專利名稱：智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動器的制作方法
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器。
背景技術(shù)：
大功率三相異步電動機以其結(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。 大功率電動機在直接起動的瞬間，會對電網(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊電流，機械傳動部件由于沖擊 轉(zhuǎn)矩而產(chǎn)生故障。而且，直接起動容易燒壞繞組，更不允許帶負載直接起動。所以，人們對三 相異步電動機的起動技術(shù)也不斷改進。軟起動技術(shù)由最初的定子串電阻、星-三角起動、自 耦減壓起動發(fā)展到現(xiàn)代的晶閘管調(diào)壓控制的智能軟起動。傳統(tǒng)的軟起動控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 部件眾多、體積龐大，導致故障率高，維修困難和維護成本高等缺點。

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)簡單實用、能最大限度保護電動機的智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動器。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 動器，包括電動機，其特征在于還包括單片機、調(diào)壓器、電流檢測保護模塊、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，電動機與調(diào)壓器相連接，調(diào)壓器連接單片 機的數(shù)據(jù)口，顯示器、鍵盤、電流檢測保護模塊和缺相檢測模塊、旁路繼電器控制模塊連接 單片機的數(shù)據(jù)口，通訊模塊連接單片機的通訊口，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。所述的電流檢測保護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機，并通過濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊連接單片機。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，電動機的三相電壓 和中性點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。所述的單片機串行片內(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)定的不同起動方式，通過檢測同步電 壓信號作為移相控制脈沖的基準，檢測主電路的反饋電流信號，與設(shè)定值進行比較，計算出 控制量來調(diào)節(jié)三相反并聯(lián)晶閘管模塊的控制電壓，從而實現(xiàn)交流輸出電壓的調(diào)節(jié)，使電機 的端電壓以設(shè)定的速度逐漸升高，達到通過調(diào)壓方式控制起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的目的。當 電動機起動完成并達到額定電壓時，通過光電隔離器控制三相旁路繼電器閉合，電動機直接投入電網(wǎng)運行。由于軟起動器為電子調(diào)壓并對電流進行檢測，因此還具有對電動機和軟 起動器本身的熱保護、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊，三相電源不平衡、缺相、斷相等保護功能。首先通過鍵盤設(shè)置電流互感器的變比，起動方式，起動電壓，起動電流，起動時間， 停止時間等參數(shù)，并記錄到單片機內(nèi)。然后選擇啟動按鈕，進入設(shè)定的起動狀態(tài)，隨著輸出 電壓的升高，電動機轉(zhuǎn)速不斷增加直至達到額定轉(zhuǎn)速，起動結(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。當電動機工作完畢后，選擇軟停止按鈕，進入設(shè)定的軟停 止狀態(tài)，三相反并聯(lián)晶閘管模塊快速導通，斷開旁路繼電器，單片機經(jīng)過串行D/A轉(zhuǎn)換器控 制三相反并聯(lián)晶閘管模塊實現(xiàn)電動機的電壓逐步下降，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控制器具有具有按鍵設(shè)置靈活，液晶顯示 直觀，起動方式多樣，限流保護和缺相保護等功能。調(diào)壓器采用三相反并聯(lián)晶閘管模塊控制 精度高。單片機串行片內(nèi)EEPROM存儲靈活可靠，采用顯示器顯示直觀，RS485通訊靈活，使 得整個控制器性價比更高。


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、通訊模塊與單片機連接電路原理圖；圖3是本發(fā)明缺相檢測原理具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步描述如圖1 圖3所示，一種智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動器，包括電動機，還包括 單片機、調(diào)壓器、電流檢測保護模塊、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，電動機與調(diào)壓器相連接，調(diào)壓器連接單片機的數(shù)據(jù)口，顯示器、鍵盤、電流檢測保 護模塊和缺相檢測模塊、旁路繼電器控制模塊連接單片機的數(shù)據(jù)口，通訊模塊連接單片機 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。所述的電流檢測保護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機，并通過濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊連接單片機。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，電動機的三相 電壓和中性點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。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)定的不同起動方式，通過檢測同步電 壓信號作為移相控制脈沖的基準，檢測主電路的反饋電流信號，與設(shè)定值進行比較，計算出控制量來調(diào)節(jié)三相反并聯(lián)晶閘管模塊的控制電壓，從而實現(xiàn)交流輸出電壓的調(diào)節(jié)，使電機 的端電壓以設(shè)定的速度逐漸升高，達到通過調(diào)壓方式控制起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的目的。當 電動機起動完成并達到額定電壓時，通過光電隔離器控制三相旁路繼電器閉合，電動機直 接投入電網(wǎng)運行。由于軟起動器為電子調(diào)壓并對電流進行檢測，因此還具有對電動機和軟 起動器本身的熱保護、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊，三相電源不平衡、缺相、斷相等保護功能。首先通過鍵盤設(shè)置電流互感器的變比，起動方式，起動電壓，起動電流，起動時間， 停止時間等參數(shù)，并記錄到單片機內(nèi)。然后選擇啟動按鈕，進入設(shè)定的起動狀態(tài)，隨著輸出 電壓的升高，電動機轉(zhuǎn)速不斷增加直至達到額定轉(zhuǎn)速，起動結(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。當電動機工作完畢后，選擇軟停止按鈕，進入設(shè)定的軟停 止狀態(tài)，三相反并聯(lián)晶閘管模塊快速導通，斷開旁路繼電器，單片機經(jīng)過串行D/A轉(zhuǎn)換器控 制三相反并聯(lián)晶閘管模塊實現(xiàn)電動機的電壓逐步下降，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)下降，直到轉(zhuǎn)速下降到0， 軟停止結(jié)束。其中單片機采用PIC16F916單片機，PIC16F916芯片具有觀個引腳，片內(nèi)有一個 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閃存程序存儲器，高 達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，增強型看門狗定時 器(WDT)、可編程低電壓檢測功，3個定時器及2個捕捉/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。是一個比較適合于以開關(guān)量信號輸入檢測的性價比較高的8位單片機。通訊芯片采用MAX487芯片實現(xiàn)RS485通訊控制。MAX487芯片具有RS485通信協(xié) 議，可以帶下位機1 個、傳輸距離大于1km、傳輸速率達2501A/S。智能控制器通過RS485 總線可與管理計算機相連，完成智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動器的系統(tǒng)管理。MAX487的 DE為發(fā)送器使能端，DE為1時發(fā)送器可以工作，DI為輸入端，A、B為輸出端。當DE為0時， 停止發(fā)送輸出端為高阻。RE為輸入使能端，RE為0時允許接收器工作，A、B為輸入端，RO 為輸出端；RE為1時，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 機經(jīng)過光電隔離器實現(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，D/A轉(zhuǎn)換器選用MAX515其分 辨率為10位，電壓輸出建立時間為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與單片機電通訊時優(yōu)選利用光 電隔離器傳遞電信號，優(yōu)選高速光耦6N1371。缺相檢測分別取電動機三相相電壓Va、Vb、Vc，和中性點V0，引出信號分別經(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，提高整個系統(tǒng)抗干擾的 能力。本智能內(nèi)置電子熄弧旁路式軟起動器可完成四種啟動方式即電流限流起動、電壓 斜坡起動、電壓斜坡限電流軟起動、突跳轉(zhuǎn)矩起動。用戶可根據(jù)不同負載及具體使用條件選擇不同的起動方式，實現(xiàn)起動電流和負載轉(zhuǎn)矩的優(yōu)化組合。(1)電流限流軟起動控制方式采用電流負反饋閉環(huán)控制，給定值是電流限流值，利 用電流互感器檢測電樞實際的電流值，對二者的偏差計算出輸出值U (k)，U (k)調(diào)節(jié)三相反 并聯(lián)晶閘管模塊的控制電壓，實現(xiàn)利用電流環(huán)調(diào)節(jié)起動電流不超過用戶設(shè)定值。起動時，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)實際負載情況進行調(diào)整，設(shè)定范圍 為電動機額定電流Ie的1到5倍。這種方式起動電流小，可按需進行調(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)電壓斜坡軟起動控制方式的數(shù)學模型如式Ua = (Ue-Ur) *t/Tr+Ur，在本數(shù)學 模型中，fe為電壓斜坡軟起動模式時輸出電壓，Ue為額定相電壓，Ur為軟起動器輸出的初 始電壓，Tr為軟起動控制器的軟起動時間，t為軟起動時間內(nèi)的當前時間；然后按照設(shè)定的 軟起動時間t平滑升高輸出電壓直至達到額定電壓Ue,隨著輸出電壓的升高，電動機轉(zhuǎn)速 不斷增加直至達到額定轉(zhuǎn)速，直至起動結(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控制方式集中了前兩種起動模式的優(yōu)點，輸出電壓以設(shè) 定的起動時間平穩(wěn)上升，同時輸出電流以一定的速率增加，當起動電流增至電流限幅值^ii 時，電流保持恒定，直至起動結(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)矩軟起動控制方式中，Tk為施加突跳初始電壓證的時間，一般設(shè)置 為3秒，初始電壓為證=300伏，當t < = Il時，軟起動輸出電壓為Ua = Uk0當t > Tk 時，軟起動輸出電壓為Ua如式Ua = (Ue-Ur) * (t_Tk) / (Tr-Tk) +Ur所示。Ua為軟起動輸出 電壓，Ue為額定電壓，Ur為初始電壓，Tr為軟起動時間，Tk為突跳時間，t為當前時間；突 跳轉(zhuǎn)矩軟起動模式主要應(yīng)用在靜態(tài)阻力比較大的負載電動機上，通過施加一個瞬時較大的 起動力矩以克服大的靜摩擦力。該模式下輸出電壓迅速達到設(shè)定的突跳電壓⑴k)，當達預(yù) 先設(shè)定的突跳時間(Tk)后降為起始電壓，再根據(jù)設(shè)定的起動時間平滑升高輸出電壓直到 額定電壓化，直至起動結(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器，包括電動機，其特征在于還包括單片機、 調(diào)壓器、電流檢測保護模塊、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，電動機與調(diào)壓器相連接，調(diào)壓器連接單片機的數(shù)據(jù)口，顯示器、鍵盤、電流檢測保護模塊 和缺相檢測模塊、旁路繼電器控制模塊連接單片機的數(shù)據(jù)口，通訊模塊連接單片機的通訊 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。
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器，其特征在于所述的電 流檢測保護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 連接電動機，并通過濾波電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊連接單片機。
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，電動機的三相電壓和中性點分別通過 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。
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器，其特征在于所述的單 片機串行片內(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器，包括電動機，其特征在于還包括單片機、調(diào)壓器、電流檢測保護模塊、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，電動機與調(diào)壓器相連接，調(diào)壓器連接單片機的數(shù)據(jù)口，顯示器、鍵盤、電流檢測保護模塊和缺相檢測模塊、旁路繼電器控制模塊連接單片機的數(shù)據(jù)口，通訊模塊連接單片機的通訊口，旁路繼電器控制模塊與調(diào)壓器相連接。該軟起動控制器具有具有按鍵設(shè)置靈活，液晶顯示直觀，起動方式多樣，限流保護和缺相保護等功能。調(diào)壓器采用三相反并聯(lián)晶閘管模塊控制精度高。單片機串行片內(nèi)EEPROM存儲靈活可靠，采用顯示器顯示直觀，RS485通訊靈活，使得整個控制器性價比更高。
文檔編號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