專利名稱：電機(jī)綜合控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動機(jī)保護(hù)及控制裝置，通過裝置內(nèi)置傳感器 和單片機(jī)電路實現(xiàn)了電動機(jī)電壓、電流的測量。
背景技術(shù)：
電動機(jī)是用電系統(tǒng)的重要負(fù)荷，在油田礦區(qū)僅注水泵電動機(jī)和 抽油機(jī)電動機(jī)就占據(jù)了油田生產(chǎn)耗電總量60%以上。為了減少電動機(jī)的電能損 耗人們采用各種各樣的節(jié)能控制措施，其中常見的節(jié)能控制措施有通過電能 表監(jiān)視電動機(jī)耗電狀況、加裝電容器對電動機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償、采用雙功率電動 機(jī)跟蹤負(fù)載的變動、利用變頻器對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，對于一些特定的以電 動機(jī)為動力的負(fù)載往往還要進(jìn)行電動機(jī)的間歇運(yùn)行控制、降壓起動控制、軟起 動控制和晃電自起動控制等。目前，以上這些控制方式的實現(xiàn)絕大部分都需要 安裝專用的分離式的控制裝置或儀表。在一個電動機(jī)系統(tǒng)中安裝多個控制裝 置，使電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備煩多、接線復(fù)雜、投資增加、可靠性降低。專用控 制裝置在控制方式上是相對獨(dú)立的，難以實現(xiàn)各控制裝置之間的邏輯配合。例 如在具有無功補(bǔ)償?shù)碾妱訖C(jī)控制系統(tǒng)中，正確的電動機(jī)停止操作時應(yīng)該先切 除無功補(bǔ)償電容器再切除電動機(jī)，以防止電動機(jī)與補(bǔ)償電容器之間出現(xiàn)諧振過 電壓，然而這在采用分離式控制裝置的組合系統(tǒng)中很難實現(xiàn)，因此常常出現(xiàn)電 容器或電動機(jī)被過電壓擊穿的現(xiàn)象。又如采用功率跟蹤調(diào)節(jié)器進(jìn)行電動機(jī)繞 組切換控制的系統(tǒng)中，功率跟蹤調(diào)節(jié)器與電動機(jī)保護(hù)器是邏輯分開的不能實現(xiàn) 電動機(jī)的斷電監(jiān)視，因此在繞組切換時常常因為交流接觸器的主接點的粘連發(fā) 生短路事故。
這類裝置主要應(yīng)用在電動機(jī)的保護(hù)和節(jié)能控制領(lǐng)域，常見的專用控制裝置有電動機(jī)保護(hù)器、電動機(jī)無功補(bǔ)償控制器、電動機(jī)功率跟蹤調(diào)節(jié)器、可編程
控制器、專用節(jié)能控制裝置、數(shù)字電能表、功率因數(shù)表等。這些控制器的直接 控制對象一般是交流接觸器、晶閘管模塊、軟啟動器、變頻器。
其實，大部分電動機(jī)控制裝置都是通過電動機(jī)電壓、電流的測量分析實 現(xiàn)其控制功能的。不同功能的控制裝置有其不同的信號測量范圍，目前電動 機(jī)保護(hù)裝置大都是采用帶有鐵磁材料的電流傳感器進(jìn)行電流的測量。帶有鐵 磁材料的電流傳感器在測量電流較小時，磁滯現(xiàn)象會使測量靈敏度低，在測 量電流大較時磁路飽和會使測量線性度變差，這對于要求較高測量環(huán)節(jié)(如 電量計量)是不可行的，就需要安裝專用的電流傳感器?？梢婇_發(fā)多功能電 動機(jī)控制裝置的技術(shù)關(guān)鍵在于寬范圍電流測量電路的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種為了簡化多功能電動機(jī)保護(hù)控制 系統(tǒng)的二次接線，降低系統(tǒng)的整體造價，達(dá)到各種控制功能之間的合理配合， 提高系統(tǒng)工作的可靠性的一種自帶寬范圍電流測量電路的電機(jī)綜合控制裝 置。 一種電機(jī)綜合控制裝置通過線性測量電路實現(xiàn)電動機(jī)的保護(hù)、計量、節(jié) 能、控制幾種功能。所述的線性測量電路包括三根平行固定銅排，靠近三根 固定銅排上分別設(shè)有位置相對固定的線性霍爾元件，霍爾元件的測量平面要 與所測量銅排中電流所形成的磁場方向垂直，而與相鄰銅排中電流所形成的 磁場方向平行。還通過單片機(jī)控制實現(xiàn)電動機(jī)保護(hù)、電動機(jī)繞組切換、無功 動態(tài)補(bǔ)償、軟起動、變頻器調(diào)速的控制以及用電量計量。監(jiān)控裝置本身有三 根固定的銅排穿過裝置殼體，銅排既是裝置三相電源的接入點，又是被控制 設(shè)備三相電流的測量線。利用銅排和裝置內(nèi)置的線性霍爾元件組成了寬范圍 的電流測量電路。二根銅排一端接電源，另一端連接用電負(fù)載的主控器件的 電源進(jìn)線端。主控器件可以是控制電動機(jī)用的交流接接觸器、控制電動機(jī)軟起動用的晶閘管控制模塊、控制補(bǔ)償電容用的固態(tài)繼電器以及電動機(jī)調(diào)速 用的變頻器等。本監(jiān)控裝置提供二次控制端子可以直接連接各種主控器件的 二次的控制線，不需要再接其他中間器件。二次控制端子內(nèi)部有兩種輸出控 制方式， 一種是繼電器常開接點控制方式，用于控制不頻繁操作的交流接觸 器。另一種是光電隔離器件直接控制方式，用于控制需要快速頻繁操作的固 態(tài)繼電器、晶閘管模塊、變頻器等。裝置用單片機(jī)電路實現(xiàn)電流、電壓信號
的采集與分析，利用采集到的三相電流、電壓信號，裝置可以計算出電動機(jī) 負(fù)載的有功功率、無功功率、用電量、功率因數(shù)等多個控制參數(shù)，可以用不 同的子程序模塊實現(xiàn)不同的控制功能。該綜合了幾種常用的控制功能，主要 有l(wèi)電動機(jī)通用保護(hù)、接觸器抖動保護(hù)和粘連保護(hù)，2電動機(jī)用電量計量、 電氣參數(shù)運(yùn)行監(jiān)視，3降壓啟動、晃電自起動、間歇運(yùn)行、軟啟動控制，4無 功功率跟蹤補(bǔ)償、電動機(jī)繞組有功功率跟蹤切換控制，5電動機(jī)變頻調(diào)速控制。 釆用上述結(jié)構(gòu)后，電機(jī)綜合控制裝置同時具有電動機(jī)的保護(hù)、計量、節(jié)能等 多項控制功能，解決了各分離控制裝置之間資源不能共享、配合困難、接線 復(fù)雜的問題。電機(jī)綜合控制裝置的功能可以做得比分離裝置更加完善，工程 安裝更簡便，造價更低。


附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意附圖2是霍爾元件與銅排安裝平視附圖3是霍爾元件與銅排安裝側(cè)視附圖4是裝置外部接線端子說明附圖5是電路原理圖。
附圖6、 7是應(yīng)用實施例圖。
具體實施例 -種電機(jī)綜合控制裝置通過線性測量電路實現(xiàn)電動機(jī)的保護(hù)、計量、節(jié)能、控制兒種功能。所述的線性測量電路包括三根平行固定銅排， 靠近三根固定銅排上分別設(shè)有位置相對固定的線性霍爾元件，霍爾元件的測量 平面要與所測量銅排屮電流所形成的磁場方向垂直，而與相鄰銅排中電流所形 成的磁場方向平行。還通過單片機(jī)控制實現(xiàn)電動機(jī)保護(hù)、電動機(jī)繞組切換、無 功動態(tài)補(bǔ)償、軟起動、變頻器調(diào)速的控制以及用電量計量。
圖中l(wèi)為固定銅排，2為裝置二次接線端子，3為裝置機(jī)箱，4為絕緣
電路板，5為線性霍爾元件，6為銅牌固定螺絲，7為電壓傳感電路，8為電 流傳感電路，9為鍵盤顯示電路，10為電源模塊，ll為單片機(jī)，12為繼電 器隔離驅(qū)動電路，13為光電隔離芯片，14為三相固態(tài)繼電器，15為晶閘管
三相交流控制模塊。
如圖1所示，固定銅排1也是裝置一次接線端子，是系統(tǒng)工作電源的主要 通路。裝置二次接線端子2是裝置與外部其他器件連接控制線的端子。
如圖2所示，線性霍爾元件5是焊接在絕緣電路板4上面的，固定銅排l 是通過銅牌固定螺絲6固定在絕緣電路板4上面的，而絕緣電路板4是與裝置 機(jī)箱3相固定的。
如圖4所示，固定銅排1共引出6個一次接線端子，上面3個是裝置的三相 電源的接入端子，下面3個是裝置的三相電源的輸出端子。裝置二次接線端子2 中有3個端子D1、 D2、 D3是兩個內(nèi)部繼電器的輸出接點，用來控制外部交流接 觸器的吸合。有3個端子D4、 D5、 D6是光電隔離器件的輸出引腳，這3個端子 與端子D8配合可以輸出12V的開關(guān)量控制信號，用來控制外部固態(tài)繼電器的導(dǎo) 通，或是外部變頻器的啟動、停止操作。端子D7也是光電隔離器件的輸出引腳， 但具有脈寬調(diào)制輸出的功能，通過電阻分壓和電容濾波在端子D7和D8之間可以 輸出0 5V的電壓信號，主要用亍控制外部晶閘管三相交流模塊的導(dǎo)通角，或是控制變頻器的輸出頻率。
如圖5所示，單片機(jī)li采用型號為ATmega8的芯片，該芯片內(nèi)置8KB的Flash、 512B的EEPR0M、 1KB的RAM、 8路10位A/D、兩路P麗輸出，I/O引腳的驅(qū)動電 流為20毫安可以直接驅(qū)動光電隔離芯片13。電源模塊10有兩路電壓輸出， 一個 5V供單片機(jī)系統(tǒng)工作，另一個12V用于驅(qū)動外部設(shè)備。鍵盤顯示電路9用于裝置 的信息顯示與操作，電壓、電流、功率、用電量等信息均由此電路板顯示，電動 機(jī)的各種手動操作也由此電路板上的鍵盤進(jìn)行。此電路板上有一塊無線接收模 塊，裝置的一些簡單的操作可以通過手持遙控器來完成。
如圖6所示實施例中，裝置通過交流接觸器認(rèn)l、 KM2實現(xiàn)了一個雙功率電 動機(jī)的控制，通過三相固態(tài)繼電器14實現(xiàn)了兩組無功補(bǔ)償電容的動態(tài)補(bǔ)償。
如圖7所示的另一個實施例中，裝置通過外接晶閘管三相交流模塊15實現(xiàn) 了電動機(jī)軟起動，起動后通過交流接觸器腿l短接掉三相交流模塊避免其繼續(xù)發(fā) 熱。裝置通過交流接觸器KM2實現(xiàn)了無功補(bǔ)償電容的基本補(bǔ)償，通過三相固態(tài)繼 電器14實現(xiàn)了一組無功補(bǔ)償電容的動態(tài)補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1、一種電機(jī)綜合控制裝置，其特征在于通過線性測量電路實現(xiàn)電動機(jī)的保護(hù)、計量、節(jié)能、控制幾種功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)綜合控制裝置，其特征在于所述的線 性測量電路包括三根平行固定銅排，靠近三根固定銅排上分別設(shè)有位置相對 固定的線性霍爾元件，霍爾元件的測量平面要與所測量銅排中電流所形成的 磁場方向垂直，而與相鄰銅排中電流所形成的磁場方向平行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)綜合控制裝置，其特征在于還通過單 片機(jī)控制實現(xiàn)電動機(jī)保護(hù)、電動機(jī)繞組切換、無功動態(tài)補(bǔ)償、軟起動、變頻 器調(diào)速的控制以及用電量計量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動機(jī)保護(hù)及控制裝置，提供一種簡化多功能電動機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的二次接線，各種控制功能之間的合理配合的電機(jī)綜合控制裝置。其通過線性測量電路實現(xiàn)電動機(jī)的保護(hù)、計量、節(jié)能、控制幾種功能。線性測量電路包括三根平行固定銅排1，靠近三根固定銅排1上分別設(shè)有位置相對固定的線性霍爾元件，霍爾元件的測量平面要與所測量銅排中電流所形成的磁場方向垂直，其還包括裝置二次接線端子2、裝置機(jī)箱3，電機(jī)綜合控制裝置解決了各分離控制裝置之間資源不能共享、配合困難、接線復(fù)雜的問題。
文檔編號H02P6/08GK101320951SQ20081001494
公開日2008年12月10日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者夏大洪 申請人:夏大洪