一种交流负载控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种交流负载控制系统，包括2N个二极管、一个开关器件和用于控制所述开关器件通断的控制模块，所述N为交流负载的相数；在交流负载的每一相绕组或者电阻的一端分别连接有两个二极管，在所述的两个二极管中，其中一个二极管的阳极连接该相绕组或者电阻，阴极连接所述开关器件的开关通路的一端，所述开关通路的另一端连接另一个二极管的阳极，所述另一个二极管的阴极连接该相绕组或者电阻；所述交流负载的N相绕组或者电阻的另一端连接N相交流电压，所述开关器件的控制端连接所述的控制模块。本实用新型专利技术的交流负载控制系统线路结构简单、成本低、可靠性好，可用于对交流电机的调速、软启动控制以及其他交流负载的功率控制。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电气控制
，具体地说，是涉及一种可以对交流负载实现调速或者功率调节的交流负载控制系统。
技术介绍
目前控制交流电机的方法主要为使用IGBT构成的变频调速技术以及使用可控硅 SCR构成的电机软启动技术。以控制三相交流电机为例，现有技术存在如下问题1、变频调速技术是通过改变供给电机交流电压的频率来达到改变电机转速的目的的。但是，当交流电压的频率降低时，必须降低交流电压的幅值，否则电机磁路将进入饱和区域而产生过电流。因此，采用现有的变频调速技术控制交流电机既要调压又要调频。 在高功率因数、无电流冲击的要求下，调压时需要采用六个开关器件(比如IGBT功率管，每相需要两个，正，负各一个，三相就需要六个)设计可控整流电路，用于将交流电压整流成直流电压，为后续逆变模块提供直流母线电压。通过逆变模块进行调频控制时，也需要使用六个开关器件(比如IGBT功率管)来将直流母线电压逆变成三相交流电压，以驱动三相电机运转。这样，在三相电机的供电主回路中共计需要使用12个IGBT功率管进行电路设计，不仅结构复杂，成本高，而且还会造成可靠性的降低。2、变频调速技术很难使交流电机在第四象限工作。第四象限的特点是电机速度是负值，而电机转矩是正值，例如起重机在下放重物的过程中就需要其内部电机工作在第四象限。但是，由于变频调速技术是通过改变频率的方法来改变电机速度的，而频率是不能成为负值的，因此要想速度变为负值，只能改变电机的相序。此时，电机实际上不是工作在第四象限，而是工作在第二象限，处于发电状态。3、由可控硅SCR构成的软启动器是目前用于控制交流电机软启动的主要形式，它采用移相降压的方式来达到减小启动电流的目的，即通过降低启动电压来降低电机的启动电流。这种设计方式存在功率因数低、转矩/电流比低、启动电流大等缺点。而且，由SCR 构成的软启动器也需要较多的开关元件，同样存在结构复杂、成本高的问题。对于电气加热炉或者调功器等多相电阻性交流负载来说，一般都是采用可控硅进行功率调节，同样存在控制线路复杂、功率因数低的问题。
技术实现思路
本技术为了解决现有交流负载控制系统所存在的控制线路复杂、可靠性低的问题，提供了一种交流负载控制系统，通过采用二极管构成矩阵开关来调节流经交流负载内部阻抗的电流导通比，进而实现对交流负载的控制，从而简化了控制线路的结构，提高了系统运行的可靠性。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案予以实现一种交流负载控制系统，包括2N个二极管、一个开关器件和用于控制所述开关器件通断的控制模块，所述N为交流负载的相数；在交流负载的每一相绕组或者电阻的一端分别连接有两个二极管，在所述的两个二极管中，其中一个二极管的阳极连接该相绕组或者电阻，阴极连接所述开关器件的开关通路的一端，所述开关通路的另一端连接另一个二极管的阳极，所述另一个二极管的阴极连接该相绕组或者电阻；所述交流负载的N相绕组或者电阻的另一端连接N相交流电压，所述开关器件的控制端连接所述的控制模块。作为所述控制模块的其中一种设计方式，在所述控制模块中包含有脉冲发生器， 所述脉冲发生器接收设定信号，生成占空比可调的均勻脉冲信号输出至所述开关器件的控制端。当所述交流负载为至少三相的交流电机时，所述设定信号为速度设定信号；在所述控制模块中还包含有用于检测交流电机转速的测速传感器，所述测速传感器将检测到的电机转速信号传输至所述的脉冲发生器，所述脉冲发生器根据速度设定信号和电机转速信号之差，调节其输出的均勻脉冲信号的占空比，通过控制开关器件的通断时序调节电机的转速。当所述交流负载为至少三相的电气加热炉或者调功器等电阻性交流负载时，所述脉冲发生器接收的设定信号为功率设定信号。作为所述控制模块的另外一种设计方式，当所述交流负载为至少三相的感应式交流电机时；所述控制模块还可以采用被调制信号发生器、调制信号发生器和信号调制器组建而成；其中，所述信号调制器接收被调制信号发生器输出的载波信号以及调制信号发生器输出的调制信号，进而生成调制脉冲信号输出至所述开关器件的控制端。进一步的，所述调制信号发生器通过人机交互设备接收速度设定信号，并根据速度设定信号确定其输出的调制信号的频率；所述信号调制器通过人机交互设备接收调制深度控制信号，并根据所述调制深度控制信号调节其输出的调制脉冲信号的脉冲宽度。再进一步的，当所述交流负载为交流电机时，在所述控制系统中还可以进一步设置能量吸收回馈电路，连接所述开关器件的开关通路，在交流电机工作在第四象限时吸收线路回馈的能量，以达到节约能源的设计目的。优选的，所述开关器件为大功率场效应管。作为所述控制系统的另外一种应用方式，本技术的交流负载控制系统还可以应用于对交流电机的软启动控制中。当所述交流负载控制系统用于对三相交流电机进行软启动时，对于运行时要求星形接法的交流电机，在其各相绕组用于连接所述控制系统的一侧，每两相绕组之间连接交流接触器的一个常开触点，所述交流接触器在交流电机启动完成后控制其常开触点闭合， 将三相绕组接成星形。而当所述交流负载控制系统用于对三相交流电机进行软启动时，对于运行时要求三角形接法的交流电机，其三相绕组各自通过第一交流接触器的一个常开触点连接所述的控制系统，所述第一交流接触器仅在交流电机启动过程中控制其常开触点闭合；在所述三相绕组之间还连接有第二交流接触器的三个常开触点，所述第二交流接触器在交流电机启动完成后控制其常开触点闭合，将三相绕组接成三角形。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果是本技术的交流负载控制系统线路结构简单、成本低、可靠性好。将其用于交流电机的调速控制中，不仅可以取代现有的变频调速技术实现对电机转速的准确控制，而且可以使电机稳定的工作在第四象限，且功率因数等于1，从而改变了由于电抗的原因使功率因素变差而形成的交流电机的s型转矩特性，把原来s型特性的不稳定工作段变成稳定的工作段。此外，本技术的交流负载控制系统还可以应用于对交流电机的软启动控制以及对电气加热炉或者调功器等电阻性多相交流负载的功率控制中，相比传统SCR控制技术具有功率因数高、控制性能好等显著优势。结合附图阅读本技术实施方式的详细描述后，本技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1是本技术所提出的交流负载控制系统应用于感应式三相交流电机调速控制的一种实施例的系统结构图；图2是本技术所提出的交流负载控制系统应用于绕线式三相交流电机调速控制的一种实施例的系统结构图；图3是本技术所提出的交流负载控制系统应用于感应式三相交流电机调速控制的另外一种实施例的系统结构图；图4是图3所示信号调制器生成的调制脉冲信号的一种实施例的波形图；图5是本技术所提出的交流负载控制系统应用于交流电机软启动控制的一种实施例的系统结构图；图6是本技术所提出的交流负载控制系统应用于交流电机软启动控制的另外一种实施例的系统结构图；图7是本技术所提出的交流负载控制系统应用于电阻性交流负载功率控制的一种实施例的系统结构图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式进行详细地描述。本技术基于二极管所具有的正向低阻抗、反向高阻抗的特性，利用2N个二极管构成矩阵式结构的交流开关，连接到交流负载的各相绕组或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种交流负载控制系统，其特征在于：包括２Ｎ个二极管、一个开关器件和用于控制所述开关器件通断的控制模块，所述Ｎ为交流负载的相数；在交流负载的每一相绕组或者电阻的一端分别连接有两个二极管，在所述的两个二极管中，其中一个二极管的阳极连接该相绕组或者电阻，阴极连接所述开关器件的开关通路的一端，所述开关通路的另一端连接另一个二极管的阳极，所述另一个二极管的阴极连接该相绕组或者电阻；所述交流负载的Ｎ相绕组或者电阻的另一端连接Ｎ相交流电压，所述开关器件的控制端连接所述的控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种交流负载控制系统，其特征在于包括2N个二极管、一个开关器件和用于控制所述开关器件通断的控制模块，所述N为交流负载的相数；在交流负载的每一相绕组或者电阻的一端分别连接有两个二极管，在所述的两个二极管中，其中一个二极管的阳极连接该相绕组或者电阻，阴极连接所述开关器件的开关通路的一端，所述开关通路的另一端连接另一个二极管的阳极，所述另一个二极管的阴极连接该相绕组或者电阻；所述交流负载的N相绕组或者电阻的另一端连接N相交流电压，所述开关器件的控制端连接所述的控制模块。2.根据权利要求1所述的交流负载控制系统，其特征在于在所述控制模块中包含有脉冲发生器，所述脉冲发生器接收设定信号，生成占空比可调的均勻脉冲信号输出至所述开关器件的控制端。3.根据权利要求2所述的交流负载控制系统，其特征在于所述交流负载为至少三相的交流电机，所述设定信号为速度设定信号；在所述控制模块中还包含有用于检测交流电机转速的测速传感器，所述测速传感器将检测到的电机转速信号传输至所述的脉冲发生ο4.根据权利要求2所述的交流负载控制系统，其特征在于所述交流负载为至少三相的电气加热炉或者调功器，所述脉冲发生器接收的设定信号为功率设定信号。5.根据权利要求1所述的交流负载控制系统，其特征在于所述交流负载为至少三相的感应式交流电机；在所述控制模块中包含有被调制信号发生器、调制信号发生器和信号调制器，所述信号调制器接收被调制信号发生器输出的载波信号以及调制信号发生器输出的调制信号，进而生成调制脉冲信号输出至所述开关器件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄焕林，薄毅民，张利，
申请(专利权)人：薄焕林，
类型：实用新型
国别省市：95