專利名稱：：一種自帶變頻控制器的異步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種自帶變頻控制器的異步電機(jī)。技術(shù)背景目前，各種電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，其中，交流異步電機(jī)以其自身的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種位置及轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的電機(jī)基本都是獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必需為其額外配置變頻控制器，若變頻控制器選擇不合理將導(dǎo)致電機(jī)性能下降、效率降低，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。而且，隨著電機(jī)與變頻控制器之間連接電纜長(zhǎng)度的增加，變頻控制器功率開關(guān)器件產(chǎn)生的高次諧波電流成分也將隨之增多，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱。若變頻控制器輸出頻率與電機(jī)的固有頻率一致時(shí)，將使電機(jī)產(chǎn)生共振，嚴(yán)重時(shí)將損壞相關(guān)設(shè)備，影響系統(tǒng)正常工作。此外，這種電機(jī)與變頻控制器的分離結(jié)構(gòu)需要額外配置相應(yīng)的位置傳感器，造成系統(tǒng)成本高，安裝不方便，維護(hù)困難等問題。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)目前電機(jī)獨(dú)立應(yīng)用時(shí)存在的一系列弊端，本實(shí)用新型提供一種自帶變頻控制器的異步電機(jī)。該電機(jī)自帶變頻控制器，并且用光電編碼器取代傳統(tǒng)的位置傳感器安裝于電機(jī)內(nèi)部，是一種集變頻控制器、位置傳感器、電機(jī)為一體的機(jī)電一體化異步電機(jī)。本實(shí)用新型的硬件系統(tǒng)包括異步電機(jī)、變頻控制器、光電編碼器；其中異步電機(jī)與變頻控制器、光電編碼器相連，變頻控制器與光電編碼器相連，如圖1所示。通過螺栓將變頻控制器固定在異步電機(jī)的一端，光電編碼器安裝在異步電機(jī)內(nèi)部定子上，通過接口與變頻控制器相連；變頻控制器底部的散熱片通過螺栓安裝在電機(jī)的一端；本實(shí)用新型可根據(jù)需要與上位機(jī)或PLC等其它控制設(shè)備用導(dǎo)線直接相接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下-1.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，無需額外配置變頻器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝及維護(hù)；2.省去傳統(tǒng)的位置傳感器，節(jié)省成本；3.電機(jī)自帶的變頻控制器與電機(jī)本身做到參數(shù)最優(yōu)匹配，電機(jī)效率最高；4.針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合，只需用面板操作單元設(shè)置相關(guān)參數(shù)即可投入使用；5.電機(jī)根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合可通過自帶的變頻控制器自動(dòng)調(diào)速；6.接線方便，用戶只需接兩根電源線及六根信號(hào)線即可；7.操作面板簡(jiǎn)潔，便于用戶操作；8.全封閉式防水設(shè)計(jì)，安全實(shí)用；9.散熱片與變頻控制器及電機(jī)緊密結(jié)合，便于變頻控制器及電機(jī)散熱。圖l本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2變頻控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖3本實(shí)用新型的的外部接線圖；圖4變頻控制器的供電單元的電路原理圖；圖5變頻控制器的控制單元的電路原理圖；圖6變頻控制器的面板操作單元的電路原理圖；圖7光電編碼器的電路原理圖；圖8啟停過程流程圖；圖9位置控制過程流程圖；圖10轉(zhuǎn)速控制過程流程圖；圖ll正反轉(zhuǎn)控制過程流程圖；具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖及一優(yōu)選方案對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型的電機(jī)采用性能較好的交流異步電機(jī)，規(guī)格如下-額定功率90W額定電流0.7A額定電壓220V頻率3~50Hz轉(zhuǎn)數(shù)880r/m絕緣等級(jí)F。本實(shí)用新型的所選的變頻控制器可選多種型號(hào)，下例為一優(yōu)選變頻控制器。本實(shí)用新型的所優(yōu)選的變頻控制器的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，由供電單元、控制單元、面板操作單元、光電編碼器、異步電機(jī)組成；其中控制單元分別與供電單元、光電編碼器及面板操作單元、異步電機(jī)相連，異步電機(jī)與光電編碼器相連；本實(shí)用新型的變頻控制器的控制單元可用預(yù)留出來的接線端子與上位機(jī)或PLC直接用導(dǎo)線相連本實(shí)用新型的所有選的變頻控制器的外部接線圖如圖3所示。為方便用戶安裝，本控制器采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，控制單元的J3和J4在內(nèi)部己接好，對(duì)外只引出兩組接線端子。Jl接至單相電源輸入，即與供電單元的CN1相連；J2為控制信號(hào)端子，是預(yù)留出來的，可與上位機(jī)用導(dǎo)線直接相連；J4與光電編碼器相連，J3與異步電機(jī)的供電端口相連；接線操作如圖3所示，端子說明如表l所示；通過螺栓將變頻控制器固定在異步電機(jī)的一端。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>本實(shí)用新型的光電編碼器采用兩個(gè)光電開關(guān)制成，安裝于電機(jī)的定子上，轉(zhuǎn)子在相關(guān)位置開出一定數(shù)目的齒槽，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)穿過兩個(gè)光電開關(guān)，形成互差90度的兩組脈沖，原理圖如圖7所示，接線圖如圖3所示。本實(shí)用新型的裝置使用非常方便，將控制器安裝在電梯轎廂頂部后，只需按照?qǐng)D3將相關(guān)的電源線及信號(hào)線接好即可。優(yōu)選的變頻控制器的供電單元的電路原理圖如圖4所示，單相220V交流電與連接器Jl、J2相連，Jl的腳1通過熱熔器與電抗器Ll的4腳相連，JI的腳3與Ll的腳1相連，壓敏電阻ZNR1、電容Cl都與這兩相并聯(lián)，Jl的腳2通過電容C12與單相二極管整流橋模塊KBP06的腳3相連，KBP06的腳2與Ll的腳3相連，KBP06的腳1通過熱敏電阻NTC1與變壓器Tl的腳1相連，KBP06的腳4與三腳控制芯片Ul的腳2相連，Ul的腳3與Tl的腳2相連，Tl的腳8通過二極管D3輸出+5V直流電，Tl的腳7直接與電源地相連；Tl的腳6通過二極管D2與電源芯片U4的l腳相連，腳3輸出15V直流電壓，T1的腳5與U4的腳2、15V的電源地相連；電源與地之間有電容、電阻的并聯(lián)回路；Tl的腳4通過二極管D4與光電耦合器U2的腳4相連，Tl的腳3與Ul的腳3相連，U2的腳1、2分別通過電阻R4、R5與5V電源和5V地相連，U2的腳2通過電容C9、電阻R6與5V電源相連，U2的腳2通過電容C9、電阻R7與5V電源地相連。供電單元是采用美國(guó)功率集成公司(PowerIntegrationsInc.)的型號(hào)為T0P222Y的控制芯片拓展的髙頻開關(guān)電源，它具有可靠、成本低、效率高、應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種開關(guān)電源中。本裝置采用T0P222Y與高頻變壓器結(jié)合配以相關(guān)的外圍電路',給控制單元提供穩(wěn)定的+5V及+15V電源。單相220V交流電經(jīng)整流濾波后接高頻變壓器及T0P222Y，通過T0P222Y控制高頻變壓器的通斷占空比，高頻變壓器輸出經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓后得到+5V及+15V電源，其中+5V電壓經(jīng)由可控穩(wěn)壓器LM431及光電耦合器PC817C反饋到T0P222Y的控制端，通過改變PWM占空比使+5V得到穩(wěn)定，+15V則由高頻變壓器輸出整流濾波后經(jīng)線性穩(wěn)壓器7815得到。優(yōu)選的變頻控制器控制單元的電路原理圖如圖5所示，單片機(jī)IC1采用ST7FMC2S4T6，IC1的0SC1、OSC2管腳與晶振電路XTAL1的兩端相連；IC1的VDD-0、VDD-1、VAREF管腳與+5乂電源相連；ICl的VSS-0、VSS-1、VSSA管腳與數(shù)字地相連；IC1的S^、MCCREF管腳分別與電阻RC1、RD1相連;IC1的AIN0、MCIA、MCS0、AIN3、AIN4、0AP管腳與阻排RP1相連；IC1的MCIB、MCIC管腳分別與存儲(chǔ)器IC2的SCL、SDA管腳相連；IC1的TD0、RDI管腳分別與電阻RC2、RC3相連；IC1的RESET分別與電阻RA1、電容E1二極管D1、電容CB4相連；IC1的(HS)MCOO、(HS)MCOl、(HS)MC02、(HS)MC03、(HS)MC04、(HS)MC05分別與可編程邏輯器件IC3的6~1管腳相連；IC1的ICAP2-B、0CMP1-B、0CMP2-B管腳分別與輸出電路中的RE1、RE2、RE3相連；IC1的AIN13、AIN12管腳分別與的反相器IC4的2、4兩腳相連；IC1的ICCDATA、ICCCLK、ICCSEL管腳分別與電阻RC4、RC5、RD2相連；IC1的SCK、0AN、STPP測(cè)管腳分別與IC3的13、12、9腳相連；IC2的A0、Al、A2、VSS、TEST與數(shù)字地相連；IC2的■與VCC相連，如圖5(a)所示；IC3的7、11腳分別與光電耦合器0P3的腳4、IC4的腳6相連，IC3的14-19腳分別與IC6的WN、VN、UN、WP、VP、UP相連，如圖5(b)所示。單片機(jī)采用ST公司的ST7FMC2S4T6型的單片機(jī)，該芯片為電機(jī)專用控制芯片，提供了和電機(jī)控制相關(guān)的多種外設(shè)。時(shí)鐘電路采用16M的晶振，保護(hù)電路分過壓保護(hù)及IPM故障保護(hù)，過壓保護(hù)采用型號(hào)為L(zhǎng)M358的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)取樣及電壓比較，IPM故障保護(hù)信號(hào)來自IPM的故障保護(hù)輸出引腳，EEPROM主要是為了存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)定控制參數(shù)、故障信息等。外部中斷輸入來自外部的指令輸入，輸出電路采用繼電器輸出，給出到位信號(hào)等?？删幊踢壿嬈骷捎眯吞?hào)為GAL16V8D的GAL邏輯器件，在發(fā)生故障時(shí)可實(shí)時(shí)封鎖來自CPU的PWM控制信號(hào)，以保護(hù)設(shè)備的安全。主電路采用典型的電壓型交一直一交控制方式，單相220V交流電經(jīng)整流濾波后與三菱公司的型號(hào)為PS21564的IPM模塊相連，該模塊內(nèi)置驅(qū)動(dòng)及各種保護(hù)電路，耐壓600V，最大允許電流15A，完全滿足了系統(tǒng)的要求，并且留有余量，可以保證實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生意外時(shí)也能夠通過保護(hù)措施保護(hù)開關(guān)管不致?lián)p壞。優(yōu)選的變頻控制器面板操作單元的電路原理圖如圖6所示，單片機(jī)IC7的0SC1、0SC2管腳與晶振電路XTAL1兩端相連；IC7的PC1、PC2、PCO、PC3、PC7、PC5管腳分別與按鍵S1S6相連；IC7的PC4、PC6、VPP管腳分別與電阻RC1、RC2、RD1相連；IC7的RESET分別與電阻RA6、二極管D1、電容E1、按鍵S8相連；IC7的RDI、TDO管腳分別與電阻RC5、RC4相連;IC7的PB3、PBO管腳分別與IC8的SCL、SDA管腳相連；IC7的PB4、PDO、PD1分別與IC9的SER、RCK、SRCK相連，如圖23所示；IC7的PFO、PF1、PF4、PF6、PF7分別與電阻的RA1、RA3、RA2、RA5、RA4相連;IC7的PA4、PA6、PA7管腳分別與發(fā)光二極管的LED2、LED3、LED4相連；IC9的QAQH管腳分別通過電阻RB6、RB1、RB5、RB7、RB3、RB2、RB4、RB8與數(shù)碼管DP1、DP2的C、A、E、G、B、D、DF腳相連；連接器J2的3、4、6、5針分別與IC7的TD0、RDI、/RESET、按鈕S7相連；J2與控制單元的Jl相連。面板操作單元是本發(fā)明裝置向用戶提供的操作界面，通過鍵盤及顯示模塊可設(shè)置或査詢各種與運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，也可通過鍵盤向主控制單元發(fā)出各種運(yùn)行指令；顯示單元由數(shù)碼管及發(fā)光二極管組成，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài);存儲(chǔ)器EEPR0M存儲(chǔ)各種控制參數(shù)及故障碼等；部時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。光電編碼器的電路原理圖如圖7所示，連接器C0N1的2、3針分別與控制單元的光電耦合器0P1、0P2的2腳相連。優(yōu)選的變頻控制器控制單元的CPU中嵌入各種位置及轉(zhuǎn)速控制方法，該方法是用C語(yǔ)言編寫的，包括啟停控制、位置控制、轉(zhuǎn)速控制、正反轉(zhuǎn)控制四個(gè)流程。本實(shí)用新型的啟?？刂屏鞒贪匆韵虏襟E執(zhí)行，如圖8所示步驟一、開始；步驟二、系統(tǒng)初始化；步驟三、判斷是否有啟動(dòng)命令，是，進(jìn)入步驟四，否則進(jìn)入步驟二;步驟四、運(yùn)行；步驟五、判斷是否有停止命令，是，進(jìn)入步驟六，否則進(jìn)入步驟四;步驟六、緊急制動(dòng)；步驟七、停機(jī)；步驟八、返回。其中啟動(dòng)、停止命令可由上位機(jī)/PLC通過輸入端子送給變頻器，也可通過變頻器本身的鍵盤輸入。本實(shí)用新型的位置控制流程按以下步驟執(zhí)行，如圖9所示步驟一、開始；步驟二、系統(tǒng)初始化；步驟三、設(shè)置位置給定；步驟四、啟動(dòng)運(yùn)行；步驟五、實(shí)時(shí)檢測(cè)光電編碼器的脈沖信號(hào)；步驟六、根據(jù)脈沖數(shù)計(jì)算對(duì)象的位置；步驟七、與給定位置相比較；步驟八、判斷是否相等，是，進(jìn)入步驟九，否則進(jìn)入步驟五；步驟九、改變轉(zhuǎn)速；步驟十、返回。其中位置給定是預(yù)先設(shè)定幾個(gè)位置點(diǎn)，每個(gè)位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的給定轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)運(yùn)行過程中達(dá)到相應(yīng)的位置時(shí)就通過軟件改變變頻器的輸出頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)位置控本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)速控制流程按以下步驟執(zhí)行，如圖IO所示-步驟一、開始；步驟二、系統(tǒng)初始化；步驟三、設(shè)置給定頻率；步驟四、啟動(dòng)運(yùn)行；步驟五、實(shí)時(shí)檢測(cè)光電編碼器的脈沖信號(hào)；步驟六、根據(jù)脈沖數(shù)計(jì)算對(duì)象的轉(zhuǎn)速；步驟七、與給定轉(zhuǎn)速相比較；步驟八、判斷是否相等，是，進(jìn)入步驟五，否則進(jìn)入步驟九;步驟九、改變轉(zhuǎn)速，回到步驟七。其中改變轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)是通過軟件實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并與給定轉(zhuǎn)速相比較，當(dāng)不相等時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)改變變頻器輸出頻率，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。本實(shí)用新型的正反轉(zhuǎn)控制流程按以下步驟執(zhí)行，如圖11所示步驟一、開始；步驟二、系統(tǒng)初始化；步驟三、判斷是否有控制指令輸入，是，進(jìn)入步驟四，否則進(jìn)入步驟三步驟四、判斷是否為正轉(zhuǎn)指令，是，進(jìn)入步驟五，否則進(jìn)入步驟四；步驟五、正轉(zhuǎn)運(yùn)行；步驟六、判斷是否有反轉(zhuǎn)指令，是，進(jìn)入步驟七，否則進(jìn)入步驟五；步驟七、反轉(zhuǎn)運(yùn)行；步驟八、判斷是否為正轉(zhuǎn)指令，是，進(jìn)入步驟五，否則進(jìn)入步驟九；步驟九、返回。權(quán)利要求1.一種自帶變頻控制器的異步電機(jī)，其特征在于包括異步電機(jī)、變頻控制器、光電編碼器；其中異步電機(jī)與變頻控制器、光電編碼器相連，變頻控制器與光電編碼器相連；通過螺栓將變頻控制器固定在異步電機(jī)的一端，光電編碼器安裝在異步電機(jī)內(nèi)部定子上，通過接口與變頻控制器相連，變頻控制器底部的散熱片通過螺栓安裝在電機(jī)的一端。專利摘要一種自帶變頻控制器的異步電機(jī)，包括異步電機(jī)、變頻控制器、光電編碼器；其中異步電機(jī)與變頻控制器、光電編碼器相連，變頻控制器與光電編碼器相連；通過螺栓將變頻控制器固定在異步電機(jī)的一端，光電編碼器安裝在異步電機(jī)內(nèi)部定子上，通過接口與變頻控制器相連，變頻控制器底部的散熱片通過螺栓安裝在電機(jī)的一端。它的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝維護(hù)，操作簡(jiǎn)單，成本低，安全實(shí)用。文檔編號(hào)H02P27/04GK201113905SQ20072001329公開日2008年9月10日申請(qǐng)日期2007年7月13日優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日發(fā)明者任雙艷,平張,張淵博,邊春元,鄭祥武申請(qǐng)人:平張