專利名稱：智能雙饋同步進(jìn)相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，適用于對(duì)各種工況條件下、各系列 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率進(jìn)行就地補(bǔ)償?shù)闹悄茈p饋同步進(jìn)相器。
背景技術(shù)：
交流異步電動(dòng)機(jī)屬于感性用電負(fù)載，運(yùn)行時(shí)要求電源提供感性無(wú)功功率，從而使功率因 數(shù)變壞，造成電網(wǎng)質(zhì)量差、無(wú)功功率損耗嚴(yán)重。目前，用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償設(shè)備有: 電容器及靜止式進(jìn)相器等。但這類設(shè)備均有一定的局限性靜止式進(jìn)相器雖然在恒定工況條 件下有很好的補(bǔ)償效果，但對(duì)于輕負(fù)載、變負(fù)載、重負(fù)載工況條件下(如軋鋼機(jī)、穿孔機(jī)、 輕載風(fēng)機(jī)等)無(wú)法適應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載變化，尚不能獲得良好的補(bǔ)償效果；采用電容器進(jìn)行無(wú)功 補(bǔ)償，易使電網(wǎng)產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)和諧振，危及電網(wǎng)運(yùn)行安全。 發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于提供一種使繞線式異步電動(dòng)機(jī)同步 運(yùn)行的智能雙饋同步進(jìn)相器，能夠根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)施加于轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電壓、勵(lì) 磁電流的大小，使電動(dòng)機(jī)在各種負(fù)載下達(dá)到理想的無(wú)功功率補(bǔ)償效果。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為可根據(jù)電動(dòng)機(jī)定子電流、電壓信號(hào)計(jì)算功 率因數(shù)的控制器，通過(guò)進(jìn)退相控制電路、可控硅組件與異步運(yùn)行電路相連，使電動(dòng)機(jī)的異步 運(yùn)行變?yōu)橥竭\(yùn)行。
本實(shí)用新型所述的控制器的CPU微處理器分別與定子電流信號(hào)采集電路、定子電壓信號(hào) 采集電路、同步信號(hào)采集電路、擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)和顯示電路、可控硅觸發(fā)電路、聲光 報(bào)警電路、手動(dòng)、自動(dòng)復(fù)位電路、振蕩電路相連。
本實(shí)用新型所述的定子電流信號(hào)采集電路用于采集異步電動(dòng)機(jī)定子電流信號(hào)，由電流信 號(hào)、電流交換電路、模數(shù)變換電路、光電隔離電路連在一起后與CPU微處理器相連，將所采 集的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)波形整形電路輸入CPU微處理器。
本實(shí)用新型所述的定子電壓信號(hào)采集電路用于采集異步電動(dòng)機(jī)定子電壓信號(hào)，由電壓信
號(hào)、變換電路、信號(hào)波形整形電路連在一起后與CPU微處理器相連，將所采集的電壓信號(hào)經(jīng) 過(guò)信號(hào)波形整形電路輸入CPU微處理器。
本實(shí)用新型所述的同步信號(hào)采集電路由同步信號(hào)、變換電路、信號(hào)波形整形電路連在一
起后與CPU微處理器相連。
本實(shí)用新型所述的鍵盤(pán)和顯示電路的鍵盤(pán)電路、顯示電路分別與8155 口相連，8155 口 再與CPU微處理器相連，可隨時(shí)顯示、修改電動(dòng)機(jī)的參數(shù)。
本實(shí)用新型所述的可控硅觸發(fā)電路由并聯(lián)的光電隔離電路和功放電路組成。
本實(shí)用新型是利用同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制技術(shù)和晶閘管變流變壓技術(shù)相結(jié)合，將直流電流 通過(guò)控制器、進(jìn)退相控制電路、可控硅組件施加到電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路作為勵(lì)磁電流，變異步運(yùn) 行為同步運(yùn)行，同時(shí)根據(jù)電機(jī)定子電流和功率因數(shù)的大小，自動(dòng)調(diào)整施加到轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁 電流的大小，實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整功率因數(shù)的目的。有效地改善了靜止式進(jìn)相器只能 用于恒定負(fù)載補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。
上述電路的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為定子電流信號(hào)采集電路和定子電壓信號(hào)采集電路采集的電流信號(hào) 和電壓信號(hào)送入CPU微處理器，計(jì)算出電機(jī)實(shí)時(shí)的功率因數(shù)，實(shí)時(shí)功率因數(shù)與設(shè)定的功率因 數(shù)比較，進(jìn)行PTD運(yùn)算，CPU微處理器根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出相應(yīng)的觸發(fā)控制，調(diào)整施加到轉(zhuǎn)子 回路勵(lì)磁電流的大小，形成閉環(huán)控制，使補(bǔ)償效果始終處于最佳狀態(tài)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用可控硅變壓變流技術(shù)和同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)相結(jié)合， 將可調(diào)節(jié)的直流電流施加到轉(zhuǎn)子回路作為勵(lì)磁電流，同時(shí)根據(jù)電機(jī)實(shí)時(shí)功率因數(shù)的大小，改 變施加到轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電流的大小以適應(yīng)負(fù)載的變化，達(dá)到改善功率因數(shù)的目的，同時(shí)， 采用實(shí)時(shí)雙反饋(電流、電壓)，確保補(bǔ)償效果適應(yīng)各種負(fù)載的變化，可方便將變負(fù)載、輕負(fù) 載、重負(fù)載工礦的繞線式異步電動(dòng)機(jī)變?yōu)橥竭\(yùn)行，實(shí)現(xiàn)就地?zé)o功功率補(bǔ)償。以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。

圖1為本實(shí)用新型的控制電路原理圖。 圖2為本實(shí)用新型的CPU微處理器保護(hù)控制系統(tǒng)硬件框圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型控制器4通過(guò)進(jìn)退相控制電路3、可控硅組件2與異步運(yùn)行電 路1相連，使電動(dòng)機(jī)的異步運(yùn)行變?yōu)橥竭\(yùn)行，控制器4可將繞線式異步電動(dòng)機(jī)的定子電流、 電壓信號(hào)輸入其內(nèi)的CPU微處理器，在CPU微處理器的控制下計(jì)算實(shí)時(shí)功率因數(shù)，作為信 號(hào)處理、電動(dòng)機(jī)過(guò)流、電動(dòng)機(jī)過(guò)載和缺相保護(hù)之用；KM2、 KM3為交流接觸器，作為進(jìn)相、 退相切換用；TC1為整流變壓器，UR為可控硅組件，其導(dǎo)通角受CPU微處理器控制；1KA 是中間繼電器，是過(guò)流、缺相、失步保護(hù)的執(zhí)行元件。進(jìn)相、退相靠按鈕SB1、 SB2進(jìn)行手 動(dòng)控制，CPU微處理器進(jìn)行檢測(cè)、保護(hù)和根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)的變化控制可控硅組件2的 導(dǎo)通角以改變Uf和If，從而控制補(bǔ)償容量。如果發(fā)生超載、缺相或失步現(xiàn)象，則1KA動(dòng)作， 自動(dòng)退相，電動(dòng)機(jī)恢復(fù)異步運(yùn)行。
如圖2所示，CPU微處理器10分別與繞線式異步電動(dòng)機(jī)定子電流信號(hào)采集電路5、定子 電壓信號(hào)采集電路6、同步信號(hào)采集電路7、擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器8、鍵盤(pán)和顯示電路9、可控硅 觸發(fā)電路ll、聲光報(bào)警電路12、手動(dòng)、自動(dòng)復(fù)位電路13、振蕩電路14相連。CPU微處理器 10的型號(hào)可為89C51,內(nèi)置的軟件有參數(shù)設(shè)置程序模塊、顯示程序模塊、PID運(yùn)算程序模 塊、保護(hù)功能模塊、功率因數(shù)計(jì)算模塊、信號(hào)參數(shù)標(biāo)定模塊、進(jìn)退相控制模塊；定子電流信 號(hào)采集電路5用于采集異步電動(dòng)機(jī)定子電流信號(hào)，由電流信號(hào)、電流變換電路、模數(shù)變換電 路、光電隔離電路連在一起后與CPU微處理器10相連，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)波形整形電路(正 過(guò)零、脈沖整形)后輸入CPU微處理器10;定子電壓信號(hào)采集電路6用于采集異步電動(dòng)機(jī)定 子電壓信號(hào)，由電壓信號(hào)、(電壓)變換電路、信號(hào)波形整形電路(正過(guò)零、脈沖整形)連在一起 后與CPU微處理器10相連，經(jīng)整形后將所采集的電壓信號(hào)輸入CPU微處理器10;同步信號(hào) 采集電路7由同步信號(hào)、變換電路、信號(hào)波形整形電路(正過(guò)零、脈沖整形)連在一起后與CPU 微處理器10相連；擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器8用于CPU微處理器10的擴(kuò)展程序并存儲(chǔ)；鍵盤(pán)和顯示 電路9的鍵盤(pán)電路、顯示電路分別與8155 口相連，8155 口再與CPU微處理器10相連，利 用擴(kuò)展的8155B口、 C 口能隨時(shí)顯示電動(dòng)機(jī)的定子電流Il、功率因數(shù)C0S4)，還能利用鍵盤(pán) 隨時(shí)修改參數(shù)；本實(shí)用新型的可控硅觸發(fā)電路11、聲光報(bào)瞀電路12、手動(dòng)、自動(dòng)復(fù)位電路 13、振蕩電路14分別與CPU微處理器10相連。本實(shí)用新型采用89C51單片機(jī)為CPU微處 理器10的核心，擴(kuò)展了 EPROM2732、 8155、 ADC0809、鍵盤(pán)顯示、聲光報(bào)警電路，采用了 模塊化程序結(jié)構(gòu)，軟件數(shù)字濾波抗干擾措施。將定時(shí)器"0"作為基準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生器，以產(chǎn)生 500us的定時(shí)中斷，形成5ms、 20ms、 ls、 lmin的計(jì)時(shí)單位。將定時(shí)器"1"用査詢方式，分 別50HZ的90°時(shí)間間隔定時(shí)與導(dǎo)通角a的定時(shí)。利用89C51中GATE門(mén)控位的特性，準(zhǔn)確
測(cè)出電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。具體分項(xiàng)功能如下
1、 系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)功能將電機(jī)的電流、電壓信號(hào)分別輸送至電流、電壓變換電路，使 其變成0-5V電壓，供CPU的ADC0809采樣，進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)光電隔離電路輸送至單 片機(jī)，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理求得定子電流Il、功率因數(shù)cos(t。為能隨時(shí)跟蹤Il與COS(J)， 本系統(tǒng)每隔1S檢測(cè)一次。
2、 系統(tǒng)的控制功能根據(jù)檢測(cè)到的COS4>，改變可控硅的導(dǎo)通角a，改變電機(jī)的勵(lì)磁 電流，可使其在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，發(fā)揮最大補(bǔ)償作用，并保證電機(jī)電流不超載。
3、 系統(tǒng)的保護(hù)功能本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)過(guò)載、失步保護(hù)功能，由于失控使電動(dòng)機(jī) 發(fā)生過(guò)載、失步現(xiàn)象，系統(tǒng)將在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)退相，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒竭\(yùn)行方式。
4、 為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，不僅有手動(dòng)按鈕復(fù)位，還有看門(mén)狗電路自動(dòng)復(fù)位。
權(quán)利要求1、一種智能雙饋同步進(jìn)相器，包括異步運(yùn)行電路(1)，其特征在于可根據(jù)電動(dòng)機(jī)定子電流、電壓信號(hào)計(jì)算功率因數(shù)的控制器(4)通過(guò)進(jìn)退相控制電路(3)、可控硅組件(2)與異步運(yùn)行電路(1)相連，使電動(dòng)機(jī)的異步運(yùn)行變?yōu)橥竭\(yùn)行。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能雙饋同步進(jìn)相器，其特征在于所述的控制器(4)的CPU 微處理器(10)分別與定子電流信號(hào)采集電路(5)、定子電壓信號(hào)采集電路(6)、同步信號(hào) 采集電路(7)、擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器(8)、鍵盤(pán)和顯示電路(9)、可控硅觸發(fā)電路(11)、聲光報(bào) 警電路(12)、手動(dòng)、自動(dòng)復(fù)位電路(13)、振蕩電路(14)相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能雙饋同步進(jìn)相器，其特征在于所述的定子電流信號(hào)采集 電路(5)用于采集異步電動(dòng)機(jī)定子電流信號(hào)，由電流信號(hào)、電流變換電路、模數(shù)變換電路、 光電隔離電路連在一起后與CPU微處理器(10)相連，將所采集的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)波形整 形電路輸入CPU微處理器(10)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能雙饋同步進(jìn)相器，其特征在于所述的定子電壓信號(hào)采集 電路(6)用于采集異步電動(dòng)機(jī)定子電壓信號(hào)，由電壓信號(hào)、變換電路、信號(hào)波形整形電路連 在一起后與CPU微處理器(10)相連，將所采集的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)波形整形電路輸入CPU 微處理器(10)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能雙饋同步進(jìn)相器，其特征在于同步信號(hào)采集電路(7)由同步信號(hào)、變換電路、信號(hào)波形整形電路連在一起后與CPU微處理器(10)相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能雙饋同步進(jìn)相器，其特征在于所述的鍵盤(pán)和顯示電路(8)的鍵盤(pán)電路、顯示電路分別與8155 口相連，8155 口再與CPU微處理器(10)相連，可隨時(shí) 顯示、修改電動(dòng)機(jī)的參數(shù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能雙饋同步進(jìn)相器，其特征在于可控硅觸發(fā)電路(11)由 并聯(lián)的光電隔離電路及功放電路組成。
專利摘要一種智能雙饋同步進(jìn)相器，適用于對(duì)各種工況條件下、各系列繞線式異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償?？刂破骺筛鶕?jù)電動(dòng)機(jī)定子電流、電壓信號(hào)計(jì)算功率因數(shù)，通過(guò)進(jìn)退相控制電路、可控硅組件與異步運(yùn)行電路相連。利用同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制和晶閘管變流變壓技術(shù)相結(jié)合，將直流電流通過(guò)控制器、進(jìn)退相控制電路、可控硅組件施加到電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路作為勵(lì)磁電流，變異步運(yùn)行為同步運(yùn)行，根據(jù)電機(jī)定子電流和功率因數(shù)的大小，自動(dòng)調(diào)整施加到轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電流的大小，實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)整功率因數(shù)。同時(shí)，采用實(shí)時(shí)雙反饋，確保補(bǔ)償效果適應(yīng)各種負(fù)載的變化，可方便將變負(fù)載、輕負(fù)載、重負(fù)載工礦的繞線式異步電動(dòng)機(jī)變?yōu)橥竭\(yùn)行，實(shí)現(xiàn)就地?zé)o功功率補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H02J3/18GK201210666SQ20082006735
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者劉士杰 申請(qǐng)人:襄樊成林機(jī)電有限公司