專利名稱：直流電機平滑軟啟動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種直流電機平滑軟啟動
直O(jiān)
背景技術(shù)：
直流電機啟動時最顯著的特點是啟動電流大，最大沖擊電流甚至可達到額定電流的15-20倍，將使直流系統(tǒng)受到巨大的電流沖擊，將使電機受到機械沖擊，損壞電機。為了避免直流電機啟動時巨大的電流沖擊，目前火力發(fā)電廠中應(yīng)用最廣泛的啟動方式是電樞回路串接電阻啟動，該啟動方式啟動時在直流電機電樞回路中串入啟動電阻， 當電機啟動時通過電阻降壓來限制電機的啟動電流。啟動電阻為一個三個電阻串接的可變電阻，在啟動過程中，開始啟動時，電樞回路接入電源，串入全部電阻，以盡量降低啟動電流，隨后以固定時間及時逐級短接三個電阻。在電機的電流或者轉(zhuǎn)速達到期望值時，通過直流接觸器將電阻旁路，電阻不再起任何作用，直流電機通過旁路電路正常工作。這種啟動方式的應(yīng)用在電力生產(chǎn)中非常普遍，其暴露出的缺陷及隱患也是非常多的，大致有如下幾項1、它不能徹底解決直流電機啟動過程中沖擊電流大的問題，啟動過程中直流電機的啟動電流依舊大于其額定電流數(shù)倍，仍有可能因啟動電流過大而引起電機加速損壞；2、控制原理落后，方式復(fù)雜，環(huán)節(jié)過多，故障率極高，維護工作量很大。這種啟動方式需由幾個大容量的直流接觸器和中間繼電器、時間繼電器組成，由于元件較多，故障率極高，柜體內(nèi)非常擁擠，檢修維護極不方便；3、啟動過程中，任何一級電阻不切換，即可導(dǎo)致直流電機不能正常運行，電阻發(fā)熱嚴重，電機過載；4、啟動過程中，啟動電流仍舊較大，使蓄電池受到電流沖擊，輸出電壓降低，如果有任何一級電阻不切換，則會惡化蓄電池的運行工況，對電氣二次回路的正常工作造成威脅，比如事故情況下有關(guān)開關(guān)拒跳，使事故擴大；5、在停泵過程中，直流電機的反電動勢，通過直流接觸器斷開時的弧光瞬時加入直流系統(tǒng)，導(dǎo)致直流系統(tǒng)電壓大幅波動，嚴重時電壓波動幅度大于100V，對電氣二次回路的正常工作造成極大威脅，如現(xiàn)場運行中的開關(guān)無故偷跳的現(xiàn)象，就是由此引起；6、為了應(yīng)對直流電機啟動時的超高電流，直流電源系統(tǒng)不得不加大容量，使設(shè)備投資加大。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種直流電機平滑軟啟動裝置，以至少解決上述技術(shù)問
題之一。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種直流電機平滑軟啟動裝置，包括由基于IGBTdnsulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)的主回路和基于單片機和液晶顯示的控制裝置；所述主回路包括直流斷路器、濾波單元、霍爾電流電壓檢測單元、IGBT驅(qū)動單元、 電機啟動單元和溫度檢測單元，所述控制裝置包括中央處理單元、顯示記錄單元和本地操作單元，所述直流斷路器將直流電源經(jīng)由所述濾波單元引入平滑軟啟動裝置；所述本地操作單元和所述中央處理單元相連，所述中央處理單元和所述IGBT驅(qū)動單元相連，所述IGBT驅(qū)動單元與所述電機啟動單元相連，所述中央處理單元接收所述本地操作單元發(fā)送的操作指令，所述霍爾電流電壓檢測單元對直流電機進行電樞電流、電樞電壓和勵磁電流實時采樣，并將檢測的運行參數(shù)送入所述中央處理單元，所述中央處理器將運行參數(shù)傳給所述顯示記錄單元進行顯示，所述溫度檢測單元通過其溫度傳感器取得 IGBT模塊的散熱器的溫度值并送入中央處理單元。優(yōu)選的，上述直流電機平滑軟啟動裝置中，直流電機的電樞回路上分別連接有霍爾電流檢測單元和霍爾電壓檢測單元；直流電機的勵磁回路上連接有霍爾電流檢測單元。優(yōu)選的，上述直流電機平滑軟啟動裝置中，還包括報警單元，當所述中央處理單元采集主回路中霍爾電流檢測單元和霍爾電壓檢測單元送來的直流電機的電樞電流、電樞電壓超過預(yù)設(shè)的報警定值時，控制所述報警單元報警。優(yōu)選的，上述直流電機平滑軟啟動裝置中，當所述中央處理單元采集主回路中勵磁檢測單元送來的勵磁回路電流，當勵磁回路電流低于預(yù)設(shè)的報警定值時，并通過IGBT驅(qū)動單元控制電機停機。優(yōu)選的，上述直流電機平滑軟啟動裝置中，當所述中央處理單元采集主回路中溫度檢測單元送來的監(jiān)測量超過預(yù)設(shè)的溫度定值時，控制所述報警單元報警。優(yōu)選的，上述直流電機平滑軟啟動裝置中，所述顯示記錄單元具體包括LCD液晶顯示器、LED發(fā)光二極管和數(shù)據(jù)存儲單元，所述LCD液晶顯示器顯示直流電機的各種運行參數(shù)和信息，所述LED發(fā)光二極管顯示直流電機的各種工作狀態(tài)，所述數(shù)據(jù)存儲單元存儲各種運行參數(shù)。優(yōu)選的，上述直流電機平滑軟啟動裝置中，還包括遠方操作單元和通訊單元，所述遠方操作單元與中央處理單元通過光電耦合隔離器和所述通訊單元雙向通信。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明當接收到啟動或停止命令時，IGBT驅(qū)動單元輸出PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制量驅(qū)動IGBT模塊，從而控制直流電機的電樞繞組電流的大小，實現(xiàn)直流電機的無觸點無級升電流啟動。完全可以解決傳統(tǒng)直流電機控制系統(tǒng)的弊病，能實現(xiàn)直流電機的平滑無級啟動，保證啟動和運行電流始終在電機的額定電流以下，對直流系統(tǒng)和直流電機無任何沖擊，并能在運行中更可靠地監(jiān)測電機的各種關(guān)鍵參數(shù)，可以按理想電機的控制模式來監(jiān)控電機的運行，大大提高了直流電機運行的可靠性和直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的直流電機平滑軟啟動裝置的原理框圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的IGBT驅(qū)動單元的原理框圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的顯示記錄單元的原理框圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的通訊單元的原理框圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的遠方操作單元的原理框圖。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種直流電機平滑軟啟動裝置，以降低直流電機的啟動電流沖擊。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的直流電機平滑軟啟動裝置的原理框圖。本發(fā)明提供的直流電機平滑軟啟動裝置，包括由基于IGBT的主回路和基于單片機和液晶顯示的控制裝置。其中，主回路包括直流斷路器、濾波單元、霍爾電流電壓檢測單元、IGBT驅(qū)動單元、電機啟動單元和溫度檢測單元。控制裝置包括中央處理單元、顯示記錄單元和本地操作單元，直流斷路器將直流電源經(jīng)由濾波單元引入本發(fā)明的平滑軟啟動裝置中。濾波單元的作用有兩點，一是使直流電源的波形平穩(wěn)，使電機工作時對直流系統(tǒng)的干擾盡量減小，二是使IGBT驅(qū)動單元工作時能得到快速補充的直流電能，從而抑制IGBT 模塊在大電流開關(guān)時產(chǎn)生的紋波干擾，也使IGBT模塊能工作在更可靠、安全的工作狀態(tài)。 然后，直流電源經(jīng)過電機啟動單元后送到直流電機的電樞繞組，達到隨意控制直流電機電樞繞組工作電流的目的。本地操作單元和中央處理單元相連，中央處理單元和IGBT驅(qū)動單元相連，IGBT驅(qū)動單元與電機啟動單元相連，中央處理單元接收本地操作單元發(fā)送的操作指令，所述霍爾電流電壓檢測單元對直流電機進行電樞電流、電樞電壓和勵磁電流實時采樣，并將檢測的運行參數(shù)(電樞電流、電樞電壓和勵磁電流)送入所述中央處理單元，所述中央處理器將運行參數(shù)傳給所述顯示記錄單元進行顯示，所述溫度檢測單元通過其溫度傳感器取得IGBT 模塊的散熱器的溫度值并送入中央處理單元?；魻栯娏麟妷簷z測單元具體包括霍爾電流檢測單元、霍爾電壓檢測單元和勵磁檢測單元(勵磁檢測單元也為霍爾電流檢測單元)，霍爾電流檢測單元和霍爾電壓檢測單元分別連接在直流電機的電樞回路上，勵磁檢測單元連接在直流電機的勵磁回路上?；魻栯娏鳈z測單元、霍爾電壓檢測單元和勵磁檢測單元分別用于檢測直流電機的電樞電流、電樞電壓和勵磁電流。勵磁檢測單元通過穿在電機勵磁回路中的霍爾電流傳感器取得勵磁繞組電流，送入中央處理單元進行運算、判斷，實時監(jiān)測電機的勵磁回路狀態(tài)。溫度檢測單元通過高精度溫度傳感器取得IGBT模塊散熱器的溫度值送入中央處理單元運算并與溫度定值比較，達到實時監(jiān)測IGBT模塊工作溫度的目的。
電機啟動單元由IGBT模塊通過脈寬調(diào)制來驅(qū)動，其中IGBT模塊工作所需要的驅(qū)動信號由IGBT驅(qū)動單元產(chǎn)生送來，IGBT驅(qū)動單元的控制信號由中央處理器產(chǎn)生。綜上所述，本發(fā)明能實現(xiàn)直流電機的平滑無級啟動，保證啟動和運行電流始終在電機的額定電流以下，對直流和直流電機無任何沖擊，充分保證了直流系統(tǒng)和直流電機的安全可靠。同時還降低了對直流電源容量的要求，可節(jié)省直流系統(tǒng)的投資。而傳統(tǒng)的設(shè)備只能實現(xiàn)一級或三級階梯啟動，啟動電流遠遠超過了電機的額定電流，對直流系統(tǒng)和直流電機沖擊巨大，嚴重影響直流系統(tǒng)和直流電機的安全。本發(fā)明還包括報警單元，首先在上位機的輸入平臺上分別設(shè)置直流電機的電樞電流、電樞電壓和勵磁電流所對應(yīng)的報警定值。當中央處理單元采集主回路中霍爾電流檢測單元和霍爾電壓檢測單元送來的直流電機的電樞電流、電樞電壓超過預(yù)設(shè)的報警定值時， 控制所述報警單元報警并根據(jù)當前運行狀態(tài)通過IGBT驅(qū)動單元對電機做出相應(yīng)的控制動作，如繼續(xù)運行或停機等。中央處理單元通過實時采集主回路中霍爾電流傳感器送來的勵磁回路電流來實時監(jiān)測勵磁回路的完好性，確保電機在勵磁回路故障的情況下由IGBT驅(qū)動單元控制電機停機，避免造成電機失磁飛車的故障。如當所述中央處理單元采集主回路中勵磁檢測單元送來的勵磁回路電流，當勵磁回路電流低于預(yù)設(shè)的勵磁電流定值時，則通過IGBT驅(qū)動單元控制電機停機。中央處理單元實時采集主回路中IGBT模塊的溫度傳感器監(jiān)測量并與溫度定值比較，超限后通過報警單元報警并將報警信號以開關(guān)量和數(shù)據(jù)通訊形式上傳至上位機。本發(fā)明全面監(jiān)控電機控制系統(tǒng)的各種關(guān)鍵參數(shù)，如電樞電壓、電樞電流、勵磁電流、系統(tǒng)溫度等。電樞電壓、電樞電流、勵磁電流通過主回路中的霍爾電流電壓傳感器來采集到相應(yīng)的參數(shù)量送入中央處理單元實時運算處理。系統(tǒng)溫度通過主回路中的高精度溫度傳感器采集到溫度值送入中央處理單元來實時運算處理。對電機的保護報警功能完備，確保電機工作在理想狀態(tài)，嚴防電機的非正常運行。如勵磁回路故障啟動保護、運行中電樞和勵磁回路故障電機保護、過流過壓報警，超溫報警等。請參閱圖2，圖2為本發(fā)明實施例提供的IGBT驅(qū)動單元的原理框圖。IGBT驅(qū)動單元由中央處理單元根據(jù)需要產(chǎn)生PWM波形，經(jīng)由光電耦合隔離和信號調(diào)理放大，得到適合IGBT模塊需要的驅(qū)動脈沖，來控制IGBT模塊的工作，從而達到調(diào)整直流電機工作電流的目的。本發(fā)明當接收到啟動或停止命令時，IGBT驅(qū)動單元輸出PWM控制量驅(qū)動IGBT模塊，從而控制直流電機的電樞繞組電流的大小，實現(xiàn)直流電機的無觸點無級升電流啟動。完全可以解決傳統(tǒng)直流電機控制系統(tǒng)的弊病，能實現(xiàn)直流電機的平滑無級啟動，保證啟動和運行電流始終在電機的額定電流以下，對直流系統(tǒng)和直流電機無任何沖擊，并能在運行中更可靠地監(jiān)測電機的各種關(guān)鍵參數(shù)，可以按理想電機的控制模式來監(jiān)控電機的運行，大大提高了直流電機運行的可靠性和直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。請參閱圖3，圖3為本發(fā)明實施例提供的顯示記錄單元的原理框圖。顯示記錄單元具體包括IXD液晶顯示器、LED發(fā)光二極管和數(shù)據(jù)存儲單元。由中央處理單元采集和運算到的各種信息(運行參數(shù)，如電樞電流、電樞電壓和勵磁電流)經(jīng)由數(shù)據(jù)線輸送到IXD液晶顯示器顯示各種參數(shù)和信息，并控制LED發(fā)光二極管顯示各種工作狀態(tài)(如停止和運行等工作狀態(tài))，同時送數(shù)據(jù)存儲單元存儲各種參數(shù)和記錄，保證掉電不丟失。請參閱圖4，圖4為本發(fā)明實施例提供的通訊單元的原理框圖。通訊單元由中央處理單元經(jīng)由光電耦合隔離和通訊芯片與上位機產(chǎn)生通訊聯(lián)系。請參閱圖5，圖5為本發(fā)明實施例提供的遠方操作單元的原理框圖。遠方操作單元通過光電耦合隔離器和中央處理單元通信，將操作命令送至中央處理單元。遠方操作單元接收由上位機來的各種控制命令，經(jīng)由光電耦合隔離傳送到中央處理單元，從而根據(jù)遠方命令做出相應(yīng)動作。本發(fā)明可以實現(xiàn)復(fù)雜的設(shè)備控制、參數(shù)設(shè)定、故障存儲、即時通訊等功能，比如電機的啟動時間設(shè)定、電機的啟動初始電流設(shè)定、電機的各種參數(shù)報警定值設(shè)定等，而傳統(tǒng)裝置只能實現(xiàn)單一的啟動功能。綜上所述，本發(fā)明裝置完全可以解決傳統(tǒng)直流電機控制系統(tǒng)的弊病，并能在運行中更可靠地監(jiān)測電機的各種關(guān)鍵參數(shù)，可以按理想電機的控制模式來監(jiān)控電機的運行，大大提高了直流電機運行的可靠性和直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種直流電機平滑軟啟動裝置，其特征在于，包括由基于IGBT的主回路和基于單片機和液晶顯示的控制裝置；所述主回路包括直流斷路器、濾波單元、霍爾電流電壓檢測單元、IGBT驅(qū)動單元、電機啟動單元和溫度檢測單元，所述控制裝置包括中央處理單元、顯示記錄單元和本地操作單元，所述直流斷路器將直流電源經(jīng)由所述濾波單元弓I入平滑軟啟動裝置；所述本地操作單元和所述中央處理單元相連，所述中央處理單元和所述IGBT驅(qū)動單元相連，所述IGBT驅(qū)動單元與所述電機啟動單元相連，所述中央處理單元接收所述本地操作單元發(fā)送的操作指令，所述霍爾電流電壓檢測單元對直流電機進行電樞電流、電樞電壓和勵磁電流實時采樣，并將檢測的運行參數(shù)送入所述中央處理單元，所述中央處理器將運行參數(shù)傳給所述顯示記錄單元進行顯示，所述溫度檢測單元通過其溫度傳感器取得IGBT 模塊的散熱器的溫度值并送入中央處理單元。
2.如權(quán)利要求1所述的直流電機平滑軟啟動裝置，其特征在于，直流電機的電樞回路上分別連接有霍爾電流檢測單元和霍爾電壓檢測單元；直流電機的勵磁回路上連接有霍爾電流檢測單元。
3.如權(quán)利要求1所述的直流電機平滑軟啟動裝置，其特征在于，還包括報警單元，當所述中央處理單元采集主回路中霍爾電流檢測單元和霍爾電壓檢測單元送來的直流電機的電樞電流、電樞電壓超過預(yù)設(shè)的報警定值時，控制所述報警單元報警。
4.如權(quán)利要求2所述的直流電機平滑軟啟動裝置，其特征在于，當所述中央處理單元采集主回路中勵磁檢測單元送來的勵磁回路電流，當勵磁回路電流低于預(yù)設(shè)的勵磁電流定值時，并通過IGBT驅(qū)動單元控制電機停機。
5.如權(quán)利要求2所述的直流電機平滑軟啟動裝置，其特征在于，當所述中央處理單元采集主回路中溫度檢測單元送來的監(jiān)測量超過預(yù)設(shè)的溫度定值時，控制所述報警單元報m 目。
6.如權(quán)利要求1所述的直流電機平滑軟啟動裝置，其特征在于，所述顯示記錄單元具體包括LCD液晶顯示器、LED發(fā)光二極管和數(shù)據(jù)存儲單元，所述LCD液晶顯示器顯示直流電機的各種運行參數(shù)和信息，所述LED發(fā)光二極管顯示直流電機的各種工作狀態(tài)，所述數(shù)據(jù)存儲單元存儲各種運行參數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的直流電機平滑軟啟動裝置，其特征在于，還包括遠方操作單元和通訊單元，所述遠方操作單元通過光電耦合隔離器和中央處理單元通信，將操作命令送至中央處理單元，所述通訊單元通過光電耦合隔離器與中央處理單元雙向通信。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流電機平滑軟啟動裝置，包括由基于IGBT的主回路和基于單片機和液晶顯示的控制裝置；霍爾電流電壓檢測單元對直流電機進行電樞電流、電樞電壓和勵磁電流實時采樣，并將檢測的運行參數(shù)送入中央處理單元，中央處理器將運行參數(shù)傳給顯示記錄單元進行顯示，溫度檢測單元取得IGBT模塊的溫度值并送入中央處理單元。本發(fā)明通過IGBT驅(qū)動單元輸出PWM控制量驅(qū)動IGBT模塊，從而控制直流電機的電樞繞組電流的大小，實現(xiàn)直流電機的無觸點無級升電流啟動。完全可以解決傳統(tǒng)直流電機控制系統(tǒng)的弊病，能實現(xiàn)直流電機的平滑無級啟動，保證啟動和運行電流始終在電機的額定電流以下，對直流系統(tǒng)和直流電機無任何沖擊。
文檔編號H02H7/08GK102315806SQ20101022067
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者李鵬, 羅軍海, 耿利軍 申請人:保定卓爾電氣有限公司