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：
本發(fā)明涉及一種智能內(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)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以克服上 述缺陷，結(jié)構(gòu)簡單實(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。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(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、電流檢測保護(hù)模塊、缺相檢測模塊、 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、電流檢測保護(hù)模塊和缺相檢測模塊、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D/A轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)。所述的電流檢測保護(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)。所述的缺相檢測電路包括整流電路、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，通過檢測同步電 壓信號(hào)作為移相控制脈沖的基準(zhǔn)，檢測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)壓并對電流進(jìn)行檢測，因此還具有對電動(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，斷開旁路繼電器，單片機(jī)經(jīng)過串行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。本發(fā)明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是本發(fā)明結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是本發(fā)明調(diào)壓器、顯示器、通訊模塊與單片機(jī)連接電路原理圖；圖3是本發(fā)明缺相檢測原理具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(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、電流檢測保護(hù)模塊、缺相檢測模塊、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、電流檢測保 護(hù)模塊和缺相檢測模塊、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D/A轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)。所述的電流檢測保護(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，通過檢測同步電 壓信號(hào)作為移相控制脈沖的基準(zhǔn)，檢測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)壓并對電流進(jìn)行檢測，因此還具有對電動(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，斷開旁路繼電器，單片機(jī)經(jīng)過串行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)比較適合于以開關(guān)量信號(hào)輸入檢測的性價(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RC5引腳來控制收發(fā)工作狀態(tài)。PIC16F916單片 機(jī)經(jīng)過光電隔離器實(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 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)過光電隔 離器EL817，把三相電壓開關(guān)量接入PIC16F916的RA3、RA4、RA5引腳。單片機(jī)通過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 用電流互感器檢測電樞實(shí)際的電流值，對二者的偏差計(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，對電網(wǎng)影響較 小，適應(yīng)于絕大多數(shù)應(yīng)用場合。(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、電流檢測保護(hù)模塊、缺相檢測模塊、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、電流檢測保護(hù)模塊 和缺相檢測模塊、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 相檢測電路包括整流電路、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 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。
全文摘要
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、電流檢測保護(hù)模塊、缺相檢測模塊、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、電流檢測保護(hù)模塊和缺相檢測模塊、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)H02P1/28GK102104355SQ20111007231
公開日2011年6月22日 申請日期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 申請人:淄博市臨淄銀河高技術(shù)開發(fā)有限公司