专利名称：电机启动运行节能控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电机启动运行节能控制器制造领域。
本实用新型现有的背景技术是CN90221699号、名称“电动机节能自动保护器”，该器是利用三个环形线圈获得感应信号输入，利用交流电源作供电电源的节能缺相保护装置，其不足之处是该保护器不能对保护电机进行停机后的再起动操作，因此是一项不能实现其各项功能的技术。
本实用新型的设计目的是设计一种以单片机控制晶闸管，使负载功率因数高且具有缺相、错相、欠压、过压、过流等保护功能的电机启动运行节能控制器。
本实用新型的设计方案是1、设计思想目前，动力设备当中，电动机的能量消耗占总发电量的50％以上，由于这些电机一般均以最大的负荷下能正常工作为条件来选择，但在实际的运行中，却经常在重载、轻载、甚至在空载下运行，因此电机的负载率低，效率不高、电能损耗很大，为避免这一不足，故此设计了“电机启动运行节能控制器”，以达到节能，尽可能地最大限度地减少电机的有功、无功的损耗。
2、设计原理说明本实用新型以单片机控制晶闸管，从而使负载的功率因数达到0.85以上，减少有功、无功损耗，实现节电。为了实时对电机端电压根据负载轻重的变化而变，单片机必须随时提取负载的功率因数及电网状态，并完成缺相、错相、欠压、过压、过流等保护功能。在启动阶段以不同的速率加压于电动机上，大为降低了电动机采用以往的方法启动浪涌电流大、对电网的冲击的弊端，并且根据负载的轻重，启动斜率任意可调。由图2和图3知电源接通后，整机系统进入预备状态，如果进行电网发生错相、断相、过压、欠压现象，本控制器不预启动，相应的指示灯点亮，当未发生上述现象，按动启动按钮，单片机将按照设定的启动电压值及延时时间设定软启动电动机，至启动结束以后，单片机控制电动机进入自动功率因数调节状态，如果是轻负载功率因数降低，电压过零同步脉冲提取电路和电流过零同步脉冲提取电路将提取脉冲信号输入至单片机，靠预先输入的程序进行实时计算，给定晶闸管触发电路，控制晶闸管的导通时间，使电机处在节电状态。如果负载加重，单片机将已ms级的时间，迅速将信号加给触发电路，控制晶闸管导通角的提前，使电压增大，反之则反。
3、结构方案电机启动运行节能控制器，它包括壳体、稳压电源电路(1)，电压过零同步脉冲提取电路(2)的信号输入端(2R1的一端)接稳压电源电路(1)中桥式整流电路的输出端，电压过零同步脉冲提取电路(2)的信号输出端(三极管2T2的集电极)接单片机(14)中的接口INT；三组可控硅组件(5)分别串接在三相电源的A、B、C三相中，其每组可控硅组件(5)的可控硅的控制极(G1、G2)分别与三组光电隔离晶闸管触发器(6)中的触发信号输出端(G1、G2)连接，三组光电隔离晶闸管触发器(6)的输入端(A、A′，B、B′、C、C′)分别并接在三组可控硅组件(5)的两端(A、A′，B、B′，C、C′)，三组光电隔离晶闸管触发器(6)的触发信号输入端(光电耦合器6PC中发光二极管的负极PB7～PB5)分别接单片机(14)中的接口PB7～PB5；电流过零同步脉冲提取电路(3)及三组电流采样电路(4)的信号输入端分别并接在三组可控硅组件(5)的两端，电流过零同步脉冲提取电路(3)及三组电流采用电路(4)的信号输出端(PC0，PA2～PA0)分别接单片机(14)中的接口PC0，PA2～PA0；保护电路显示(10)的信号输入端(PB0～PB3)接单片机(14)中的接口PB0～PB3；保护电路(9)的信号输入端一路(二极管9D的正极)接稳压电源电路(1)中桥式整流电路的输出端、一路取自电流互感器，保护电路(9)的信号输出端(比较器IC的输出端PC1～PC3)接单片机(14)中的接口PC1～PC3；实时电流电压数显电路(1)1的信号输入端一路(PB4)接单片机(14)中的接口(PB4)、一路取自电流互感器、一路取自电压互感器；启动时间调整电路(7)采用三个拨码开关，其一端分别接单片机(14)中的接口PA5～PA7、一端接地；启动电流调整电路(8)采用二个拨码开关，其一端分别接单片机(14)中的接口PA3、P4、一端接地；启动电压调整电路(13)的控制开关的一端接单片机(14)中的接口RESET及电容13C的正极、控制开关另一端及电容13C的负极接地；抗干扰吸收电路(12)三端接三相电的A、B、C三相电，稳压电源电路(1)中的电源输出端与电压过零同步脉冲提取电路(2)、电流过零同步脉冲提取电路(3)、电流采样电路(4)、光电隔离晶闸管触发器(6)、保护电路(9)、保护电路显示(10)、单片机(14)的电源端相接。电压过零同步脉冲提出电路(2)由电阻2R1～2R5、三极管2T1、2T1、二极管2D1及电容2C1构成，2R1的一端接稳压电源电路(1)中桥式整流电路的输出端，2R1的另一端接C1、2R2的一端及2T1的基极，C1、2R2的另一端及2T1的发射极接地，2T1的集电极接2D1的正极及2R3的一端，2R3的另一端接2R4的另一端及稳压电源电路(1)中的5V，2D1的负极接2R5的一端及2T2的基极，2R5的另一端及2T2的发射极接地，2T2的集电极接2R4的一端及单片机(14)中的接口INT。电流过零同步脉冲提取电路(3)由限流电阻R、桥式整流电路、光电耦合器3PC及电阻3R构成，桥式整流电路的输入端经限流电阻R并接在一可控硅组件(5)中晶闸管的两端，桥式整流电路的输出端接光电耦合器3PC中的发光二极管，光电耦合器3PC中的光电接收管的发射极接地、集电极的一路接单片机(14)中的接口PC0、一路接3R的一端，3R的另一端接三极组电源采样电路(4)中其中一组电源采样电路中4R的另一端及稳压电源电路(1)中的5V。电源采样电路(4)是由电路相同的三组电源采样电路构成，每组均由限流电阻R、桥式整流电路、光电耦合器4PC及电阻4R构成，桥式整流电路的输入端经限流电阻R并接在可控硅组件(5)中晶闸管的两端，桥式整流电路的输出端接光电耦合器4PC中的发光二极管，光电耦合器4PC中的光电接收管的发射极接地、集电极一路接单片机(14)中的接口PA2(PA1、PA0)、一路接电阻4R的一端，4R的另一端接稳压电源电路(1)中的5V。电流过零同步脉冲提取电路(3)和三组电流采样电路(4)中的一组电流采样电路共并接在同一可控硅组件中晶闸管的两端，共用同一限流电阻和桥式整流电路。光电隔离晶闸管触发器(6)是由电路相同的三组光电隔离晶闸管触发器构成，每组由二极管6D1～6D5、可控硅6P、光电耦合器6PC及电阻6R1～6R4构成，6D1、6D2的正极分别接在可控硅组件(5)中晶闸管的两端，6D1、D2的负极并接接6R1及6R2的一端，6R1的另一端接6P1的阳极，6P1的阴极接6D3～PD5的正极，6D3、6D4的负极(G1、G2)分别接可控硅组件(5)中晶闸管P1和P2的控制极G1和G2，6D5的负极接光电耦合器6PC中光电接收管的集电极及6R2的另一端，光电接收管的发射极接6R3的一端，6R3的另一端接6P的控制极，光电耦合器6PC中的发光二极管的正极接6R4的一端，6R4的另一端接稳压电源电路(1)中5V、发光二极管的负极接单片机(14)中接口PB7(PB6、PB5)。可控硅组件(5)由电路相同的三组可控硅组件构成，每组由压敏电阻RC、电阻R、电容C及可控硅P1和P2构成，P1的阳极与P2的阴极及C1、RC的一端相接，P1的阴极与P2的阳极及R的一端、RC的另一端相接，R的另一端与C的另一端相接。保护电路(9)由比较器IC、电阻9R1～9R8、可调电阻9W1～9W3、电容9C1、9C2、二极管9D、桥式整流电路及电流互感器构成，桥式整流电路的输入端接电流互感器，桥式整流电路的输出端接9C2正极及9R8的一端，9R8的另一端接9W3的一端，9C2的负极及9W3的另一端接地，9W3的可调端接1／3IC3的反相输入端，1／3IC3的同相输入端接1／3IC2的同相输入端、1／3IC1的反相输入端及9R1、9R5的一端，9R1的另一端接稳压电源电路(1)中的5V，9R5的另一端接地，IC1的同相输入端接9R2的一端，9R2的另一端接9W1的可调端，9W1的一端接地、9W1的另一端接9R6的一端，9R6的另一端接9D的负极、9R7的一端及9C1的正极，9C1的负极接地，9R7的另一端接9W2的一端，9W2的另一端接地，9W2的可调端接9R3的一端，9R3的另一端接1／3IC2的反相输入端，1／3IC1～1／3IC3的输出端接单片机(14)中接口PC1～PC3，9D的正极接稳压电源电路(1)中桥式整流电路的输出端。实时电流电压数显电路(11)的IV端和AC端分别接有模拟开关。
本实用新型与现有背景相比，一是电路结构设计新颖独特；二是采用单片机控制晶闸管，使负载功率因数达0.85以上，减少了有功、无功损耗，实现了节电的目的；三是避免了现有技术中电机启动浪涌电流大、对电网冲击的弊端，并且根据负载的轻重，启动斜率任意可调；四具有缺相、错相、欠压、过压、过流等保护功能；五是具有单片机巡访电流、电压显示功能。
图1是本实用新型的外形示意图。
图2是本实用新型的原理框图。
图3是本实用新型的电路原理图。
结合附图1～3对本实用新型作以叙述。
稳压电源电路1的电源端取自三相线的A相，通过变压器B降压后，经整流、滤波、稳压输出＋12V和＋5V电源，电压过零同步脉冲提取电路2的电压过零同步脉冲信号提取、电源信号经过二极三极管变换电路取出过零同步脉冲加至单片机14中接口INT，作为本控制器电压同步信号；电流过零同步脉冲提取电路3取自晶闸管两端(A相)电流通断信号，经限流、整流加至光电耦合器产生电流同步脉冲信号加给单片机14中接口PC0；光电隔离晶闸管触发器6由单片机14控制触发可控硅组件5，晶闸管保护电路由RC浪涌电流吸收回路和压敏电阻浪涌电压吸收回路组成，电流采样电路4输出信号接单片机14中的接口PA2～PA0；启动电流调整电路为启动电流选择，由二个拨码开关与单片机14的外围电路构成，分四档可调；单片机14为本控制器的控制指挥中心，采用6805系列；启动时间调整电路7由三个拨码开关与单片机14的外围电路构成，分八档供启动时间选择；实时电流电压数显电路11为本控制器实时电压有效值和电流有效值显示，它由电压提取电路和电流提取电路、模拟开关、AC／DC转换器和数显组成受单片机14的控制；保护电路9是当电网电压过压或欠压、负载电流超过设定值、比较器将输入低电位，使单片机14进入保护状态，并由保护电路显示10显示项目。抗干扰吸收电路12的三端接三相电的A、B、C三相电，启动电压调整电路13由控制开关接单片机14中的接口RESET。
权利要求1.一种电机启动运行节能控制器，它包括壳体、稳压电源电路(1)，其特征是电压过零同步脉冲提取电路(2)的信号输入端(2R1的一端)接稳压电源电路(1)中桥式整流电路的输出端，电压过零同步脉冲提取电路(2)的信号输出端(三极管2T2的集电极)接单片机(14)中的接口INT；三组可控硅组件(5)分别串接在三相电源的A、B、C三相中，其每组可控硅组件(5)的可控硅的控制极(G1、G2)分别与三组光电隔离晶闸管触发器(6)中的触发信号输出端(G1、G2)连接，三组光电隔离晶闸管触发器(6)的输入端(A、A′，B、B′、C、C′)分别并接在三组可控硅组件(5)的两端(A、A′，B、B′、C、C′)，三组光电隔离晶闸管触发器(6)的触发信号输入端(光电耦合器6PC中发光二极管的负极PB7～PB5)分别接单片机(14)中的接口PB7～PB5；电流过零同步脉冲提取电路(3)及三组电流采样电路(4)的信号输入端分别并接在三组可控硅组件(5)的两端，电流过零同步脉冲提取电路(3)及三组电流采用电路(4)的信号输出端(PC0，PA2～PA0)分别接单片机(14)中的接口PC0，PA2～PA0；保护电路显示(10)的信号输入端(PB0～PB3)接单片机(14)中的接口PB0～PB3；保护电路(9)的信号输入端一路(二极管9D的正极)接稳压电源电路(1)中桥式整流电路的输出端、一路取自电流互感器，保护电路(9)的信号输出端(比较器IC的输出端PC1～PC3)接单片机(14)中的接口PC1～PC3；实时电流电压数显电路(1)1的信号输入端一路(PB4)接单片机(14)中的接口(PB4)、一路取自电流互感器、一路取自电压互感器；启动时间调整电路(7)采用三个拨码开关，其一端分别接单片机(14)中的接口PA5～PA7、一端接地；启动电流调整电路(8)采用二个拨码开关，其一端分别接单片机(14)中的接口PA3、P4、一端接地；启动电压调整电路(13)的控制开关的一端接单片机(14)中的接口RESET及电容13C的正极、控制开关另一端及电容13C的负极接地；抗干扰吸收电路(12)三端接三相电的A、B、C三相电，稳压电源电路(1)中的电源输出端与电压过零同步脉冲提取电路(2)、电流过零同步脉冲提取电路(3)、电流采样电路(4)、光电隔离晶闸管触发器(6)、保护电路(9)、保护电路显示(10)、单片机(14)的电源端相接。
2.根据权利要求1所述的电机启动运行节能保护器，其特征是电压过零同步脉冲提出电路(2)由电阻2R1～2R5、三极管2T1、2T1、二极管2D1及电容2C1构成，2R1的一端接稳压电源电路(1)中桥式整流电路的输出端，2R1的另一端接C1、2R2的一端及2T1的基极，C1、2R2的另一端及2T1的发射极接地，2T1的集电极接2D1的正极及2R3的一端，2R3的另一端接2R4的另一端及稳压电源电路(1)中的5V，2D1的负极接2R5的一端及2T2的基极，2R5的另一端及2T2的发射极接地，2T2的集电极接2R4的一端及单片机(14)中的接口INT。
3.根据权利要求1所述的电机启动运行节能控制器，其特征是电流过零同步脉冲提取电路(3)由限流电阻R、桥式整流电路、光电耦合器3PC及电阻3R构成，桥式整流电路的输入端经限流电阻R并接在一可控硅组件(5)中晶闸管的两端，桥式整流电路的输出端接光电耦合器3PC中的发光二极管，光电耦合器3PC中的光电接收管的发射极接地、集电极的一路接单片机(14)中的接口PC0、一路接3R的一端，3R的另一端接三极组电源采样电路(4)中其中一组电源采样电路中4R的另一端及稳压电源电路(1)中的5V。
4.根据权利要求1所述的电机启动运行节能控制器，其特征是电源采样电路(4)是由电路相同的三组电源采样电路构成，每组均由限流电阻R、桥式整流电路、光电耦合器4PC及电阻4R构成，桥式整流电路的输入端经限流电阻R并接在可控硅组件(5)中晶闸管的两端，桥式整流电路的输出端接光电耦合器4PC中的发光二极管，光电耦合器4PC中的光电接收管的发射极接地、集电极一路接单片机(14)中的接口PA2(PA1、PA0)、一路接电阻4R的一端，4R的另一端接稳压电源电路(1)中的5V。
5.根据权利要求3或4所述的电机启动运行节能控制器，其特征是电流过零同步脉冲提取电路(3)和三组电流采样电路(4)中的一组电流采样电路共并接在同一可控硅组件中晶闸管的两端，共用同一限流电阻和桥式整流电路。
6.根据权利要求1所述的电机启动运行节能控制器，其特征是光电隔离晶闸管触发器(6)是由电路相同的三组光电隔离晶闸管触发器构成，每组由二极管6D1～6D5、可控硅6P、光电耦合器6PC及电阻6R1～6R4构成，6D1、6D2的正极分别接在可控硅组件(5)中晶闸管的两端，6D1、D2的负极并接接6R1及6R2的一端，6R1的另一端接6P1的阳极，6P1的阴极接6D3～PD5的正极，6D3、6D4的负极(G1、G2)分别接可控硅组件(5)中晶闸管P1和P2的控制极G1和G2，6D5的负极接光电耦合器6PC中光电接收管的集电极及6R2的另一端，光电接收管的发射极接6R3的一端，6R3的另一端接6P的控制极，光电耦合器6PC中的发光二极管的正极接6R4的一端，6R4的另一端接稳压电源电路(1)中5V、发光二极管的负极接单片机(14)中接口PB7(PB6、PB5)。
7.根据权利要求1所述的电机启动运行节能控制器，其特征是可控硅组件(5)由电路相同的三组可控硅组件构成，每组由压敏电阻RC、电阻R、电容C及可控硅P1和P2构成，P1的阳极与P2的阴极及C1、RC的一端相接，P1的阴极与P2的阳极及R的一端、RC的另一端相接，R的另一端与C的另一端相接。
8.根据权利要求1所述的电机启动运行节能控制器，其特征是保护电路(9)由比较器IC、电阻9R1～9R8、可调电阻9W1～9W3、电容9C1、9C2、二极管9D、桥式整流电路及电流互感器构成，桥式整流电路的输入端接电流互感器，桥式整流电路的输出端接9C2正极及9R8的一端，9R8的另一端接9W3的一端，9C2的负极及9W3的另一端接地，9W3的可调端接1／3IC3的反相输入端，1／3IC3的同相输入端接1／3IC2的同相输入端、1／3IC1的反相输入端及9R1、9R5的一端，9R1的另一端接稳压电源电路(1)中的5V，9R5的另一端接地，IC1的同相输入端接9R2的一端，9R2的另一端接9W1的可调端，9W1的一端接地、9W1的另一端接9R6的一端，9R6的另一端接9D的负极、9R7的一端及9C1的正极，9C1的负极接地，9R7的另一端接9W2的一端，9W2的另一端接地，9W2的可调端接9R3的一端，9R3的另一端接1／3IC2的反相输入端，1／3IC1～1／3IC3的输出端接单片机(14)中接口PC1～PC3，9D的正极接稳压电源电路(1)中桥式整流电路的输出端。
9.根据权利要求1所述的电机启动运行节能控制器，其特征是实时电流电压数显电路(11)的IV端和AC端分别接有模拟开关。
专利摘要电机启动运行节能控制器，它包括稳压电源电路、电压过零同步脉冲提取电路、电流过零同步脉冲提取电路、可控硅组件、电流采样电路、光电隔离晶闸管触发器、启动电流调整电路、启动时间调整电路、单片机、保护电路显示、保护电路等构成，具有一是结构设计新颖、独特；二是采用单片机控制晶闸管，使负载功率因数达0.85以上，避免了现有技术中电机启动浪涌电流大，对电网冲击的弊端，实现了节电的目的等。
文档编号H02P1/26GK2151581SQ93202798
公开日1993年12月29日 申请日期1993年2月16日 优先权日1993年2月16日
发明者刘志才, 龚正明, 王军, 籍卫 申请人:西安电工设备厂