專利名稱：一種電動機星形/三角形通用節電器轉換電路和轉換方法
技術領域：
本發明涉及一種轉換電路，尤其涉一種電動機星形/三角形通用節電器轉換電路，本發明還涉及一種電動機星形/三角形通用節電器的轉換方法。
背景技術：
國內已有的節電器，若按“功率控制方式”、可分為下述4類:1)、星三轉換；2)、變頻器調壓；3)、可控硅調壓；4)、電抗器調壓。若按“控制信號來源”、可分為下述2類:1)、馬達電流取樣法；2)、功率因數取樣法。存在問題:1)、四十年來國內研發的星三轉換節電器或電抗器調壓節電器、一直使用“馬達電流取樣法”作為轉換的控制信號。看似最簡捷，實際不可行。因為僅僅環境電壓引起的電流變化幅度就超過了信號電流變化幅度，換句話說:僅設備環境供電的380V電壓在340V-420V之間波動，信號就被淹沒在擾動里。2)、近十年來國內研發的“變頻器調壓節電器”或“可控硅調壓節電器”、較多的使用“功率因數取樣法”。同樣因環境電壓引起的功率因數變化也比較大，功率因數還因電機制造廠的銅鐵材料質量、電機工藝措施等復雜因素分散較大，導致信號離散性相對較大；致使實際推廣受到限制。當設備環境供電的380V電壓在340V-420V之間波動、環境電壓引起的擾動已經接近有效信號本身；但比第I種方法“取樣馬達電流”要好多了，因為信號幅度已經小于擾動幅度。以上的取樣方式，由于存在較大的環境擾動，每臺機器都必須在舊設備改造現場，派出技術人員進行現場調試才能投入使用。故大面積推廣均受此限制，無法成為一種出廠即能直接使用的通用產品。
發明內容
本發明的目的在于提供一種電動機星形/三角形通用節電器轉換電路和轉換方法，直接測取馬達負載功率作為節電器控制信號，除了模塊本身千分之一的測量誤差，沒有其他附加誤差，十分精確的反映了馬達實時負載功率大小，進而準確控制星三轉換節電運行。本發明采用如下技術方案實現:一種電動機星形/三角形通用節電器轉換電路，所述轉換電路與三相電機相連，包括控制電路和接觸器，所述接觸器通過傳感器和/或取樣器與控制電路相連，其特征在于，所述三相電機的兩端跨接有三角形電路接觸器，三相電機遠離三相電源的一端安裝有星形電路接觸器，所述控制電路通過吸合或釋放接觸器使三相電機切換星形連接狀態或三角形連接狀態。進一步的，所述轉換電路包括電源濾波器、三相相序傳感器、三相電壓取樣器和馬達電流傳感器，靠近三相電源的一端安裝有交流接觸器，所述電源濾波器一端與三相電源相連，另一端與電源變壓器相連，所述電源變壓器與低壓開關電源相連，所述三相相序傳感器、三相電壓取樣器和馬達電流傳感器分別與計算機芯片相連。 進一步的，還包括分別相連于計算機芯片的馬達溫度取樣器、負載功率取樣器、數碼管顯示按鍵板、故障報警繼電器、三角形接觸器、星形接觸器和馬達開關指令。一種電動機星形/三角形通用節電器轉換方法，其特征在于，該轉換方法包括如下步驟:I)第一次運行星形/三角形轉換電路時，輸入額定功率和額定電流；2)轉換電路根據額定功率和額定電流，進行巡檢工作，所述巡檢工作包括巡檢三相相序傳感器、三相電壓取樣器、馬達溫度取樣器、負載功率取樣器；此時負載功率為零，故控制電路輸出星形接觸器KMY信號，吸合交流接觸器KMY，馬達處于星形運轉的準備狀態；3)若發生三相相序逆相序、三相電缺相、供電電壓過高、供電電壓過低、馬達溫度過高等項故障，控制電路輸出故障報警繼電器信號，同時拉斷電機強電電路；4)給出馬達開關指令，吸合交流接觸器KMZ，不斷測量馬達實時負載功率大小，若負載超出“上跳三角形分界線”，即釋放“星形接觸器KMY”、吸合“三角形接觸器ΚΜΛ”，令馬達處于三角形運行狀態；或:如果負載低于“下跳星形分界線”，立即釋放“三角形接觸器ΚΜΛ”、吸合“星形接觸器ΚΜΥ”、令馬達處于星形運行狀態。進一步的，在步驟4)中，數碼管一直顯示馬達電流、負載功率、星三狀態等各項運行數據，只要發生過載、短路、斷線、負載過重等項故障，數碼管立即顯示故障代碼，并且“故障報警繼電器”同時拉 斷馬達電源報警。進一步的，步驟4)完成之后還包括一個步驟5):馬達開關指令取消后，芯片恢復巡檢“三相相序傳感器”、“三相電壓取樣”、“馬達溫度取樣”、“負載功率取樣”、及在數碼管上顯示各項巡檢數據，等待下一輪“馬達開關指令”的到來。本發明的星三轉換電路由于不存在附加誤差，因此是一種具備高度穩定性的節電器，所以不但適用于舊設備改造、更能配套新設備出廠，還能夠成為一種可大面積推廣的、具有聞度穩定的、廉價通用節電器。
圖1是星三轉換電路的電路框圖。圖2是星三轉換電路的電路原理圖。圖3是星三轉換電路應用于電動機的通用節電器上的對比數據檢測報告。
具體實施例方式通過下面對實施例的描述，將更加有助于公眾理解本發明，但不能也不應當將申請人所給出的具體的實施例視為對本發明技術方案的限制，任何對部件或技術特征的定義進行改變和/或對整體結構作形式的而非實質的變換都應視為本發明的技術方案所限定的保護范圍。如圖1所示本發明的電動機星形/三角形通用節電器轉換電路，轉換電路與三相電機相連，包括控制電路和接觸器，接觸器通過傳感器和/或取樣器與控制電路相連，三相電機的兩端跨接有三角形電路接觸器，三相電機遠離三相電源的一端安裝有星形電路接觸器，控制電路通過吸合或釋放接觸器使三相電機切換星形連接狀態或三角形連接狀態。轉換電路包括電源濾波器、三相相序傳感器、三相電壓取樣器和馬達電流傳感器，靠近所述三相電源的一端安裝有交流接觸器，電源濾波器一端與三相電源相連，另一端與電源變壓器相連，電源變壓器與低壓開關電源相連，三相序傳感器、三相電壓取樣器和馬達電流傳感器分別與計算機芯片相連。轉換電路中還包括分別連接于計算機芯片的馬達溫度取樣器、負載功率取樣器、數碼管顯示按鍵板、故障報警繼電器在、三角形接觸器、星形接觸器和馬達開關指令。一種電動機星形/三角形通用節電器轉換方法，其特征在于，該轉換方法包括如下步驟:I)第一次運行星形/三角形轉換電路時，輸入額定功率和額定電流；2)轉換電路根據額定功率和額定電流，進行巡檢工作，所述巡檢工作包括巡檢三相相序傳感器、三相電壓取樣器、馬達溫度取樣器、負載功率取樣器；此時負載功率為零，故控制電路輸出星形接觸器KMY信號，吸合交流接觸器KMY，馬達處于星形運轉的準備狀態；3)若發生三相相序逆相序、三相電缺相、供電電壓過高、供電電壓過低、馬達溫度過高等項故障，控制電路輸出故障報警繼電器信號，同時拉斷電機強電電路；4)給出馬達開關指令，吸合交流接觸器KMZ，不斷測量馬達實時負載功率大小，若負載超出“上跳三角形分界線”，即釋放“星形接觸器KMY”、吸合“三角形接觸器ΚΜΛ”，令馬達處于三角形運行狀態；或:如果負載低于“下跳星形分界線”，立即釋放“三角形接觸器ΚΜΛ”、吸合“星形接觸器KMY”、令馬達處于星形運行狀態。
在步驟4)中，數碼管一直顯示馬達電流、負載功率、星三狀態等各項運行數據，只要發生過載、短路、斷線、負載過重等項故障，數碼管立即顯示故障代碼，并且“故障報警繼電器”同時拉斷馬達電源報警。步驟4)完成之后還包括一個步驟5):馬達開關指令取消后，芯片恢復巡檢“三相相序傳感器”、“三相電壓取樣”、“馬達溫度取樣”、“負載功率取樣”、及在數碼管上顯示各項巡檢數據，等待下一輪“馬達開關指令”的到來。三相電源L1、L2、L3進入設備總開關，總開關合閘后，其中L12、L13經過電源濾波器給電源變壓器供電，再經過低壓開關電源輸出+5V、-5V 二種電源供給計算機芯片和各路輸入輸出通道的集成電路用電。+12V供給各輸入通道的光電耦合器之前用電、供給各輸出通道的光電耦合器之后用電，以保證最基本的抗干擾措施。電源變壓器還輸出交流220V電壓，作為各交流接觸器電源。計算機芯片通電后，只要設備制造商在第一次運行之前，于“數碼管顯示按鍵板”上輸入此設備馬達銘牌上標定的“額定功率”、“額定電流”二項數據，芯片就會在4.0-150kw的范圍內，自動調出此規格馬達所有運行監控數據、此后一直按此數據運行。在獲得馬達開關指令之前，芯片便開始巡檢“三相相序傳感器”、“三相電壓取樣”、“馬達溫度取樣”、“負載功率取樣”并顯示各項巡檢數據。若發生三相相序逆相序、三相電缺相、供電電壓過高、供電電壓過低、馬達溫度過高等項故障，都會在數碼管顯示故障代碼并禁止啟動電機。因此時“負載功率取樣”為零，故計算機輸出“星形接觸器KMY”信號，吸合交流接觸器KMY，馬達處于星形運轉的準備狀態。當操作工給出“馬達開關指令”、此指令直接吸合交流接觸器KMZ;因此前已經處于星形運轉準備狀態，馬達通電后即按星形實施啟動過程，依靠計算機芯片“電機啟動完成識別軟件”、在啟動完成之前馬達一直處于星型狀態。一旦識別出馬達啟動完成，第一時間投入“節電運行監控狀態”，以對隨時發生的負載突增工況做出靈敏反應。馬達運行中，“負載功率取樣”軟件不斷測量馬達實時負載功率大小，一旦負載超出“上跳三角形分界線”，立即釋放“星形接觸器KMY”、吸合“三角形接觸器ΚΜΛ”，令馬達處于三角形運行狀態。反之，如果負載低于“下跳星形分界線”，立即釋放“三角形接觸器KMΔ ”、吸合“星形接觸器KMY”、令馬達處于星形運行狀態。此過程中數碼管一直顯示馬達電流、負載功率、星三狀態等各項運行數據。此過程中“馬達電流傳感器”不斷監測，只要發生過載、短路、斷線、負載過重等項故障，數碼管立即顯示故障代碼，并且“故障報警繼電器”同時拉斷馬達電源報警。“馬達開關指令”取消后，芯片恢復巡檢“三相相序傳感器”、“三相電壓取樣”、“馬達溫度取樣”、“負載功率取樣”、及在數碼管上顯示各項巡檢數據等等。同時，等待下一輪“馬達開關指令”的到來。名詞解釋:上跳三角形分界線:給定計算機一個恒定的電動機負載功率數值，當電動機運行在星型狀態時，若電機實時運行功率小于該數值，電機一直維持星形運行狀態。若電機實時運行功率大于該數值，計算機便指令星形交流接觸器切換到三角形交流接觸器，電機運行于三角形狀態。該恒定的負載功率數值叫做“上跳三角形分界線”。下跳星形分界線:給定計算機一個恒定的電動機負載功率數值，當電動機運行在三角形狀態時，若電機實時運行功率大于該數值，電機一直維持三角形運行狀態。若電機實時運行功率小于該數值，計算機便指令三角形交流接觸器切換到星形交流接觸器，電機運行于星形狀態。該恒定的負載功率數值叫做“下跳星形分界線”。這二個分界線數值是不一樣的。本發明的技術方案由交流接觸器(ΚΜΖ、ΚΜΛ、ΚΜΥ)為主構成星三轉換的基本強電電路、以計算機芯片為核心組成基本測控電路。測控電路由六路輸入信號通道(包括:三相相序傳感器、三相電壓取樣、馬達電流傳感器、馬達溫度取樣、負載功率取樣、馬達開關指令)、三路輸出信號通道(包括:故障報警繼電器、三角形接觸器ΚΜΛ、星形接觸器ΚΜΥ)、人機信號交換界面(數碼管顯示按鍵板)、以及電源部分(包括:電源濾波器、電源變壓器、低壓開關電源)組成。電路中安裝有“電機規格類型識別模塊”:使用本機操作面板上的顯示屏與按鍵，只要輸入該設備電機銘牌上標定的“額定功率”與“額定電流” 二項數據，計算機所有邏輯程序就自動按此馬達數據運行；適用電機功率范圍4.0kw—150kw。而過去的節電器，在
4.0—150kw之間必須依據可適配電機大小劃分若干個大小不同規格方可。本機無須劃分具體規格、一機通用到底、具有很強的通用性。本發明具有全面的電機保護功能，在強電電路之三相電流取樣只用一路T-T’通路之“馬達電流傳感器”。而過去電動機的傳統電流取樣電路需設置2-3路電流傳感器方可；如果只設I路、當串有電流互感器的線路發生斷路故障將無法應對。本發明會全面分析這一路馬達電流信號，例如串有電流互感器的線路發生上述斷路故障將依此斷路信號拉斷“故障報警繼電器”、保護馬達不受損壞。 如圖2所示本發明的電路原理圖，原理圖的功能:一是將“三相電壓傳感器”送來的取樣“電壓信號輸入”信號經過運算放大器UlA整定后、傳送到計算機端口 U3，二是將“馬達電流傳感器”送來的“電流信號輸入”信號經過運算放大器UlB整定后，傳送到運算放大器U2A構成的“諧波濾除器”。因為馬達電流諧波的影響，電流波形總是隨著諧波的疊加效應呈現3-5秒鐘左右為半周期的來回擺動，這一來回擺動的電流波形無法準確讀出相位數值。“諧波濾除器”的作用就是充分濾除疊加的所有諧波成分，得到一個純凈的電流正弦穩定波形。這一純凈電流正弦波經過運算放大器U2B組成的“相位比較器”整形后，得到電流正弦波過零點的矩形波，作為相對于電壓正弦波滯后的功率因數角送入計算機端口 14’。純凈電流正弦波信號12’同時送入計算機端口 12’、并且再次經過運算放大器U3A構成的“電流第二運算放大器”，此電流信號送入計算機端口 13’。計算機端口憑借所獲以下信息:U3:電壓正弦波信號、計算機進一步處理為電壓正弦波有效值和電壓過零點相位
基準信號。12’:第一電流正弦波信號、計算機進一步處理為本機所需的電流報警信號。依據設備制造商第一次輸入的電機“額定功率”和“額定電流”二項數據，從4.0-150kw范圍的眾多電機規格中調出儲存的該電機運行報警基準參數，便可與該電流正弦波信號不斷比較、決定是否報警。13’:第二電流正弦波信號、計算機處理為精細的馬達電流正弦波有效值。14’:電流正弦波過零點信 號、計算機依據其與以上信息便能計算出馬達“負載功率取樣”數值，作為控制節電器星三轉換運行的控制信號。本發明的星三轉換電路由于不存在附加誤差，因此是一種具備高度穩定性的節電器，所以不但適用于舊設備改造、更能配套新設備出廠，還能夠成為一種可大面積推廣的、具有聞度穩定的、廉價通用節電器。如圖3所示測定節電率的“對比數據檢測報告”，由對比數據可以看出，中小功率電機應用了本發明的星三轉換電路之后，在加工前后電流消耗、功率因數、用電消耗、單位能耗等方面均有顯著提高，獲得了良好的技術效果。當然，本發明還可以有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可以根據本發明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種電動機星形/三角形通用節電器轉換電路，所述轉換電路與三相電機相連，包括控制電路和接觸器，所述接觸器通過傳感器和/或取樣器與控制電路相連，其特征在于，所述三相電機的兩端跨接有三角形電路接觸器，三相電機遠離三相電源的一端安裝有星形電路接觸器，所述控制電路通過吸合或釋放接觸器使三相電機切換星形連接狀態或三角形連接狀態。
2.根據權利要求1所述的電動機星形/三角形通用節電器轉換電路，其特征在于，所述轉換電路包括電源濾波器、三相相序傳感器、三相電壓取樣器和馬達電流傳感器，靠近三相電源的一端安裝有交流接觸器，所述電源濾波器一端與三相電源相連，另一端與電源變壓器相連，所述電源變壓器與低壓開關電源相連，所述三相相序傳感器、三相電壓取樣器和馬達電流傳感器分別與計算機芯片相連。
3.根據權利要求1或2所述的電動機星形/三角形通用節電器轉換電路，其特征在于，還包括分別相連于計算機芯片的馬達溫度取樣器、負載功率取樣器、數碼管顯示按鍵板、故障報警繼電器、三角形接觸器、星形接觸器和馬達開關指令。
4.一種電動機星形/三角形通用節電器轉換方法，其特征在于，該轉換方法包括如下步驟: 1)第一次運行星形/三角形轉換電路時，輸入額定功率和額定電流； 2)轉換電路根據額定功率和額定電流，進行巡檢工作，所述巡檢工作包括巡檢三相相序傳感器、三相電壓取樣器、馬達溫度取樣器、負載功率取樣器；此時負載功率為零，故控制電路輸出星形接觸器KMY信號，吸合交流接觸器KMY，馬達處于星形運轉的準備狀態； 3)若發生三相相序逆相序、三相電缺相、供電電壓過高、供電電壓過低、馬達溫度過高等項故障，控制電路輸出故障報警繼電器信號，同時拉斷電機強電電路； 4)給出馬達開關指令，吸合交流接觸器KMZ，不斷測量馬達實時負載功率大小，若負載超出“上跳三角形分界線”，即釋放“星形接觸器KMY”、吸合“三角形接觸器ΚΜΛ”，令馬達處于三角形運行狀態； 或.如果負載低于“下跳星形分界線”，立即釋放“三角形接觸器ΚΜΛ”、吸合“星形接觸器ΚΜΥ”、令馬達處于星形運行狀態。
5.根據權利要求4所述的電動機星形/三角形通用節電器轉換方法，其特征在于，在步驟4)中，數碼管一直顯示馬達電流、負載功率、星三狀態等各項運行數據，只要發生過載、短路、斷線、負載過重等項故障，數碼管立即顯示故障代碼，并且“故障報警繼電器”同時拉斷馬達電源報警。
6.根據權利要求4或5所述的電動機星形/三角形通用節電器轉換方法，其特征在于，步驟4)完成之后還包括一個步驟5):馬達開關指令取消后，芯片恢復巡檢“三相相序傳感器”、“三相電壓取樣”、“馬達溫度取樣”、“負載功率取樣”、及在數碼管上顯示各項巡檢數據，等待下一輪“馬達開關指令”的到來。
全文摘要
本發明公開了一種中小功率電動機星形/三角形轉換電路，還公開了一種星形/三角形轉換方法，轉換電路與三相電機相連，包括控制電路和接觸器，接觸器通過傳感器和/或取樣器與控制電路相連，三相電機的兩端跨接有三角形電路接觸器，三相電機遠離三相電源的一端安裝有星形電路接觸器，控制電路通過吸合或釋放接觸器使三相電機切換星形連接狀態或三角形連接狀態。轉換方法包括如下步驟確定額定功率和額定電流，進行巡檢工作；給出馬達開關指令，令馬達處于三角形運行狀態或處于星形運行狀態。本發明的星三轉換電路及方法不存在附加誤差，具備高度穩定性，適用于舊設備改造、更能配套新設備出廠，是一種可大面積推廣的、具有高度穩定的、廉價通用節電器。
文檔編號H02P25/18GK103219941SQ20131013045
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者陳冰雪 申請人:北京優爾特科技股份有限公司