专利名称：高压电动机变负载软启动与节电一体化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高压电动机变负载软启动与节电一体化装置，具体是涉及一种适用于水泥，化工，冶金，矿山等高压异步电动机工作在轻/重负载交替工作的工况，实现电动机多种软启动方式，并且在轻载过程中达到自动节能的装置。
背景技术：
目前已知的高压异步电动机启动和节能主要采用高压固态软启动柜和高压变频调速柜，高压固态软启动柜主要是对高压电动机启动过程降低电动机启动电流，启动完毕后通过高压旁路真空接触器切换实现全压运行，只对电动机的启动有帮助，对电动机的节能方面没有作用，高压变频调速柜启动效果较好，并且对电动机工作在轻载环境下有一定的节能效果，但是该产品价格昂贵，体积大，并且有谐波污染。
发明内容本实用新型的目的是针对上述不足，而提出的一种成本低，实现平滑软启动，启动完毕后实时检测电动机功率因数的高压电动机变负载软启动与节电一体化装置。本实用新型的技术解决方案是:高压电动机变负载软启动与节电一体化装置是:电流检测电路和电压检测电路的输出端分别接单片机控制电路，单片机控制电路的输出通过软启动可控硅触发电路接软启动电路，在单片机控制电路上接有汉字显示电路。本实用新型的技术解决方案中所述的电流检测电路是电流变送器CT1的输入端通过电流互感器接电动机M，电流变送器CT1的输出端接整流电路U1，整流电路U1输出直流信号经集成运算放大器U2A和比较器U2B接单片机控制电路中单片机U9的输入端。本实用新型的技 术解决方案中所述的软启动可控硅触发电路是接收到单片机控制电路发出的触发信号经芯片LS174反向输出和高频信号经过集成电路HC27分频叠加后由场效管Q1输出，通过光发射器T1和光接收器P1驱动场效管Q2，其输出端通过电流互感器CT2和CT3隔离输送到软启动电路中的可控硅的控制极和触发极。本实用新型的技术解决方案中所述的软启动电路是由可控硅串联反并联组成。本实用新型的技术解决方案中所述的单片机控制电路是采用嵌入式32位单片机U9，在单片机U9的60、62脚上分别连接有晶振M和电容C5、C6组成的振荡电路。本实用新型的技术解决方案中所述的电压检测电路是电压互感器的副边通过光电耦合电路6N139接单片机U9。本实用新型采用大功率固态软启动装置和节电装置一体化，利用嵌入式32位单片机系统实现电动机智能软起动和节能功能，在高压异步电机起动时在电机定子回路串入三相反并联的可控硅，实现平滑软启动，起动完毕后通过实时检测电动机的功率因数实现轻载节能。本实用新型将高压异步电机的软起动，轻载节能功能合二为一。并且本实用新型现场利用触摸屏显示电路实时监控软起动装置和电动机的工作状况(轻载/重载)，高压异步电机的软起动方式，起动电流，功率因数可在屏上更改，具有设备体积小，轻载节能效果明显，故障点少，集成化高等优点。
图1是本实用新型的方框图。图2是本实用新型的电原理框图。
具体实施方式
如图1、2所示，电流检测电路I的输入端通过电流变送器(^与电动机M的电流互感器连接，电流变送器CT1输出的交流电流信号经整流电路U1整流为直流信号，通过比较器电路接单片机U9进行判别，电压检测电路6将检测到的电动机M定子电压相位信号输入到单片机U9，单片机U9将电流检测电路I的电流信号和电压检测电路6的电压信号通过计算出功率因数信号，根据负载轻/重状况发出不同的触发信号，发送给软启动可控硅触发电路2，软启动可控硅触发电路2将触发信号经过隔离技术发送给软启动电路3的可控硅组件，软启动电路3通过由软启动可控硅触发电路2输入的脉冲触发信号移相角度的调整，来改变可控娃的导通角的大小，从而改变电动机M定子部分电压的大小；在单片机119的输入脚上连接有显示电动机M运行过程中电流、电压、功率因数及工作状态的显示电路4。如图2所示，电流检测回路I电流变送器CTl将电机的电流互感器信号的交流O 5A电流信号变成O 2.5mA的弱电流信号，再经过整流电路Ul变成直流电流信号，经过电位器RW和电阻R15的分压，经过电阻R14，和电容C16接入集成运算放大器器U2A的正向输入端3，负相输入端2经过电阻R16接入O电位，集成运算放大器U2A的输出端I脚经过二极管D21和电容C17以及电阻R17，R18，R19，R20, R21反向输入到集成运算放大器U2A的2端，形成同相比例放大电路，电源+5V经过电阻R22，R23，R24形成比较电路嵌位电压UR和集成运算放大器U2A的输出电压进行比较，按电机功率大小确定电流互感器的变比确定电机额定电流转换为电压信号，经过集成运算放大器U2A和选择开关U3/CD4066组合把电流/电压信号变换成1.5-5倍的额定电流/电压信号(每变化0.5倍额定定子电流为一档)与嵌位电压UR和比较器U2B形成过流判断回路送单片机U9进行判别。软启动可控硅触发电路2是软启动部分的脉冲放大电路，由单片机U9根据电流检测电路I输入的电流信号所发出的触发脉冲(共3路，这里只列举一路)经过芯片LS174反向输出和高频信号经过集成电路HC27分频叠加后再通过场效应管Q1输送给光发射器T1，再通过光接收器P1驱动场效应管Q2，通过电流互感器CT2和CT3隔离输出到软启动电路3的可控硅的控制极和触发极，其特点是通过光纤传输和CT隔离，将弱电信号和高压强电电路有效的隔离开，对于高压电机，所发的触发信号经过CT隔离技术发给软启动电路3的可控硅组件。可控硅组件的可控硅由电动机M的功率来决定，如IOKV电动机采用5只可控硅串联再和另5只串联进行反并联连接，3相电路共需要3组30只可控硅。6KV电机采用3只可控硅串联再和另3只串联的可控硅进行反并联连接，3相电路共需18只可控硅。由可控硅来实现高压电动机M的降压软启动和轻载节能，启动完毕后，通过检测电动机的实时功率因数，轻 载功率因数较低，大约为0.2^0.3，此时可以通过调整可控硅的导通角来降低高压电动机定子端电压，当高压电动机负载较重时，功率因数为0.6、.7，此时可以通过调整可控硅的导通角来提高电动机定子端电压，当高压电动机负载满载时，功率因数可达0.85左右，此时可将电动机端电压提升到全压运行。汉字显示电路4是采用液晶显示器Ultl,电源+15V接入液晶显示器Ultl的5脚经过电容C15和电容C5接到负电源USS，通过液晶显示器U10的5、6脚和单片机U9进行串口通讯，液晶显示器U10的3脚和18脚接电阻R2的大小来调节液晶显示器U10的对比度，电源+15V通过电阻Rltl接到液晶显示器U10的19脚，主要调节液晶显示器U10的背光状态，液晶显示器U10主要显示电动机M运行过程状况，及启动方式，启动电流大小，电动机M工作在轻/重载工况的设定及各种故障显示。单片机U9采用嵌入式32位单片机实现电动机智能软起功能和轻载节能统一管理，对参数设定，各种故障保护判别，实时检测电动机工作状态(轻/重载)，晶振Ml和电容C5，C6形成振荡电路分别接到单片机U9的60，62脚。电压检测电路6是电动机M定子电压检测电路，通过检测电机定子电压相位信号输入到单片机U9,电压检测电路6是通过电压互感器变换成100V交流信号，通过光藕电路6N139传送给单片机U9，单片机U9将电压检测电路6检测到的电动机M的电压信号和电流检测电路I检测到的电动机M的电流信号进行计算，得出电动机M的功率因数显示器在汉字显示电路4的液晶显示器Uw上。工作原理:当本实用新型发出开始“启动”命令后由电流变送器CTl将电动机的电流互感器信号的交流O w 5A电流信号变成O W 2.5mA的弱电流信号，再经过整流电路Ul变成直流信号，经过电位器RW和电阻R15的分压，按电机功率大小确定电流互感器的变比确定电机额定电流转换为电压信号，经过集成运算放大器U2A/LM358和选择开关U3/CD4066组合把电流/电压信号变换成1.5-5倍的额定电流/电压信号(每变化0.5倍额定定子电流为一档)与嵌位电压UR和比较器U2B/LM358形成过流判断回路送单片机U9进行判别。比如:嵌位电压UR=电机额定电流倍数(1.5-5倍)电动机额定电流/电压(经过整流电路Ul变成直流信号，再经过电位器RW变换成的电压信号)，选择开关⑶4066组合的电阻运放倍数。单片机U9根据电 流大小按设定的电流倍数(由键盘来设定)检测电机在启动/运行过程中是否超过设定的电流倍数来调节软启动部分可控硅的导通角大小从而来调节输入到电机定子回路的电压大小，以满足电机恒流启动或判别电机在启动/运行过程中是否过流，缺相等保护功能的实现，启动完毕后通过电压检测电路6的电压信号的相位和电流相位来计算电动机的功率因数自动调节电动机定子端电压，从而实现电动机的轻载节能。
权利要求1.一种高压电动机变负载软启动与节电一体化装置，其特征是:电流检测电路(I)和电压检测电路(6)的输出端分别接单片机控制电路(5)，单片机控制电路(5)的输出通过软启动可控硅触发电路(2)接软启动电路(3)，在单片机控制电路(5)上接有汉字显示电路(4)。
2.根据权利要求1所述的高压电动机变负载软启动与节电一体化装置，其特征是:所述的电流检测电路(I)是电流变送器CT1的输入端通过电流互感器接电动机M，电流变送器CT1的输出端接整流电路U1，整流电路U1输出直流信号经集成运算放大器U2A和比较器U2B接单片机控制电路(5)中单片机U9的输入端。
3.根据权利要求1所述的高压电动机变负载软启动与节电一体化装置，其特征是:所述的软启动可控硅触发电路(2)是接收到单片机控制电路(5)发出的触发信号经过芯片LS174反向输出和高频信号通过集成电路HC27分频叠加后由场效管Q1输出，通过光发射器T1和光接收器P1驱动场效管Q2，其输出端通过电流互感器CT2和CT3隔离输送到软启动电路(3)中的可控硅的控制极和触发极。
4.根据权利要求1所述的高压电动机变负载软启动与节电一体化装置，其特征是:所述的软启动电路(3)是由可控硅串联反并联组成。
5.根据权利要求1所述的高压电动机变负载软启动与节电一体化装置，其特征是:所述的单片机控制电路(5)是采用嵌入式32位单片机U9，在单片机U9的60、62脚上分别连接有晶振M和电容C5、C6组成的振荡电路。
6.根据权利要求1所述的高压电动机变负载软启动与节电一体化装置，其特征是:所述的电压检测电路 (6)是电压互感器的副边通过光电耦合电路6N139接单片机U9。
专利摘要本实用新型的名称是高压电动机变负载软启动与节电一体化装置，涉及一种高压异步电动机软启动和自动节能的装置。它主要是解决已知的高压异步电动机启动和节能主要采用高压固态软启动柜只能降低启动电流，启动完毕后全压运行，高压变频调速柜可对电动机轻载节能，但价格昂贵，体积大，并且谐波污染的问题。本实用新型是电流检测电路和电压检测电路的输出端分别接单片机控制电路，单片机控制电路的输出通过软启动可控硅触发电路接软启动电路，在单片机控制电路上接有汉字显示电路。本实用新型可实现平滑软启动，在运行过程中通过实时检测电动机的功率因数并进行更改，本实用新型体积小，集成化高，轻载节能效果明显。
文档编号H02J3/18GK203151409SQ20132014384
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者朱运方, 朱运强 申请人:襄阳腾辉电气制造有限公司