VC1的正输入端与交流电V相之间连接有电阻器R1，整流桥堆VC2的正输入端与交流电W相之间连接有电阻器R2，整流桥堆VC1与VC2的正输入端之间通过第一串联电路，整流桥堆VC1与VC2的负输入端、第一串联电路的连接点均通过电容器C1与三相交流电的U相相连接；整流桥堆VC1与VC2的输出端分别与所述第一稳压环节3和第二稳压环节3′相连，其输出端分别并联有滤波电容器C2和C3：

所述零序保护环节2包括整流桥堆VC3，稳压二极管VDS3、VDS4、限流电阻器R5和继电器KA；所述整流桥堆VC3的正输入端与所述相序传感取样环节1的取样电容器的输出端相连，其负输入端与N端相连，其输出端之间并联有滤波电容器C9，同时还连接有依次由电阻器R5、稳压二极管VDS4和继电器KA的控制线圈构成的第二串联电路，其中电阻器R5与整流桥堆VC3的正输出端相连，继电器KA的线圈的一端与整流桥堆VC3的负输出端相连；稳压二极管VDS4的负极与整流桥堆VC3的负输出端之间连接有稳压二极管VDS3；所述继电器KA在取样端电压为零时不工作，在取样端电压不为零时，KA得电工作，使常闭触点断开；

所述第一稳压环节3包括稳压电路W7815、稳压二极管VDS1、电阻器R3及继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)；其中：稳压电路W7815的输入端与所述相序传感取样环节1的整流桥堆VC1的正输出端相连，接地端与整流桥堆VC1的负输出端相连，在稳压电路W7815的输出端与接地端之间并联有滤波电容器C4，同时连接有由稳压二极管VDS1、电阻器R3及继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)构成的第三串联电路，其中稳压二极管VDS1的负端与稳压电路W7815的输出端相连，继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)的一个触点与稳压电路W7815的地线相连；

所述第二稳压环节3′包括第二稳压电路W7815、稳压二极管VDS2、电阻器R4及继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)；其中：第二稳压电路W7815的输入端与所述相序传感取样环节1的整流桥堆VC2的正输出端相连，接地端与整流桥堆VC2的负输出端相连，在第二稳压电路W7815的输出端与接地端之间并联有滤波电容器C3，同时连接有由稳压二极管VDS2、电阻器R4及继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)构成的第四串联电路，其中稳压二极管VDS2的负端与第二稳压电路W7815的输出端相连，继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)的一个触点与第二稳压电路W7815的地线相连；

所述触发控制环节4包括固体继电器SSR1、固体继电器SSR2、由电阻器R6和电容器C10构成的第五串联电路、由电阻器R7和电容器C11构成的第六串联电路，其中固体继电器SSR1的两个直流输入端与所述第一稳压环节3中的电阻器R3的两端分别相连，固体继电器SSR2的两个直流输入端与所述第二稳压环节3′中的电阻器R4的两端分别相连，固体继电器SSR1与固体继电器SSR2的第一交流输出端与三相交流电的U相相连，固体继电器SSR1的第二交流输出端与三相交流电的U相之间并联有第五串联电路，固体继电器SSR2的第二交流输出端与三相交流电的U相之间并联有第六串联电路；

所述可逆运行环节5包括一个单相电动机M，该电动机M的启动电容的两端分别与所述触发控制环节4中的固体继电器SSR1和固体继电器SSR2的第二交流输出端相连接，其接地端与外壳PE相连。

附图说明

图1为本实用新型原理图；

图2为本实用新型带有相序检测保护电路的一种实施方式原理图；

图3为采用三相相序保护电路工作原理图；

图4为采用三相比例、移相电路工作原理图。

具体实施方式

如图1所示，它包括相序传感取样环节1、零序保护环节2、第一稳压环节3和第二稳压环节3′、触发控制环节4和可逆运行环节5；

所述相序传感取样环节1包括：由压敏电阻器RV1、RV2构成的第一串联电路、桥堆VC1、VC2，一端分别与三相交流输入端U、V、W相相连接的取样电容器C7、C6、C8，电容器C7、C6、C8的另一端并接后输出至所述零序保护环节2的信号输入端；所述整流桥堆VC1的正输入端与交流电V相之间连接有电阻器R1，整流桥堆VC2的正输入端与交流电W相之间连接有电阻器R2，整流桥堆VC1与VC2的正输入端之间通过第一串联电路，整流桥堆VC1与VC2的负输入端、第一串联电路的连接点均通过电容器C1与三相交流电的U相相连接；整流桥堆VC1与VC2的输出端分别与所述第一稳压环节3和第二稳压环节3′相连，其输出端分别并联有滤波电容器C2和C3；

所述零序保护环节2包括整流桥堆VC3，稳压二极管VDS3、VDS4、限流电阻器R5和继电器KA；所述整流桥堆VC3的正输入端与所述相序传感取样环节1的取样电容器的输出端相连，其负输入端与N端相连，其输出端之间并联有滤波电容器C9，同时还连接有依次由电阻器R5、稳压二极管VDS4和继电器KA的控制线圈构成的第二串联电路，其中电阻器R5与整流桥堆VC3的正输出端相连，继电器KA的线圈的一端与整流桥堆VC3的负输出端相连；稳压二极管VDS4的负极与整流桥堆VC3的负输出端之间连接有稳压二极管VDS3；所述继电器KA在取样端电压为零时不工作，在取样端电压不为零时，KA得电工作，使常闭触点断开；

所述第一稳压环节3包括稳压电路W7815、稳压二极管VDS1、电阻器R3及继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)；其中：稳压电路W7815的输入端与所述相序传感取样环节1的整流桥堆VC1的正输出端相连，接地端与整流桥堆VC1的负输出端相连，在稳压电路W7815的输出端与接地端之间并联有滤波电容器C4，同时连接有由稳压二极管VDS1、电阻器R3及继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)构成的第三串联电路，其中稳压二极管VDS1的负端与稳压电路W7815的输出端相连，继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)的一个触点与稳压电路W7815的地线相连；

所述第二稳压环节3′包括第二稳压电路W7815、稳压二极管VDS2、电阻器R4及继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)；其中：第二稳压电路W7815的输入端与所述相序传感取样环节1的整流桥堆VC2的正输出端相连，接地端与整流桥堆VC2的负输出端相连，在第二稳压电路W7815的输出端与接地端之间并联有滤波电容器C3，同时连接有由稳压二极管VDS2、电阻器R4及继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)构成的第四串联电路，其中稳压二极管VDS2的负端与第二稳压电路W7815的输出端相连，继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)的一个触点与第二稳压电路W7815的地线相连；

所述触发控制环节4包括固体继电器SSR1、固体继电器SSR2、由电阻器R6和电容器C10构成的第五串联电路、由电阻器R7和电容器C11构成的第六串联电路，其中固体继电器SSR1的两个直流输入端与所述第一稳压环节3中的电阻器R3的两端分别相连，固体继电器SSR2的两个直流输入端与所述第二稳压环节3′中的电阻器R4的两端分别相连，固体继电器SSR1与固体继电器SSR2的第一交流输出端与三相交流电的U相相连，固体继电器SSR1的第二交流输出端与三相交流电的U相之间并联有第五串联电路，固体继电器SSR2的第二交流输出端与三相交流电的U相之间并联有第六串联电路；

所述可逆运行环节5包括一个单相电动机M，该电动机M的启动电容的两端分别与所述触发控制环节4中的固体继电器SSR1和固体继电器SSR2的第二交流输出端相连接，其接地端与外壳PE相连。

在本实施方式中，三相交流电的U、V、W分别接入电容器C7、C6、C8，并通过这三只电容器使其产生一个“人为的Y中性点”。不对称三相电路失去了对称性的特点，负载中性点和电源中性点的电位不重合现象称为负载中性点的移位。如果中性点移位较大，则表明有的相电压过高，而有的相电压偏低。当是电动机正常运行时，“人为的Y中性点”电压为零，与三相五线制的中性点电位一致，故桥堆VC1、VC2两输入端电压为零，无电压输出，继电器KA不动作，其常闭触头闭合。当电源某一相断相时，“人为的Y中性点”与三相五线制电源中性点的电位差上升，继电器KA线圈得电，其常闭触头断开，切断固体继电器SSR1和固体继电器SSR2的触发信号，单相异步电动机停止运转。

同时，零序保护电路又是一个小型的节电器。因为三只电容分别接在U、V、W三相电源上，起到了无功率补偿作用。

其工作过程如下：

输入三相交流电源，由于电路的不对称关系，V相支路上R1两端的电压为330V交流电(有效值、下同)，支路传感取样电压经VC1整流、C2滤波后得到的21V直流电，经过三端集成稳压块W7815输出变为15V。经稳压管VDS1分压后加在固体继电器SSR1输入端的10V电压使固体继电器SSR1导通(SSR的导通电压为3～12V)，其输出端输出220V交流电，加在单相交流异步电动机的运转绕组上，而与固体继电器SSR2输出端连接的单相交流异步电动机的另一相绕组与电容串联成起动绕组，电机正转。因为此时W相支路上R2两端的电压为88V交流电，支路传感取样电压经VC2整流、C2滤波后得到的4V直流电、经过三端集成稳压块W7815输出变为2.6V，未能达到稳压管VDS2的稳压值，因而稳压管截止，固体继电器SSR2截止。

改变三相交流电源中任意两相的相序，从而改变了不对称电路的电压分配。V相支路上R1两端的电压变为88V，W相支路上R2两端电压变为330V，正好与未换相前电压分配相反，因而固体继电器SSR1截止，固体继电器SSR2导通，原单相交流异步电动机的运转绕组变为起动绕组，原单相交流异步电动机的起动绕组变为运转绕组，产生的旋转磁场与原磁场相反，单相交流异步电动机反转。

本实施方式中，单相交流异步电动机额定电压220V，额定功率25W；

为空载运行时节电指标：按三相交流异步电动机功率为0.06KW～5KW算，本装置可节能35％～49.75％。

如图2，也可以采用另一个实施方式(Y起动、Δ运行)：

在前一种实施方式的基础上，还包括一个相序检测保护电路6，该相序检测保护电路6包括一个相序保护器TH221A、继电器KA2、继电器KA3、直流电源电路61和仿真三相交流电动机连接头J；所述仿真三相交流电动机连接头J的W′、U′、V′端分别与三相交流电的W相、U相、V相相连；所述相序保护器TH221A的三个电压采样端口分别通过电阻器R8、电阻器R9、电阻器R10与仿真三相交流电动机连接头J的W′、U′、V′端相连；所述直流电源电路61包括通过由电阻器R12和电容器C14构成的并联电路与三相交流电连接头J的V′端相连的整流桥堆VC4、稳压电路W7824、稳压二极管VDS5、电阻器R11，其输出的直流电源电压正端分别与相序保护器TH221A的供电端和直流继电器电源端相连；在相序保护器TH221A的直流继电器电源端之间连接有由继电器KA3的控制线圈和继电器KA2的一个常闭触点对KA2(2-1)构成的串联电路；在相序保护器TH221A的直流继电器电源端与外界继电器连接端之间接有继电器KA2的控制线圈；由继电器KA2的另一个常闭触点对KA2(2-2)和继电器KA3的常开触点对KA3(1-1)构成的串联电路连接于电动机M的工作回路之中，且在继电器KA3的常开触点对KA3(1-1)两端并联有电感器L。

相序保护器TH221A是一个专用集成电路，市面有售，它利用线电压是否错相或断相采取保护动作。当三相异步电机Y/Δ运行，在经过一定时间后Y停止，转入Δ运行。此时相序保护器TH221A接入线电压，当运行正常无错序与断序时继电器KA2不吸合，常闭触点对KA2(2-2)闭合，KA3得电吸合，常开触点对KA3(1-1)接通短接了电感器L，使仿真三相异步电动全压加在单相电动机绕组上完成了Y转换到Δ运行过程；当有错相或断相时，继电器KA2吸合，其KA(2-2)断开，切断单相电动机回路停止运行，同时KA2(2-1)常闭点断开，使继电器KA3(1-1)常开触点断开，为下次单相电动机运行串联电感器L仿真Y运行做准备。

或者如图3、图4所示，取消第一稳压环节3′、固体继电器、整流桥堆VC2和第二稳压环节3中的稳压电路W7815，第二稳压环节3中的继电器KA的一个触点对KA(2-1)改变连接方法；且增加启动控制开关电路4′：一个继电器KA4，电动机M的两端分别接有继电器KA的两个触点对KA(2-1)、KA(2-2)，它们的另一端连接在一起，该连接点与三相交流电的U相之间连接有继电器KA4的触点对KA4(2-1)。所述继电器KA4的控制线圈连接在第一稳压环节3的稳压二极管VDS1的正极和整流桥堆VC1的负输出端之间。

本装置比三相交流异步电动机的体积小、重量轻(1Kg)，管理及运输方便、安全、适应性强。可广泛应用于各大高校、中专、技校、企事业单等的电类培训中。对教学用模拟机床电气实施科技进步具有现实意义。

Claims (2)

1、一种单相交流异步电动机仿真三相交流异步电动机运行装置，其特征在于它包括相序传感取样环节(1)、零序保护环节(2)、第一稳压环节(3)和第二稳压环节(3′)、触发控制环节(4)和可逆运行环节(5)；

所述相序传感取样环节(1)包括：由压敏电阻器RV1、RV2构成的第一串联电路、桥堆VC1、VC2，一端分别与三相交流输入端U、V、W相相连接的取样电容器C7、C6、C8，电容器C7、C6、C8的另一端并接后输出至所述零序保护环节(2)的信号输入端；所述整流桥堆VC1的正输入端与交流电V相之间连接有电阻器R1，整流桥堆VC2的正输入端与交流电W相之间连接有电阻器R2，整流桥堆VC1与VC2的正输入端之间通过第一串联电路，整流桥堆VC1与VC2的负输入端、第一串联电路的连接点均通过电容器C1与三相交流电的U相相连接；整流桥堆VC1与VC2的输出端分别与所述第一稳压环节(3)和第二稳压环节(3′)相连，其输出端分别并联有滤波电容器C2和C3；

所述零序保护环节(2)包括整流桥堆VC3，稳压二极管VDS3、VDS4、限流电阻器R5和继电器KA；所述整流桥堆VC3的正输入端与所述相序传感取样环节(1)的取样电容器的输出端相连，其负输入端与N端相连，其输出端之间并联有滤波电容器C9，同时还连接有依次由电阻器R5、稳压二极管VDS4和继电器KA的控制线圈构成的第二串联电路，其中电阻器R5与整流桥堆VC3的正输出端相连，继电器KA的线圈的一端与整流桥堆VC3的负输出端相连；继电器KA的控制线圈套两端并联有稳压二极管VDS3；所述KA在取样端电压为零时不工作，在不为零时，KA得电工作，使常闭触点断开；

所述第一稳压环节(3)包括稳压电路W7815、稳压二极管VDS1、电阻器R3及继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)；其中：稳压电路W78 15的输入端与所述相序传感取样环节(1)的整流桥堆VC1的正输出端相连，接地端与整流桥堆VC1的负输出端相连，在稳压电路W7815的输出端与接地端之间并联有滤波电容器C4，同时连接有由稳压二极管VDS1、电阻器R3及继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)构成的第三串联电路，其中稳压二极管VDS1的负端与稳压电路W7815的输出端相连，继电器KA的一对常闭触点KA(2-1)的一个触点与稳压电路W7815的地线相连；

所述第二稳压环节(3′)包括第二稳压电路W7815、稳压二极管VDS2、电阻器R4及继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)；其中：第二稳压电路W7815的输入端与所述相序传感取样环节(1)的整流桥堆VC2的正输出端相连，接地端与整流桥堆VC2的负输出端相连，在第二稳压电路W7815的输出端与接地端之间并联有滤波电容器C3，同时连接有由稳压二极管VDS2、电阻器R4及继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)构成的第四串联电路，其中稳压二极管VDS2的负端与第二稳压电路W7815的输出端相连，继电器KA的一对常闭触点KA(2-2)的一个触点与第二稳压电路W7815的地线相连；

所述触发控制环节(4)包括固体继电器SSR1、固体继电器SSR2、由电阻器R6和电容器C10构成的第五串联电路、由电阻器R7和电容器C11构成的第六串联电路，其中固体继电器SSR1的两个直流输入端与所述第一稳压环节(3)中的电阻器R3的两端分别相连，固体继电器SSR2的两个直流输入端与所述第二稳压环节(3′)中的电阻盛R4的两端分别相连，固体继电器SSR1与固体继电器SSR2的第一交流输出端与三相交流电的U相相连，固体继电器SSR1的第二交流输出端与三相交流电的U相之间并联有第五串联电路，固体继电器SSR2的第二交流输出端与三相交流电的U相之间并联有第六串联电路；

所述可逆运行环节(5)包括一个单相电动机M，该M的启动电容的两端分别与所述触发控制环节(4)中的固体继电器SSR1和固体继电器SSR2的第二交流输出端相连接，其接地端与地线PE端相连。

2、如权利要求1的一种单相交流异步电动机仿真三相交流异步电动机运行装置，其特征在于它还包括一个相序检测保护电路(6)，该相序检测保护电路(6)包括一个相序保护器TH221A、继电器KA2、继电器KA3、直流电源电路(61)和三相交流电连接头J；所述三相交流电连接头J的W′、U′、V′端分别与三相交流电的相W相、U相、V相相连；所述相序保护器TH221A的三个电压采样端口分别通过电阻器R8、电阻器R9、电阻器R10与三相交流电连接头J的W′、U′、V′端相连；所述直流电源电路(61)包括通过由电阻器R12和电容器C14构成的并联电路与三相交流电连接头J的V′端相连的整流桥堆VC4、稳压电路W7824、稳压二极管VDS5、电阻器R11，其输出的直流电源电压正端分别与相序保护器TH221A的供电端和直流继电器电源端相连；在相序保护器TH221A的直流继电器电源端之间连接有由继电器KA3的控制线圈和继电器KA2的一个常闭触点对KA2(2-1)构成的串联电路；在相序保护器TH221A的直流继电器电源端与外界继电器连接端之间接有继电器KA2的控制线圈；由继电器KA2的另一个常闭触点对KA2(2-2)和继电器KA3的常开触点对KA3(1-1)构成的串联电路连接于电动机M的工作回路之中，且在继电器KA3的常开触点对KA3(1-1)两端并联有电感器L。

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