專利名稱：異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)啟動技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種能夠?qū)Ξ惒狡饎佑来磐诫姍C(jī)起動時電流進(jìn)行控制，能夠自動降低起動電流的軟起動電路裝置。
背景技術(shù)：
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，三相感應(yīng)電動機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。三相感應(yīng)電動機(jī)的主要特點是①結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、運行可靠；②轉(zhuǎn)速與電源頻率之間沒有嚴(yán)格的固定關(guān)系，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化，但變化范圍不大；③從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，功率因數(shù)總是滯后的；④效率和功率因數(shù)隨負(fù)載變化大，輕載時，效率和功率因數(shù)低，經(jīng)濟(jì)運行范圍不寬。在1960年到1975年期間，世界上主要國家在設(shè)計電動機(jī)時，優(yōu)先考慮降低成本， 在滿足性能要求的前提下，使有效材料用量最少，效率保持在能滿足電動機(jī)溫升要求的水平上。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了兩次世界性能源危機(jī)，使發(fā)達(dá)國家認(rèn)識到節(jié)約能源的重要性。 美國在20世紀(jì)80年代制定了高效電機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)，能夠達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)即為高效電機(jī)，用戶購買這種高效電機(jī)時可得到補(bǔ)貼，補(bǔ)貼數(shù)額為每馬力10到20美元，正好是高效電機(jī)與普通電機(jī)的差價。這一政策促進(jìn)了高效電機(jī)的生產(chǎn)和推廣，到1990年，在美國銷售的中小型電機(jī)中，已有20%到30%達(dá)到了該能效標(biāo)準(zhǔn)的要求。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，環(huán)境問題又成為困擾世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的問題，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展依賴于大量的能源消耗，所帶來的環(huán)境污染降低了人們的生活品質(zhì)，繼續(xù)以加大能源消耗為代價發(fā)展經(jīng)濟(jì)是不可取的，但簡單地限制能源的用量也不現(xiàn)實。解決這一問題的主要途徑是提高能源利用率。美國國會于 1992年10月24日通過的《能源政策法案》(即EPACT)規(guī)定1997年10月24日后只允許生產(chǎn)高效電動機(jī)，2002年10月10日后生產(chǎn)更高效的電動機(jī)，2007年10月后生產(chǎn)技術(shù)上達(dá)到極限、經(jīng)濟(jì)上可行的最高效率電動機(jī)。歐洲的CEMEP-EU協(xié)議、加拿大的能源法EEACT、墨西哥的NOM-016-ENER-2003標(biāo)準(zhǔn)、澳大利亞的MEPS計劃等，都對電動機(jī)的效率水平進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。我國在這方面起步較晚，制定的相當(dāng)于美國超高效率水平的電動機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)在 “十一五”期間才逐步實施。盡管高效電機(jī)的制造成本增加，價格有較大幅度提高，但對于長期運行的場合，高效電機(jī)能為用戶節(jié)約更多的電費，且電機(jī)發(fā)熱少、壽命長，使電機(jī)在壽命周期內(nèi)的總成本下降。為此，發(fā)達(dá)國家的電機(jī)生產(chǎn)廠商紛紛推出自己的高效電機(jī)。異步起動永磁同步電動機(jī)就是一種高效電機(jī)，異步起動永磁同步電動機(jī)就是在鼠籠式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)放置永磁體，依靠籠型轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)起動，正常運轉(zhuǎn)時，由轉(zhuǎn)子永磁磁極與定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速， 此時轉(zhuǎn)子籠型繞組不再起作用。與鼠籠式電動機(jī)相比，異步起動永磁同步電動機(jī)的突出優(yōu)點是高效率、高功率因數(shù)和寬的經(jīng)濟(jì)運行范圍，且永磁同步電動機(jī)的效率隨負(fù)載變化較小， 極具競爭力和應(yīng)用前景。目前在鼠籠式異步電動機(jī)軟起動方面國內(nèi)外研究技術(shù)比較成熟， 決大多數(shù)采用三組反并聯(lián)可控硅，利用微處理器結(jié)合電流互感器、觸發(fā)電路、同步信號采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路等控制電路實現(xiàn)電機(jī)軟起動，并在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，從70年代開始，利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)研制的軟起動器開始得到應(yīng)用，后來美國宇航局的工程師諾瓦又把功率因數(shù)控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)去，并采用微電腦代替原來的模擬控制電路，逐漸發(fā)展成為現(xiàn)在的智能化電動機(jī)節(jié)能控制器。目前，世界上生產(chǎn)軟起動器的公司有許多家， 例如90年代初期,美國Allen-Bradley公司推出的一系列智能控制器(SMC-Smart Motor Controller) ；GE公司生產(chǎn)的軟起動器的最大功率為850KW，額定電壓為500V，額定電流為
I.18KA，最大起動電流為5. 9KA ;歐洲，德國的金鐘默勒公司的Softpact系列起動器銷售的較好；意大利SIEI公司生產(chǎn)的軟起動器的額定電壓達(dá)到690V，額定電流達(dá)到I. 6KA。 雖然異步起動永磁同步電動機(jī)具有較高的功率因數(shù)和效率，又具有異步起動的能力，但在起動過程中會受到諸如異步轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)制動轉(zhuǎn)矩、磁阻負(fù)序轉(zhuǎn)矩等多個轉(zhuǎn)矩的合成作用， 使得該種電動機(jī)的起動過程同感應(yīng)電機(jī)相比更為復(fù)雜，由于異步起動永磁同步電動機(jī)具有異步起動能力，但也存在諸如異步電動機(jī)起動電流大等問題,會對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備造成較大沖擊，因此，在很多應(yīng)用場合限制了該種電機(jī)的應(yīng)用，為了降低起動電流，提高永磁同步電機(jī)的應(yīng)用范圍，本發(fā)明旨在設(shè)計一種價格低廉且適用于異步起動永磁同步電動機(jī)的新型軟起動控制器。對于大功率異步起動永磁同步電動機(jī)的起動目前主要采用變頻調(diào)速方法， 控制電機(jī)起動轉(zhuǎn)速，從而降低起動電流，減小電機(jī)起動時對電網(wǎng)和電氣設(shè)備的沖擊。對于中小型異步起動永磁同步電動機(jī)采用變頻調(diào)速雖然可以實現(xiàn)電機(jī)軟起動，但是目前變頻器的價格昂貴。而鼠籠式異步電動機(jī)可采用可控硅降壓法實現(xiàn)軟起動成本較低，這樣異步起動永磁同步電動機(jī)采用變頻器起動與鼠籠式異步電動機(jī)采用晶閘管調(diào)壓實現(xiàn)軟起動相比在市場競爭方面沒有明顯優(yōu)勢。但是采用晶閘管調(diào)壓原理，利用電流實時跟蹤技術(shù)，起動時降低電機(jī)工作電壓，由于電機(jī)工作電壓的降低，電機(jī)電流也隨之降低，而當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，異步起動永磁同步電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩由于受合成轉(zhuǎn)矩的影響，電機(jī)輸出扭矩將下降，這時若電機(jī)仍工作在降壓狀態(tài)，會導(dǎo)致由于電機(jī)輸出扭矩小于負(fù)載扭矩而使電機(jī)無法繼續(xù)拖動負(fù)載，使電機(jī)停機(jī)，所以，傳統(tǒng)的三相鼠籠式異步電動機(jī)的軟起動器不能實現(xiàn)異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動，所以，為了加快高效節(jié)能型永磁同步電機(jī)的推廣應(yīng)用，必須首先解決利用電流跟蹤技術(shù)和晶閘管調(diào)壓方法實現(xiàn)的異步起動永磁同步電動機(jī)的軟起動問題，這也是最新發(fā)展趨勢。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中異步起動永磁同步電機(jī)直接起動時,起動電流大,造成對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備沖擊大的問題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崟r跟蹤電機(jī)負(fù)載電流，當(dāng)異步起動永磁同步電機(jī)工作在降壓起動過程中，若檢測到負(fù)載電流有明顯下降趨勢時，將電機(jī)工作電壓迅速提高，以增加電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器。為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于包括起動和停機(jī)控制電路、微處理器電路、晶閘管驅(qū)動電路、晶閘管組、電流傳感器、電源轉(zhuǎn)換電路、軟起動和直接啟動控制電路、開關(guān)電路、三相電源電路和電壓轉(zhuǎn)換電路；起動和停機(jī)控制電路的輸出端與微處理器電路的I/o 口連接；晶閘管驅(qū)動電路的輸入端與微處理器電路的I/O 口連接，晶閘管驅(qū)動電路的輸出端與晶閘管組的驅(qū)動輸入端連接；電流傳感器的一次線圈串聯(lián)在晶閘管組與電機(jī)電源連接線上，電流傳感器的二次線圈的輸出端通過電壓轉(zhuǎn)換電路與微處理器電路的A/D 端連接；三相電源電路的輸出端通過電源轉(zhuǎn)換電路與微處理器電路的電源端連接；軟起動和直接啟動控制電路的輸出端與開關(guān)電路的控制輸入端連接；開關(guān)電路的輸出端與晶閘管組的驅(qū)動輸入端連接；三相電源電路的輸入端與電網(wǎng)供電系統(tǒng)連接。前述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于還包括鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路，鍵盤電路的輸出端與微處理器電路的I/o 口連接；數(shù)碼管顯示電路的輸入端與微處理器電路的I/o 口連接。前述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述晶閘管組采用三組反并聯(lián)晶閘管，每組反并聯(lián)晶閘管連接在散熱片上，或晶閘管組采用三組MTC模塊連接在散熱片上。前述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器,其特征在于所述電流傳感器采用三個獨立的穿心式電流互感器，穿心式電流互感器變比可為20 :0. 1、25 :0. UlOO :0. I、 200 :0. K300 :0. I。前述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換電路包括隔離變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路，將380VAC轉(zhuǎn)換成5VDC。前述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述開關(guān)電路采用交流接觸器。前述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述微處理器電路以采用51系列、AVR系列。前述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器,其特征在于所述軟起動和直接啟動控制電路采用手動兩位轉(zhuǎn)換開關(guān)。前述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述晶閘管驅(qū)動電路采用M0C3052光耦驅(qū)動。本發(fā)明的有益效果是(I)、采用晶閘管調(diào)壓原理，利用電流實時跟蹤技術(shù)解決異步起動永磁同步電機(jī)軟起動問題；(2)、電流的額定值(10A -1200A)可以任意設(shè)定，以滿足不同功率電動機(jī)軟起動要求；(3)、起動電流倍數(shù)(1-4. 5倍)任意設(shè)定以滿足不同工況下的要求；(4)、具有斷相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、可控硅故障保護(hù)等功能；(5)、起動采用恒流控制，電流變化范圍小于10% ; (6)、具有直接起動和軟起動轉(zhuǎn)換控制功能(手動選擇)。
圖I為本發(fā)明異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器的電路框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。如圖I所示,異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器,包括鍵盤電路I、數(shù)碼管顯示電路2、起動和停機(jī)控制電路3、微處理器電路4、晶閘管驅(qū)動電路5、晶閘管組6、電流傳感器 7、電源轉(zhuǎn)換電路9、軟起動和直接啟動控制電路10、開關(guān)電路11、三相電源電路12和電壓轉(zhuǎn)換電路13組成；鍵盤電路I的輸出端與微處理器電路4的I/O 口連接；數(shù)碼管顯示電路2 的輸入端與微處理器電路4的I/O 口連接；起動和停機(jī)控制電路3的輸出端與微處理器電
5路4的I/O 口連接；晶閘管驅(qū)動電路5的輸入端與微處理器電路4的I/O 口連接，晶閘管驅(qū)動電路5的輸出端與晶閘管組6的驅(qū)動輸入端連接；電流傳感器7的一次線圈串聯(lián)在晶閘管組6與電機(jī)8電源連接線上，電流傳感器7的二次線圈的輸出端接到電壓轉(zhuǎn)換電路13的輸入端；電壓轉(zhuǎn)換電路13的輸出端與微處理器電路4的A/D端連接；電源轉(zhuǎn)換電路9的輸入端與三相電源電路12的輸出端連接，電源轉(zhuǎn)換電路9的輸出端與微處理器電路4的電源端連接；軟起動和直接啟動控制電路10的輸出端與開關(guān)電路11的控制輸入端連接；開關(guān)電路11的輸出端與晶閘管組6的驅(qū)動輸入端連接；三相電源電路12的輸入端與電網(wǎng)供電系統(tǒng)連接。晶閘管組6采用三組反并聯(lián)晶閘管，每組反并聯(lián)晶閘管連接在散熱片上，或采用三組MTC模塊連接在散熱片上。電流傳感器7采用三個獨立的穿心式電流互感器，穿心式電流互感器變比可為 20 0. 1、25 0. UlOO 0. 1,200 0. 1,300 0. I 等
電源轉(zhuǎn)換電路9采用隔離變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路，將380VAC轉(zhuǎn)換成5VDC。開關(guān)電路11采用交流接觸器。微處理器電路4可以采用51系列、AVR系列或其他智能芯片。軟起動和直接啟動控制電路10采用手動兩位轉(zhuǎn)換開關(guān)。電機(jī)8為異步起動永磁同步電動機(jī)。晶閘管驅(qū)動電路5采用M0C3052光耦驅(qū)動。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于包括起動和停機(jī)控制電路 (3 )、微處理器電路(4 )、晶閘管驅(qū)動電路(5 )、晶閘管組(6 )、電流傳感器(7 )、電源轉(zhuǎn)換電路 (9 )、軟起動和直接啟動控制電路(10 )、開關(guān)電路(11)、三相電源電路(12 )和電壓轉(zhuǎn)換電路 (13);起動和停機(jī)控制電路(3)的輸出端與微處理器電路(4)的I/O 口連接；晶閘管驅(qū)動電路(5)的輸入端與微處理器電路(4)的I/O 口連接，晶閘管驅(qū)動電路(5)的輸出端與晶閘管組(6)的驅(qū)動輸入端連接；電流傳感器(7)的一次線圈串聯(lián)在晶閘管組(6)與電機(jī)(8)電源連接線上，電流傳感器(7)的二次線圈的輸出端通過電壓轉(zhuǎn)換電路(13)與微處理器電路 (4 )的A/D端連接；三相電源電路(12 )的輸出端通過電源轉(zhuǎn)換電路(9 )與微處理器電路(4 ) 的電源端連接；軟起動和直接啟動控制電路(10)的輸出端與開關(guān)電路(11)的控制輸入端連接；開關(guān)電路(11)的輸出端與晶閘管組(6)的驅(qū)動輸入端連接；三相電源電路(12)的輸入端與電網(wǎng)供電系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要其I所述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于還包括鍵盤電路(I)、數(shù)碼管顯示電路(2)，鍵盤電路(I)的輸出端與微處理器電路(4)的I/O 口連接；數(shù)碼管顯示電路(2)的輸入端與微處理器電路(4)的I/O 口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要其2所述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述晶閘管組(6)采用三組反并聯(lián)晶閘管，每組反并聯(lián)晶閘管連接在散熱片上，或晶閘管組(6) 采用三組MTC模塊連接在散熱片上。
4.根據(jù)權(quán)利要其3所述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述電流傳感器(7)采用三個獨立的穿心式電流互感器，穿心式電流互感器變比可為20 :0. I、 25 :0. UlOO :0. 1,200 :0. 1,300 :0. I。
5.根據(jù)權(quán)利要其4所述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述電源轉(zhuǎn)換電路(9)包括隔離變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路，將380VAC轉(zhuǎn)換成5VDC。
6.根據(jù)權(quán)利要其5所述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述開關(guān)電路(11)采用交流接觸器。
7.根據(jù)權(quán)利要其6所述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述微處理器電路(4)以采用51系列、AVR系列。
8.根據(jù)權(quán)利要其7所述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述軟起動和直接啟動控制電路(10)采用手動兩位轉(zhuǎn)換開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要其8所述的一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于所述晶閘管驅(qū)動電路(5 )采用M0C3052光耦驅(qū)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器，其特征在于起動和停機(jī)控制電路的輸出端、晶閘管驅(qū)動電路的輸入端分別與微處理器電路的I/O口連接；晶閘管驅(qū)動電路的輸出端與晶閘管組的驅(qū)動輸入端連接；三相電源電路的輸出端通過電源轉(zhuǎn)換電路與微處理器電路的電源端連接；軟起動和直接啟動控制電路的輸出端與開關(guān)電路的控制輸入端連接；開關(guān)電路的輸出端與晶閘管組的驅(qū)動輸入端連接；三相電源電路的輸入端與電網(wǎng)供電系統(tǒng)連接。本發(fā)明解決了異步起動永磁同步電機(jī)直接起動時，起動電流大，造成對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備沖擊大的問題，提供了一種降低起動電流，提高永磁同步電機(jī)的應(yīng)用范圍的異步起動永磁同步電機(jī)的軟起動器。
文檔編號H02P1/26GK102594224SQ20121003123
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月13日
發(fā)明者張金波, 戴衛(wèi)力, 江琴, 鄧立華 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)