[实用新型]三相交流电动机三相交流截波变频调速装置

说明书

技术领域

本三相电动机变频调速装置主要是针对低速运转的大功率电动机设计的，主要用来降低转速。采用直接将三相交流电按规律截除部分波形，并用电容电路将相邻波形连接起来，形成新的频率降低后的波形，采用这种新的波形直接驱动电动机，可以将转速降为原来的三分之一，五分之一，七分之一等，不是无级调速，适合于大功率低速运转的电动机。

背景技术

三相电动机交流变频调速技术是从20世纪80年代随着电力电子器件的发展而发展起来的，尽管以前人们一直期望采用变频技术实现电动机的调速，但由于无触点开关及半导体开关器件无法承受大的电压电流而一直无法很好地实现。新的大功率电力电子器件的出现并且制造工艺日趋成熟，变频调速技术也得到了很大的发展并得到广泛的应用。

当前三相电动机变频调速的方法主要是采用交流-直流-交流的方法，即将三相交流电通过三相整流电路变换为直流电，再采用逆变电路将直流电变换为频率可调的交流电，实现变频调速。此种变频调速方法可以在一定范围内实现无级调速，满足大部分的工业使用要求。但是变频装置本身成本比较高，控制电路和控制程序比较复杂，实时运算量大，需要采用高性能的工业级微处理器来实现。而重工业使用的大功率电动机往往都是在很低的速度下运转，比如水泥厂的球磨机，矿山设备电机，转速往往只有每分钟几十转到几百转，经常采用的减速方法是减速机，虽然减速机可以提高转矩，但减速机本身要消耗掉很大一部分功率，甚至达到50％以上，因此有很大的浪费。采用变频器成本太高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种三相交流电动机三相交流截波变频调速装置，该装置较已有变频器成本低，可以直接将交流电变频驱动电动机。

本实用新型是以如下技术方案实现的：三相交流电的三相A、B、C相都是正弦电流，波形完全一样，只是相位依次滞后120°，如图1所示。我们取出其中一相六个周期进行分析，如图2中(a)图所示，如果将第一个周期的负半周和第三个周期的正半周(涂黑处)去掉，就得到如图2(c)所示波形，由图可以看出，两个正半周之间产生了波形空缺，两个负半周之间也产生了波形空缺，如果采取一定的措施，将空缺处波形进行补充，使得波形连续，则得到的新波形近似于正弦波形，而周期却变为原来的三倍，即频率变为原来的1/3。用这种波形直接驱动交流电动机可以得到原来转速的1/3。如果采用类似的方法把后续的波形去掉，则可以得到原来转速的1/5，1/7，1/9等等，可以有效地降低转速。

为了实现波形的连续，这里采用大容量电容的充放电原理来实现，即用大容量电容来解决波形填充问题。在没被截掉的波形到来时同时对电容充电，空缺处电容放电向电动机提供电流，直到下一个波形到来。填充后的波形如图2(d)所示。由于正波形和负波形的是自然连接，所以电流正负转换时电动机没有冲击。

一种交流电动机三相交流截波变频调速装置，包括依次连接的降压变压器、交流电过零检测电路、单片机，接口电路，其特征是，还包括连接在单片机与三相电动机之间的截波变频调速主电路，截波变频调速主电路包括两个单片机控制的场效应管Q1、Q2，电阻R2、R4、电容C1、C2组成的实现正弦波形空缺处波形填充的充放电电路，控制充放电电路的双向晶闸管TRIAC2和TRIAC1；单片机3的控制引脚通过光电耦合器与场效应管Q1的栅极连接，同时通过反相器7和场效应管Q2连接，使场效应管Q1和场效应管Q2某一时刻只有一个导通；电阻R2和R3分别与场效应管Q1和场效应管Q2的栅极与发射极连接，用来对节电容放电，使场效应管能够顺利关断；场效应管Q1的发射极和场效应管Q2的集电极同时和交流电导线相连，作为交流输入通路；单片机引脚与双向晶闸管TRIAC2和双向晶闸管TRIAC1的控制极相连，用来控制双向晶闸管TRIAC2和双向晶闸管TRIAC1的开关；场效应管Q1的集电极和场效应管Q2的发射极同时与电动机的一相相连，输入驱动电动机电流；电阻R2和R4分别与双向晶闸管TRIAC2和双向晶闸管TRIAC1的一端相连，再与电容C1和C2的正端相连，电容C1和C2的负端与电动机A相的另一端相连形成可控制充放电回路。

工作过程：交流电的正半周通过场效应管Q2向电动机绕组供电，同时控制双向晶闸管TRIAC2开通，正半周同时向电容C2充电，在正半周即将结束时电容C2放电向绕组供电，使得电动机供电不中断，下一个半周继续充电，如此循环工作。

交流电的负半周到来时，场效应管Q1开通，向电动机绕组供电，同时向C1充电，在负半周即将结束时电容C1放电向绕组供电，使得电动机供电不中断，下一个半周继续充电，如此循环工作。