專利名稱：一種可通信智能化軟起動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三相異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)器，更確切的說(shuō)設(shè)計(jì)一種適用于電動(dòng)機(jī)的可通信智能化軟起動(dòng)器，屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軟起動(dòng)器是通過(guò)調(diào)節(jié)施加在交流異步電動(dòng)機(jī)上的電壓或電流，以減少起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，改善異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止特性的裝置。它是傳統(tǒng)的自耦降壓起動(dòng)，星一三角起動(dòng)的換代產(chǎn)品。不僅能減小電流和負(fù)載力矩的沖擊，而且能改善電機(jī)的控制性能使拖動(dòng)的設(shè)備可靠平滑起動(dòng)制動(dòng)。其工作原理及用途如下交流異步電動(dòng)機(jī)是依靠輸入電壓在定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在低阻抗的轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子電流與定子磁場(chǎng)作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子的速度稍低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(一般滑差為百分之幾)電流為正常值。但是在直接起動(dòng)(即全電壓起動(dòng))時(shí)轉(zhuǎn)子是靜止的，巨大的滑差會(huì)在低阻抗的轉(zhuǎn)子感應(yīng)很大的電流，形成6-8倍額定值的起動(dòng)電流，隨著轉(zhuǎn)速上升電流迅速減小起動(dòng)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。直接起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的起動(dòng)電流沖擊危害供電網(wǎng)絡(luò)，特別是電機(jī)的容量與供電子網(wǎng)的容量可相比擬時(shí)。起動(dòng)過(guò)程中電機(jī)產(chǎn)生超過(guò)正常值的不可控的輸出力矩沖擊，也會(huì)對(duì)傳動(dòng)機(jī)械和負(fù)載產(chǎn)生不利的影響。
傳統(tǒng)的自耦降壓，星一三角起動(dòng)，也能減小電流和負(fù)載力矩的沖擊，但仍然是不可控制，改善也是有限。軟起動(dòng)器則是使用微處理器控制晶閘管，連續(xù)調(diào)節(jié)施加到電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓或電流，使電機(jī)按預(yù)定的要求起動(dòng)。根據(jù)控制的參數(shù)不同，有以下幾種模式1.電壓斜坡起動(dòng)2.限流起動(dòng)3.加電流限制的電壓斜坡起動(dòng)4.加突跳的起動(dòng)近年來(lái)一種智能化軟起動(dòng)器被開(kāi)發(fā)出來(lái)，比較典型的Rockwell公司的SMC Dialog Plus。但是該產(chǎn)品線路復(fù)雜，成本高，功能一般。需要開(kāi)發(fā)一種比較簡(jiǎn)單、成本低、功能優(yōu)異的軟起動(dòng)器。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于三相異步電動(dòng)機(jī)可通信智能化軟起動(dòng)器，該起動(dòng)器功能全、測(cè)量功能多、保護(hù)功能優(yōu)、而成本低廉。
為了達(dá)到上述的目的，本實(shí)用新型的解決方案是該軟起動(dòng)器的硬件部分包括信號(hào)輸入電路、信號(hào)處理電路、主CPU、CPLD信號(hào)處理電路、晶閘管觸發(fā)電路、晶閘管、接觸器功率模塊、開(kāi)關(guān)電源、通信電路、液晶顯示電路，上述電路之間的信號(hào)傳遞為信號(hào)從輸入電路開(kāi)始依次沿著信號(hào)處理電路、主CPU、CPLD信號(hào)處理電路、晶閘管觸發(fā)電路、晶閘管、接觸器功率模塊再回到信號(hào)輸入電路；軟件配有起動(dòng)程序，軟硬結(jié)合能夠保證起動(dòng)器的控制和精度。
本實(shí)用新型的有益效果該軟起動(dòng)器通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)相角來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的供電電壓，以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程，同時(shí)降低起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，因此市場(chǎng)意義很大，其產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。
圖1為本實(shí)用新型的軟起動(dòng)器硬件構(gòu)成電路框圖；圖2為本實(shí)用新型的軟起動(dòng)器框圖信號(hào)輸入電路中的電流輸入電路框圖；圖3為本實(shí)用新型的軟起動(dòng)器框圖信號(hào)輸入電路中的電壓輸入電路框圖圖4為圖1中液晶顯示電路構(gòu)成的電路框圖；圖5為圖1中晶閘管觸發(fā)電路構(gòu)成的電路框圖；圖6為圖1中液晶顯示電路的原理圖；圖7為圖1中主CPU和CPLD信號(hào)處理電路的原理圖；圖8為圖1中信號(hào)輸入電路的原理圖；圖9為圖1中開(kāi)關(guān)電源電路的原理圖；圖10為圖1中信號(hào)輸出電路的原理圖；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和一個(gè)較佳的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
參照?qǐng)D1，這是本實(shí)用新型硬件的電路原理框圖。該軟起動(dòng)器包括信號(hào)輸入電路1、信號(hào)處理電路2、主CPU3、CPLD信號(hào)處理電路4、晶閘管觸發(fā)電路5、晶閘管、接觸器功率模塊6、開(kāi)關(guān)電源7、通信電路8、液晶顯示電路9；上述電路的信號(hào)傳遞為信號(hào)從信號(hào)輸入電路開(kāi)始依次沿著信號(hào)處理電路、主CPU、CPLD信號(hào)處理電路、晶閘管觸發(fā)電路、晶閘管、接觸器功率模塊，再回到信號(hào)輸入電路，開(kāi)關(guān)電源與信號(hào)處理電路連接，主CPU與通信電路、液晶顯示電路互連；軟起動(dòng)器還配有起動(dòng)軟件，能保證軟起動(dòng)器的控制與精度。
參照?qǐng)D2，這是軟起動(dòng)器電流輸入電路和電壓輸入電路框圖。
所述的信號(hào)輸入電路1包括電流輸入電路和電壓輸入電路。
參照?qǐng)D3，這是本實(shí)用新型的電流輸入電路原理框圖。
所述的電流輸入電路還包括電流互感器10、運(yùn)放處理電路11、產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路12、電子開(kāi)關(guān)切換電路13和主CPU；上述電路的信號(hào)傳遞為電流互感器將信號(hào)分別傳給運(yùn)放處理電路、產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路，運(yùn)放處理電路通過(guò)電子開(kāi)關(guān)切換電路到主CPU，產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路到主CPU。
參照?qǐng)D4，這是軟起動(dòng)器的電壓信號(hào)輸入電路原理框圖。
所述的電壓信號(hào)輸入電路還包含輸入電壓電路14、輸出電路15、電阻分壓16、運(yùn)放處理電路11、產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路12、電子開(kāi)關(guān)切換電路13和主CPU3；上述電路信號(hào)傳遞為輸入電壓電路、輸出電壓電路將信號(hào)通過(guò)電阻分壓到運(yùn)放處理電路，分別將信號(hào)傳至電子開(kāi)關(guān)切換電路、產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路，然后到主CPU。
參照?qǐng)D5，這是軟起動(dòng)器的液晶顯示模塊電路原理框圖。
所述的液晶顯示模塊電路9包括主CPU3、51CPU17和液晶顯示模塊18。
參照?qǐng)D6，這是軟起動(dòng)器的晶閘管觸發(fā)電路原理框圖。
所述的晶閘管觸發(fā)電路5包括主CPU3、CPLD信號(hào)處理產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)6路輸出19、晶閘管觸發(fā)電路5和晶閘管、接觸器功率模塊6。
為了說(shuō)明本軟起動(dòng)器的具體構(gòu)成，特給出圖6～圖10各電路的實(shí)際線路圖，可以對(duì)照框圖加以理解。
為了說(shuō)明本軟起動(dòng)器工作原理和操作運(yùn)行過(guò)程，這里特重點(diǎn)說(shuō)明幾個(gè)關(guān)鍵之點(diǎn)。
本軟起動(dòng)器的主要功能是控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程和停止過(guò)程，因此在程序上電初始化后，一直等待電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)信號(hào)，在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)液晶顯示操作面板修改相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，同時(shí)查看測(cè)量電壓、頻率等數(shù)據(jù)。電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，如何控制好電動(dòng)機(jī)能平穩(wěn)，晶閘管觸發(fā)精度是關(guān)鍵，本實(shí)用新型采用軟硬結(jié)合，既能做到控制又能保證精度。如發(fā)生故障，顯示電路處于閃爍狀態(tài)，用戶可以及時(shí)檢查是缺相、過(guò)載、不平衡、堵轉(zhuǎn)等等。
為了達(dá)到晶閘管觸發(fā)的精度，起動(dòng)器采用十六位微處理芯片，通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生六個(gè)等距離的相位可控的觸發(fā)脈沖前沿，并使用CPLD進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從而形成所要求的調(diào)制脈沖來(lái)觸發(fā)晶閘管，既簡(jiǎn)化了硬件電路，節(jié)約了成本，又提高了脈沖定位的準(zhǔn)確性和可靠性。
實(shí)時(shí)測(cè)量三相輸入/輸出電壓，三相電流，采用時(shí)間切片有效值計(jì)算方法得到真有效值，以保證在相位控制時(shí)(非正玄波形)也能得到準(zhǔn)確的數(shù)值。
操作顯示部分使用了一塊單獨(dú)的8051芯片，以減輕了主芯片的工作量，同時(shí)也為以后通訊部分(DeviceNet等協(xié)議)的擴(kuò)展留有了空間。
電源為開(kāi)關(guān)電源，使用TOP223芯片，使用定制變壓器，輸出+5V(800mA)，+9V，-9V(為運(yùn)算放大器的電源)，+24V為脈沖變壓器和輔助繼電器電源。另外+G24V隔離電源，專供外部輸入信號(hào)使用，并且通過(guò)穩(wěn)壓器件降為+G5V為通訊使用。為了保證穩(wěn)定，+9V，-9V采用三端穩(wěn)壓源。根據(jù)要求算出變壓器參數(shù)，根據(jù)要求，變壓器一共有6路輸出，1路輸入。220V交流電源采用外接380/220變壓器，同時(shí)也產(chǎn)生一個(gè)12V的同步信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種可通信智能化軟起動(dòng)器，其特征在于包括信號(hào)輸入電路(1)、信號(hào)處理電路(2)、主CPU(3)、CPLD信號(hào)處理電路(4)、晶閘管觸發(fā)電路(5)、晶閘管、接觸器功率模塊(6)、開(kāi)關(guān)電源(7)、通信電路(8)、液晶顯示電路(9)；上述電路的信號(hào)傳遞為信號(hào)從信號(hào)輸入電路開(kāi)始依次沿著信號(hào)處理電路、主CPU、CPLD信號(hào)處理電路、晶閘管觸發(fā)電路、晶閘管、接觸器功率模塊，再回到信號(hào)輸入電路，開(kāi)關(guān)電源與信號(hào)處理電路連接，主CPU與通信電路、液晶顯示電路互連；軟起動(dòng)器還配有起動(dòng)軟件，能保證軟起動(dòng)器的控制與精度。
2.如權(quán)利要求1所述的軟起動(dòng)器，其特征在于所述的信號(hào)輸入電路(1)包括電流輸入電路和電壓輸入電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的軟起動(dòng)器，其特征在于所述的電流輸入電路還包括電流互感器(10)、運(yùn)放處理電路(11)、產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路(12)、電子開(kāi)關(guān)切換電路(13)和主CPU；上述電路的信號(hào)傳遞為電流互感器將信號(hào)分別傳給運(yùn)放處理電路、產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路，運(yùn)放處理電路通過(guò)電子開(kāi)關(guān)切換電路到主CPU，產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路到主CPU。
4.如權(quán)利要求1或2所述的軟起動(dòng)器，其特征在于所述的電壓信號(hào)輸入電路還包含輸入電壓電路(14)、輸出電路(15)、電阻分壓(16)、運(yùn)放處理電路(11)、產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路(12)、電子開(kāi)關(guān)切換電路(13)和主CPU；上述電路信號(hào)傳遞為輸入電壓電路、輸出電壓電路將信號(hào)通過(guò)電阻分壓到運(yùn)放處理電路，分別將信號(hào)傳至電子開(kāi)關(guān)切換電路、產(chǎn)生過(guò)零檢測(cè)信號(hào)電路，然后到主CPU。
5.如權(quán)利要求1所述的軟起動(dòng)器，其特征在于所述的液晶顯示模塊電路(9)包括主CPU(3)、51CPU(17)和液晶顯示模塊(18)。
6.如權(quán)利要求1所述的軟起動(dòng)器，其特征在于所述的晶閘管觸發(fā)電路(5)包括主CPU(3)、CPLD信號(hào)處理產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)6路輸出(19)、晶閘管觸發(fā)電路(5)和晶閘管、接觸器功率模塊(6)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可通信智能化軟起動(dòng)器，適用于三相異步電動(dòng)機(jī)的控制。該軟起動(dòng)器在對(duì)電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中，如何使電動(dòng)機(jī)能平穩(wěn)的上升到全電壓，晶閘管的觸發(fā)精度是關(guān)鍵。通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)相角來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的供電電壓，以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程，同時(shí)降低起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。其電路結(jié)構(gòu)是采用十六位微處理芯片，通過(guò)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生六個(gè)等距離的相位可控的觸發(fā)脈沖前沿，并使用CPLD進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從而形成所要求的調(diào)制脈沖來(lái)觸發(fā)晶閘管。操作部分采用一塊單獨(dú)的8051芯片，以減輕主芯片的工作量，該起動(dòng)器配有起動(dòng)軟件程序，軟硬結(jié)合保證了起動(dòng)器既能做到控制有能保證精度。
文檔編號(hào)H02P1/26GK2738470SQ20042002346
公開(kāi)日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月7日
發(fā)明者徐方榮, 阮于東, 袁俊杰 申請(qǐng)人:上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司