本发明涉及一种交流感应电动机的节电装置，尤其是一种相应于交流感应电动机负载变化自动地改变可控半导体器件触发角的交流感应电动机功率因数控制装置。 在工业中，往往采用交流感应电动机驱动负载运行，而这些负载的大小又是经常变化的。例如在冲床、剪床、钻床、空压机、提升机等的实际运行中，驱动它们的交流感应电动机的负载值在空载与额定值之间不断地变化。众知，交流感应电动机在满负载情况下具有最佳的功率因数，而在小于满负载的条件下，功率因数降低并使损耗增大，这主要因为电动机从满载到部分负载或空载时电动机电流值变化不大，而其相角改变大，所以电动机的功率因数下降，效率也下降了，故造成电能的浪费，如果对于所有这些负载的场合利用节能装置来避免这些能量浪费，其节能效果是极为可观的，因为在工业中利用交流感应电动机驱动负载的用电量占整个工业用电量的很大比例。
在现有技术中，有一种节能装置是根据负载的变化手工地调节触发角达到根据负载大小调节电压，从而达到节电。这种装置具有很大缺点，它只能适应负载不经常变化或变化很慢的场合。此外有一种较新的节能装置，例如美国专利US4052648中所公开的，其中触发角或供给负载的电压可随负载的大小自动地改变。但是该类装置控制电路复杂，其中由各相独立产生控制信号并分别控制各相，因而控制信号波动大，各相电流对称度差，调节准确度与稳定性差，尤其是在其中没有采用最佳节电率的调节，因而节电达不到最佳数值，此外没有可靠的保护电路，例如重要的缺相保护电路，因而实际应用的可靠性差。
为了克服上述现有技术中的缺点，因此本发明的目的在于开发一种交流感应电动机地节电装置，它的控制电路简单，易于实施，控制准确度高，工作稳定，各相电流对称性好，尤其能使节电率调节到最佳数值，此外还具有可靠的保护，提高了实际应用中的可靠性。
本发明的目的是这样实现的，交流感应电动机节电装置由三相交流电源经三组可控半导体组件对三相感应电动机的每相供电，这些可控半导体组件接收随负载大小变化的触发信号，其特征在于其中对各组可控半导体组件分别设置了当各相电压过零以后的续流时间检测器，它们分别将代表各相续流时间的方波信号输入到一个共同的比例运算器中，该运算器根据三相电流续流时间的总和来产生控制信号，该控制信号然后输入到三相触发脉冲发生器及经由三相脉冲功率放大器，以输出上述随负载大小变化的触发信号;其中还设置了节电率控制器，它的输出信号传送到所述比例运算器的反向输入端，使该运算器输出的所述控制信号得到最佳调整，从而使所述电动机在最佳节电效率下进行;以及还设置了缺相保护装置，它在电动机缺相时输出一信号以断开三相电源接触器，保证可靠运行。
以下将借助于附图，对本发明的优选实施例作详细说明，并通过以下的说明使本发明的特征和优点更易于使人理介。其附图为：
图1：本发明的原理框图;
图2a及2b：本发明主电路部分的两种实施形式;
图3：可控半导体器件电流续流时间检测器原理图;
图4：比例运算器原理图;
图5：触发脉冲信号发生器原理图;
图6：触发脉冲信号功率放大图;
图7a及7b：节电率控制器及节电率曲线;
图8：缺相保护电路。
为了清楚起见，在各附图中用相同的标号表示相同的部件。
图1是本发明的原理框图，其中A、B、C为三相电源输入，经由电源接触器18，三相可控半导体组件1、2、3后输出到三相交流感应电动机16，标号4，5及6分别为三相可控半导体组件中晶闸管的电流续流时间检测器，它们的输出信号共同地输入到一个比例运算器7中，该运算器7的输出信号传送到各相的触发脉冲信号发生器8，9，10，它们的输出信号然后经三相触发脉冲信号功率放大器11，12，13放大后，分别输出三相触发脉冲信号到三相可控半导体组件1，2，3的控制端上，用以与续流时间成比例地，也即与负载大小成比例地控制电机各相的供电电压，其中还设置了节电率控制器15，它的输出信号传送到比例运算器7用以最佳地控制节电率及提高电动机运行的稳定度，标号14为电动机的软起动电路，用以使电动机平稳地起动，标号17为缺相检测电路，它与三相电源接触器18一起构成缺相保护装置。
图2a）与2b）分别为本发明的主电路的两种不同实施形式。其中图2a）中的可控半导体组件1，2及3是用晶闸管与二极管反并联组成的，它相当于单向控制方式的节电装置。图2b中的可控半导体组件1′，2′及3′为双向晶闸管，它相当于双向控制方式的节电装置。它们的节电控制原理是相同的，即作到相应负载的大小控制电动机各相的供电电压达到节电的目标。为了清楚起见以下只对图2a）的实施形式说明控制电路各部分的工作原理。
图3是可控半导体器件电流续流时间检测器电路，由于该电路对每相来说均是一样的，故以A相为例，其中用两个电路分压支路R1，R2及R3，R4分别接于晶闸管TH1的阳极（A）、阴极（K）与地之间，运算放大器OA1连接成比较器，它的正，反向输入端分别接于分压支路的分压点上，输出端a的信号因而与晶闸管TH1中流过电流的时间有关，运算放大器OA2作为比较器检测A相电压半周期的宽度，a，b输出端的信号经过二极管D相“与”后，在输出端Ca输出一个其宽度代表A相正半周电压过零后晶闸管TH1中继续流过电流的续流时间值的方波信号。其它两相的情况相同。
然后，参见图4，A，B，C三相的续流时间信号通过一个由二极管D3至D5组成的或门电路加到运算放大器OA3的反向输入端，该运算放大器OA3连接成比例运算器，其反馈电路由R1，C1及R8，C2，D2并联，输入电阻为R6，在其输出端D上输出一个负的控制信号电平SD，该信号的电平与输入的三相续流时间信号的和成正比变化。由于使用了三相续流时间信号的和作为输入，使得该控制信号SD的波动比使用单相续流时间信号时大大地减小了，因而增加了控制的准确度及稳定度，并使三相电流的对称性改善，也改善了节电效果。
控制信号SD代表续流时间，也代表了电机负载的大小，如电机负载大时续流时间就短，因而触发角就需提前。为了产生使触发角这样变化的触发信号，设置了各相的晶闸触发脉冲信号发生器，其中用于A相的电路如图5所示，其它两相的电路也相同。运算放大器OA4作为比较器，在它的正向输入端输入控制信号SD，在其反向输入端经由电阻R16输入一个负的锯齿波信号，该信号是由三极管TR1及电容C3、电阻R9组成的锯齿波信号发生器产生的，在三极管TR15的基极上输入由图3中b点输出的代表A相半波电压宽度（10ms）的方波信号，这样就在比较器OA4的输出端上输出了一个触发脉冲选通信号。它对由振荡器OA5输出的3KC脉冲信号进行选通形成触发脉冲信号。该脉冲信号的前沿处于控制信号SD与锯齿信号的交点上，锯齿波信号是不变的，控制信号则随负载变化，例如负载越小则续流时间越长，控制信号也越大，上述交点即触发脉冲信号的前沿就处于正向交流电压的越后侧，因而输出到电机A相的电压就越小。也就是说使晶闸管的导通角随电动机负载成比例地变化。其它两相触发脉冲信号电路是相同的，只是各相锯齿波信号的相位不同而已。这样产生的A，B，C三相触发脉冲信号分别经由各相的触发脉冲信号功率放大器11，12及13，后者的输出端分别接到各相晶闸管的控制极上。这些触发脉冲信号功率放大器的电路如图6所示，它们是属于一般的公知电路，不再赘述。
为了对各种电动机及负载情况均能使节电率调节到最佳状态，本发明的节电装置中还设置了节电率控制器，它的电路如图7a所示，其中由电位器W2可手动地调节一个固定的负电压输入到图4中的比例运算器OA3的反向输入端上，例如可作为不同电动机在空载时的节电率精确调节，使电机在此时吸收最少电能。由反相器OA6至OA8，二极管D8至D10及电阻R20至R22支路并联后与电位器W1、电阻19串联形成另一调节支路，其输出也接到运算器OA3的反向输入端上。它的作用是在电动机运行中在不同负载情况下对控制电压进行补偿，以获取最佳的各种负载下的节电率。其中由反相器OA6至OA8的反向输入端输入由图5中比较器OA4输出的触发脉冲信号FA至FC。由于该触发脉冲的宽度是随负载情况变化的，因而该调节支路输出的补偿电压值也是随负载变化的，故能在不同的负载情况下得到最佳的节电率，其中还可配合电位器W1作手工调节到最佳点。由图7b可见，曲线1是未使用节电率控制器的节电率曲线，曲线2是使用了节电率控制器的节电率曲线。由此可清楚地看到节电率控制器很好地改善了节电效果，根据实测结果有功功率节电率能达到30%左右。此外该电路起到一些负反馈作用，使外界干扰如电压波动时电动机运行的稳定性增加。
为了提高运行可靠性，该节能装置中还设置了缺相保护装置17，18，如图8所示，其中左边部分是缺相检测器电路17，它由三个变压器B1至B3变压再经二极管D11至D13整流，电容C6至C8滤波供给与非门NA。在缺相时与非门NA输出为低电位，当A，B，C其中一相电压失掉时，在与非门的输出端输出一高电位，它使右边电源接触器路18中的晶闸管TH导通，使该接触器的跳闸线圈L得电，从而操作三相接触器开关KA至KC打开，从而可靠地达到保护。
此外，为了起动平稳并使起动时间可调，该节电装置中还设置了软起动电路14。它由积分和起动时间可调的控制支路组成，由于它是一般的公知技术，故未在图中详细给出。通过改变所述控制支路的电位器，可使软起动时间在1至20秒范围中调整。
以上是本发明的优选实施例，实际上在这个节电装置原理的基础上，还可能有各种变型。并且，虽然以上是描述了三相感应动机的情况，事实上其中一相的节电控制电路还可用于单相电动机。
本发明的优点在于控制准确度高，运行稳定可靠，尤其是具有良好的节电效果。此外电路较简单，使用的元器件成本低，易于实施。