交流异步电动机启动及保护、节能装置论文和设计-王振铎

全文摘要

本实用新型公开了一种交流异步电动机启动及保护、节能装置，其包括电磁平衡型可调电抗器、电流检测装置、比较控制器；在电磁平衡型可调电抗器的输出端上设有电流检测装置，电流检测装置与比较控制器连接，比较控制器控制端头切换开关和档位切换开关的开闭。优点在于：调节过程平稳，没有任何附加谐波，而且保护过程也不会造成大的冲击，由于执行元件均是机械元件，所以它的抗干扰能力强，故障率低，安全寿命长，不会对电网造成污染，减少电网的复合冲击，也会降低配套变压器的容量，减少电网建设成本和运行成本，由于保护功能可靠，减少电动机和配网元件的维护成本，降低配网元器件和电动机的发热，安全可靠，而且节能。

主设计要求

1.交流异步电动机启动及保护装置，其特征在于，其包括电磁平衡型可调电抗器、电流检测装置、比较控制器；所述电磁平衡型可调电抗器包括铁芯和所述铁芯上缠绕的正向线圈，在所述铁芯上还缠绕设有与所述正向线圈匝数相同、绕向相反的反向线圈；相邻的所述正向线圈一端与所述反向线圈一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器的输入端；所述反向线圈的另一端与端头切换开关一端连接；所述端头切换开关另一端与所述正向线圈另一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器的输出端；在所述正向线圈上设有一个以上的正向线圈抽头；在所述反向线圈上设有与所述正向线圈抽头匝数对应相同的反向线圈抽头；每对匝数对应相同所述正向线圈抽头和所述反向线圈抽头通过一个档位切换开关连接；在所述电磁平衡型可调电抗器的输出端上设有所述电流检测装置，所述电流检测装置与所述比较控制器连接，将电流信号发送到所述比较控制器；所述比较控制器分别与所述端头切换开关和所述档位切换开关连接，控制所述端头切换开关和所述档位切换开关的开闭。

设计方案

2.根据权利要求1所述的交流异步电动机启动及保护装置，其特征在于，所述铁芯为C形铁芯、E形铁芯、R形铁芯、棒形铁芯或环形铁芯的任意一种。

3.交流异步电动机启动及保护节能装置，其特征在于，其包括电磁平衡型可调电抗器、功率因数检测装置、比较控制器；所述电磁平衡型可调电抗器包括铁芯和所述铁芯上缠绕的正向线圈，在所述铁芯上还缠绕设有与所述正向线圈匝数相同、绕向相反的反向线圈；相邻的所述正向线圈一端与所述反向线圈一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器的输入端；所述反向线圈的另一端与端头切换开关一端连接；所述端头切换开关另一端与所述正向线圈另一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器的输出端；在所述正向线圈上设有一个以上的正向线圈抽头；在所述反向线圈上设有与所述正向线圈抽头匝数对应相同的反向线圈抽头；每对匝数对应相同所述正向线圈抽头和所述反向线圈抽头通过一个档位切换开关连接；在所述电磁平衡型可调电抗器的输出端上设有所述功率因数检测装置，所述功率因数检测装置与所述比较控制器连接，将功率因数信号发送到所述比较控制器；所述比较控制器分别与所述端头切换开关和所述档位切换开关连接，控制所述端头切换开关和所述档位切换开关的开闭。

4.根据权利要求3所述的交流异步电动机启动及保护节能装置，其特征在于，所述铁芯为C形铁芯、E形铁芯、R形铁芯、棒形铁芯或环形铁芯的任意一种。

设计说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种电力设备，尤其涉及一种交流异步电动机启动及保护节能装置。

背景技术：

交流异步电动机具有结构简单，性能稳定，技术成熟等优点，因而被广泛应用于各种动力设备的拖动中，现有交流异步电动机的启动，通常要求为降压启动，对应采用降压变压器或采用电力电子器件，但是采用降压变压器时，在启动过程中，存在电压突变过程，而且启动过程需要瞬间断电，造成电流冲击；而采用电力电子器件会产生较大的谐波，用变频调速器进行变频调速时采用低频启动，由于电力电子器件会产生丰富的谐波，造成电机发热，容易损坏，而且电力电子器件抗冲击能力较差，故障率较高，维修成本高。

实用新型内容：

本实用新型的第一个目的在于提供一种降低交流异步电动机配套变压器的容量，减少电网建设成本和运行成本的交流异步电动机启动及保护装置。

本实用新型的第二个目的在于提供一种降低交流异步电动机配套变压器的容量，减少电网建设成本和运行成本，降低配网元器件和电动机的发热，安全可靠、节能的交流异步电动机启动及保护节能装置。

本实用新型由如下技术方案实施：

交流异步电动机启动及保护装置，其包括电磁平衡型可调电抗器、电流检测装置、比较控制器；所述电磁平衡型可调电抗器包括铁芯和所述铁芯上缠绕的正向线圈，在所述铁芯上还缠绕设有与所述正向线圈匝数相同、绕向相反的反向线圈；相邻的所述正向线圈一端与所述反向线圈一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器的输入端；所述反向线圈的另一端与端头切换开关一端连接；所述端头切换开关另一端与所述正向线圈另一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器的输出端；在所述正向线圈上设有一个以上的正向线圈抽头；在所述反向线圈上设有与所述正向线圈抽头匝数对应相同的反向线圈抽头；每对匝数对应相同所述正向线圈抽头和所述反向线圈抽头通过一个档位切换开关连接；在所述电磁平衡型可调电抗器的输出端上设有所述电流检测装置，所述电流检测装置与所述比较控制器连接，将电流信号发送到所述比较控制器；所述比较控制器分别与所述端头切换开关和所述档位切换开关连接，控制所述端头切换开关和所述档位切换开关的开闭。

交流异步电动机启动及保护装置中的所述铁芯为C形铁芯、E形铁芯、R形铁芯、棒形铁芯或环形铁芯的任意一种。

交流异步电动机启动及保护节能装置，其包括电磁平衡型可调电抗器、功率因数检测装置、比较控制器；所述电磁平衡型可调电抗器包括铁芯和所述铁芯上缠绕的正向线圈，在所述铁芯上还缠绕设有与所述正向线圈匝数相同、绕向相反的反向线圈；相邻的所述正向线圈一端与所述反向线圈一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器的输入端；所述反向线圈的另一端与端头切换开关一端连接；所述端头切换开关另一端与所述正向线圈另一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器的输出端；在所述正向线圈上设有一个以上的正向线圈抽头；在所述反向线圈上设有与所述正向线圈抽头匝数对应相同的反向线圈抽头；每对匝数对应相同所述正向线圈抽头和所述反向线圈抽头通过一个档位切换开关连接；在所述电磁平衡型可调电抗器的输出端上设有所述功率因数检测装置，所述功率因数检测装置与所述比较控制器连接，将功率因数信号发送到所述比较控制器；所述比较控制器分别与所述端头切换开关和所述档位切换开关连接，控制所述端头切换开关和所述档位切换开关的开闭。

交流异步电动机启动及保护节能装置中的所述铁芯为C形铁芯、 E形铁芯、R形铁芯、棒形铁芯或环形铁芯的任意一种。

本实用新型的优点：调节过程平稳，没有任何附加谐波，而且保护过程也不会造成大的冲击，由于执行元件均是机械元件，所以它的抗干扰能力强，故障率低，安全寿命长，不会对电网造成污染，减少电网的复合冲击，也会降低配套变压器的容量，减少电网建设成本和运行成本，由于保护功能可靠，减少电动机和配网元件的维护成本，降低配网元器件和电动机的发热，安全可靠，而且节能。

附图说明：

图1为实施例1的连接示意图。

图2为实施例2的连接示意图。

电磁平衡型可调电抗器1、铁芯11、正向线圈12、反向线圈13、端头切换开关14、正向线圈抽头15、反向线圈抽头16、档位切换开关17、电流检测装置2、比较控制器3、电动机启动开关4、交流异步电动机5、功率因数检测装置6。

具体实施方式：

实施例1：如图1所示，交流异步电动机启动及保护装置，其包括电磁平衡型可调电抗器1、电流检测装置2、比较控制器3；所述电磁平衡型可调电抗器1包括铁芯11和所述铁芯11上缠绕的正向线圈12，铁芯11为环形铁芯；或铁芯11为E形铁芯；或铁芯11为棒形铁芯，棒形铁芯的横截面为圆形或任意多边形；或铁芯11为C形铁芯；在所述铁芯11上还缠绕设有与所述正向线圈12匝数相同、绕向相反的反向线圈13；相邻的所述正向线圈12一端与所述反向线圈 13一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器1的输入端；所述电磁平衡型可调电抗器1的输入端与电动机启动开关4连接，所述反向线圈13的另一端与端头切换开关14一端连接；所述端头切换开关 14另一端与所述正向线圈12另一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器1的输出端；所述电磁平衡型可调电抗器1的输出端与交流异步电动机5连接；在所述正向线圈12上设有三个正向线圈抽头15；在所述反向线圈13上设有与所述正向线圈抽头15匝数对应相同的反向线圈抽头16；每对匝数对应相同所述正向线圈抽头15和所述反向线圈抽头16通过一个档位切换开关17连接；在所述电磁平衡型可调电抗器1的输出端与交流异步电动机5之间设有所述电流检测装置2；所述电流检测装置2与所述比较控制器3连接，将交流异步电动机5 的电流信号发送到所述比较控制器3；所述比较控制器3分别与所述端头切换开关14和所述档位切换开关17连接，控制所述端头切换开关14和所述档位切换开关17的开闭。

使用说明：在交流异步电动机5启动时，所述比较控制器3将所述电流检测装置2实时检测到的所述交流异步电动机5的实时启动电流与所述交流异步电动机5的设定启动电流(所述设定启动电流大于额定电流)进行比较；根据电磁感应定律和右手定则，当电流方向相同时，正向线圈12和绕向相反的反向线圈13中产生的感应磁场方向相反，有互相抵消作用，电磁平衡型可调电抗器1的磁场强度等于正向线圈12产生磁场与反向线圈13产生磁场的矢量和；当实时启动电流小于设定启动电流时，依次闭合由电磁平衡型可调电抗器1的输入端至输出端的所述档位切换开关15，调整电磁平衡型可调电抗器1 的电抗值大小，对实时启动电流进行控制；直至实时启动电流小于额定电流后所述闭合端头切换开关14，当端头切换开关14闭合，正向线圈12和反向线圈13中产生的感应磁场相互抵消，电磁平衡型可调电抗器1整体成短路状态。

在所述交流异步电动机5运行过程中，当所述电流检测装置2实时检测到的所述交流异步电动机5的工作电流大于额定电流并持续设定时间后，比较控制器3断开所述端头切换开关14，依次闭合由电磁平衡型可调电抗器1的输出端至输入端的所述档位切换开关15，每闭合一个档位切换开关15，并保持设定时间，直至所述电机5的工作电流小于额定电流并持续设定时间后，比较控制器3控制由电磁平衡型可调电抗器1的输入端至输出端依次闭合档位切换开关15，每闭合一个档位切换开关15，保持设定时间，当直至端头切换开关 14闭合；在由电磁平衡型可调电抗器1的输出端至输入端的所述档位切换开关15的过程中，当闭合与电磁平衡型可调电抗器1输入端相邻的档位切换开关15并持续设定时间后，工作电流仍大于额定电流，则断开电动机启动开关4，使交流异步电动机5断电；通过切换端头切换开关14及档位切换开关15调整电磁平衡型可调电抗器1的电抗值大小，对交流异步电动机5的工作电流进行控制。

实施例2：如图2所示，交流异步电动机启动及保护节能装置，其包括电磁平衡型可调电抗器1、功率因数检测装置6、比较控制器 3；所述电磁平衡型可调电抗器1包括铁芯11和所述铁芯11上缠绕的正向线圈12，铁芯11为环形铁芯；或铁芯11为E形铁芯；或铁芯11为棒形铁芯，棒形铁芯的横截面为圆形或任意多边形；或铁芯 11为C形铁芯；在所述铁芯11上还缠绕设有与所述正向线圈12匝数相同、绕向相反的反向线圈13；相邻的所述正向线圈12一端与所述反向线圈13一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器1的输入端；所述电磁平衡型可调电抗器1的输入端与电动机启动开关4连接，所述反向线圈13的另一端与端头切换开关14一端连接；所述端头切换开关14另一端与所述正向线圈12另一端连接，作为所述电磁平衡型可调电抗器1的输出端；所述电磁平衡型可调电抗器1的输出端与交流异步电动机5连接；在所述正向线圈12上设有三个正向线圈抽头15；在所述反向线圈13上设有与所述正向线圈抽头15匝数对应相同的反向线圈抽头16；每对匝数对应相同所述正向线圈抽头15和所述反向线圈抽头16通过一个档位切换开关17连接；在所述电磁平衡型可调电抗器1的输出端与交流异步电动机5之间设有所述功率因数检测装置6；所述功率因数检测装置6与所述比较控制器3连接，将交流异步电动机5的功率因数信号发送到所述比较控制器3；所述比较控制器3分别与所述端头切换开关14和所述档位切换开关17连接，控制所述端头切换开关14和所述档位切换开关17的开闭。

使用说明：在交流异步电动机5启动时，所述比较控制器3将所述功率因数检测装置6实时检测到的所述交流异步电动机5的实时启动电流与所述交流异步电动机5的设定启动电流(所述设定启动电流大于额定电流)进行比较；根据电磁感应定律和右手定则，当电流方向相同时，正向线圈12和绕向相反的反向线圈13中产生的感应磁场方向相反，有互相抵消作用，电磁平衡型可调电抗器1的磁场强度等于正向线圈12产生磁场与反向线圈13产生磁场的矢量和；当实时启动电流小于设定启动电流时，依次闭合由电磁平衡型可调电抗器1的输入端至输出端的所述档位切换开关15，调整电磁平衡型可调电抗器1的电抗值大小，对实时启动电流进行控制；直至实时启动电流小于额定电流后所述闭合端头切换开关14，当端头切换开关14闭合，正向线圈12和反向线圈13中产生的感应磁场相互抵消，电磁平衡型可调电抗器1整体成短路状态。

在所述交流异步电动机5运行过程中，当所述功率因数检测装置6实时检测到的所述交流异步电动机5的功率因数大于额定功率因数并持续设定时间后，比较控制器3断开所述端头切换开关14，依次闭合由电磁平衡型可调电抗器1的输出端至输入端的所述档位切换开关15，每闭合一个档位切换开关15，并保持设定时间，直至所述电机5的工作功率因数小于额定功率因数并持续设定时间后，比较控制器3控制由电磁平衡型可调电抗器1的输入端至输出端依次闭合档位切换开关15，每闭合一个档位切换开关15，保持设定时间，当直至端头切换开关14闭合；在由电磁平衡型可调电抗器1的输出端至输入端的所述档位切换开关15的过程中，当闭合与电磁平衡型可调电抗器1输入端相邻的档位切换开关15并持续设定时间后，工作功率因数仍大于额定功率因数，则断开电动机启动开关4，使交流异步电动机5断电；通过切换端头切换开关14及档位切换开关15调整电磁平衡型可调电抗器1的电抗值大小，对交流异步电动机5的工作功率因数进行控制。

设计图

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