专利名称：智能节电器装置的制作方法
技术领域：
智能节电器装置技术领域[0001]本实用新型属于一种节电器装置，特别是涉及一种用于交流感应电动机的智能 节电器装置。
背景技术：
[0002]传统交流感应电动机的节电器装置是通过检测电压、电流和转速实现闭环控 制，这种闭环控制方式造成了电路和附加电气结构复杂、成本高等问题。发明内容[0003]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种能较好得实现交流感 应电动机的软启动和节电运行的智能节电器装置。[0004]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种智能 节电器装置，包括有用于提供交流电压及直流电压的电源电路，还设置有控制单元，分 别与控制单元相连的输入控制回路电路、输出控制回路电路、交流电压同步信号采集电 路、晶闸管导通角检测电路、晶闸管触发脉冲产生电路、辅助检测电路以及配套人机界 面电路，分别与晶闸管触发脉冲产生电路相连的阻容吸收电路、差模电压和共模电压吸 收电路。[0005]所述的控制单元包括有单片机。[0006]所述的输出控制回路电路是由完全相同的两组电路结构构成，两组电路结构均 包括有输入端分别与控制单元中的单片机及第一电源相连的六缓冲器，基极通过电阻 与六缓冲器相连的三极管，所述三极管的发射极接地，集电极连接继电器的线圈并还通 过二极管接第二电源，所述的继电器的开关连接外部连接接口。[0007]所述的输入控制回路电路是由完全相同的三组电路结构构成，三组电路结构均 包括有AC/DC光电耦合器，所述AC/DC光电耦合器的1脚通过电阻连接第三电源， AC/DC光电耦合器的3脚直接连接接插件以及通过压敏电阻连接接插件，AC/DC光电耦 合器的6脚与控制单元中的单片机相连，AC/DC光电耦合器的6脚还通过电阻接第一电 源以及通过电容与4脚共同接地。[0008]所述的交流电压同步信号采集电路是由完全相同的三组电路结构构成，三组电 路结构均包括有三极管，三极管的基极通过电阻连接三相交流电源A、B、C三相中 的一相，还通过整流二极管接地，通过整流二极管接第一电源，三极管的发射极接地， 集电极通过六缓冲器控制单元中的单片机相连，还通过电阻连接第一电源，通过电容接 地。[0009]所述的晶闸管导通角检测电路是由完全相同的三组电路结构构成，三组电路结 构均包括有单相整流桥和光电耦合器，所述的单相整流桥的1脚对应的连接三相交流 电源的A、B、C三相中的一相，脚2对应的连接三相交流电机的U、V、W三相中的一 相，单相整流桥的脚3和脚4分别连接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端与控制单元中的单片机相连。[0010]所述的晶闸管触发脉冲产生电路是由完全相同的三组电路结构构成，三组电路 结构均包括有相互连接的第一和第二交流光电耦合器，所述的第一交流光电耦合器的 3脚通过电阻与控制单元中的单片机相连，所述的第二交流光电耦合器的1脚连接三极管 的发射极，三极管的基极通过电阻接控制单元中的单片机，所述第一交流光电耦合器的6 脚和4脚通过电阻连接三相交流电机U、V、W三相中的一相，第一交流光电耦合器的6 脚和4脚还通过一对晶间管连接三相交流电机U、V、W三相中的一相，所述的第二交流 光电耦合器的6脚和4脚依次通过电阻、整流二极管和电阻以及一对晶间管连接三相交流 电机U、V、W三相中的一相，还设置有连接在第一和第二交流光电耦合器上的接插件。[0011]所述的配套人机界面电路包括有数码管驱动集成电路，分别与数码管驱动集成 电路相连的4个数码管、两个排阻以及9针连接器，9针连接器通过线缆与控制单元中的 单片机相连接。[0012]还设置有辅助检测电路，包括有六缓冲器，所述的六缓冲器的输入端通过电 阻接三相交流电机的输入端，还分别通过整流二极管一及整流二极管二接地和接第一电 源，六缓冲器的输出端与控制单元中的单片机相连接。[0013]本实用新型具有的优点和积极效果是本实用新型的智能节电器装置功能齐 全，能显著改善电动机的启动性能、运行功率因素并实现节电效果。该装置采用晶闸管 调压方式，应用模块化设计思想，用调压方式实现了电动机的节电、软起动、软停机、 降低电机温升、降低电机噪音、提高功率因数、保护电机、改善电网等功能。本实用新 型将人机界面与节电器本体分开设计，有效降低节电器本体体积和成本。本实用新型具 有节电效果好，通用性强等特征，同时具有结构简单、附加成本低、实现容易等优点， 可应用在冲压机、碎石机、空气压缩机、液压机、压铸机、扶手电梯、搅拌机、自动生 产线、输送带、注塑机等传动系统中。
[0014]图1是本实用新型的智能节电器装置的构成框图[0015]图2是电源电路原理图；[0016]图3是控制单元原理图；[0017]图4是输出控制回路电路原理图；[0018]图5是输入控制回路电路原理图；[0019]图6是交流电压同步信号采集电路原理图；[0020]图7是晶闸管导通角检测电路原理图；[0021]图8是晶闸管触发脉冲产生电路原理图；[0022]图9是阻容吸收电路原理图；[0023]图10是差模电压和共模电压吸收电路原理图；[0024]图11是辅助检测电路原理图；[0025]图12是配套人机界面电路原理图。
具体实施方式
[0026]为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并 配合附图详细说明本实用新型的智能节电器装置如下[0027]如图1所示，本实用新型的智能节电器装置，包括有用于提供AC12V交流电压 及DC+12V和DC5V直流电压的电源电路2，控制单元3，分别与控制单元3相连的输入 控制回路电路5，输出控制回路电路4，交流电压同步信号采集电路6，晶闸管导通角检 测电路7，晶闸管触发脉冲产生电路8，辅助检测电路11以及配套人机界面电路12，分别 与晶闸管触发脉冲产生电路8相连的阻容吸收电路9、差模电压和共模电压吸收电路10。[0028]如图2所示，所述的电源电路2包括有电源变压器模块TRANS1、单相整流桥 BRU电容Cl C4、CIO、C14、稳压二极管D1、三端稳压电源Ul以及接线接口 J2和 J4 ； K2和K4与三相交流电的A相和B相相连，J2与AC220V相连；+VIN(+12V)作为 输出控制电路4中的继电器RL1、RL2驱动使用，VCC是+5V电压，为整个系统提供电 源，OUTl和OUT2是AC12V电源，为输入控制回路电路5所使用。[0029]如图3所示，所述的控制单元3包括有型号为ATMegal28的单片机U2、电阻 RlO R13、R16 R18、电容C8、C9、ClU四位拨码开关Si、三极管BC1、发光二 极管Ll L3、晶振XI、接插件JPl、JP2、9针连接器Jl。[0030]如图4所示，所述的输出控制回路电路4是由完全相同的两组电路结构构成，两 组电路结构均包括有输入端PC6/PC5分别与控制单元3中的单片机U2及电源VCC相 连的六缓冲器(HCF4049)U5E/U5F，基极通过电阻R14/R15与六缓冲器U5E/U5F相连的 三极管Q2/Q1，所述三极管Q2/Q1的发射极接地，集电极连接继电器RL1/RL2的线圈并 还通过二极管D16/D17接电源，所述的继电器RL1/RL2的开关连接外部连接接口 TB2/ TB3。其中，外部连接接口 TB2连接AC220V和风扇，实现风扇起停控制；外部连接接 口 TB3连接旁路继电器，实现旁路继电器的起停控制。[0031]如图5所示，所述的输入控制回路电路5是由完全相同的三组电路结构构成， 三组电路结构均包括有AC/DC光电耦合器OT4/OT6/OT5，所述AC/DC光电耦合器 OT4/OT6/ = OT5的1脚通过电阻R6/R5/R4连接电源OUT1，AC/DC光电耦合器OT4/ OT6/OT5的3脚直接连接接插件TBl以及通过压敏电阻R3/R2/R1连接接插件TBI，AC/ DC光电耦合器OT4/OT6/OT5的6脚与控制单元3中的单片机U2相连，AC/DC光电耦 合器OT4/OT6/ = OT5的6脚还通过电阻R7/R8/R9接电源以及通过电容C7/C6/C5与4 脚共同接地。[0032]如图6所示，所述的交流电压同步信号采集电路6是由完全相同的三组电路结构 构成，三组电路结构均包括有三极管Q3/Q4/Q5，三极管Q3/Q4/Q5的基极通过电阻 R22/R36/R49连接三相交流电源A、B、C三相中的一相，还通过整流二极管D12/D10/ D8接地，通过整流二极管D13/D11/D9接电源，三极管Q3/Q4/Q5的发射极接地，集电 极通过六缓冲器(HCF4049)U5A/U5B/U5D控制单元3中的单片机U2相连，还通过电阻 R21/R35/R48连接电源，通过电容C15/C17/C19接地。[0033]如图7所示，所述的晶闸管导通角检测电路7是由完全相同的三组电路结构构 成，三组电路结构均包括有单相整流桥BR2/BR3/BR4和光电耦合器OT1/OT2/OT3， 所述的单相整流桥BR2/BR3/BR4的1脚对应的连接三相交流电源的A、B、C三相中的一相，脚2对应的连接三相交流电机的U、V、W三相中的一相，单相整流桥BR2/BR3/ BR4的脚3和脚4分别连接光电耦合器OT1/OT2/OT3的输入端，光电耦合器OT1/OT2/ OT3的输出端PC1/PA3/PA4与控制单元3中的单片机U2相连。[0034]如图8所示，所述的晶闸管触发脉冲产生电路8是由完全相同的三组电路结构构 成，三组电路结构均包括有相互连接的第一和第二交流光电耦合器OT8、OT7/OT10、 OT9/OT12、OTl 1，所述的第一交流光电耦合器OT8/OT10/OT12的3脚通过电阻R28/ R41/R54与控制单元3中的单片机U2的OT8_PC2/OT10_PG0/C)T12_PA0相连，所述的 第二交流光电耦合器OT7/OT9/OT11的1脚连接三极管Q6的发射极，三极管Q6的基极 通过电阻R62接控制单元3中的单片机U2的PA5，所述第一交流光电耦合器OT8/OT10/ OT12的6脚和4脚通过电阻R32/R45/R58连接三相交流电机U、V、W三相中的一相， 第一交流光电耦合器OT8/OT10/OT12的6脚和4脚还通过一对晶闸管VTl、VT2/VT3、 VT4/VT5、VT6连接三相交流电机U、V、W三相中的一相，所述的第二交流光电耦合 器OT7/OT9/OT11的6脚和4脚依次通过电阻R30/R43/R56、整流二极管D2/D4/D6和 电阻R29/R42/R55以及一对晶闸管VT1、VT2/VT3、VT4/VT5、VT6连接三相交流电 机U、V、W三相中的一相，还设置有连接在第一和第二交流光电耦合器OT8、OT7/ OT10, OT9/OT12、OTll 上的接插件 T4/T5/T6。[0035]如图9所示，所述的阻容吸收电路9包括有电阻R34、R47、R60、分别对应 与电阻R34、R47、R60 —端相连的电容C21、C23、C25 ；电阻R34、R47、R60的另 一端K2、K4和K6分别与三相交流电源的A相、B相、C相连接，而电容C21、C23、 C25的另一端ΚΙ、K3、K5分别与三相交流电机的U、V、W相连接。[0036]如图10所示，所述的差模电压和共模电压吸收电路10包括有电容C22、 C24, C26 ；电容C22、C24, (^6的一端K2、K4和K6分别与三相交流电源的A相、B 相、C相连接，另一端通过电容C27接地。[0037]如图12所示，所述的配套人机界面电路12包括有数码管驱动集成电路(MAX7219) U6,分别与数码管驱动集成电路U6相连的4个数码管L4 L7、两个排阻RS1、咫2以及9 针连接器J5，9针连接器J5通过线缆与控制单元3中的单片机U2的Jl相连接。[0038]如图11所示，还设置有辅助检测电路11，包括有六缓冲器(HCF4049)U5C， 所述的六缓冲器U5C的输入端通过电阻R61接三相交流电机的输入端，还分别通过整流 二极管D14及整流二极管D15接地和接电源，六缓冲器U5C的输出端与控制单元3中的 单片机U2的PCO相连接。
权利要求1.一种智能节电器装置，包括有用于提供交流电压及直流电压的电源电路O)，其特 征是还设置有控制单元(3)，分别与控制单元C3)相连的输入控制回路电路(5)、输出 控制回路电路G)、交流电压同步信号采集电路(6)、晶闸管导通角检测电路(7)、晶闸 管触发脉冲产生电路(8)、辅助检测电路(11)以及配套人机界面电路(1 ，分别与晶闸 管触发脉冲产生电路⑶相连的阻容吸收电路(9)、差模电压和共模电压吸收电路(10)。
2.根据权利要求1所述的智能节电器装置，其特征是所述的控制单元C3)包括有单 片机(U2)。
3.根据权利要求1所述的智能节电器装置，其特征是所述的输出控制回路电路⑷ 是由完全相同的两组电路结构构成，两组电路结构均包括有输入端(PC6/PC5)分别与 控制单元(3)中的单片机(U2)及第一电源(VCC)相连的六缓冲器(U5E/U5F)，基极通 过电阻(R14/R15)与六缓冲器(U5E/U5F)相连的三极管(Q2/Q1)，所述三极管(Q2/Q1) 的发射极接地，集电极连接继电器(RL1/RL2)的线圈并还通过二极管(D16/D17)接第二 电源(VIN)，所述的继电器(RL1/RI^)的开关连接外部连接接口(TB2/TB3)。
4.根据权利要求1所述的智能节电器装置，其特征是所述的输入控制回路电路(5) 是由完全相同的三组电路结构构成，三组电路结构均包括有AC/DC光电耦合器(OT4/ OT6/OT5)，所述AC/DC光电耦合器(ΟΤ4/ΟΤ6/ΟΚ)的1脚通过电阻(R6/R5/R4)连接 第三电源(OUTl)，AC/DC光电耦合器(OT4/OT6/OT5)的3脚直接连接接插件(TBI) 以及通过压敏电阻(R3/R2/R1)连接接插件(TBI)，AC/DC光电耦合器(OT4/OT6/OT5) 的6脚与控制单元(3)中的单片机(U2)相连，AC/DC光电耦合器(ΟΤ4/ΟΤ6/Ο )的6 脚还通过电阻(R7/R8/R9)接第一电源(VCC)以及通过电容(C7/C6/(^)与4脚共同接 地。
5.根据权利要求1所述的智能节电器装置，其特征是所述的交流电压同步信号采 集电路(6)是由完全相同的三组电路结构构成，三组电路结构均包括有三极管(Q3/ Q4/Q5),三极管(Q3/Q4/C^)的基极通过电阻(R22/R36/R49)连接三相交流电源A、 B、C三相中的一相，还通过整流二极管(D12/D10/D8)接地，通过整流二极管(D13/ D11/D9)接第一电源(VCC)，三极管(Q3/Q4/Q5)的发射极接地，集电极通过六缓冲器 (U5A/U5B/U5D)控制单元⑶中的单片机(U2)相连，还通过电阻(R21/R35/R^)连接 第一电源(VCC)，通过电容(C15/C17/C19)接地。
6.根据权利要求1所述的智能节电器装置，其特征是所述的晶闸管导通角检测电 路(7)是由完全相同的三组电路结构构成，三组电路结构均包括有单相整流桥(BR2/ BR3/BR4)和光电耦合器(ΟΤ1/ΟΤ2/Ο )，所述的单相整流桥(BR2/BR3/BR4)的1脚 对应的连接三相交流电源的A、B、C三相中的一相，脚2对应的连接三相交流电机的 U、V、W三相中的一相，单相整流桥(BR2/BR3/BR4)的脚3和脚4分别连接光电耦合 器(OT1/OT2/OT3)的输入端，光电耦合器(OT1/OT2/OT3)的输出端(PC1/PA3/PA4)与 控制单元(3)中的单片机(U2)相连。
7.根据权利要求1所述的智能节电器装置，其特征是所述的晶间管触发脉冲产生 电路(8)是由完全相同的三组电路结构构成，三组电路结构均包括有相互连接的第一 和第二交流光电耦合器(OT8、OT7/OT10、OT9/OT12、OT11)，所述的第一交流光电 耦合器(OT8/OT10/OT12)的3脚通过电阻(R28/R41/R54)与控制单元(3)中的单片机(U2)相连，所述的第二交流光电耦合器(OT7/OT9/OT11)的1脚连接三极管(Q6)的发 射极，三极管(Q6)的基极通过电阻(R62)接控制单元(3)中的单片机(U2)，所述第一 交流光电耦合器(OT8/OT10/OT12)的6脚和4脚通过电阻(R32/R45/R5^连接三相交 流电机U、V、W三相中的一相，第一交流光电耦合器(OT8/OT10/OT12)的6脚和4 脚还通过一对晶闸管(VT1、VT2/VT3、VT4/VT5、VT6)连接三相交流电机U、V、W 三相中的一相，所述的第二交流光电耦合器(OT7/OT9/OT11)的6脚和4脚依次通过电 阻(R30/R43/R56)、整流二极管(D2/D4/D6)和电阻(R^9/R42/R55)以及一对晶闸管 (VTU VT2/VT3、VT4/VT5、VT6)连接三相交流电机U、V、W三相中的一相，还设 置有连接在第一和第二交流光电耦合器(OT8、OT7/OT10、OT9/OT12、OTl 1)上的接插 件(T4/T5/T6)。
8.根据权利要求1所述的智能节电器装置，其特征是所述的配套人机界面电路 (12)包括有数码管驱动集成电路(U6)，分别与数码管驱动集成电路(U6)相连的4个数 码管(L4 L7)、两个排阻(RSI、RS2)以及9针连接器(J5)，9针连接器(J5)通过线 缆与控制单元(3)中的单片机(U2)相连接。
9.根据权利要求1所述的智能节电器装置，其特征是还设置有辅助检测电路 (11)，包括有六缓冲器(U5C)，所述的六缓冲器(U5C)的输入端通过电阻(R61)接三 相交流电机的输入端，还分别通过整流二极管一(D14)及整流二极管二(DK)接地和接 第一电源(VCC)，六缓冲器(U5C)的输出端与控制单元(3)中的单片机(U2)相连接。
专利摘要一种智能节电器装置，有用于提供交流电压及直流电压的电源电路，控制单元，分别与控制单元相连的输入控制回路电路，输出控制回路电路，交流电压同步信号采集电路，晶闸管导通角检测电路，晶闸管触发脉冲产生电路，辅助检测电路以及配套人机界面电路，分别与晶闸管触发脉冲产生电路相连的阻容吸收电路、差模电压和共模电压吸收电路。本实用新型功能齐全，能显著改善电动机的启动性能、运行功率因素并实现节电效果。用调压方式实现了电动机的节电、软起动、软停机、降低电机温升、降低电机噪音、提高功率因数、保护电机、改善电网等功能。可应用在冲压机、碎石机、空气压缩机、液压机、压铸机、扶手电梯、搅拌机、自动生产线、输送带、注塑机等传动系统中。
文档编号H02P23/00GK201813346SQ201020157680
公开日2011年4月27日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者付文杰, 董锦旗 申请人:天津市红日电气自动化有限公司