专利名称：智能双馈同步进相器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及异步电动机无功功率补偿技术领域，适用于对各种工况条件下、各系列 绕线式异步电动机的无功功率进行就地补偿的智能双馈同步进相器。
背景技术：
交流异步电动机属于感性用电负载，运行时要求电源提供感性无功功率，从而使功率因 数变坏，造成电网质量差、无功功率损耗严重。目前，用于绕线式异步电动机的补偿设备有: 电容器及静止式进相器等。但这类设备均有一定的局限性静止式进相器虽然在恒定工况条 件下有很好的补偿效果，但对于轻负载、变负载、重负载工况条件下(如轧钢机、穿孔机、 轻载风机等)无法适应电动机负载变化，尚不能获得良好的补偿效果；采用电容器进行无功 补偿，易使电网产生过补和谐振，危及电网运行安全。 发明内容
为克服现有技术的不足，本实用新型的发明目的在于提供一种使绕线式异步电动机同步 运行的智能双馈同步进相器，能够根据负载的变化自动调节施加于转子回路的励磁电压、励 磁电流的大小，使电动机在各种负载下达到理想的无功功率补偿效果。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为可根据电动机定子电流、电压信号计算功 率因数的控制器，通过进退相控制电路、可控硅组件与异步运行电路相连，使电动机的异步 运行变为同步运行。
本实用新型所述的控制器的CPU微处理器分别与定子电流信号采集电路、定子电压信号 采集电路、同步信号采集电路、扩展程序存储器、键盘和显示电路、可控硅触发电路、声光 报警电路、手动、自动复位电路、振荡电路相连。
本实用新型所述的定子电流信号采集电路用于采集异步电动机定子电流信号，由电流信 号、电流交换电路、模数变换电路、光电隔离电路连在一起后与CPU微处理器相连，将所采 集的电流信号经过信号波形整形电路输入CPU微处理器。
本实用新型所述的定子电压信号采集电路用于采集异步电动机定子电压信号，由电压信
号、变换电路、信号波形整形电路连在一起后与CPU微处理器相连，将所采集的电压信号经 过信号波形整形电路输入CPU微处理器。
本实用新型所述的同步信号采集电路由同步信号、变换电路、信号波形整形电路连在一
起后与CPU微处理器相连。
本实用新型所述的键盘和显示电路的键盘电路、显示电路分别与8155 口相连，8155 口 再与CPU微处理器相连，可随时显示、修改电动机的参数。
本实用新型所述的可控硅触发电路由并联的光电隔离电路和功放电路组成。
本实用新型是利用同步电动机运行控制技术和晶闸管变流变压技术相结合，将直流电流 通过控制器、进退相控制电路、可控硅组件施加到电机的转子回路作为励磁电流，变异步运 行为同步运行，同时根据电机定子电流和功率因数的大小，自动调整施加到转子回路的励磁 电流的大小，实现根据负载变化自动调整功率因数的目的。有效地改善了静止式进相器只能 用于恒定负载补偿的缺点。
上述电路的实现过程为定子电流信号采集电路和定子电压信号采集电路采集的电流信号 和电压信号送入CPU微处理器，计算出电机实时的功率因数，实时功率因数与设定的功率因 数比较，进行PTD运算，CPU微处理器根据运算结果作出相应的触发控制，调整施加到转子 回路励磁电流的大小，形成闭环控制，使补偿效果始终处于最佳状态。
本实用新型与现有技术相比，利用可控硅变压变流技术和同步电动机运行特点相结合， 将可调节的直流电流施加到转子回路作为励磁电流，同时根据电机实时功率因数的大小，改 变施加到转子回路的励磁电流的大小以适应负载的变化，达到改善功率因数的目的，同时， 采用实时双反馈(电流、电压)，确保补偿效果适应各种负载的变化，可方便将变负载、轻负 载、重负载工矿的绕线式异步电动机变为同步运行，实现就地无功功率补偿。以下结合附图对本实用新型作进一步详述。
图1为本实用新型的控制电路原理图。 图2为本实用新型的CPU微处理器保护控制系统硬件框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型控制器4通过进退相控制电路3、可控硅组件2与异步运行电 路1相连，使电动机的异步运行变为同步运行，控制器4可将绕线式异步电动机的定子电流、 电压信号输入其内的CPU微处理器，在CPU微处理器的控制下计算实时功率因数，作为信 号处理、电动机过流、电动机过载和缺相保护之用；KM2、 KM3为交流接触器，作为进相、 退相切换用；TC1为整流变压器，UR为可控硅组件，其导通角受CPU微处理器控制；1KA 是中间继电器，是过流、缺相、失步保护的执行元件。进相、退相靠按钮SB1、 SB2进行手 动控制，CPU微处理器进行检测、保护和根据电动机的功率因数的变化控制可控硅组件2的 导通角以改变Uf和If，从而控制补偿容量。如果发生超载、缺相或失步现象，则1KA动作， 自动退相，电动机恢复异步运行。
如图2所示，CPU微处理器10分别与绕线式异步电动机定子电流信号采集电路5、定子 电压信号采集电路6、同步信号采集电路7、扩展程序存储器8、键盘和显示电路9、可控硅 触发电路ll、声光报警电路12、手动、自动复位电路13、振荡电路14相连。CPU微处理器 10的型号可为89C51,内置的软件有参数设置程序模块、显示程序模块、PID运算程序模 块、保护功能模块、功率因数计算模块、信号参数标定模块、进退相控制模块；定子电流信 号采集电路5用于采集异步电动机定子电流信号，由电流信号、电流变换电路、模数变换电 路、光电隔离电路连在一起后与CPU微处理器10相连，电流信号经过信号波形整形电路(正 过零、脉冲整形)后输入CPU微处理器10;定子电压信号采集电路6用于采集异步电动机定 子电压信号，由电压信号、(电压)变换电路、信号波形整形电路(正过零、脉冲整形)连在一起 后与CPU微处理器10相连，经整形后将所采集的电压信号输入CPU微处理器10;同步信号 采集电路7由同步信号、变换电路、信号波形整形电路(正过零、脉冲整形)连在一起后与CPU 微处理器10相连；扩展程序存储器8用于CPU微处理器10的扩展程序并存储；键盘和显示 电路9的键盘电路、显示电路分别与8155 口相连，8155 口再与CPU微处理器10相连，利 用扩展的8155B口、 C 口能随时显示电动机的定子电流Il、功率因数C0S4)，还能利用键盘 随时修改参数；本实用新型的可控硅触发电路11、声光报瞀电路12、手动、自动复位电路 13、振荡电路14分别与CPU微处理器10相连。本实用新型采用89C51单片机为CPU微处 理器10的核心，扩展了 EPROM2732、 8155、 ADC0809、键盘显示、声光报警电路，采用了 模块化程序结构，软件数字滤波抗干扰措施。将定时器"0"作为基准时钟发生器，以产生 500us的定时中断，形成5ms、 20ms、 ls、 lmin的计时单位。将定时器"1"用査询方式，分 别50HZ的90°时间间隔定时与导通角a的定时。利用89C51中GATE门控位的特性，准确
测出电动机的功率因数。具体分项功能如下
1、 系统的信号检测功能将电机的电流、电压信号分别输送至电流、电压变换电路，使 其变成0-5V电压，供CPU的ADC0809采样，进行模-数转换，再经光电隔离电路输送至单 片机，由软件进行数据处理求得定子电流Il、功率因数cos(t。为能随时跟踪Il与COS(J)， 本系统每隔1S检测一次。
2、 系统的控制功能根据检测到的COS4>，改变可控硅的导通角a，改变电机的励磁 电流，可使其在最佳状态下运行，发挥最大补偿作用，并保证电机电流不超载。
3、 系统的保护功能本实用新型设计了电动机过载、失步保护功能，由于失控使电动机 发生过载、失步现象，系统将在设定的时间内自动退相，电动机自动转变为异步运行方式。
4、 为提高系统的抗干扰能力，不仅有手动按钮复位，还有看门狗电路自动复位。
权利要求1、一种智能双馈同步进相器，包括异步运行电路(1)，其特征在于可根据电动机定子电流、电压信号计算功率因数的控制器(4)通过进退相控制电路(3)、可控硅组件(2)与异步运行电路(1)相连，使电动机的异步运行变为同步运行。
2、 根据权利要求1所述的智能双馈同步进相器，其特征在于所述的控制器(4)的CPU 微处理器(10)分别与定子电流信号采集电路(5)、定子电压信号采集电路(6)、同步信号 采集电路(7)、扩展程序存储器(8)、键盘和显示电路(9)、可控硅触发电路(11)、声光报 警电路(12)、手动、自动复位电路(13)、振荡电路(14)相连。
3、 根据权利要求2所述的智能双馈同步进相器，其特征在于所述的定子电流信号采集 电路(5)用于采集异步电动机定子电流信号，由电流信号、电流变换电路、模数变换电路、 光电隔离电路连在一起后与CPU微处理器(10)相连，将所采集的电流信号经过信号波形整 形电路输入CPU微处理器(10)。
4、 根据权利要求2所述的智能双馈同步进相器，其特征在于所述的定子电压信号采集 电路(6)用于采集异步电动机定子电压信号，由电压信号、变换电路、信号波形整形电路连 在一起后与CPU微处理器(10)相连，将所采集的电压信号经过信号波形整形电路输入CPU 微处理器(10)。
5、 根据权利要求2所述的智能双馈同步进相器，其特征在于同步信号采集电路(7)由同步信号、变换电路、信号波形整形电路连在一起后与CPU微处理器(10)相连。
6、 根据权利要求2所述的智能双馈同步进相器，其特征在于所述的键盘和显示电路(8)的键盘电路、显示电路分别与8155 口相连，8155 口再与CPU微处理器(10)相连，可随时 显示、修改电动机的参数。
7、 根据权利要求2所述的智能双馈同步进相器，其特征在于可控硅触发电路(11)由 并联的光电隔离电路及功放电路组成。
专利摘要一种智能双馈同步进相器，适用于对各种工况条件下、各系列绕线式异步电动机的无功功率进行补偿。控制器可根据电动机定子电流、电压信号计算功率因数，通过进退相控制电路、可控硅组件与异步运行电路相连。利用同步电动机运行控制和晶闸管变流变压技术相结合，将直流电流通过控制器、进退相控制电路、可控硅组件施加到电机的转子回路作为励磁电流，变异步运行为同步运行，根据电机定子电流和功率因数的大小，自动调整施加到转子回路的励磁电流的大小，实现根据负载变化自动调整功率因数。同时，采用实时双反馈，确保补偿效果适应各种负载的变化，可方便将变负载、轻负载、重负载工矿的绕线式异步电动机变为同步运行，实现就地无功功率补偿。
文档编号H02J3/18GK201210666SQ20082006735
公开日2009年3月18日 申请日期2008年5月22日 优先权日2008年5月22日
发明者刘士杰 申请人:襄樊成林机电有限公司