本發(fā)明涉及一種電動機節(jié)電裝置，特別是涉及一種全自動交流電動機節(jié)電裝置的節(jié)能技術(shù)方案，屬于節(jié)能技術(shù)與電子電路設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

經(jīng)濟要發(fā)展，電力要先行。近年，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，很多經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)出現(xiàn)了電力供不應(yīng)求的緊張局面，這直接制約了這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，并且，面對不可再生的一次能源，如煤、石油、天然氣等資源的枯竭，我們更要致力于用電設(shè)備的節(jié)能研究。而電機又是應(yīng)用量大、使用范圍廣的一種高耗能動力設(shè)備，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國電動機耗電量約占工業(yè)用電總量的60％～70％，這主要是由于實際應(yīng)用中，很多的電動機過大地考慮了安全余量，使其長期處于輕載運行狀態(tài)，使得電機的工作效率非常低下，如此造成了嚴(yán)重的能源浪費。因此，對電動機進行節(jié)能控制，提升電機的工作效率，節(jié)約用電量對于能源日益稀缺的當(dāng)今社會具有非常重要的實際意義，也是刻不容緩的關(guān)鍵舉措。

眾所周知，電動機的運行效率與負載大小有關(guān)，當(dāng)電動機在額定負載附近運行時，效率和功率因數(shù)都很高，但在負載率較低時，其功率因數(shù)和效率都急劇下降，而且根據(jù)交流異步電動機工作特性，其功率因數(shù)在0.8左右的運行效率最高，且運行轉(zhuǎn)速受電壓的大小影響不大，因而本發(fā)明采用的是調(diào)壓節(jié)能的控制方式，即通過采集電動機運行中的電參量，獲取功率因數(shù)實際值，然后與設(shè)定值進行比較，比較結(jié)果控制多抽頭變壓器的分接開關(guān)，改變變壓器的輸出電壓值，使電動機的供電電壓跟隨負載的變化而變化，如此便可合理實現(xiàn)調(diào)壓節(jié)能的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為解決電動機實際應(yīng)用中運行效率十分低下，耗電量非常大的問題而發(fā)明設(shè)計的。全自動交流電動機節(jié)電裝置主要由主電路和控制電路構(gòu)成。其中主電路包括：旁路/節(jié)能轉(zhuǎn)換開關(guān)，變壓器分接開關(guān)(電氣開關(guān)或電子開關(guān))，變壓器等；控制電路包括：電動機電參量采集電路、功率因數(shù)獲取電路、窗口比較電路、開關(guān)驅(qū)動電路，過零檢測和故障檢測電路等。

該發(fā)明主電路中通過三個開關(guān)的有序切換可實現(xiàn)節(jié)電裝置的旁路啟動與節(jié)能運行的無縫切換；變壓器高壓側(cè)采用多抽頭設(shè)計，各個變壓比的選擇由與抽頭連接的分接開關(guān)控制，而分接開關(guān)的控制信號來自于控制電路。

該發(fā)明控制電路實現(xiàn)電動機運行中電壓、電流信號的采集，實際功率因數(shù)的計算，功率因數(shù)實際值與設(shè)定值的比較，比較結(jié)果經(jīng)過相關(guān)驅(qū)動電路驅(qū)動變壓器分接開關(guān)，實現(xiàn)根據(jù)負載變化實時調(diào)壓節(jié)能，過零檢測電路使變壓器分接開關(guān)在過零點動作，保證開關(guān)動作的安全可靠性，降低甚至避免過電壓的沖擊危害。故障檢測電路實時監(jiān)測控制信號，當(dāng)控制信號或開關(guān)動作發(fā)生異?？勺詣忧袚Q至旁路供電，防止開關(guān)誤操作造成短路等故障，在不影響負載正常運行的條件下同時也方便節(jié)電裝置的及時、安全維護。

本發(fā)明的有益效果：

1.可使電動機實現(xiàn)旁路市電供電運行與調(diào)壓節(jié)能運行的無縫切換；

2.根據(jù)負載變化，采用自耦變壓器多抽頭形式實現(xiàn)電機供電電壓的多級有效調(diào)節(jié)，從而提高電機的運行效率，大大節(jié)約了電能；

3.主電路旁路/節(jié)能轉(zhuǎn)換開關(guān)和變壓器分接開關(guān)具有多種選擇性，可選用工作壽命長，動作迅速的接觸器、繼電器等高可靠性的電氣開關(guān)，也可以是體積小、反應(yīng)速度快的可控硅、IGBT、達林頓管等無觸點電子開關(guān)；

4.變壓器多抽頭設(shè)計，使變壓器輸出的各個電壓檔位與各個功率因數(shù)設(shè)定值相對應(yīng)；

5.采用過零檢測電路使開關(guān)動作更具有安全性和穩(wěn)定性；

6.采用故障檢測電路確保節(jié)電裝置故障時可及時切換至旁路供電，而不影響負載的安全運行，同時也可方便維修人員快速鎖定故障點，進行安全維修。

附圖說明

圖1為全自動交流電動機節(jié)電裝置的主電路原理圖。

其中：KM1、KM2、KM3為旁路/節(jié)能轉(zhuǎn)換開關(guān)；C1、C2為多抽頭變壓器；K11、K12、K13、K14為變壓器C1的分接開關(guān)；K21、K22、K23、K24為變壓器C2的分接開關(guān)。

圖2為功率因數(shù)比較電路的原理框圖。

其中：1-邏輯電路；2-驅(qū)動電路；3-變壓器分接開關(guān)。

圖3為可控硅過零觸發(fā)電路原理圖。

其中：T11、T12為可控硅兩端電壓信號；QD1為變壓器檔位選擇信號；G11、G12為可控硅控制極信號；Q1為NPN型三極管；Uxx為集成電路；Cxx為電容；Rxx為電阻。

具體實施方式

下面將配合附圖對本發(fā)明做詳細說明。本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。

本發(fā)明是為解決電動機長期處于輕載或空載狀態(tài)造成的電能嚴(yán)重浪費的問題而發(fā)明設(shè)計的。通過采集電機運行的電參量，獲取實際功率因數(shù)，功率因數(shù)可切實反映負載的變化情況，然后由功率因數(shù)的實際值與設(shè)定值的比較，輸出比較結(jié)果控制變壓器的分接開關(guān)動作，選擇合適的電動機供電電壓檔位，使電動機供電電壓跟隨負載實時變化，始終處于高效節(jié)能的運行狀態(tài)。

該發(fā)明主要由主電路和控制電路構(gòu)成。主電路部分主要包括旁路/節(jié)能轉(zhuǎn)換開關(guān)，變壓器分接開關(guān)(電氣開關(guān)或電子開關(guān))和變壓器等，如圖1所示。圖中KM1、KM2、KM3為旁路與節(jié)能切換用開關(guān)，合理控制其開關(guān)順序可以保證切換過程不影響電機的正常運行。旁路運行中，KM2閉合，KM1和KM3斷開；旁路轉(zhuǎn)為節(jié)能運行時，即節(jié)電裝置啟動時，開關(guān)的動作順序為：KM3閉合、KM2斷開、KM1閉合；節(jié)能切換到旁路運行時：KM1斷開、KM2閉合、KM3斷開。變壓器C1、C2一次側(cè)為多抽頭形式，K11～K14、K21～K24為變壓器分接開關(guān)，開關(guān)控制信號來自于控制電路，且三相電中B相長導(dǎo)通。

控制電路包括：電參量采集電路、功率因數(shù)獲取與轉(zhuǎn)換電路、比較電路及驅(qū)動電路等。所述電參量采集電路是采集電動機工作中的電壓與電流信號；功率因數(shù)獲取通過計數(shù)電路、邏輯門電路、存儲電路與D/A轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)；比較電路即功率因數(shù)實際值與設(shè)定值的比較，如圖2所示，比較結(jié)果經(jīng)過邏輯電路1和驅(qū)動電路2，得到變壓器分接開關(guān)的控制信號，變壓器分接開關(guān)3可選用多種開關(guān)，如繼電器、接觸器、IGBT、達林頓管、可控硅等。

實際應(yīng)用中，根據(jù)選用的分接開關(guān)不同，應(yīng)采用不同的驅(qū)動或觸發(fā)電路。下面著重介紹可控硅觸發(fā)電路?？煽毓?可選用雙向可控硅或?qū)蜗蚩煽毓璺聪虿⒙?lián)，此處以單向可控硅為例。)是一種大功率半導(dǎo)體器件，具有體積小、反應(yīng)速度快、無觸點、無火花、無噪音、高效率，低成本等開關(guān)優(yōu)勢。如圖3所示為可控硅過零觸發(fā)的電路原理圖?？煽毓栝_關(guān)特性：當(dāng)可控硅陽極電位高于陰極電位，且控制極加有正向觸發(fā)脈沖時，可控硅導(dǎo)通；當(dāng)可控硅陰極電位高于陽極電位或陽極電流小于維持電流時，可控硅關(guān)斷。圖3中T11、T12為可控硅兩端電壓信號，G11、G12為兩個反并聯(lián)單向可控硅的控制極信號，U1、U2構(gòu)成電壓跟隨器電路，U3為過零比較電路，QD1為變壓器抽頭選通信號，U6為觸發(fā)器，U7、U8、U9為光耦，該電路即實現(xiàn)，當(dāng)在電壓過零點處且QD1為高電平時，可控硅控制極才會有正向觸發(fā)信號，使其導(dǎo)通。如此便可使該節(jié)電裝置實現(xiàn)動態(tài)響應(yīng)時間短、快速且安全跟蹤負荷變化，避免出現(xiàn)非過零點開關(guān)將對電網(wǎng)造成強大干擾和對負載造成巨大沖擊的現(xiàn)象。

最后需要說明的是：上述僅為本發(fā)明的實施例，并非是對本發(fā)明的實施方式進行限定，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容，將本發(fā)明運用到其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之中。