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正弦调压与星角变换相结合的异步电动机节能器
    本发明属于三相异步电动机的节能装置。

    电动机节能有两种途径，一是采用节能电动机，二是对非节能电动机增设节能控制器。后者主要针对面大量广的已有设备的节能改造，即增设电机节能器。电机节能器一般又有变频调速和采用高频开关技术实现正弦调压调速及可控硅交流调压调速节能器。变频调速和高频开关实现正弦调压调速节能器存在成本高，不能推广普及的缺点。而可控硅交流调压调速节能器虽然价格便宜，但它存在当输出电压过低时谐波过大，不仅污染电网，恶化网侧功率因数，而且还会引起电机额外发热，失去节电的作用。所以，在要求大范围调压的情况下应考虑正弦波调压方式。已有的正弦波三相调压器有：旋转式感应调压器、自耦接触式调压器和补偿式调压器。旋转式感应调压器存在体积、重量和价格均过高的缺点。自耦接触式调压器虽然在体积、重量和价格低于前者，但它存在仍需具有与所控电机同等容量，而且在恶劣环境下炭刷易损坏的缺点。补偿式调压器虽然在输出同等功率条件下，所需补偿变压器容量远小于前两者，但存在调压范围小，不能超过输入电压的30％的缺点。电机定子绕组星——角变换技术对于负载率小于1/3电动机额定功率时，是一种性能价格比最高的节能控制方式，但当负载较重时，这种控制方式将失去节能作用。

    本发明的目的是研制一种正弦调压与星角变换相结合的异步电动机节能器，该节能器应具有低成本、正弦调压范围宽、节电率高、环境恶劣条件下也能可靠运行的性能。

    本发明由测量与控制单元、空气开关、电流互感器、补偿电容、补偿变压器、接触器组成。接触器由J1、J2、J3组成，接触器J1线圈的两端接在测量与控制单元的输出端，接触器J2线圈的一端接在测量与控制单元地一个输出端上，另一端接J3的常闭接点J34的一端，J34的另一端接J2的常闭接点J24的一端，J24的另一端接J3线圈的一端，J3线圈的另一端接测量与控制单元的一个输出端，J34与J24的连接点又接测量与控制单元的另一输出端。补偿变压器由TB1、TB2、TB3组成，TB1、TB2、TB3的三个初级线圈W11、W21、W31的两端分别接测量与控制单元的两个输出端，它们的三个次级线圈W12、W22、W32的一端分别经电流互感器HG1、HG2、HG3与空气开关K的一相连接。W12、W22、W32的另一端分别与电机M的三个输入端连接，这三端又分别与测量与控制单元的三个输入端连接。J1的三个常开接点J11、J12、J13分别并接在W31、W21、W11的两端上。J2的三个常开接点J21、J22、J23的一端分别与电机M的三个输入端相连，J21、J22、J23的另一端分别与电机M的另三个输入端相连。J3的三个常开接点J31、J32、J33的一端短接，另一端分别接在电机M的三个输入端上，同时分别与J2的J21、J22、J23的一端相连。

    本发明将星角变换技术与补偿式调压技术相结合，充分发挥了补偿变压器的功能，在相同调压范围下，补偿变压器容量将比单纯降压方式降低一倍。轻载时的“星”联接，其本身已实现了对电机绕组的大范围降压调节，从而降低了对补偿式调压的调压范围的需要。补偿变压器的额定输出功率设计为电动机额定功率的85％，当电动机平均负载率大于85％额定功率时，接触器J1接通，由J11、J12、J13直接向电机供电，从而可进一步降低对补偿变压器容量的需要。本实用新型过载能力强于目前任何电力电子器件构成的节能系统。本实用新型还具有可靠性高、抗恶劣环境能力强(-40℃、振动和潮湿环境下仍能可靠工作)、调压范围宽、成本低的优点。

    图1是本发明的整体结构示意图。

    实施例：本实施例由测量与控制单元1、空气开关K、电流互感器HG、补偿变压器TB、接触器J、补偿电容C组成。接触器J由J1、J2、J3组成，接触器J1线圈的两端接在测量与控制单元1的两输出端A、B上，接触器J2线圈的一端接在测量与控制单元1的一个输出端E上，J2的另一端接J3的常闭接点J34的一端，J34的另一端接J2的常闭接点J24的一端，J24的另一端接J3线圈的一端，J3线圈的另一端接测量与控制单元1的输出端D上，J34与J24的连接点又接测量与控制单元1的输出端C上。补偿变压器TB由TB1、TB2、TB3组成，TB1、TB2、TB3的三个初级线圈W11、W21、W31的两端分别接测量与控制单元1的两输出端T、Z、X、Y、Q、T，TB1、TB2、TB3的三个次级线圈W12、W22、W32的一端分别经电流互感器HG1、HG2、HG3与空气开关K的一相连接，W12、W22、W32的另一端分别与电机M的三个输入端1、2、3连接，电机M的1、2、3端又与测量与控制单元1的J、G、F输入端相连。电流互感器HG1、HG2、HG3的两端分别接测量与控制单元1的7、8、9、10、11、12输入端。J1的三个常开接点J11、J12、J13分别并接在W32、W22、W12的两端上。J2的三个常开接点J21、J22、J23的一端分别与电机M的三个输入端1、2、3相连、J21、J22、J23的另一端分别与电机M的另三个输入端4、5、6相连。J3的三个常开接点J31、J32、J33的一端短接，另一端分别接电机M的三个输入端4、5、6上，同时分别与J2的J21、J22、J23的一端相连。三个补偿电容C1、C2、C3进行角形连接，三角形的三个顶点分别与空气开关K的一相连接。

    补偿变压器的初级绕组为低压大电流，次级绕组为高压小电流。测量与控制单元控制初级绕组的电压和极性，从而通过次级绕组向电机M提供高于或低于输入电源的电压。接触器J2与J3具有互锁特性，以防止同时接通造成短路。补偿变压器TB、接触器J1、J2、J3构成了该节能器的功率控制回路，亦即本发明的核心内容。工作原理筒述如下：测量与控制单元1实时检测电机的负载变化情况、电机的供电电压和功率因数，根据所测数据确定采用“星”联接或“角”联接。星——角之间的变换条件留有一定的死区以确保运行中不出现星——角联接方式的频繁切换。当负载很轻时，接触器J2断开J3接通，电机绕组星联接，此时电机绕组电压为220伏；当负载加重但低于电动机额定功率的50％时，仍采用“星”联接，补偿变压器起升压作用，具体的电机供电电压取决于它的负载率；当负载进一步加重，但低于电动机额定功率的85％时，接触器J2接通J3断开，电机绕组“角”联接，补偿变压器TB起降压作用，其降压值取决于电机的负载率；当负载率大于85％时，电机已进入最高效率区或最高综合效率区，若负载较平稳，可断开J3，接通J1、J2使其进入旁路状态，这样不仅可以减少节能器自身的功率损耗还可以降低补偿变压器TB的容量。接触器J1的另一功能是当节能器发生故障时可强行使其进入旁路状态。