專利名稱：一種電動機星角軟切換的半固態(tài)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電動機星角切換技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電動機星角軟切換的全固態(tài)控制器。
背景技術(shù)：
電動機星角切換常用于電動機繞組星角切換節(jié)能和電動機星角降壓起動。電動機繞組星角切換是電動機節(jié)能常用手段之一。傳統(tǒng)的電動機星角切換裝置， 目前常見的有二種第一種利用單片機控制接觸器開關(guān)實現(xiàn)星角切換。切換不夠快速，并且接觸器開關(guān)在斷開時由于電弧的存在，還會引起過電壓。第二種采用可控硅無觸點開關(guān)取代接觸器，保證了星角切換的快速性。但是由于可控硅采用三相同時導(dǎo)通的觸發(fā)策略，切換時仍會產(chǎn)生較大的沖擊電流。當(dāng)電動機負(fù)載率頻繁變化時，會造成星角切換節(jié)能效率的降低。電動機在直接起動時會產(chǎn)生很大的沖擊電流，不僅會造成電動機的發(fā)熱損壞，還會引起供電電網(wǎng)的電壓劇烈波動。傳統(tǒng)的星角降壓起動，無法對電動機的起動電壓進行連續(xù)調(diào)節(jié)，在起動過程中星接變?yōu)榻墙訒r仍會產(chǎn)生較大的電流沖擊。電動機星角軟切換的半固態(tài)控制器就是通過DSP微處理器控制一套晶閘管開關(guān)快速地實施星角軟切換，消除切換時的電流和轉(zhuǎn)矩沖擊，使需要頻繁進行星角切換節(jié)能和星角起動得以實現(xiàn)。由于只需要一套晶閘管開關(guān)，因此它相對于全固態(tài)星角軟切換控制器結(jié)構(gòu)更加簡單，成本也降低了。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目在于提供一種電動機星角軟切換的半固態(tài)控制器，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，實現(xiàn)電動機繞組星角軟切換節(jié)能的同時，還可以實現(xiàn)電動機的星角軟起動。本實用新型包括開關(guān)元件、數(shù)據(jù)采集單元、微機控制單元、驅(qū)動單元、觸發(fā)單元、二次回路其他元件及接線。數(shù)據(jù)采集單元與微機控制單元直接相連，將輸入信號提供給微機控制單元；微機控制單元與驅(qū)動單元和觸發(fā)單元分別相連，將各自輸出信號分別發(fā)出給它們；驅(qū)動單元與開關(guān)元件中的接觸器相連，驅(qū)動其閉合或斷開；觸發(fā)單元與開關(guān)元件中的晶閘管相連，實施星角軟切換控制；二次回路其它元件包含變壓器和開關(guān)電源等器件，作為微機控制單元、觸發(fā)單元和驅(qū)動單元一部分的直流電源，另外還包含驅(qū)動單元互鎖回路的一些接線。開關(guān)元件包括一套(三對)反并聯(lián)晶閘管和兩個接觸器，還包括一個空氣斷路器， 對電路進行保護。其中反并聯(lián)晶閘管是本實用新型的主要開關(guān)元件，可以由雙向晶閘管或其他電力電子開關(guān)取代；兩個接觸器分別構(gòu)成電動機的星接和角接，再與一套反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)，因此稱為半固態(tài)控制器。其中，三對反并聯(lián)晶閘管SCR和接觸器KM1串聯(lián)，在三相電源和電動機繞組之間構(gòu)成回路，形成電動機的角接；三對反并聯(lián)晶閘管SCR和接觸器KM2串聯(lián)，在三相電源和電動機繞組之間構(gòu)成回路，形成電動機的星接；在三相電源和電動機定子繞組之間接入空氣斷路器，對主電路起到保護的作用。數(shù)據(jù)采集單元由二個電壓互感器和一個電流互感器構(gòu)成。其中一個電壓互感器的二個輸入端分別和主電路中電源的A相和B相并聯(lián)，檢測電源三相線電壓UAB。另外一個電壓互感器的二個輸入端分別和主電路中電源的B相和C相并聯(lián)，檢測電源三相線電壓Ubco 電壓互感器的輸出端經(jīng)過電壓調(diào)理電路連接到微機控制單元。電流互感器從主電路中采集三相相電流信號，輸出端經(jīng)過調(diào)理電路連接到微機控制單元。微機控制單元包括了 DSP芯片和AD轉(zhuǎn)化芯片。其中DSP采用TI公司的 TMS320F2812。AD轉(zhuǎn)化芯片采用2片AD7656，能同時對12個通道的信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)化。檢測單元檢測到的信號輸入到DSP后，進入AD轉(zhuǎn)化芯片完成數(shù)模轉(zhuǎn)化后，DSP將對數(shù)字信號進行分析處理，然后輸出信號實現(xiàn)對開關(guān)單元的控制。驅(qū)動單元用來驅(qū)動接觸器，采用二級驅(qū)動方式，用DSP的輸出驅(qū)動繼電器，再通過繼電器驅(qū)動接觸器，并使用光耦隔離，將輸入和輸出的信號在電氣上完全隔離。觸發(fā)單元用來觸發(fā)晶閘管，采用脈沖列觸發(fā)的方式，DSP輸出的控制信號與脈沖列信號經(jīng)過門電路，通過MOSFET進行功率放大后，送入脈沖變壓器，輸出的信號控制晶閘管觸發(fā)。為了實現(xiàn)對接觸器和晶閘管的控制，微機控制單元的輸出和驅(qū)動單元及觸發(fā)單元相連接。DSP通過對采集單元采集的信號進行分析處理，判斷電動機的負(fù)載情況，從而作出是否進行星角軟切換的判斷。當(dāng)電動機處于輕載時，電動機由角接向星接進行切換，此時DSP先控制SCR關(guān)斷， 然后斷開KMl，最后按星接軟切換方法觸發(fā)SCR，控制電動機無沖擊地切換為星接。當(dāng)電動機處于重載時，電動機由星接向角接進行切換，此時DSP先控制SCR關(guān)斷， 然后關(guān)斷KM2，最后按角接軟切換方法觸發(fā)SCR，控制電動機無沖擊地切換為角接。二次回路其他元件中包括380/220的單相變壓器、實現(xiàn)接觸器二次控制的繼電器及二個開關(guān)電源。單相變壓器從三相電源的任意二相線電壓接入，輸出的220V交流電壓接入開關(guān)電源輸入端，二個開關(guān)電源分別輸出5V和12V的直流電壓，接入微機控制單元、觸發(fā)單元和驅(qū)動繼電器的電源輸入端口，作為它們的供電電源。實現(xiàn)接觸器二次控制的繼電器常開觸點和接觸器的常閉觸點配合，實現(xiàn)KMl和KM2的互鎖。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是本實用新型利用三對無觸點無電弧可控硅開關(guān)，通過系列觸發(fā)控制實現(xiàn)電動機磁鏈在三相繞組星接和角接之間能夠平滑地過渡，從而抑制了星角切換過程中的電流和轉(zhuǎn)矩沖擊。當(dāng)控制器處于電動機繞組星角切換節(jié)能模式下時，即使電動機負(fù)載頻繁變化，也不會降低星角切換節(jié)能效率。當(dāng)控制器處于電動機星角起動模式下，星角切換時電壓的突變不會造成電動機的起動電流的增大。

圖I為本實用新型的U1-W2，V1-U2，W1-V2形成角接的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2為本實用新型的U1-V2，V1-W2，W1-U2形成角接的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。[0024]圖3為本實用新型的二次回路圖。圖4為本實用新型的微機單元控制示意圖。
具體實施方式
本實用新型包括開關(guān)元件、數(shù)據(jù)采集單元、微機控制單元、驅(qū)動單元、觸發(fā)單元、二次回路其他元件及接線。數(shù)據(jù)采集單元與微機控制單元直接相連，將輸入信號提供給微機控制單元；微機控制單元與驅(qū)動單元和觸發(fā)單元分別相連，將各自輸出信號分別發(fā)出給它們；驅(qū)動單元與開關(guān)元件中的接觸器相連，驅(qū)動其閉合或斷開；觸發(fā)單元與開關(guān)元件中的晶閘管相連，實施星角軟切換控制；二次回路其它元件包含變壓器和開關(guān)電源等器件，作為微機控制單元、觸發(fā)單元和驅(qū)動單元一部分的直流電源，另外還包含驅(qū)動單元互鎖回路的一些接線。
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細(xì)描述圖1是本實用新型的本實用新型的U1-W2，V1-U2，W1_V2形成角接的的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。其中SCR是三對反并聯(lián)晶閘管，KM1和KM2是接觸器，U1-U2，V1-V2，W1-W2分別是電動機的三相繞組，QF是空氣斷路器，LI、L2和L3是三相電源線，N是地線?？諝鈹嗦菲?QF從三相電源接入，空氣斷路器QF和可控硅SCR串聯(lián)后，可控硅SCR下端和電動機繞組上端U1、V1、W1相連。接觸器KM1上端從電動機繞組上端U1、V1、W1接入，下端和電動機繞組的W2、U2、V2端相連。在電動機繞組下端U2、V2、W2接入接觸器KM2。圖2是本實用新型的U1-V2，V1-W2，W1-U2形成角接的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。其中 SCR是三對反并聯(lián)晶閘管，KM1和KM2是接觸器，U1-U2，V1-V2，W1-W2分別是電動機的三相繞組，QF是空氣斷路器，LI、L2和L3是三相電源線，N是地線?？諝鈹嗦菲鱍F從三相電源接入，空氣斷路器QF和可控硅SCR串聯(lián)后，可控硅SCR下端和電動機繞組上端U1、V1、W1相連。接觸器KM1上端從電動機繞組上端U1、V1、W1接入，下端和電動機繞組的V2、W2、U2端相連。在電動機繞組下端U2、V2、W2接入接觸器KM2。圖3是本實用新型控制二次回路圖。當(dāng)DSP給KM1的驅(qū)動電路發(fā)出低電平信號， 繼電器KA1的線圈通電，常開觸點KA1-0閉合，KM1線圈閉合，KM1的常閉觸點KM1-C斷開， 此時KM2線圈斷電，保證了 KM1閉合的同時KM2處于關(guān)斷狀態(tài)。同理KM2閉合的同時KM1 關(guān)斷。由于電動機在可控硅SCR導(dǎo)通且接觸器KM1同時閉合時才處于角接運行狀態(tài)，電動機在可控硅SCR導(dǎo)通且接觸器KM2同時閉合時才處于星接運行狀態(tài)，因此電動機在進行星角軟切換時，不會因為反并聯(lián)晶閘管的誤觸發(fā)而導(dǎo)致發(fā)生短路故障。此外在二次回路中還通過380/220的變壓器，給開關(guān)電源供電，進而為DSP供電。圖4是本實用新型的微機單元控制示意圖。數(shù)據(jù)采集單元中的電壓互感器和電流互感器檢測電源側(cè)電壓和電流。采集來的信號經(jīng)過調(diào)理電路調(diào)整到AD7656能接受的直流電壓范圍-10V-+10V，然后AD7656將采集的電壓和電流模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳輸?shù)紻SP 中。DSP對輸入進來的數(shù)字信號進行分析進算，得出電動機負(fù)載率0和星角切換臨界負(fù)載率@。，根據(jù)P和0。的大小，給驅(qū)動單元和觸發(fā)單元發(fā)出信號。觸發(fā)單元的信號經(jīng)過光電隔離和脈沖發(fā)生器發(fā)出的信號經(jīng)過門電路后，送入脈沖變壓器，通過控制可控硅的陽極和陰極實現(xiàn)SCR的觸發(fā)。驅(qū)動單元的信號經(jīng)過光電隔離，通過驅(qū)動繼電器的線圈來實現(xiàn)接觸器KM1和KM2的閉合及關(guān)斷。[0032]本實用新型即可以在電動機起動時實現(xiàn)星角軟起動，也能夠在電動機運行期間實現(xiàn)繞組的星角軟切換節(jié)能。本實用新型的電動機星角軟起動的具體實施策略如下DSP上電，電動機開始起動。接觸器KM2閉合，可控硅SCR按照星接軟切換控制策略觸發(fā)，此時電動機處于星接運行狀態(tài)。在電動機轉(zhuǎn)速達(dá)到整定值時，可控硅SCR停止觸發(fā)，接觸器KM2關(guān)斷，接觸器KMl閉合，然后SCR按照角接軟切換控制策略觸發(fā)，電動機完成星角軟起動。本實用新型的電動機星角軟切換的具體實施策略如下在電動機處于角接運行的狀態(tài)下，DSP利用檢測到的信號計算分析出電動機負(fù)載率β和星角切換臨界負(fù)載率β。，若 β > β。，電動機保持角接運行。若β < β。，電動機將進行角接向星接的軟切換。具體軟切換過程如下可控硅SCR先停止觸發(fā)，然后接觸器KMl關(guān)斷，電動機從角接運行狀態(tài)下斷開；之后接觸器ΚΜ2閉合，可控硅SCR再按照星角軟切換策略觸發(fā)，此時電動機完成角接向星接軟切換，電動機處于星接運行狀態(tài)。此時若β < β。，電動機保持角接運行狀態(tài)；若β > β。，電動機又要向角接進行軟切換。具體軟切換過程如下可控硅SCR先停止觸發(fā)，然后接觸器ΚΜ2關(guān)斷，電動機從角接運行狀態(tài)下斷開；之后接觸器KMl閉合，可控硅SCR再按照星角軟切換策略觸發(fā)，此時電動機完成星接向角接的軟切換，電動機處于角接運行狀態(tài)。重復(fù)以上步驟就實現(xiàn)了電動機的頻繁星角軟切換。本實用新型在電動機星角軟起動時，很好地抑制了電動機星角起動時的電流沖擊。在電動機起動結(jié)束后，根據(jù)電動機負(fù)載的情況，借助DSP實現(xiàn)了電動機繞組的星角軟切換控制，也能夠減小了切換時的沖擊電流，改善了頻繁進行星角切換電動機的節(jié)能效率。
權(quán)利要求1.一種電動機星角軟切換的半固態(tài)控制器，其特征在于，包括開關(guān)元件、數(shù)據(jù)采集單元、微機控制單元、驅(qū)動單元、觸發(fā)單元、二次回路其他元件；數(shù)據(jù)采集單元與微機控制單元直接相連，微機控制單元與驅(qū)動單元和觸發(fā)單元分別相連，驅(qū)動單元與開關(guān)元件中的接觸器相連，觸發(fā)單元與開關(guān)元件中的晶閘管相連，二次回路其它元件包括變壓器和開關(guān)電源；所述的開關(guān)元件包括一套三對反并聯(lián)晶閘管和兩個接觸器，還包括一個空氣斷路器， 兩個接觸器分別構(gòu)成電動機的星接和角接，再與一套反并聯(lián)晶閘管串聯(lián)；其中，三對反并聯(lián)晶閘管SCR和接觸器KMl串聯(lián)，在三相電源和電動機繞組之間構(gòu)成回路，形成電動機的角接；三對反并聯(lián)晶閘管SCR和接觸器KM2串聯(lián)，在三相電源和電動機繞組之間構(gòu)成回路，形成電動機的星接；在三相電源和電動機定子繞組之間接入空氣斷路器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機星角軟切換的半固態(tài)控制器，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集單元由二個電壓互感器和一個電流互感器構(gòu)成；其中一個電壓互感器的二個輸入端分別和主電路中電源的A相和B相并聯(lián)，另外一個電壓互感器的二個輸入端分別和主電路中電源的B相和C相并聯(lián)，電壓互感器的輸出端經(jīng)過電壓調(diào)理電路連接到微機控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機星角軟切換的半固態(tài)控制器，其特征在于，所述的微機控制單元包括了 DSP芯片和AD轉(zhuǎn)化芯片；其中DSP TMS320F2812, AD轉(zhuǎn)化芯片采用2片 AD7656。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機星角軟切換的半固態(tài)控制器，其特征在于，所述的微機控制單元的輸出和驅(qū)動單元及觸發(fā)單元相連接。
專利摘要一種電動機星角軟切換的半固態(tài)控制器，屬于電動機星角切換技術(shù)領(lǐng)域。包括開關(guān)元件、數(shù)據(jù)采集單元、微機控制單元、驅(qū)動單元、觸發(fā)單元、二次回路其他元件及接線。數(shù)據(jù)采集單元與微機控制單元直接相連，將輸入信號提供給微機控制單元；微機控制單元與驅(qū)動單元和觸發(fā)單元分別相連，將各自輸出信號分別發(fā)出給它們；驅(qū)動單元與開關(guān)元件中的接觸器相連，驅(qū)動其閉合或斷開；觸發(fā)單元與開關(guān)元件中的晶閘管相連，實施星角軟切換控制；二次回路其它元件包含變壓器和開關(guān)電源等器件，作為微機控制單元、觸發(fā)單元和驅(qū)動單元一部分的直流電源。優(yōu)點在于，能對需要頻繁進行星角切換節(jié)能的電動機實現(xiàn)無沖擊的星角軟切換，解決了傳統(tǒng)星角啟動裝置在進行星角切換時的電流沖擊問題。
文檔編號H02P1/32GK202353507SQ201120462749
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者崔學(xué)深, 龐繼偉, 張偉華, 朱亮, 石朋飛 申請人:華北電力大學(xué)