專利名稱：智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器。
背景技術(shù)：
大功率三相異步電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠而被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)領(lǐng)域。 大功率電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)的瞬間，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊電流，機(jī)械傳動(dòng)部件由于沖擊轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生故障。而且，直接起動(dòng)容易燒壞繞組，更不允許帶負(fù)載直接起動(dòng)。所以，人們對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)技術(shù)也不斷改進(jìn)。軟起動(dòng)技術(shù)由最初的定子串電阻、星-三角起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)發(fā)展到現(xiàn)代的晶閘管調(diào)壓控制的智能軟起動(dòng)。傳統(tǒng)的軟起動(dòng)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 部件眾多、體積龐大，導(dǎo)致故障率高，維修困難和維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可以克服上述缺陷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、能最大限度保護(hù)電動(dòng)機(jī)的智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，包括電動(dòng)機(jī)，其特征在于還包括單片機(jī)、調(diào)壓器、電流檢測(cè)保護(hù)模塊、缺相檢測(cè)模塊、旁路繼電器控制模塊、通訊模塊、顯示器和鍵盤，電動(dòng)機(jī)與調(diào)壓器相連接，調(diào)壓器連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，顯示器、鍵盤、電流檢測(cè)保護(hù)模塊和缺相檢測(cè)模塊、旁路繼電器控制模塊連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，通訊模塊連接單片機(jī)的通訊口，旁路繼電器控制模塊與調(diào)壓器相連接。所述的調(diào)壓器包括三相反并聯(lián)晶閘管模塊和D/A轉(zhuǎn)換器，三相反并聯(lián)晶閘管模塊通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)。所述的電流檢測(cè)保護(hù)模塊包括霍爾電流傳感器、濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊，霍爾電流傳感器連接電動(dòng)機(jī)，并通過(guò)濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊連接單片機(jī)。所述的缺相檢測(cè)模塊包括整流電路、濾波電路和光電隔離器，電動(dòng)機(jī)的三相電壓和中性點(diǎn)分別通過(guò)整流電路和濾波電路連接光電隔離器，光電隔離器連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)所述的通訊模塊包括通訊芯片和光電隔離器，通訊芯片具有RS485通信協(xié)議，通過(guò)光電隔離器連接單片機(jī)。所述的單片機(jī)串行片內(nèi)EEPR0M。所述的旁路繼電器控制模塊包括輸出光電隔離器和旁路繼電器，單片機(jī)通過(guò)輸出光電隔離器連接旁路繼電器，旁路繼電器與三相反并聯(lián)晶閘管模塊相連接。利用晶閘管的移相控制原理，控制電路按預(yù)定的不同起動(dòng)方式，通過(guò)檢測(cè)同步電壓信號(hào)作為移相控制脈沖的基準(zhǔn)，檢測(cè)主電路的反饋電流信號(hào)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算出控制量來(lái)調(diào)節(jié)三相反并聯(lián)晶閘管模塊的控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)交流輸出電壓的調(diào)節(jié)，使電機(jī)的端電壓以設(shè)定的速度逐漸升高，達(dá)到通過(guò)調(diào)壓方式控制起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成并達(dá)到額定電壓時(shí)，通過(guò)光電隔離器控制三相旁路繼電器閉合，電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行。由于軟起動(dòng)器為電子調(diào)壓并對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，因此還具有對(duì)電動(dòng)機(jī)和軟起動(dòng)器本身的熱保護(hù)、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊，三相電源不平衡、缺相、斷相等保護(hù)功能。首先通過(guò)鍵盤設(shè)置電流互感器的變比，起動(dòng)方式，起動(dòng)電壓，起動(dòng)電流，起動(dòng)時(shí)間， 停止時(shí)間等參數(shù)，并記錄到單片機(jī)內(nèi)。然后選擇啟動(dòng)按鈕，進(jìn)入設(shè)定的起動(dòng)狀態(tài)，隨著輸出電壓的升高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷增加直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)結(jié)束后，旁路繼電器投入工作， 三相反并聯(lián)晶閘管模塊退出工作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作完畢后，選擇軟停止按鈕，進(jìn)入設(shè)定的軟停止?fàn)顟B(tài)，三相反并聯(lián)晶閘管模塊快速導(dǎo)通，斷開(kāi)旁路繼電器，單片機(jī)經(jīng)過(guò)串行D/A轉(zhuǎn)換器控制三相反并聯(lián)晶閘管模塊實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的電壓逐步下降，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)下降，直到轉(zhuǎn)速下降到0， 軟停止結(jié)束。本實(shí)用新型所具有的有益效果是該軟起動(dòng)控制器具有具有按鍵設(shè)置靈活，液晶顯示直觀，起動(dòng)方式多樣，限流保護(hù)和缺相保護(hù)等功能。調(diào)壓器采用三相反并聯(lián)晶閘管模塊控制精度高。單片機(jī)串行片內(nèi)EEPROM存儲(chǔ)靈活可靠，采用顯示器顯示直觀，RS485通訊靈活，使得整個(gè)控制器性價(jià)比更高。
圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是本實(shí)用新型調(diào)壓器、顯示器、通訊模塊與單片機(jī)連接電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型缺相檢測(cè)原理具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例做進(jìn)一步描述如圖1 圖3所示，一種智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，包括電動(dòng)機(jī)，還包括單片機(jī)、調(diào)壓器、電流檢測(cè)保護(hù)模塊、缺相檢測(cè)模塊、旁路繼電器控制模塊、通訊模塊、顯示器和鍵盤，電動(dòng)機(jī)與調(diào)壓器相連接，調(diào)壓器連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，顯示器、鍵盤、電流檢測(cè)保護(hù)模塊和缺相檢測(cè)模塊、旁路繼電器控制模塊連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，通訊模塊連接單片機(jī)的通訊口，旁路繼電器控制模塊與調(diào)壓器相連接。所述的調(diào)壓器包括三相反并聯(lián)晶閘管模塊和D/A轉(zhuǎn)換器，三相反并聯(lián)晶閘管模塊通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)。所述的電流檢測(cè)保護(hù)模塊包括霍爾電流傳感器、濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊，霍爾電流傳感器連接電動(dòng)機(jī)，并通過(guò)濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊連接單片機(jī)。所述的缺相檢測(cè)電路包括整流電路、濾波電路和輸入光電隔離器，電動(dòng)機(jī)的三相電壓和中性點(diǎn)分別通過(guò)整流電路和濾波電路連接輸入光電隔離器，輸入光電隔離器連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口。所述的通訊模塊包括通訊芯片和光電隔離器，通訊芯片具有RS485通信協(xié)議，通過(guò)光電隔離器連接單片機(jī)。所述的旁路繼電器控制模塊包括輸出光電隔離器和旁路繼電器，單片機(jī)通過(guò)光電隔離器連接旁路繼電器，旁路繼電器與三相反并聯(lián)晶閘管模塊相連接。利用晶閘管的移相控制原理，控制電路按預(yù)定的不同起動(dòng)方式，通過(guò)檢測(cè)同步電壓信號(hào)作為移相控制脈沖的基準(zhǔn)，檢測(cè)主電路的反饋電流信號(hào)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算出控制量來(lái)調(diào)節(jié)三相反并聯(lián)晶閘管模塊的控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)交流輸出電壓的調(diào)節(jié)，使電機(jī)的端電壓以設(shè)定的速度逐漸升高，達(dá)到通過(guò)調(diào)壓方式控制起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成并達(dá)到額定電壓時(shí)，通過(guò)光電隔離器控制三相旁路繼電器閉合，電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行。由于軟起動(dòng)器為電子調(diào)壓并對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，因此還具有對(duì)電動(dòng)機(jī)和軟起動(dòng)器本身的熱保護(hù)、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊，三相電源不平衡、缺相、斷相等保護(hù)功能。首先通過(guò)鍵盤設(shè)置電流互感器的變比，起動(dòng)方式，起動(dòng)電壓，起動(dòng)電流，起動(dòng)時(shí)間， 停止時(shí)間等參數(shù)，并記錄到單片機(jī)內(nèi)。然后選擇啟動(dòng)按鈕，進(jìn)入設(shè)定的起動(dòng)狀態(tài)，隨著輸出電壓的升高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷增加直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)結(jié)束后，旁路繼電器投入工作， 三相反并聯(lián)晶閘管模塊退出工作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作完畢后，選擇軟停止按鈕，進(jìn)入設(shè)定的軟停止?fàn)顟B(tài)，三相反并聯(lián)晶閘管模塊快速導(dǎo)通，斷開(kāi)旁路繼電器，單片機(jī)經(jīng)過(guò)串行D/A轉(zhuǎn)換器控制三相反并聯(lián)晶閘管模塊實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的電壓逐步下降，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)下降，直到轉(zhuǎn)速下降到0， 軟停止結(jié)束。其中單片機(jī)采用PIC16F916單片機(jī)，PIC16F916芯片具有觀個(gè)引腳，片內(nèi)有一個(gè)高度穩(wěn)定的8MHz內(nèi)置振蕩器，2. OV到5. 5V寬電壓工作模式，具有14KB閃存程序存儲(chǔ)器，高達(dá)352字節(jié)的RAM及256字節(jié)的數(shù)字EEPR0M，芯片具有欠壓復(fù)位功能，增強(qiáng)型看門狗定時(shí)器 (WDT)、可編程低電壓檢測(cè)功，3個(gè)定時(shí)器及2個(gè)捕捉/比較/PWM模塊，五路十位AD轉(zhuǎn)換器， 外圍電路簡(jiǎn)單。引腳RA0-RA7、RB0-RB7、RC0-RC7、均可作為通用I/O和LCD模擬輸出，I/O 口數(shù)有M個(gè)。是一個(gè)比較適合于以開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入檢測(cè)的性價(jià)比較高的8位單片機(jī)。通訊芯片采用MAX487芯片實(shí)現(xiàn)RS485通訊控制。MAX487芯片具有RS485通信協(xié)議，可以帶下位機(jī)1 個(gè)、傳輸距離大于1km、傳輸速率達(dá)2501A/S。智能控制器通過(guò)RS485 總線可與管理計(jì)算機(jī)相連，完成智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器的系統(tǒng)管理。MAX487的 DE為發(fā)送器使能端，DE為1時(shí)發(fā)送器可以工作，DI為輸入端，A、B為輸出端。當(dāng)DE為0 時(shí)，停止發(fā)送輸出端為高阻。RE為輸入使能端，RE為0時(shí)允許接收器工作，A、B為輸入端， RO為輸出端；RE為1時(shí)，接收器被禁止，RO為高阻狀態(tài)。因此，采用半雙工通訊方式，把DE 和RE相連然后接PIC16F916的RC5腳，通過(guò)RC5引腳來(lái)控制收發(fā)工作狀態(tài)。PIC16F916單片機(jī)經(jīng)過(guò)光電隔離器實(shí)現(xiàn)光電隔離，光電隔離器優(yōu)選高速光耦6N137，完成串行通訊接收和發(fā)送控制。三相反并聯(lián)晶閘管模塊通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)，D/A轉(zhuǎn)換器選用MAX515其分辨率為10位，電壓輸出建立時(shí)間為20微妙，工作電壓Vcc為電壓5V。DI串行數(shù)據(jù)輸入，SL 為串行移位脈沖輸入，CS為片選輸入，低電平有效。MAX515與單片機(jī)電通訊時(shí)優(yōu)選利用光電隔離器傳遞電信號(hào)，優(yōu)選高速光耦6N1371。缺相檢測(cè)分別取電動(dòng)機(jī)三相相電壓Va、Vb、Vc，和中性點(diǎn)V0，引出信號(hào)分別經(jīng)過(guò) 75K電阻和二極管半波整流和電容濾波后接入光電隔離器，接線圖如圖2所示，經(jīng)過(guò)光電隔離器EL817，把三相電壓開(kāi)關(guān)量接入PIC16F916的RA3、RA4、RA5引腳。單片機(jī)通過(guò)光電隔離器直接控制旁路繼電器，完成旁路繼電器模塊的控制。在系統(tǒng)中利用光電隔離器通過(guò)光的耦合作用傳遞電信號(hào)，提高整個(gè)系統(tǒng)抗干擾的能力。本智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器可完成四種啟動(dòng)方式即電流限流起動(dòng)、電壓斜坡起動(dòng)、電壓斜坡限電流軟起動(dòng)、突跳轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。用戶可根據(jù)不同負(fù)載及具體使用條件選擇不同的起動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電流和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化組合。(1)電流限流軟起動(dòng)控制方式采用電流負(fù)反饋閉環(huán)控制，給定值是電流限流值，利用電流互感器檢測(cè)電樞實(shí)際的電流值，對(duì)二者的偏差計(jì)算出輸出值U (k)，U (k)調(diào)節(jié)三相反并聯(lián)晶閘管模塊的控制電壓，實(shí)現(xiàn)利用電流環(huán)調(diào)節(jié)起動(dòng)電流不超過(guò)用戶設(shè)定值。起動(dòng)時(shí)，電流以一定的斜率上升至設(shè)定值，其后維持恒定，直至起動(dòng)結(jié)束。然后旁路繼電器投入工作， 三相反并聯(lián)晶閘管模塊退出工作。電流的限幅值可根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)整，設(shè)定范圍為電動(dòng)機(jī)額定電流Ie的1到5倍。這種方式起動(dòng)電流小，可按需進(jìn)行調(diào)整，對(duì)電網(wǎng)影響較小，適應(yīng)于絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。(2)電壓斜坡軟起動(dòng)控制方式的數(shù)學(xué)模型如式Ua = (Ue-Ur) *t/Tr+Ur，在本數(shù)學(xué)模型中，fe為電壓斜坡軟起動(dòng)模式時(shí)輸出電壓，Ue為額定相電壓，Ur為軟起動(dòng)器輸出的初始電壓，Tr為軟起動(dòng)控制器的軟起動(dòng)時(shí)間，t為軟起動(dòng)時(shí)間內(nèi)的當(dāng)前時(shí)間；然后按照設(shè)定的軟起動(dòng)時(shí)間t平滑升高輸出電壓直至達(dá)到額定電壓Ue,隨著輸出電壓的升高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷增加直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，直至起動(dòng)結(jié)束。然后旁路繼電器投入工作，三相反并聯(lián)晶閘管模塊退出工作。(3)電壓斜坡限流軟起動(dòng)控制方式集中了前兩種起動(dòng)模式的優(yōu)點(diǎn)，輸出電壓以設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間平穩(wěn)上升，同時(shí)輸出電流以一定的速率增加，當(dāng)起動(dòng)電流增至電流限幅值^ii 時(shí)，電流保持恒定，直至起動(dòng)結(jié)束。然后旁路繼電器投入工作，三相反并聯(lián)晶閘管模塊退出工作。(4)在突跳轉(zhuǎn)矩軟起動(dòng)控制方式中，Tk為施加突跳初始電壓證的時(shí)間，一般設(shè)置為3秒，初始電壓為證=300伏，當(dāng)t < = Il時(shí)，軟起動(dòng)輸出電壓為Ua = Uk0當(dāng)t > Tk 時(shí)，軟起動(dòng)輸出電壓為Ua如式Ua = (Ue-Ur) * (t_Tk) / (Tr-Tk) +Ur所示。Ua為軟起動(dòng)輸出電壓，Ue為額定電壓，Ur為初始電壓，Tr為軟起動(dòng)時(shí)間，Tk為突跳時(shí)間，t為當(dāng)前時(shí)間；突跳轉(zhuǎn)矩軟起動(dòng)模式主要應(yīng)用在靜態(tài)阻力比較大的負(fù)載電動(dòng)機(jī)上，通過(guò)施加一個(gè)瞬時(shí)較大的起動(dòng)力矩以克服大的靜摩擦力。該模式下輸出電壓迅速達(dá)到設(shè)定的突跳電壓⑴k)，當(dāng)達(dá)預(yù)先設(shè)定的突跳時(shí)間(Tk)后降為起始電壓，再根據(jù)設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間平滑升高輸出電壓直到額定電壓化，直至起動(dòng)結(jié)束。然后旁路繼電器投入工作，三相反并聯(lián)晶閘管模塊退出工作。
權(quán)利要求1.一種智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，包括電動(dòng)機(jī)，其特征在于還包括單片機(jī)、 調(diào)壓器、電流檢測(cè)保護(hù)模塊、缺相檢測(cè)模塊、旁路繼電器控制模塊、通訊模塊、顯示器和鍵盤，電動(dòng)機(jī)與調(diào)壓器相連接，調(diào)壓器連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，顯示器、鍵盤、電流檢測(cè)保護(hù)模塊和缺相檢測(cè)模塊、旁路繼電器控制模塊連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，通訊模塊連接單片機(jī)的通訊口，旁路繼電器控制模塊與調(diào)壓器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，其特征在于所述的調(diào)壓器包括三相反并聯(lián)晶閘管模塊和D/A轉(zhuǎn)換器，三相反并聯(lián)晶閘管模塊通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，其特征在于所述的電流檢測(cè)保護(hù)模塊包括霍爾電流傳感器、濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊，霍爾電流傳感器連接電動(dòng)機(jī)，并通過(guò)濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊連接單片機(jī)。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，其特征在于所述的缺相檢測(cè)模塊包括整流電路、濾波電路和光電隔離器，電動(dòng)機(jī)的三相電壓和中性點(diǎn)分別通過(guò)整流電路和濾波電路連接光電隔離器，光電隔離器連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，其特征在于所述的通訊模塊包括通訊芯片和光電隔離器，通訊芯片具有RS485通信協(xié)議，通過(guò)光電隔離器連接單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，其特征在于所述的單片機(jī)串行片內(nèi)EEPR0M。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，其特征在于所述的旁路繼電器控制模塊包括輸出光電隔離器和旁路繼電器，單片機(jī)通過(guò)輸出光電隔離器連接旁路繼電器，旁路繼電器與三相反并聯(lián)晶閘管模塊相連接。
專利摘要一種智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動(dòng)器，包括電動(dòng)機(jī)，其特征在于還包括單片機(jī)、調(diào)壓器、電流檢測(cè)保護(hù)模塊、缺相檢測(cè)模塊、旁路繼電器控制模塊、通訊模塊、顯示器和鍵盤，電動(dòng)機(jī)與調(diào)壓器相連接，調(diào)壓器連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，顯示器、鍵盤、電流檢測(cè)保護(hù)模塊和缺相檢測(cè)模塊、旁路繼電器控制模塊連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)口，通訊模塊連接單片機(jī)的通訊口，旁路繼電器控制模塊與調(diào)壓器相連接。該軟起動(dòng)控制器具有按鍵設(shè)置靈活，液晶顯示直觀，起動(dòng)方式多樣，限流保護(hù)和缺相保護(hù)等功能。調(diào)壓器采用三相反并聯(lián)晶閘管模塊控制精度高。單片機(jī)串行片內(nèi)EEPROM存儲(chǔ)靈活可靠，采用顯示器顯示直觀，RS485通訊靈活，使得整個(gè)控制器性價(jià)比更高。
文檔編號(hào)H02P1/28GK201994892SQ20112008095
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者李磊, 王懷義 申請(qǐng)人:淄博市臨淄銀河高技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司