專利名稱：一種無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電動機起動技術領域，具體涉及一種交流感應電動機離散變頻軟起動裝置，是一種特別適用電動機重載起動的軟起動裝置。
背景技術：
軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機起動裝置，國外稱為Soft Statrer0目前，交流感應電動機軟起動裝置有自耦變壓器、水電阻、可控電抗器、磁飽和電抗器、固態(tài)軟起動器、變頻器等。變頻器更多的是用在調(diào)速場合，成本比較高且控制復雜，對于不需要調(diào)速且頻繁起動的的場合，顯然性價比太低。固態(tài)軟起動器控制性能最好，應用最普遍，逐漸取代了傳統(tǒng)的軟起動裝置，它是根據(jù)晶閘管調(diào)壓原理，通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，控制其導通時間，使輸出電壓由小至大逐漸上升，直到電源電壓，從而減小了起動電流的沖擊。然而，降壓起動的一個很大缺點是起動電磁轉(zhuǎn)矩的跌落。電機的起動轉(zhuǎn)矩與所加的定子側(cè)端電壓的平方成正比，減小電壓就會嚴重降低起動轉(zhuǎn)矩，使得電機帶重載起動困難。所以降壓起動只適合空載起或輕載起動，對于需要重載或滿載起動的電機并不適用。在實際應用中，很大一部分電機是要求能帶重載甚至滿載起動，如起重機、粉碎機、球磨機、皮帶傳送機等，在這種情況下，采用直接起動方式會產(chǎn)生很大的危害:a、對生產(chǎn)機械造成沖擊；b、會造成過大的起動電流對電網(wǎng)的沖擊；c、不受控的起動在過載或低電壓時會導致大型電動機起動失敗。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種在起動過程中逐步提高電壓的同時，相應地將頻率由低至高上升到電網(wǎng)頻率，來提高起動轉(zhuǎn)矩、降低起動電流的離散變頻軟起動裝置，同時引入無速度傳感器，保證各分頻段切換平滑，起動平穩(wěn)。一種無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，包括連接在電源與電動機之間的三相電壓互感器，三相反并聯(lián)晶閘管，三相電流互感器構(gòu)成的主回路及主回路控制電路，所述主回路采用傳統(tǒng)晶閘管軟起動的主回路結(jié)構(gòu)；所述主回路控制電路包括電壓同步信號采集電路、電壓采樣電路、高頻恒流觸發(fā)單元、電流過零檢測電路、DSC控制器、電流采樣電路；其中所述電壓同步信號采集電路、所述電壓采樣電路分別連接在所述主回路電源輸入端與所述DSC控制器之間，所述電流采樣電路、所述電流過零檢測電路分別連接在所述主回路電源輸出端與所述DSC控制器之間；所述高頻恒流觸發(fā)單元連接在所述主回路各晶閘管控制端與所述DSC控制器之間。本實用新型的有益效果:本裝置給出了一種實用的離散變頻軟起動方式來解決晶閘管軟起動不能實現(xiàn)三相鼠籠式異步電動機重載起動的問題。實現(xiàn)了真正的平滑升頻軟起動，減小了起動沖擊和起動電流，提高了起轉(zhuǎn)矩，可使電機在重載或滿載下平滑起動。由于離散變頻軟起動采用傳統(tǒng)晶閘管軟起動的主回路結(jié)構(gòu)，只改變了晶閘管觸發(fā)的控制方法，所以成本沒有增加，然而在性能上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的晶閘管軟起動，實現(xiàn)了近似于變頻器的軟起動性能。

圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的電壓同步信號采集電路原理圖；圖3是本實用新型的電壓采樣電路原理圖；圖4是本實用新型的電流采樣電路原理圖；圖5是本實用新型的電流過零檢測電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。本實用新型無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，包括連接在電源與電動機之間的三相電壓互感器1，三相反并聯(lián)晶閘管2，三相電流互感器3構(gòu)成的主回路及主回路控制電路；主回路控制電路由DSC控制器9、電壓同步信號采集電路7、電流過零檢測電路6、電壓采樣電路8、電流采樣電路10及高頻恒流觸發(fā)單元5 ;其中電壓同步信號采集電路7、電壓采樣電路8分別連接在主回路電源輸入端與DSC控制器9之間，電流采樣電路10、電流過零檢測電路6分別連接在主回路電源輸出端與DSC控制器9之間；高頻恒流觸發(fā)單元5連接在主回路各晶閘管控制端與DSC控制器9之間。電流過零檢測電路6由電壓互感器、二極管橋式整流電路和隔離光耦構(gòu)成。電壓同步信號采集電路7由電壓互感器、二級運放芯片及外圍元器件組成的放大電路、比較器及外圍元器件組成的比較電路、與門、施密特觸發(fā)器構(gòu)成。電壓采樣電路8由電壓互感器、二級運放芯片及外圍元器件組成的放大電路構(gòu)成。電流采樣電路10由電流互感器、二級運放芯片及外圍元器件組成的放大電路、二極管、電容、電阻構(gòu)成。本實用新型所述一種無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置中的變頻方式是按照f/N的方式進行頻段劃分，其中f為電網(wǎng)頻率，電網(wǎng)頻率為50HZ，理論N可取1，2，3...50自然數(shù)，本實用新型中選取了 50HZ(N = 1),25HZ(N = 2),16.7HZ(N = 3),12.5HZ(N = 4)，
7.14HZ(N= 7),5HZ(N= 10),3.85HZ(N= 13)七個頻段完成離散變頻起動方式，本實用新型中的調(diào)壓方式是根據(jù)當前頻率包含的波頭數(shù)而進行斬波調(diào)壓控制，保證各分頻段轉(zhuǎn)矩的最大化，并通過檢測電機相電流和續(xù)流角的變化，保證電機在接近各頻段的額定轉(zhuǎn)速時，切換到下一頻段。實施例1:結(jié)合圖1，本實用新型無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，包括由電動機4、三相電壓互感器1、三相反并聯(lián)晶閘管2、三相電流互感器3、電壓同步信號采集電路
7、電壓采樣電路8、高頻恒流觸發(fā)單元5、電流過零檢測電路6、DSC控制器9、電流采樣電路
10、液晶顯示器11、單片機12、鍵盤13。三相交流電經(jīng)經(jīng)三相電壓互感器I分別與三相反并聯(lián)晶閘管2的三個輸入端、電壓同步信號采集電路7、電壓采樣電路8相連接，三相反并聯(lián)晶閘管2的三個輸出端通過三相電流互感器3分別與電動機4的三個輸入端連接，電壓同步信號采集電路7的信號輸出端連接DSC控制器9的一個電壓信號過零檢測輸入端，電壓采樣電路8的信號輸出端連接DSC控制器9的另一個電壓信號檢測輸入端，電流過零檢測電路6的信號輸出端連接DSC控制器9的一個電流信號過零檢測輸入端，電流采樣電路10的信號輸出端連接DSC控制器9的另一個電流信號檢測輸入端，DSC控制器9的控制信號輸出端連接高頻恒流觸發(fā)單元5的信號輸入端，高頻恒流觸發(fā)單元5的信號輸出端連接三相反并聯(lián)晶閘管2的控制信號輸入端，DSC控制器9的數(shù)據(jù)輸入輸出端連接單片機12的數(shù)據(jù)輸出輸入端，單片機12的顯示信號輸出端連接液晶顯示器11的信號輸入端，鍵盤13的信號輸出端連接單片機12的信號輸入端。實施例2:結(jié)合圖2-圖5，本實用新型主要包括主回路及主回路控制電路，主回路由三相電壓互感器1、三相反并聯(lián)晶閘管2、三相電流互感器3構(gòu)成，通過控制主回路中的雙向晶閘管的導通來實現(xiàn)改變加載在電機端的電壓和頻率。主回路控制電路包括電壓同步信號采集電路7、電壓采樣電路8、高頻恒流觸發(fā)單元5、電流過零檢測電路6、DSC控制器9、電流采樣電路10。如圖2所示，電壓同步信號采集電路將電壓互感器二次側(cè)交流信號調(diào)理成方波信號，作為觸發(fā)脈沖對應的每個分頻周期的基準時刻；如圖3所示，電壓采樣電路將電壓互感器二次側(cè)輸出電壓信號調(diào)理至O 5V供DSC控制器采集；如圖4所示，電流采樣電路將電流互感器二次側(cè)輸出信號調(diào)理至O 5V供DSC控制器采集；如圖5所示，電流過零檢測電路是通過檢測晶閘管管壓降信號，并通過電壓互感器、橋式整流和隔離光耦，輸出一定頻率的方波信號。DSC控制器9輸出驅(qū)動控制脈沖，電壓采樣電路8跟蹤輸入電壓的幅值大小，電流采樣電路跟蹤裝置輸出電流大小，電壓同步信號采集電路7提供驅(qū)動控制脈沖的基準時刻，電流過零檢測電路6提供輸出電流過零時刻，高頻恒流觸發(fā)單元5按照DSC控制器9的驅(qū)動控制脈沖對晶閘管進行控制，這樣離散變頻軟起動裝置根據(jù)電壓采樣值，電流采樣值，電流過零信號與電壓同步信號比較得出電機續(xù)流角的準確值協(xié)調(diào)控制離散頻段平滑切換和輸出電流有效值達到小起動電流，高起動轉(zhuǎn)矩的變頻起動效果。實施例3:本實用新型采用傳統(tǒng)晶閘管的主回路結(jié)構(gòu)，通過合理的控制三相晶閘管的觸發(fā)順序，在調(diào)節(jié)電壓的同時也適當?shù)恼{(diào)節(jié)交流電的頻率，來實現(xiàn)離散變頻的控制。起動過程中是將離散的頻率逐步提升，直到同電網(wǎng)頻率(50HZ)達到一致，則實現(xiàn)了離散變頻軟起動。將三相正弦交流電變頻的方法是通過晶閘控制交流電的通斷，將η周期的交流電合并為一個周期。本實用新型是7級變頻軟起動，頻率由ΟΗΖ-3.85ΗΖ-5ΗΖ-7.14ΗΖ-12.5ΗΖ-16.7ΗΖ-25ΗΖ-50ΗΖ，分為七個階段，第一階段，DSC控制器發(fā)出f/13觸發(fā)驅(qū)動信號，在電源每26個半波中，按照計算出的最優(yōu)方式去掉其中的13個半波，并對剩余的13個半波斬波調(diào)壓，使加在電動機上的電壓基波頻率為工頻的1/13，即3.85HZ，通過電流信號和續(xù)流角信號采樣，協(xié)調(diào)控制電機轉(zhuǎn)速接近對應該頻段的額定轉(zhuǎn)速時切換到下一頻段。第二階段，DSC控制器發(fā)出f/ΙΟ觸發(fā)驅(qū)動信號，在電源每20個半波中，按照計算出的最優(yōu)方式去掉其中的10個半波，并對剩余的10個半波斬波調(diào)壓，使加在電動機上的電壓基波頻率為工頻的1/10，即5HZ，通過電流信號和續(xù)流角信號采樣，協(xié)調(diào)控制電機轉(zhuǎn)速接近對應該頻段的額定轉(zhuǎn)速時切換到下一頻段。第三階段，DSC控制器發(fā)出f/7觸發(fā)驅(qū)動信號，在電源每14個半波中，按照計算出的最優(yōu)方式去掉其中的7個半波，并對剩余的7個半波斬波調(diào)壓，使加在電動機上的電壓基波頻率為工頻的1/7，即7.14HZ，通過電流信號和續(xù)流角信號采樣，協(xié)調(diào)控制電機轉(zhuǎn)速接近對應該頻段的額定轉(zhuǎn)速時切換到下一頻段。第四階段，DSC控制器發(fā)出f/4觸發(fā)驅(qū)動信號，在電源每8個半波中，按照計算出的最優(yōu)方式去掉其中的4個半波，并對剩余的4個半波斬波調(diào)壓，使加在電動機上的電壓基波頻率為工頻的1/4，即12.5HZ，通過電流信號和續(xù)流角信號采樣，協(xié)調(diào)控制電機轉(zhuǎn)速接近對應該頻段的額定轉(zhuǎn)速時切換到下一頻段。第五階段，DSC控制器發(fā)出f/3觸發(fā)驅(qū)動信號，在電源每6個半波中，按照計算出的最優(yōu)方式去掉其中的3個半波，并對剩余的3個半波斬波調(diào)壓，使加在電動機上的電壓基波頻率為工頻的1/3，即16.7HZ，通過電流信號和續(xù)流角信號采樣，協(xié)調(diào)控制電機轉(zhuǎn)速接近對應該頻段的額定轉(zhuǎn)速時切換到下一頻段，在這一頻段電機處在不對稱電源運行狀態(tài)下，應盡量縮短這一頻段的運行時間。第六階段，DSC控制器發(fā)出f/2觸發(fā)驅(qū)動信號，在電源每4個半波中，按照計算出的最優(yōu)方式去掉其中的2個半波，并對剩余的2個半波斬波調(diào)壓，使加在電動機上的電壓基波頻率為工頻的1/2，即25HZ，通過電流信號和續(xù)流角信號采樣，協(xié)調(diào)控制電機轉(zhuǎn)速接近對應該頻段的額定轉(zhuǎn)速時切換到下一頻段，在這一頻段電機處在不對稱電源運行狀態(tài)下，應盡量縮短這一頻段的運行時間。第七階段，當電機轉(zhuǎn)速基本達到1/2額定轉(zhuǎn)速時，DSC控制器發(fā)出工頻觸發(fā)驅(qū)動信號，即所有半波都有觸發(fā)脈沖，對交流電每個工頻半波進行斬波調(diào)壓控制，這樣就實現(xiàn)了電機從25HZ到50HZ的轉(zhuǎn)變過程。本實用新型實現(xiàn)了平滑升頻軟起動，具有小起動電流，高起動轉(zhuǎn)矩，分頻段切換平滑的特點，可使電機在重載或滿載下平滑起動。由于離散變頻軟起動采用傳統(tǒng)晶閘管軟起動的主回路結(jié)構(gòu)，只改變了晶閘管觸發(fā)的控制方法，所以成本沒有增加，然而在性能上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的晶閘管軟起動，實現(xiàn)了近似于變頻器的軟起動性能。主要用于三相異步電機帶重載或滿載起動的場合。為了舉例說明本實用新型的實現(xiàn)，描述了上述的具體實施方式
。但是本實用新型的其他變化和修改，對于本領域技術人員是顯而易見的，在本實用新型所公開的實質(zhì)和基本原則范圍內(nèi)的任何修改/變化或者仿效變換都屬于本實用新型的權利要求保護范圍。
權利要求1.一種無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，包括連接在電源與電動機之間的三相電壓互感器，三相反并聯(lián)晶閘管，三相電流互感器構(gòu)成的主回路及主回路控制電路，其特征在于，所述主回路采用傳統(tǒng)晶閘管軟起動的主回路結(jié)構(gòu)；所述主回路控制電路包括電壓同步信號采集電路、電壓采樣電路、高頻恒流觸發(fā)單元、電流過零檢測電路、DSC控制器、電流采樣電路；其中所述電壓同步信號采集電路、所述電壓采樣電路分別連接在所述主回路電源輸入端與所述DSC控制器之間，所述電流采樣電路、所述電流過零檢測電路分別連接在所述主回路電源輸出端與所述DSC控制器之間；所述高頻恒流觸發(fā)單元連接在所述主回路各晶閘管控制端與所述DSC控制器之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，其特征在于，該裝置還包括液晶顯示器、單片機和鍵盤；所述三相電壓互感器分別與所述三相反并聯(lián)晶閘管的三個輸入端、所述電壓同步信號采集電路、所述電壓采樣電路相連接，所述三相反并聯(lián)晶閘管的三個輸出端通過所述三相電流互感器分別與所述電動機的三個輸入端連接，所述電壓同步信號采集電路的信號輸出端連接所述DSC控制器的一個電壓信號過零檢測輸入端，所述電壓采樣電路的信號輸出端連接所述DSC控制器的另一個電壓信號檢測輸入端，所述電流過零檢測電路的信號輸出端連接所述DSC控制器的一個電流信號過零檢測輸入端，所述電流采樣電路的信號輸出端連接所述DSC控制器的另一個電流信號檢測輸入端，所述DSC控制器的控制信號輸出端連接所述高頻恒流觸發(fā)單元的信號輸入端，所述高頻恒流觸發(fā)單元的信號輸出端連接所述三相反并聯(lián)晶閘管的控制信號輸入端，所述DSC控制器的數(shù)據(jù)輸入輸出端連接所述單片機的數(shù)據(jù)輸出輸入端，所述單片機的顯示信號輸出端連接所述液晶顯示器的信號輸入端，所述鍵盤的信號輸出端連接所述單片機的信號輸入端。
3.根據(jù)權利要求1和2所述的無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，其特征在于，所述電流過零檢測電路由電壓互感器、二極管橋式整流電路和隔離光耦構(gòu)成。
4.根據(jù)權利要求1和2所述的無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，其特征在于，所述電壓同步信號采集電路由電壓互感器、二級運放芯片及外圍元器件組成的放大電路、比較器及外圍元器件組成的比較電路、與門、施密特觸發(fā)器構(gòu)成。
5.根據(jù)權利要求1和2所述的無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，其特征在于，所述電壓采樣電路由電壓互感器、二級運放芯片及外圍元器件組成的放大電路構(gòu)成。
6.根據(jù)權利要求1和2所述的無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，其特征在于，所述電流采樣電路由電流互感器、二級運放芯片及外圍元器件組成的放大電路、二極管、電容、電阻構(gòu)成。
專利摘要本實用新型公開了一種無速度傳感器的離散變頻軟起動裝置，主回路采用傳統(tǒng)晶閘管軟起動的主回路結(jié)構(gòu)；主回路控制電路中的電壓同步信號采集電路、電壓采樣電路分別連接在主回路電源輸入端與DSC控制器之間，電流采樣電路、電流過零檢測電路分別連接在主回路電源輸出端與DSC控制器之間；高頻恒流觸發(fā)單元連接在主回路各晶閘管控制端與DSC控制器之間。本實用新型的有益效果本裝置減小了起動沖擊和起動電流，提高了起轉(zhuǎn)矩，可使電機在重載或滿載下平滑起動。由于離散變頻軟起動采用傳統(tǒng)晶閘管軟起動的主回路結(jié)構(gòu)，只改變了晶閘管觸發(fā)的控制方法，所以成本沒有增加，然而在性能上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的晶閘管軟起動，實現(xiàn)了近似于變頻器的軟起動性能。
文檔編號H02P1/28GK203057040SQ201220717338
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權日2012年12月24日
發(fā)明者李鵬, 王怡華, 程世國, 寧國云 申請人:大禹電氣科技股份有限公司