[实用新型]电动机程序控制节能装置

说明书

本实用新型涉及一种控制、调节装置，更确切地说是涉及一种感应电动机的节电装置。

感应电动机受其容量等级限制及其在运行中受负载变化的影响，因而经常处于轻载运行状态。由电动机的工作特性可知，在恒频恒压下运行的感应电动机，在轻负载时，其定子、转子的铜损及附加损耗占输入功率的百分比增加，在额定负载的80％以下时，功率因数的效率显著降低，且两者特性曲线的趋势也很相近。

本实用新型的目的是设计一种电动机程序控制节能装置，使电动机在任何运行状况下，总保持75％以上的效率，以期达到节约电能的目的，同时降低了电动机的温升，延长其使用寿命。本电动机程序控制节能装置与其他节能装置相比还应具有显著的节电效果和优良的性能价格比。

本实用新型以单片计算机为核心控制部件，通过测量运转中的电动机的功率因数，并根据其权值控制调节输入到电动机端电压的办法，达到节能目的。

本实用新型包括：控制电动机运行在节能状态的单片计算机；串接在电动机三相电源回路中的电动机功率因数测量电路；将电动机功率因数测量电路输出的模拟量转换为数字量并送单片机判断的模数A／D变换器和根据实测的电动机功率因数、通过单片机输出端口同步调整电动机三相端电压的控制电路。

本实用新型的电动机三相端电压控制电路包括串接在每一相电动机电源回路中的带N＋1个抽头的电抗器和无触点开关电路。电抗器的抽头将电抗器总绕组分隔成N级分绕组，每个电抗器总绕组始端及N－1个抽头至总绕组尾端间各并接有双向可控硅，单片机的N个输出端口接有控制双向可控硅导通、关断的控制电路，控制电路输出接双向可控硅触发极。上述控制电路及双向可控硅组成了无触点开关电路。单片机根据实测的电动机功率因数，三相同步并分N级控制双向可控硅的导通或关断，以达到同时短路三相中1至N个电抗器分绕组的目的，实现用电抗器分级降压或升压，继而控制调节电动机的端电压，N级分绕组即为N级升、降压。

下面结合采用4个抽头（N＝4）的电抗器实现4级升、降压的实施例附图，详细说明本实用新型的技术。

附图1为电动机程序控制节能装置实施例电原理图。

图1中，10为单片机，实施例采用MCS－51系列，M为电动机，30为功率因数测量电路，20为A／D模数转换器。反相器F1－F4、光电耦合器G01－G012、双向可控硅KS1－KS12和由XLa1－XLa4、XLb1－XLb4、XLc1－XLc4构成的电抗器XLa、XLb、XLc，组成电动机端电压控制电路。

单片机XTAL1、XTAL2端接晶体振荡器，交流接触器线圈J1、其辅助接点J1－1、按钮AN1、AN2构成上电自保持电路。按动AN1，交流接触器J的主接点J1－2、J1－3、J1－4将A、B、C三相电源通过电抗器XLa、XLb、XLc的四级降压接通电动机M，电动机端电压约为200V，同时，电源变压器B接通，经整流、滤波、稳压后提供＋5V电源，供单片机10及其他元件。

单片机上电复位后，先运行一段分级升压的电动机软启动程序，然后再进入节电运行状态。实施中可根据电机的功率大小，设置一段延迟时间，例如对于4.0KW的电动机可设置2S时间，然后向单片机的I／O4口发低电平，经F4反相后，同步驱动它所负载的三支光电耦合器G010－G012，双向可控硅KS10－KS12导通，电抗器分绕组XLa4、XLb4、XLc4同时被短路，实现电动机M的第1级升压。程序再延迟一段时间例如2S后，向单片机I／O3口发出第二级升压命令，F3输出高电平，同步驱动光耦合器G07－G09，双向可控硅KS7－KS9导通，同时短路电抗器XLa3＋XLa4、XLb3＋XLb4、XLc3＋CLc4，实现电动机M的第二级升压。依此类推直至全部短路电抗器XLa、XLb、XLc总绕组。电动机M端电压升至380V。电动机分级升压软启动，减少了对电网及电机负载机械的冲击。

单片机内设置有功率因数值Q1和Q2，Q1是对应于电动机额定负载75％状态的效率值，Q2是对应于电动机额定负载85％状态的效率值，在节电运行过程中，单片机通过I／O  5口、I／O  6口不断地查询A／D变换器20，A／D变换器通过8条数据线将实测的功率因数值Q送单片机CPU与设置的Q1、Q2进行比较，CPU根据比较结果控制向I／O  1－I／O4端口发出高电平或低电平的命令，以控制无触点开关电路，只要Q1＜Q＜Q2，则维持当前电动机端电压。