專利名稱：電腦控制節(jié)能型電機啟動箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動機啟動保護裝置，通過控制三相異步電動機的端電壓，使電動機在某一負(fù)載下運行時達到最高效率，同時還具有軟啟動、軟制動、缺相、相序錯、欠壓、過壓、過載、漏電、可控硅過熱等保護和顯示報警等功能。
目前，15KW以上的電動機啟動一般采用“Y－△轉(zhuǎn)換”，降壓啟動或改變自耦變壓器抽頭的方式降壓啟動，這種電動機的啟動方法其啟動電壓是固定的，不能根據(jù)電動機啟動力矩的大小由用戶設(shè)定啟動電壓和時間，又因接觸器的頻繁操作極易損壞，還浪費了大量的有色金屬，在降壓啟動轉(zhuǎn)入正常運行時，還存在二次沖擊電流。雖然有些節(jié)電器可以在電機輕空載時自動調(diào)節(jié)電機端電壓達到節(jié)電目的，但一般都有兩個缺點1、一般節(jié)電器是類似于一個儀器接在電動機上端，此外還要接刀開關(guān)(或接觸器)、熔斷器、漏電保護器等，用戶使用不便；2、電動機運行在任意負(fù)載下不能實現(xiàn)總是處于運行效率最高的最佳工作點。
本實用新型的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種在任意負(fù)載下總能運行在效率最高的工作點，且具有軟啟動、軟制動、各種保護和顯示報警功能的電腦控制節(jié)能型電機啟動箱。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它由箱體、安裝在箱門上的操縱桿和顯示面板、固定在箱體內(nèi)的自動開關(guān)、熔斷器、可控硅、控制器組成。箱體是單門兩腔式，與三相電源連接的自動開關(guān)、熔斷器、可控硅位于一腔，控制器位于另一腔，兩腔相互屏蔽、隔離，自動開關(guān)為箱外操作形成?？刂破饔蓡纹瑱C系統(tǒng)、A／D轉(zhuǎn)換電路、電流檢測電路、電壓檢測電路、功率因數(shù)檢測電路、同步倍頻鎖相電路、相序檢測電路、驅(qū)動隔離電路、鎖存顯示電路、漏電保護電路、熱保護電路、報警電路、光耦電路等構(gòu)成。主電路的三相電流、電壓分別由電流檢測電路和電壓檢測電路檢測后，通過A／D轉(zhuǎn)換電路輸入單片機系統(tǒng)，功率因數(shù)檢測電路通過同步變壓器和電流互感器采集三相電壓信號和三相電流信號檢取COSφ值，再由A／D轉(zhuǎn)換電路輸入單片機系統(tǒng)。與主電路單相連接的同步與倍頻鎖相電路產(chǎn)生的脈沖信號輸入單片機系統(tǒng)，作為觸發(fā)可控硅的同步點，單片機系統(tǒng)的軟件按程序設(shè)計確定可控硅的合適的導(dǎo)通角，然后輸出觸發(fā)可控硅的脈沖信號，通過驅(qū)動隔離電路去觸發(fā)可控硅，與此同時，單片機系統(tǒng)對主電路的電流、電壓、功率因數(shù)等電參量采集運算后，由其軟件判別電動機的過流、過壓、欠壓，缺相和其它故障，與單片機系統(tǒng)連接的鎖存顯示電路和報警電路顯示工作狀態(tài)和故障信號并指示報警。本實用新型的開機、關(guān)機、軟制動、按鈕、熱保護電路中的可控硅熱保護繼電器的動觸點、漏電保護電路中的漏電保護器的觸點均通過光耦電路輸入單片機系統(tǒng)。相序檢測電路通過同步變壓器與三相電源連接，其判斷相序結(jié)果輸入單片機系統(tǒng)。
附圖圖面說明

圖1為本實用新型的箱體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型的箱體外觀示意圖。
圖3為本實用新型的電原理框圖。
圖4為本實用新型電路圖。
圖5為本實用新型軟件程序框圖。
下面結(jié)合(附圖)實施例對本實用新型作進一步詳述本實用新型由箱體(1)、安裝在箱體(1)外面的自動空氣開關(guān)手柄(2)、安裝在箱門上的顯示面板和操縱桿(3)、固定在箱體(1)內(nèi)的自動空氣開關(guān)(5)、熔斷器(4)、可控硅(9)、控制器(6)、同步變壓器(7)、電流互感器(8)組成。箱體(1)為單門兩腔式，與三相交流電源連接的自動空氣開關(guān)(5)、熔斷器(4)、可控硅(9)、同步變壓器(7)、電流互感器(8)等位于一腔，控制器(6)部分位于另一腔，兩腔相互屏蔽、隔離。控制器(6)由單片機系統(tǒng)(20)，A／D轉(zhuǎn)換電路(16)、電流檢測電路(13)、電壓檢測電路(12)、功率因數(shù)檢測電路(11)、相序檢測電路(18)、同步與倍頻鎖相電路(17)、驅(qū)動隔離電路(19)、鎖存顯示電路(22)、漏電保護電路(25)、熱保護電路(26)、報警電路(24)、光耦電路(23)、整流穩(wěn)壓電路(14)、“看門狗”電路(21)、噪聲濾波器(10)、標(biāo)準(zhǔn)電壓源(15)組成。
根據(jù)理論推導(dǎo)可知，電動機在任一負(fù)載下，如果電機端電壓U是其額定電壓Ue與負(fù)載率β(β＝負(fù)載功率P／額定負(fù)載功率Pe)開方的乘積，則此時電機的效率是該負(fù)載下的最高值。因此，使電機在任一負(fù)載下工作于效率最高點的方法是通過U＝Ue
計算出當(dāng)前負(fù)載下應(yīng)給電動機施加端電壓的最佳值，再化作可控硅(9)導(dǎo)通角的方式來實現(xiàn)。為此，軟件設(shè)計按不同功率電機在工作于調(diào)壓、節(jié)電方式下的負(fù)載功率與電機效率的關(guān)系曲線，將此曲線列成表格存于單篇機系統(tǒng)(20)的EPROM中，通過電流檢測電路(13)、電壓檢測電路(12)、功率因數(shù)檢測電路(11)和A／D轉(zhuǎn)換電路(16)的檢測結(jié)果，根據(jù)當(dāng)時交流電實際電壓值由軟件計算出可控硅(9)的導(dǎo)通角，這時電機將工作在當(dāng)前負(fù)載下效率的最高處。
不同功率的高效電機、低效電機負(fù)載功率與電機效率的關(guān)系曲線不同，為此設(shè)置了開關(guān)S3－S6，在開機前將S3－S6設(shè)置成所用電機，開機后單片機系統(tǒng)(20)就會自動讀入所用電機類型。
本實用新型的軟啟動功能是根據(jù)啟動特性設(shè)計的，將不同功率電機在不同負(fù)載下電機的啟動特性存入單片機系統(tǒng)(20)的EPROM中，由用戶通過撥動開關(guān)S7－S10設(shè)定，開機后單片機系統(tǒng)(20)自動讀入設(shè)定值，按預(yù)定軟啟動特性曲線工作。
同步與倍頻鎖相電路(17)產(chǎn)生6個60°脈沖(300C)輸入單機系統(tǒng)(20)作為觸發(fā)6個可控硅(9)的同步點?？煽毓?9)導(dǎo)通角計算好后存入單片機系統(tǒng)(20)的計數(shù)器中，其計數(shù)器的時鐘由鎖相電路輸出的38.4KC脈沖取得。鎖相電路的614.4KC脈沖作為A／D轉(zhuǎn)換電路(16)的工作時鐘。
為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，本實用新型在電源變壓器輸入端經(jīng)過了噪聲濾波器(10)濾除高頻干擾，單片機系統(tǒng)(20)與各保護電路和操作回路之間的聯(lián)系設(shè)計了光耦電路(23)。硬件設(shè)計了“看門狗”電路(21)防止程序跑飛，軟件設(shè)計了自診斷數(shù)字濾波開關(guān)量防抖動等功能。
在A／D轉(zhuǎn)換電路(16)設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)電壓源和地電位檢測，以檢驗校正A／D轉(zhuǎn)換值的誤差。
鎖存顯示電路(22)采用串入并出方式由4位LED數(shù)碼管顯示各種信息，和單片機系統(tǒng)(20)的串行口相接，它除顯示工作狀態(tài)、各種故障之外，還在工作正常時輪統(tǒng)顯示電壓、電流、省去了一般電機啟動箱上的電壓表和電流表。
為防止本實用新型接入電路時相序不對，設(shè)置了相序檢測電路(18)，當(dāng)相序不對時，該電路輸出高電平從單片機系統(tǒng)(20)開關(guān)量接口芯片8155PB口送入，停機顯示通知用戶改變電源相序。
本實用新型的軟件主程序框圖如圖5所示，可控硅(9)導(dǎo)通角的計算、觸發(fā)可控硅脈沖的發(fā)出、啟動A／D讀取電流、電壓、COSφ值都在單片機系統(tǒng)(20)的終端服務(wù)程序中完成。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1、由于采用箱式整體結(jié)構(gòu)，用戶只需將本實用新型接于三相電源和電動機之間即可使用，因此非常方便。
2、采用了硬件和軟件相結(jié)合的最佳設(shè)計，使本實用新型不僅在電機輕、空載時可以降低電機端電壓以達到節(jié)電目的，而且對于不同功率電機在不同負(fù)載下均能使電機運行始終處于效率最高的工作狀態(tài)。
3、軟件程序設(shè)計的軟啟動特性曲線，實現(xiàn)了電機啟動的最佳爬坡時間。
4、具有較全面的高靈敏度的安全保護和數(shù)字顯示及故障報警功能。
權(quán)利要求1.一種電腦控制節(jié)能型電機啟動箱，包括箱體、安裝在箱門上的操縱桿及顯示面板、固定在箱體內(nèi)的自動開關(guān)、熔斷器、可控硅、控制器，其特征在于控制器基于單片機系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換電路、電流檢測電路、電壓檢測電路、功率因數(shù)檢測電路、同步與倍頻鎖相電路、相序檢測電路、驅(qū)動隔離電路、鎖存顯電路、漏電保護電路、熱保護電路、報警電路、光耦電路構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電腦控制節(jié)能型電機啟動箱，其特征在于單片機系統(tǒng)為自動對主電路電流、電壓、功率因數(shù)等電參量采集運算，尋求主電路可控硅的最佳觸發(fā)導(dǎo)通角的單片機系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電腦控制節(jié)能型電機啟動箱，其特征在于箱體是單門兩腔式，主電路器件包括自動開關(guān)、熔斷器、可控硅等位于一腔，控制器位于另一腔，兩腔相互屏蔽、隔離，自動開關(guān)為箱外操作形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電腦控制節(jié)能型電機啟動箱，其特征在于功率因數(shù)檢測電路采用三相電壓信號和三相電流信號檢取COSφ值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電腦控制節(jié)能型電機啟動箱，其特征在于漏電保護電路和熱保護電路分別采用漏電保護器和可控硅熱保護繼電器，它們的觸點動作信號通過光耦送入單片機系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型涉及一種電腦控制節(jié)能型電機啟動箱由單片機系統(tǒng)、功率因數(shù)檢測電路、電流、電壓檢測電路、脈沖觸發(fā)電路、直流穩(wěn)壓電源、異步電動機回路組成。通過檢測異步電動機的功率因數(shù)、電流、電壓值確定可控硅的合適的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)異步電動機的端電壓，使電動機運行在某一負(fù)載下效率最高的狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能，它還具有各種保護、軟啟動、軟制動及數(shù)字顯示、故障報警等功能。
文檔編號H02P1/28GK2129491SQ92229470
公開日1993年4月7日 申請日期1992年8月1日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月1日
發(fā)明者王裕琛 申請人:唐山市電器廠