專利名稱：交流電機可逆軟起動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種交流電機可逆軟起動控制裝置，該裝置通過微處理計算機及晶閘管控制電機的正反向軟起動、制動、限流及起動時間等，并具有過載、短路、缺相等保護功能。屬于機電產(chǎn)品制造及應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知交流電動機，尤其是籠型電動機，直接投入電網(wǎng)，其起動電流高達電動機額定電流的6-7倍，它不僅對電網(wǎng)有較大的沖擊，并能造成與電網(wǎng)連接的其它設(shè)備不能正常運行，而且對電動機本身和電動機拖動的機械設(shè)備造成較大的沖擊，極大地影響其使用壽命。過高的起動電流，使一定容量的配電系統(tǒng)的實際可驅(qū)動的設(shè)備總?cè)萘看鬄闇p少，不能做到有效地發(fā)揮配電系統(tǒng)的潛在能力。特別提出的是電動機在可逆頻繁運行的情況下，如鋼鐵企業(yè)的輥道、推鋼機、拉鋼機、升降臺及天吊等。不但造成上述影響，而由于電動機的正反向頻繁起動，造成大電流的沖擊，使電機過熱直至燒毀，不僅給工人增加了勞動強度，還給生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。所以解決電動機由于頻繁換向過熱燒毀的問題是擺在我們面前急需解決的問題。
傳統(tǒng)的控制電動機正反向多采用老式繼電器、接觸器換向的控制方式。但由于有觸點，噪音大，頻繁換向常燒觸點，給維護工作帶來了一定的困難，影響生產(chǎn)，因此，近幾年應(yīng)用的很少。
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年又采用了晶閘管無觸點開關(guān)做為控制電機正反向的元件，但這種控制方式，只解決了無觸點和無噪音問題，由于電動機還是在直接起動，起動電流均在6-7倍，頻繁的換向，使電機過熱、燒毀電機的問題沒有從根本上得到解決，由于該裝置元件的容量大，體積大，費用高，因此它的應(yīng)用也受到了一定程度的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能夠提高電動機的使用壽命、減少起動電流對電動機的沖擊、使電動機處于最佳起動狀態(tài)的交流電機可逆軟起動控制裝置。
本實用新型采用下述技術(shù)方案交流電機可逆軟起動控制裝置，采用最新的軟起動控制技術(shù)，是將微處理計算機和電力電子技術(shù)相結(jié)合的新型電機軟起動裝置。該裝置主要由主電路與智能控制兩個部分構(gòu)成。主電路由五組反并聯(lián)晶閘管組成，其中KP1、KP2反并聯(lián)；KP3、KP4反并聯(lián)；KP5、KP6反并聯(lián)后，一端與輸入電源R、S、T相連，另一端與電動機M相連，電機正轉(zhuǎn)。KP1、KP2反并聯(lián)；KP3*、KP4*反并聯(lián)；KP5*、KP6*反并聯(lián)后一端與輸入電源R、S、T相連，另一端與電動機M相連，電機反轉(zhuǎn)。通過換向，可實現(xiàn)電動機的可逆頻繁運轉(zhuǎn)。智能控制部分由計算機控制電路、輸入邏輯電路、驅(qū)動電路、顯示電路等幾部分組成。
本實用新型的特點在于由于采用了先進的微處理計算機和電力電子技術(shù)，可逆軟起動控制裝置的各種參數(shù)可任意調(diào)整，來實現(xiàn)不同場合的需要，具有正反向軟起動、制動、限流、起動時間及起動電壓任意可調(diào)的優(yōu)點。該裝置還具有完善的計算機檢測功能，對于相序、晶閘管的參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)及各種故障進行檢測。并具有過載、短路、缺相等保護功能，從而保證了整個裝置的正常運行。另外，根據(jù)現(xiàn)場的工藝要求和特點可方便地實現(xiàn)各種控制要求來滿足生產(chǎn)需要。使得電動機頻繁正反向運行及受大電流沖擊燒毀電機的情況得到了改善。由于該裝置的起動電流只是電動機額定電流的3-4倍，從而保護了電機及電機拖動的機械設(shè)備，使齒輪及軸連接器起動平滑，提高了設(shè)備的使用壽命，減少了維護，提高了生產(chǎn)效率，特別是在新設(shè)計配電系統(tǒng)時，降低了系統(tǒng)的總?cè)萘?，減少了基礎(chǔ)投資費用，解決了現(xiàn)有技術(shù)直接起動燒毀電機的技術(shù)難題。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-4是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
參照圖1，交流電機可逆軟起動控制裝置，主要由主電路與智能控制兩個部分構(gòu)成。主電路由五組反并聯(lián)晶閘管組成，其中KP1、KP2反并聯(lián)；KP3、KP4反并聯(lián)；KP5、KP6反并聯(lián)后，一端與輸入電源R、S、T相連，另一端與電動機M相連，電機正轉(zhuǎn)。KP1、KP2反并聯(lián)；KP3*、KP4*反并聯(lián)；KP5*、KP6*反并聯(lián)后一端與輸入電源R、S、T相連，另一端與電動機M相連，電機反轉(zhuǎn)。通過換向，可實現(xiàn)電動機的可逆頻繁運轉(zhuǎn)。KP1、KP2晶閘管和KP3-KP6、KP3*-KP6*部分晶閘管導(dǎo)通時形成整流電路，將使電機進入直流制動。智能控制部分由計算機控制電路、輸入邏輯電路、驅(qū)動電路、顯示電路等幾部分組成。(a)計算機控制電路由參數(shù)“設(shè)定”、“電壓檢測”、“電流檢測”和“微處理計算機”部分組成。(b)輸入邏輯電路由“控制輸入”和“輸入邏輯電路”兩部分組成，該部分是本實用新型的核心部分。(c)驅(qū)動及顯示電路，包括晶閘管“驅(qū)動電路”、“顯示”和“控制輸出”幾部分。(d)參數(shù)“設(shè)定”決定了軟起動的時間、斜率、電壓突跳和起始電壓的人工裝訂數(shù)值。(e)電壓、電流檢測直接取自主電路，它反映了電路電壓、相序和觸發(fā)后電流導(dǎo)通狀態(tài)，經(jīng)光電隔離后送計算機。(f)計算機處理后產(chǎn)生的各相正反晶閘管觸發(fā)脈沖經(jīng)光電隔離驅(qū)動電路后觸發(fā)各晶閘管，實現(xiàn)正反向軟起動。(g)輸入邏輯電路將正向起、停；反向起、停；制動和系統(tǒng)等輸入信號按嚴(yán)格的邏輯要求，產(chǎn)生正反向的控制信號，引導(dǎo)計算機發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號以不同的流向控制主回路中晶閘管，實現(xiàn)正反向軟起動。它克服了不同輸入信號在邏輯上、運行相序上的矛盾和相互沖突，避免了相間短路，控制顛復(fù)等毀滅性故障，保證系統(tǒng)的正常工作。在正反向起動交替時，加入制動信號，實現(xiàn)快速反向，這對某些大慣性負(fù)載的頻繁正反控制是十分有利的。電機一個方向的軟起動在國內(nèi)有不少產(chǎn)品，實現(xiàn)雙向軟起動常用軟起動加正反接觸器倒向的辦法也有見于報導(dǎo)，但整體實現(xiàn)雙向軟起動，尤其是在頻繁正反起動中不但加上軟起動功能，而且自動加入變向制動功能是現(xiàn)有技術(shù)中沒有的。(h)驅(qū)動及顯示電路，除晶閘管驅(qū)動外，LED顯示及繼電器輸出能適應(yīng)系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)和各種故障狀態(tài)。
參照圖2-4，交流電機可逆軟起動控制裝置的智能控制部分，主要由輸入邏輯電路、計算機控制電路和驅(qū)動、顯示電路部分組成。
計算機控制電路(1)計算機控制電路由軟起動參數(shù)輸入部分、主電路運行狀態(tài)檢測部分和微處理器部分組成。微處理器采用51系列單片機，CPU(見圖2)代號為A1。(2)參數(shù)輸入部分主要由SW1、SW2撥碼開關(guān)電路(見圖2)組成。SW1、SW2開關(guān)的ON、OFF狀態(tài)產(chǎn)生“1”和“0”電平信號，占據(jù)CPU的17個輸入腳。撥碼開關(guān)狀態(tài)決定了軟起動的時間、斜率、電壓突跳、和起始電壓的人工裝訂數(shù)值。(3)主電路運行參數(shù)檢測電路(見圖3)，它由OPT1-OPT5(TLP620-1)光耦檢測及T1-T5(C2482)信號放大電路組成，信號直接取自晶閘管反并聯(lián)電路的A、K兩極，晶閘管上的電壓狀態(tài)反映了電路電壓、相序及觸發(fā)后導(dǎo)通狀態(tài)，可適時反饋到計算機CPU的7、26、27腳上。(4)計算機經(jīng)軟件處理后產(chǎn)生相應(yīng)的各相正反相晶閘管觸發(fā)脈沖，經(jīng)CPU的10、11、12腳輸出，邏輯為低電平有效，平時輸出為高電平狀態(tài)。(5)計算機的運行狀態(tài)、軟起動完成狀態(tài)、正反工作狀態(tài)故障報警狀態(tài)分別由CPU的24、25、35、36腳輸出，0電平有效。
輸入邏輯電路(1)輸入邏輯電路由圖2中OPT6-OPT9(TLP521-1)光電隔離輸入部分和圖2、圖3中A8-A17(A8CD4049、A9CD4071、A10CD4071、A11CD4023、A12CD4528、A13CD4013、A14CD4013、A15CD4081、A16CD4081A17CD4071)集成電路組成，該部分是本專利保護的核心部分。(2)因為輸入信號含正向起、停，反向起、停及故障下計算機清零等多個信號，而信號又是隨機的，在邏輯上，運行相序上不免有矛盾和相互沖突的地方。這些沖突在控制晶閘管導(dǎo)通、關(guān)閉的工作時，如不整理限制，將產(chǎn)生相間短路，控制顛覆等毀滅性的故障，使系統(tǒng)無法工作。輸入邏輯電路能很好地克服這些矛盾和沖突，產(chǎn)生合理的控制信號。(3)輸入邏輯電路工作原理如下(a)正向起、停信號由J2-1和J2-2閉合、斷開產(chǎn)生，經(jīng)OPT6隔離后在4腳得到。邏輯上“0”為起動，“1”為斷開。同理反向起、停信號由J2-7和J2-8產(chǎn)生，在OPT9的4腳上得到。計算機清零信號由J2-5和J2-6產(chǎn)生，在OPT8的4腳上輸入，信號邏輯均與正向邏輯相同。(b)A11的作用是保證如正向起動信號到來時，若無反向起動信號，則在A11的10腳上產(chǎn)生低電平信號。該信號有兩個作用，一路送A12的5腳，在低電平前沿，即下降沿的作用下，由A12單穩(wěn)產(chǎn)生一個和前沿對應(yīng)(即起動開始)的正脈沖信號，由其6腳送至A14的6腳，置位A14 R-S觸發(fā)器，使A14的1腳為“1”2腳為“0”。相似的分析，有反向輸入信號，無正向起動信號時，將使A14的2腳為“1”，1腳為“0”。A11的10腳低電平信號的第二個作用是當(dāng)有正向起動信號而無反向起動信號時，經(jīng)A9的1、2腳和A8將置位A13 R-S觸發(fā)器，使A13的2腳輸出低電平，經(jīng)A11、A8輸入到A10的13腳上，從而使A10的11腳輸出為“0”，作為起動信號送計算機CPU的33腳，啟動軟起動工作。(c)在A14的1、2腳上產(chǎn)生的正向和反向兩選一唯一工作狀態(tài)的控制下，狀態(tài)穩(wěn)定之后，計算機CPU的33腳得到穩(wěn)定的起動信號，觸發(fā)脈沖經(jīng)CPU的10、11、12腳發(fā)出，正反控制時觸發(fā)脈沖的走向由A15、A16、A17邏輯電路控制。比如A14的1腳為“1”，2腳為“0”則經(jīng)A15的1腳和5腳將A1-11、A1-12來的觸發(fā)信號送PT2、PT3(KCB-04B1)脈沖變壓器；由A15的8腳和12腳將上述觸發(fā)信號封鎖，不讓送至PT4、PT5(KCB-04B1)脈沖變壓器，電機將正轉(zhuǎn)，反之A14的2腳為“1”，1腳為“0”電機將反轉(zhuǎn)。(d)在正向或反向起動信號保持期間，如輸入邏輯電路中J2-3和J2-4信號短接，該輸入經(jīng)OPT7的4腳進入計算機CPU的32腳后，計算機進行軟停止工作。此時計算機經(jīng)CPU37腳送出軟停止指示信號，邏輯為“0”電平作用。該信號經(jīng)A2(CD4049)反相后進入A17的9腳和12腳，使A15的1、5腳和8、12腳信號均為“1”，CPU的11腳和12腳送出的B、C相觸發(fā)信號將同時送脈沖變壓器PT2、PT3、PT4、PT5。從邏輯上講這是十分危險的，它將產(chǎn)生B、C相間電源短路。為此，計算機先經(jīng)CPU35腳送出低電平信號讓繼電器J50、J51(MR62-12S)工作(見圖2)。斷開PT2、PT3、PT4、PT5的各一半觸發(fā)信號，讓晶閘管進入整流制動狀態(tài)，進行短暫剎車制動后再投入相反方向工作。這對某些大慣性負(fù)載的頻繁正反控制是十分有利的。(e)經(jīng)J2-5和J2-6輸入的計算機清零信號在OPT8上4腳得到后經(jīng)A8、A10變換，由A10的10腳送CPU的9腳，高電平清零。同時在正反向起動信號到來的前沿，如上(b)項所述，在A12的6腳(或10腳)將送出單穩(wěn)產(chǎn)生的短暫正脈沖，該信號經(jīng)A10的5腳(或6腳)，輸出A10的4腳送A10的9腳，同樣產(chǎn)生CPU清零信號，即每次正常起動前均清零計算機，大大增加了計算的抗干擾能力和穩(wěn)定工作性能。(f)在無正向起動信號時A9的13腳輸入，11腳輸出高電位將清零A13的4腳，讓A13的2腳為“1”；同理，無反向起動信號時將使A13的12腳為“1”；清零輸入時經(jīng)A9的5腳和12腳將同時使A13的2腳和12腳為“1”，使CPU的33腳輸入起動信號無效，這也是系統(tǒng)的初始狀態(tài)。同理上電清零電路C27亦保證系統(tǒng)為初始狀態(tài)，這些在硬件上保證了本系統(tǒng)上電、工作后停機、系統(tǒng)清零時均做好了再次起動工作的準(zhǔn)備工作。
驅(qū)動及顯示電路(1)PT1-PT5(KCB-04B1)脈沖變壓器驅(qū)動電路由T11、T12-T51、T52(C2482、BU406)放大電路組成。(2)RL2(RL1-RL4繼電器型號MIH-SH-112L)運行繼電器由CPU的25腳發(fā)出，A2·F和A3驅(qū)動；RL1軟起動完成繼電器由CPU的24腳發(fā)出，A2·E和A3驅(qū)動并顯示；RL4故障繼電器由CPU的38腳發(fā)出，A7和A3驅(qū)動并顯示，該繼電器上電即吸合，系統(tǒng)正常時斷開，有故障時再吸合。這樣安排是故障時將自動吸合報警，包含了計算機無法工作的故障內(nèi)容。RL3動作含有輸入A、B間斷開、J2-9和J2-10之間電阻變大兩故障形式，用來檢測散熱器和電機過熱兩種故障。A、B間斷開時OPT10(TLP521-1)的4腳高電平，經(jīng)D7(IN4007)和A3驅(qū)動RL3繼電器動作并顯示指示燈L8；J2-9和J2-10變大電阻時A4(LM324)的14腳變高電位，經(jīng)A7(CD4050)、D8(IN4007)和A7(CD4050)、A3(MC1413)驅(qū)動RL3繼電器動作并顯示指示燈L7。J50、J51繼電器由CPU35腳輸出，T61、T62(C2482、BU406)驅(qū)動。(3)L1、L1*(LED)電源顯示由+5V、+12V電源驅(qū)動，L2、L3(LED)顯示由CPU39腳、37腳直接驅(qū)動，L4、L6、L7、L8(LED)顯示隨繼電器RL4、RL1、RL3同時動作。L5(LED)為限流指示燈，當(dāng)從J1-E、J1-F、J1-G輸入的電流值超過由W選定的限流值范圍(分十檔)時，A4(LM324)的1腳輸出低電平信號，(平時正常時為高電平信號)該信號一方面輸入到CPU23腳，程序處理修改導(dǎo)通角，延長軟起動時間，另一方面經(jīng)A5(CD4049)驅(qū)動顯示L5。A4的8腳檢測出輸入電流超過最大允許值(6倍額定電流)時，經(jīng)CPU4腳輸入該信號，立即切斷工作程序并報警。
權(quán)利要求1.交流電機可逆軟起動控制裝置，包括電動機M，其特征在于它主要由主電路與智能控制兩個部分構(gòu)成，主電路由五組反并聯(lián)晶閘管組成，其中KP1、KP2反并聯(lián)；KP3、KP4反并聯(lián)；KP5、KP6反并聯(lián)后，一端與輸入電源R、S、T相連，另一端與電動機M相連，電機正轉(zhuǎn)，KP1、KP2反并聯(lián)；KP3*、KP4*反并聯(lián)；KP5*、KP6*反并聯(lián)后一端與輸入電源R、S、T相連，另一端與電動機M相連，電機反轉(zhuǎn)，智能控制部分由計算機控制電路、輸入邏輯電路、驅(qū)動電路、顯示電路組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電機可逆軟起動控制裝置，其特征在于(a)計算機控制電路由參數(shù)“設(shè)定”、“電壓檢測”、“電流檢測”和“微處理計算機”部分組成；(b)輸入邏輯電路由“控制輸入”和“輸入邏輯電路”兩部分組成；(c)驅(qū)動及顯示電路，包括晶閘管“驅(qū)動電路”、“顯示”和“控制輸出”部分；(d)參數(shù)“設(shè)定”決定了軟起動的時間、斜率、電壓突跳和起始電壓的人工裝訂數(shù)值；(e)電壓、電流檢測直接取自主電路，它反映了電路電壓、相序和觸發(fā)后電流導(dǎo)通狀態(tài)，經(jīng)光電隔離后送計算機；(f)計算機處理后產(chǎn)生的各相正反晶閘管觸發(fā)脈沖經(jīng)光電隔離驅(qū)動電路后觸發(fā)各晶閘管，實現(xiàn)正反向軟起動；(g)輸入邏輯電路將正向起、停；反向起、停；制動和系統(tǒng)等輸入信號按嚴(yán)格的邏輯要求，產(chǎn)生正反向的控制信號，引導(dǎo)計算機發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號以不同的流向控制主回路中晶閘管，實現(xiàn)正反向軟起動；(h)驅(qū)動及顯示電路，除晶閘管驅(qū)動外，LED顯示及繼電器輸出能適應(yīng)系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)和各種故障狀態(tài)。
專利摘要交流電機可逆軟起動控制裝置，它由主電路與智能控制兩個部分構(gòu)成。主電路由五組反并聯(lián)晶閘管組成，其中KP1、KP2反并聯(lián)；KP3、KP4反并聯(lián)；KP5、KP6反并聯(lián)后，一端與輸入電源R、S、T相連，另一端與電動機M相連，電機正轉(zhuǎn)。KP1、KP2反并聯(lián)；KP3*、KP4*反并聯(lián)；KP5*、KP6*反并聯(lián)后一端與輸入電源R、S、T相連，另一端與電動機M相連，電機反轉(zhuǎn)。通過換向，可實現(xiàn)電動機的可逆頻繁運轉(zhuǎn)。智能控制部分由計算機控制電路、輸入邏輯電路、驅(qū)動電路、顯示電路等部分組成。通過微處理計算機及晶閘管控制電機的正反向軟起動、制動、限流及起動時間等，并具有過載、短路、缺相等保護功能，屬于機電產(chǎn)品制造及應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號H02H7/085GK2759052SQ200420113688
公開日2006年2月15日 申請日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者黃升覺, 王增堯 申請人:沈陽新鵬達電氣自動化有限公司