直流電機平滑起停的控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種直流電機平滑起停的控制裝置。電機的反壓通過直流接觸器斷開時的電弧竄入直流系統(tǒng)，污染直流供電系統(tǒng)，對其他設(shè)備的正常工作造成極大威脅。本實用新型的彩色觸控屏通過隔離單元接入單片機；指示燈、報警器和按鍵開關(guān)分別通過光電隔離驅(qū)動單元接入單片機；IGBT模塊一端通過IGBT模塊驅(qū)動單元接入單片機，另一端通過LC濾波器接入直流電機內(nèi)的電樞繞組；勵磁繼電器一端通過光電隔離驅(qū)動單元接入單片機，其另一端接入直流電機的勵磁繞組；直流電機內(nèi)的電樞繞組和勵磁繞組分別與電壓電流檢測單元連接，電壓電流檢測單元通過隔離單元接入單片機。本實用新型在整個控制過程中無沖擊電流、無電源污染。
【專利說明】直流電機平滑起停的控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電動機控制及電力電子控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種直流電機平滑起停的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用各種直流電機，由于直流電機直接起動時，電流可達額定電流的10-20倍，對供電電源和電機沖擊很大，極易損壞電機電樞和碳刷，還會引起直流系統(tǒng)上其他用電設(shè)備誤動作。因此，大功率的直流電機不允許直接起動，傳統(tǒng)方式是采用直流接觸器分時切換功率限流電阻來改變起動電流。
[0003]在使用上述傳統(tǒng)方式過程中存在以下幾個問題:第一，起動電流仍然大于其額定電流數(shù)倍，不能完全解決起動過程中電流沖擊大的問題；第二，起動過程中，限流電阻要消耗電能，不利于節(jié)能，第三，切換電阻的直流接觸器使用一段時間后，常發(fā)生觸點粘連和碳化現(xiàn)象；另外，在停機過程中，電機的反壓通過直流接觸器斷開時的電弧竄入直流系統(tǒng)，污染直流供電系統(tǒng)，對其他設(shè)備的正常工作造成極大威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種在整個控制過程中無沖擊電流、無電源污染的直流電機平滑起停的控制裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種直流電機平滑起停的控制裝置，包括單片機、隔離單元、光電隔離驅(qū)動單元、IGBT模塊驅(qū)動單元、IGBT模塊、LC濾波器、勵磁繼電器、電壓電流檢測單元、彩色觸控屏、指示燈、報警器及按鍵開關(guān)，其特別之處在于:所述彩色觸控屏通過隔離單元接入單片機；指示燈、報警器和按鍵開關(guān)分別通過光電隔離驅(qū)動單元接入單片機；IGBT模塊一端通過IGBT模塊驅(qū)動單元接入單片機，另一端通過LC濾波器接入直流電機內(nèi)的電樞繞組；勵磁繼電器一端通過光電隔離驅(qū)動單元接入單片機，其另一端接入直流電機的勵磁繞組；直流電機內(nèi)的電樞繞組和勵磁繞組分別與電壓電流檢測單元連接，電壓電流檢測單元通過隔離單元接入單片機。
[0006]所述單片機為32位高性能ARM內(nèi)核單片機，其型號為STM32F103V8T6 ;所述彩色觸控屏連接的隔離單元為RS485隔離單元，其型號為T1100L ;與電壓電流檢測單元連接的隔離單元為4-20mA隔離單元，其型號為TD301D485H。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的有益效果是:
[0008]1.本實用新型以一個32位高性能ARM內(nèi)核單片機為中心構(gòu)成控制系統(tǒng)，保證直流電機正常工作的同時，減小了本裝置的體積和成本；
[0009]2.本實用新型的觸控屏為彩色觸控屏，能實時顯示電機的勵磁電壓電流和電樞電壓電流的數(shù)值，而且還顯示當前的工作進程和工作狀態(tài)，以及報警狀態(tài)和故障類型，用戶能夠通過觸控屏設(shè)置和調(diào)整系統(tǒng)的控制參數(shù)，使用快捷方便；
[0010]3.本實用新型的IGBT模塊和電樞繞組中間設(shè)置平波電抗器和高壓電容組成的LC濾波器，增加電樞電流的平滑性，減少IGBT模塊的峰值電流，防止發(fā)生寄生振蕩，直流電機無論起動還是停止，電流都是平滑變化，沒有過沖和突變，在運行中實時監(jiān)測電機的各種參數(shù)，大大提高了電機可靠性和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，節(jié)省大量的維護修理費用。
[0011]4.整個控制系統(tǒng)通過檢測直流電機的電壓和電流，及時反饋至高性能單片機，構(gòu)成快速響應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有很好的控制精度和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型直流電機平滑起?？刂蒲b置的原理框圖。
[0013]圖中，1.單片機，2.光電隔離驅(qū)動單元，3.1GBT模塊驅(qū)動單元，4.1GBT模塊，5.LC濾波器，6.勵磁繼電器，7.電壓電流檢測單元，8.彩色觸控屏，9.指示燈，10.報警器，11.按鍵開關(guān)，12.電樞繞組，13.勵磁繞組，14.RS485隔離單元，15.4_20mA隔離單
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【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0015]一種直流電機平滑起停的控制裝置，包括32位高性能ARM內(nèi)核單片機1、隔離單元，光電隔離驅(qū)動單元2、IGBT模塊驅(qū)動單元3、IGBT模塊4、LC濾波器5、勵磁繼電器6、電壓電流檢測單元7、彩色觸控屏8、指示燈9、報警器10及按鍵開關(guān)11 ；
[0016]彩色觸控屏8通過RS485協(xié)議通訊，為防止干擾，采用專用的RS485隔離單元14接入單片機I。
[0017]指示燈9、報警器10和按鍵開關(guān)11分別通過光電隔離驅(qū)動單元2接入單片機I ;按鍵開關(guān)11的信號，通過光電隔離后輸入單片機I ;當前工作狀態(tài)的信號，通過光電隔離后驅(qū)動面板的指示燈9，進行狀態(tài)指示；如果系統(tǒng)檢測出故障，立即通過光電隔離后驅(qū)動警報器10,發(fā)出聲光報警。
[0018]IGBT模塊4 一端通過IGBT模塊驅(qū)動單元3接入單片機，另一端通過LC濾波器5接入直流電機內(nèi)的電樞繞組12 ;控制電機電樞繞組的信號，輸入專用IGBT驅(qū)動模塊單元3轉(zhuǎn)換為IGBT需要的電平后輸入IGBT模塊4，通過IGBT模塊4進行功率變換后，控制電機的電流經(jīng)平波電抗器和高壓電解電容組成的LC濾波器5，濾除紋波后直接驅(qū)動電樞繞組12，控制電機的運行和停止。
[0019]勵磁繼電器6—端通過光電隔離驅(qū)動單元2接入單片機1，其另一端接入直流電機的勵磁繞組13 ;控制電機勵磁繞組的信號，通過隔離后，驅(qū)動勵磁繼電器線圈，實現(xiàn)直流電機中勵磁繞組13的通電和斷電；直流電機內(nèi)的電樞繞組12和勵磁繞組13分別與電壓電流檢測單元7連接，電壓電流檢測單元7通過4-20mA隔離單元15接入單片機I。
[0020]勵磁繞組13和電樞繞組12都接有電壓電流檢測單元7，檢測電機的運行參數(shù)，該檢測單元將信號變換成4-20mA信號后，經(jīng)過4-20mA隔離單元15送到單片機I。
[0021 ] 上述專用IGBT驅(qū)動模塊單元3，還檢測IGBT模塊4的電壓參數(shù)，據(jù)此判斷IGBT模塊4是否正常，如果有故障，將信號反饋給單片機I。
[0022]本實用新型選用型號為STM32F103V8T6的單片機1，與彩色觸控屏8連接的RS485隔離單元14型號為T1100L，與電壓電流檢測單元7連接的4-20mA隔離單元15，其型號為TD301D485H。
[0023]本實用新型中所述的光電隔離驅(qū)動單元2、IGBT模塊驅(qū)動單元3、電壓電流檢測單元7、RS485隔離單元14和4_20mA隔離單元15均為現(xiàn)有電路單元。
[0024]本實用新型的工作原理是:一個方波信號的平均電壓，跟該方波信號的占空比成正比，占空比越大，平均電壓也越大。因此，通過改變加載到直流電機上的方波電壓的占空比，就可以改變直流電機的平均電壓，從而改變直流電機的電流。
[0025]本裝置采用的單片機1，內(nèi)置有脈沖寬度調(diào)整功能，因此可以方便快速的產(chǎn)生各種占空比的方波信號，該信號經(jīng)IGBT模塊驅(qū)動單元3放大后驅(qū)動IGBT模塊4，從而控制電機電樞線圈快速的通斷，等效于改變電樞電壓和電流；當電機起動時，單片機I在用戶設(shè)定的時間內(nèi)，占空比從O到100逐漸增加，這樣，電機的電流也就從零逐漸增加到額定值，實現(xiàn)平滑起動。同樣，當電機停止時，單片機I在用戶設(shè)定的時間內(nèi)，占空比從100到O逐漸減小，這樣，電機的電流也就從額定值逐漸減小到零，實現(xiàn)平滑停機。
[0026]彩色觸控屏8是重要的人機界面，能實時顯示電機的勵磁電壓電流和電樞電壓電流的數(shù)值，而且還顯示當前的工作進程和工作狀態(tài)，以及報警狀態(tài)和故障類型。
[0027]該彩色觸控屏8具有歷史記錄查看功能，可以記錄用戶操作和設(shè)備故障發(fā)生的時間，供以后查詢。
[0028]用戶還可以輕觸屏幕上的相關(guān)圖標，設(shè)置和調(diào)整各種控制參數(shù)。例如起動時間、停止時間、額定電流、限制電流等。
[0029]當按下起動按鍵，運行指示燈點亮，停機指示燈熄滅，單片機I輸出一個控制信號給勵磁繼電器6，使勵磁繼電器6吸合，勵磁繞組13通電工作，相應(yīng)的勵磁指示燈將點亮。勵磁檢測單元隨時將電壓電流值轉(zhuǎn)換成4-20mA信號，反饋給單片機I進行A/D轉(zhuǎn)換，單片機I及時獲得當前時刻的參數(shù)值，如果無勵磁電壓或電流，將不會給電樞繞組輸出控制信號，以保護電機，同時故障指示燈點亮，報警器10發(fā)出報警聲。
[0030]如果勵磁電壓電流正常，勵磁繞組13通電幾秒后，單片機I輸出占空比逐漸增大的直流斬波信號，經(jīng)放大變換后加載到電機電樞繞組12，驅(qū)動電機平滑起動。電機全速運行后，信號的占空比是100，相當于IGBT模塊4 一直保持導(dǎo)通。
[0031]當按下停止按鍵，單片機I輸出占空比逐漸減小的直流斬波信號，經(jīng)放大變換后加載到電機電樞繞組12，驅(qū)動電機平滑停機。延時幾秒后，勵磁繼電器6切斷勵磁繞組13供電，同時勵磁指示燈熄滅，再延時十秒運行指示燈熄滅，停機指示燈點亮。
[0032]在運行過程中，電樞檢測單元隨時將電壓電流值轉(zhuǎn)換成4_20mA信號，反饋給單片機I進行A/D轉(zhuǎn)換，單片機I及時獲得當前時刻的參數(shù)值，如果電樞電壓或電流超過設(shè)定值，將減小輸出控制信號的占空比，減小電樞電流，以保護電機，同時故障指示燈點亮，報警器10發(fā)出報警聲。電流正常后，再逐漸增大占空比，直到電機全速運行。如果檢測到電機短路、堵轉(zhuǎn)或過載，將立即停機，同時故障指示燈點亮，報警器10發(fā)出報警聲。
[0033]以上故障報警，都在彩色觸控屏8上分別顯示，用戶可以直觀的了解哪里出現(xiàn)故障，方便排除和檢修。
[0034]本實用新型的IGBT模塊4和電樞繞組中間設(shè)置平波電抗器和高壓電容組成的LC濾波器5，增加電樞電流的平滑性，減少IGBT模塊4的峰值電流；更重要的是，當連接到本裝置的電機距離較遠，需要很長的電纜，電纜上的等效電感變得很大，對電流的波形和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，甚至發(fā)生振蕩或者產(chǎn)生很大的反壓將IGBT模塊4擊穿?？傊?，增加LC濾波器5后,可以大大增加系統(tǒng)的使用壽命和可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種直流電機平滑起停的控制裝置，包括單片機(I)、隔離單元、光電隔離驅(qū)動單元(2)、IGBT模塊驅(qū)動單元(3)、IGBT模塊(4)、LC濾波器(5)、勵磁繼電器(6)、電壓電流檢測單元(7)、彩色觸控屏(8)、指示燈(9)、報警器(10)及按鍵開關(guān)(11)，其特征在于:所述彩色觸控屏(8)通過隔離單元接入單片機(I);指示燈(9)、報警器(10)和按鍵開關(guān)(11)分別通過光電隔離驅(qū)動單元(2)接入單片機(I) ;IGBT模塊(4) 一端通過IGBT模塊驅(qū)動單元(3 )接入單片機(I)，另一端通過LC濾波器(5 )接入直流電機內(nèi)的電樞繞組(12 );勵磁繼電器(6)—端通過光電隔離驅(qū)動單元(2)接入單片機(1)，其另一端接入直流電機的勵磁繞組(13);直流電機內(nèi)的電樞繞組(12)和勵磁繞組(13)分別與電壓電流檢測單元(7)連接，電壓電流檢測單元(7 )通過隔離單元入單片機(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機平滑起停的控制裝置，其特征在于:所述單片機(I)為32位高性能ARM內(nèi)核單片機，其型號為STM32F103V8T6 ;所述彩色觸控屏(8)連接的隔離單元為RS485隔離單元(14)，其型號為T1100L ;與電壓電流檢測單元(7)連接的隔離單元為4-20mA隔離單元(15)，其型號為TD301D485H。
【文檔編號】H02P3/08GK203537279SQ201320643966
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】鄭鋒, 宋衛(wèi)華 申請人:陜西科飛電器有限責任公司