一种程控式电感的节能及反压吸收保护系统的制作方法

1.本发明涉及电磁设备控制技术领域，具体来说，涉及一种程控式电感的节能及反压吸收保护系统。


背景技术：

2.目前绝大多数大型电感如电磁铁、电磁式除铁器或者电磁式磁选等设备的励磁退磁控制系统几乎都采用晶闸管为功率器件构成三相全控整流系统，这些控制系统的工作过程一般包含励磁、逆变，所述励磁为建立励磁电流即电能转化为磁场能过程，所述逆变为励磁电流快速衰减即磁场能转电能过程。有些大型电感的控制还包括反向励磁如电磁铁和反向逆变，所谓反向消磁是指建立反向的励磁电流来建立反向磁场以抵消本体的剩磁，也是电能转磁场能的过程；反相逆变是指将反向励磁电流快速衰减，也是磁场能转电能的过程，这些工作过程中励磁是过程时间最长也最主要的过程，上述可控整流系统在励磁过程中都存在以下三方面的缺陷：第一：系统电网侧功率因数低、系统用电效率低，晶闸管为功率器件构成三相全控整流系统的移相角范围0-150电度角，由于大型电感属于感性负载，当移相角大于60电度角以后其输出电压波形中开始出现负值成分，这种情况下输出电压波形如附图14所示，其输出电压波形中有正压成分同时还有负压成分，其正压波形对应的期间为电网对感性负载做功的期间即电能转磁场能的过程，其负压波形对应的期间为感性负载对电网做功的期间即磁场能转电能并馈送至电网的过程，也就是说当移相角大于60以后系统与电网之间在进行能量的高频往返传送，因此系统电网侧功率因数开始大幅下降，当移相角接近150电度角时系统电网侧功率因数接近零，因此系统用电效率很低。
3.第二：对电网的传导干扰大，当移相角大于60电度角以后，由于系统与电网之间进行能量的高频往返传送，势必会造成电网中各相电流的高次谐波成分剧增，因此系统对电网的传导干扰很大，且这种干扰随着移相角增加而增强，这种干扰可以严重影响同电网的其它电气设备运行，严重时可以导致同电网的其它电气设备无法工作。
4.第三：对反压吸收能力严重不够，当这一类控制系统在正常励磁过程中突然发生断线例如天车的滑线与集电环突然脱开、线路上的熔断器突然熔断、空气开关突然过载而断开等原因势必会造成输出电流的突变，由于电感量很大的感性负载在通电过程中储存相当多的磁场能，一般的电磁铁的电感量为几个亨利，其额定电流一般是100安培数量级，这样的电磁铁通电后储存的磁场能一般为10000焦耳数量级，这样的负载在电流发生突变时会产生很高的反压，一般可达数千伏数量级，这样的高反压足以损毁电控系统中的许多元器件，目前这一类电控系统针对吸收反压几乎都是采用压敏电阻吸收，其主回路原理图如附图6所示，压敏电阻对反压吸收的极限值一般都只有几千焦耳，严重不足以吸收大型电感所储存的磁场能。当移相角小于60度且运行过程中滑线与集电环突然脱开瞬间反压波形如附图12所示，当移相角大于60度且运行过程中滑线与集电环突然脱开瞬间反压波形如附图16所示。
5.针对上述问题，目前还没有有效的解决办法。


技术实现要素：

6.针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种程控式电感的节能及反压吸收保护系统，能够克服现有技术的上述不足。
7.为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种程控式电感的节能及反压吸收保护系统，包括三相交流电源，所述三相交流电源与集电环连接，所述集电环与空开电连接，所述空开与全控桥晶闸管的交流输入端电连接，所述全控桥晶闸管的正极、负极均与电磁铁感性负载电连接，所述电磁铁感性负载的两端设有并联电路，所述并联电路为反压吸收用晶闸管g6或二极管与接触器的组合。
8.进一步地，所述三相交流电源包括a相、b相和c相。
9.进一步地，所述全控桥晶闸管包括全控桥晶闸管g0、全控桥晶闸管g1、全控桥晶闸管g2、全控桥晶闸管g3、全控桥晶闸管g4和全控桥晶闸管g5。
10.进一步地，所述接触器为常开接触器或常闭接触器。
11.进一步地，所述接触器与二极管的正极或负极串联连接。
12.进一步地，所述接触器与程序设备或外设通信连接。
13.进一步地，所述反压吸收用晶闸管g6与程序设备或外设通信连接。
14.本发明的有益效果：本发明通过在主回路输出的正负极之间增加由二极管与接触器构成的组合电路或晶闸管可有效提高大型电感如电磁铁、电磁式除铁器或者电磁式磁选等设备在励磁时的系统电网侧功率因数、降低输入相电流、降低控制系统的温升、提高系统用电效率、降低系统中功率器件的温升、大幅降低对电网的传导干扰，改善了靠压敏电阻来作为吸收反压的保护系统的吸收能力，可靠地保障设备的安全运行，杜绝大型电感如电磁铁、电磁式除铁器或者电磁式磁选等设备在励磁过程中因线路接触不好或者线路突然断开而产生的高反压损坏系统内元件的问题。该系统安全可靠，稳定性高。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的结构示意图一；图2是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的结构示意图二；图3是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的结构示意图三；图4是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的结构示意图四；图5是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的结构示意图五；图6是根据本发明实施例所述的传统电磁铁等感性负载励磁主回路结构示意图；图7是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的采用二极管与接触器的组合电路构成节能及反压吸收保护电路系统当全控桥的移相角大于60度情况下且输出正压期间的电流路径；
图8是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的采用二极管与接触器的组合电路构成节能及反压吸收保护电路系统当全控桥的移相角大于60度传统输出负压成分期间负压成分被消除情况下（包含滑线与集电环脱开瞬间）的电流路径；图9是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的采用晶闸管构成构成节能及反压吸收保护电路的这类系统当全控桥的移相角大于60度情况下的输出正压期间的电流路径；图10是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的采用晶闸管构成构成节能及反压吸收保护电路的这类系统当全控桥的移相角大于60度输出负压成分期间负压成分被消除情况下（包含滑线与集电环脱开瞬间）的电流路径；图11是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的移相角小于60度时输出电压波形；图12是根据本发明实施例所述的传统电磁铁主回路采用压敏电阻吸收的整流系统移相角小于60度且滑线与集电环突然脱开时的输出电压波形；图13是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的采用本发明专利吸收技术的整流系统移相角小于60度且滑线与集电环突然脱开时的输出电压波形；图14是根据本发明实施例所述的传统电磁铁主回路采用压敏电阻吸收的整流系统移相角大于60度输出电压波形；图15是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的采用本发明专利吸收技术的整流系统移相角大于60度时的输出电压波形；图16是根据本发明实施例所述的传统电磁铁主回路采用压敏电阻吸收的整流系统移相角大于60度且滑线与集电环突然脱开时的输出电压波形；图17是根据本发明实施例所述的节能及反压吸收保护系统的采用本发明专利吸收技术的整流系统移相角大于60度且滑线与集电环突然脱开时的输出电压波形；图中：1、a相，2、b相，3、c相，4、集电环，5、空开，6、全控桥晶闸管，7、二极管，8、常开接触器，9、电磁铁感性负载，10、三相交流电源，11、全控桥晶闸管g0，12、全控桥晶闸管g1，13、全控桥晶闸管g2，14、全控桥晶闸管g3，15、全控桥晶闸管g4，16、全控桥晶闸管g5，17、反压吸收用晶闸管g6，18、常闭接触器，19、压敏电阻。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.如图1-5所示，根据本发明实施例所述的一种程控式电感的节能及反压吸收保护系统，包括三相交流电源10，所述三相交流电源10与集电环4连接，所述集电环4与空开5电连接，所述空开5与全控桥晶闸管6的交流输入端电连接，所述全控桥晶闸管6的正极、负极均与电磁铁等感性负载9电连接，所述电磁铁等感性负载9的两端设有并联电路，所述并联电路为反压吸收用晶闸管g6 17或二极管7与接触器的组合。
19.实施例中，所述三相交流电源10包括a相1、b相2和c相3。所述全控桥晶闸管6包括
全控桥晶闸管g0 11、全控桥晶闸管g1 12、全控桥晶闸管g2 13、全控桥晶闸管g3 14、全控桥晶闸管g4 15和全控桥晶闸管g5 16。
20.实施例中，所述接触器为常开接触器8或常闭接触器18。所述接触器与二极管7的正极或负极串联连接。所述接触器与程序设备或外设通信连接。所述反压吸收用晶闸管g6 17与程序设备或外设通信连接。
21.为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
22.在具体使用时，根据本发明所述的一种程控式电感的节能及反压吸收保护系统，在主回路输出的正负极之间增加由二极管与接触器构成的组合电路，它们的方向和连接方式如图1-4所示，或者在主回路输出的正负极之间增加晶闸管，其方向如图5所示。
23.通过程序或外设对接触器线圈控制来控制二极管的有效投入以及断开等动作，或者通过程序或外设对晶闸管触发极的触发来控制晶闸管的导通以及截止等动作。
24.节能及反压吸收保护电路的吸收保护功能的启∕停工作状态受程序以及外设控制。系统在空闲和励磁过程中将节能及反压吸收保护电路的吸收保护功能开启。系统在逆变、反向励磁以及反向逆变过程中将节能及反压吸收保护电路的吸收保护功能停止。
25.使用时有如下几种情况：1.若是采用二极管与接触器的组合电路构成节能及反压吸收保护电路的这类系统在空闲或者励磁期间，通过程序或外设让接触器触点闭合进而使二极管与输出主回路有效连接，当全控桥的移相角大于60度时其输出电压波形如附图15所示，消除了波形中的负压成分；当全控桥的移相角大于60度且滑线与集电环突然脱开瞬间其输出电压波形如附图17所示，消除了波形中的负压以及高反压成分；若是采用二极管与接触器的组合电路构成节能及反压吸收保护电路的这类系统当全控桥的移相角大于60度情况下且输出正压期间的电流路径如附图7所示。这类系统当全控桥的移相角大于60度情况下且输出负压成分被消除的期间（包含滑线与集电环脱开瞬间）的电流路径如附图8所示，期间内系统没有与电网之间往返传送能量；当全控桥的移相角小于60度情况下滑线与集电环突然脱开瞬间其输出电压波形如附图13所示。
26.2.若是采用晶闸管构成节能及反压吸收保护电路的这类系统在空闲或者励磁期间，通过程序或外设给该晶闸管的触发极提供恒定直流电流确保该晶闸管可靠导通，当全控桥的移相角大于60度时其输出电压波形如附图15所示，消除了波形中的负压成分；当全控桥的移相角大于60度且滑线与集电环突然脱开瞬间其输出电压波形如附图17所示，消除了波形中的负压以及高反压成分；若是采用晶闸管构成构成节能及反压吸收保护电路的这类系统当全控桥的移相角大于60度情况下的输出正压期间的电流路径如附图9所示。这类系统当全控桥的移相角大于60度输出负压成分期间负压被消除的情况下（包含滑线与集电环脱开瞬间）的电流路径如附图10所示，期间内系统没有与电网之间往返传送能量；当全控桥的移相角小于60度情况下滑线与集电环突然脱开瞬间其输出电压波形如附图13所示。
27.3.若是采用二极管与接触器的组合电路构成节能及反压吸收保护电路的这类系统在执行逆变之前先判断移相角是否大于60度，若移相角大于60度则把移相角调至小于60度并维持一段时间，一般0.1秒，确保将二极管中的电流降至零，之后在维持小于60度移相角并维持一段时间，一般0.15秒，确保有足够的时间断开接触器，之后开始执行逆变、反向
励磁以及反向逆变动作，一个工作周期的所有动作完成后重新闭合与二级管组合的接触器。
28.4.若是采用晶闸管构成节能及反压吸收保护电路的这类系统在执行逆变之前先停止对该晶闸管的触发极供电，一段时间(一般0.05秒)后开始执行逆变、反向励磁以及反相逆变动作，一个工作周期的所有动作完成后重新给该晶闸管的触发极供电。
29.本发明能够达到如下目的：提升系统电网侧功率因数，提升系统用电效率；降低系统对电网的传导干扰；系统对反压吸收能力大幅增强（吸收能力没有上限）。
30.综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在主回路输出的正负极之间增加由二极管与接触器构成的组合电路或晶闸管可有效提高大型电感如电磁铁、电磁式除铁器或者电磁式磁选等设备在励磁时的系统电网侧功率因数、降低输入相电流、降低控制系统的温升、提高系统用电效率、降低系统中功率器件的温升、大幅降低对电网的传导干扰，改善了靠压敏电阻作为吸收反压的保护系统的吸收能力，可靠地保障设备的安全运行，杜绝大型电感如电磁铁、电磁式除铁器或者电磁式磁选等设备在励磁过程中因线路接触不好或者线路突然断开而产生的高反压损坏系统内元件的问题。该系统安全可靠，稳定性高。
31.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。