斩控式三相交流电机节能控制器制造技术

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单片机控制系统、状态显示和操作面板电路组成。单片机控制系统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。系统运行时电压、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。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于三相交流电机的软起动控制、节能的装置。
技术介绍
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系统功率因数，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。
技术实现思路
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，本技术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P丽波，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。本技术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、单片机控制系统、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单片机控制系统相连，驱动与保护电路 与变流主电路、MC908GP32单片机控制系统、检测电路相连，MC908GP32单片机控制系统和 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。单片机控制系统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，系统运行时电压、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。 本技术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。以下结合附图和实例对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术的系统组成原理框图。图2是本技术的外观图。 图3是本技术的变流主电路图。 图4是IGBT驱动电路图。 图5是缓冲放电电路图。 图6是单片机外围电路图。 图7是电流采集电路图。具体实施方式图1所述为本技术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，系统降在该转速下进行节能运行。 图3是本技术的变流主电路元件连接关系图，VI V4为IGBT， 二极管采用快 恢复二极管。通过对VI V3的同步开关控制实现斩波降压，V4在VI V3关断期间开通， 实现电机绕组电流的续流。 图4为本技术主电路中采用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P丽信号共地， 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为单片机外围电路。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。权利要求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单片机控制系统、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单片机控制系统相连，驱动与保护电路与变流主电路、MC908GP32单片机控制系统、检测电路相连，MC908GP32单片机控制系统和驱动与保护电路、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l所述的三相交流电机节能控制器，其特征在于运行中由MC908GP32 单片机控制系统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。专利摘要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单片机控制系统、状态显示和操作面板电路组成。单片机控制系统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，对三相输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
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单片机控制系统、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单片机控制系统相连，驱动与保护电路与变流主电路、ＭＣ９０８ＧＰ３２单片机控制系统、检测电路相连，ＭＣ９０８ＧＰ３２单片机控制系统和驱动与保护电路、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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙佃升，
申请(专利权)人：滨州学院，孙佃升，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]