專利名稱：異步電動機軟啟動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及利用可控硅對三相交流異步電動機進行電壓調(diào)節(jié)的控制技術(shù)，用于異步電動機的軟啟動控制，既對電網(wǎng)無諧波干擾，又能保證電動機平穩(wěn)運行。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的異步電動機降壓啟動方式有Y-Δ轉(zhuǎn)換降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動、定子回路串接電阻器降壓啟動等，雖各有其優(yōu)點和實用性，但已逐步被新型的電子式軟啟動方式所取代。目前常用的異步電動機軟啟動控制器多采用可控硅移相觸發(fā)方式，通過控制可控硅的觸發(fā)角β來改變單位時間內(nèi)的電壓平均值，實現(xiàn)對電動機電源電壓的無級控制。
但采用移相觸發(fā)的軟啟動控制器在克服了各種傳統(tǒng)降壓啟動方式的缺點的同時，恰恰也丟掉了傳統(tǒng)降壓啟動方式的一個共同優(yōu)點——對電網(wǎng)沒有諧波干擾(污染)。因為移相觸發(fā)方式直接導(dǎo)致了電源波形的畸變，使原正弦波形變成了非正弦波形。
可控硅有兩種觸發(fā)方式——移相觸發(fā)和過零觸發(fā)。而可控硅過零觸發(fā)方式恰恰可以避免電源波形的畸變，使電網(wǎng)免受諧波污染。它可通過控制可控硅的導(dǎo)通周期數(shù)，來改變單位時間內(nèi)的電壓平均值，實現(xiàn)對電動機電源電壓的控制，且電動機端所得到的電壓波形均為完整的正弦波。其調(diào)壓比計算公式為 n1、n2均為自然數(shù)，且n1≤n2但是，在可控硅的非導(dǎo)通周期(n2-n1區(qū)間)，電動機是靠慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的(這與移相觸發(fā)控制方式中的0～β區(qū)間是一樣的)。若為了得到某個調(diào)壓比K值而使非導(dǎo)通周期太長(如n2-n1≥3個周期)，將導(dǎo)致電動機間斷性旋轉(zhuǎn)(沖動)，甚至停轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時會燒壞電動機。

發(fā)明內(nèi)容
為保證異步電動機在調(diào)壓過程中既不發(fā)生電壓波形畸變，又能平穩(wěn)運行，本實用新型提出了一種改進型可控硅過零觸發(fā)技術(shù)，能夠很方便地實現(xiàn)調(diào)壓控制目的。
本實用新型的技術(shù)方案是首先對過零觸發(fā)方式的調(diào)壓比計算公式進行改進，引入一個新的定義——導(dǎo)通半周期比Kh，其調(diào)壓比計算公式為 n為自然數(shù)式(2)中，n可取2、3、4……100(即1個周期、1.5個周期、2個周期……50個周期)，相應(yīng)地，則Kh＝1/2(＝50％)、2/3(＝66.7％)、3/4(＝75％)……99/100(＝99％)。也就是說，不管Kh(或n)值取多少，可控硅在一個單位時間內(nèi)的非導(dǎo)通時間總是只有半個周期(即π，對于工頻50Hz交流電源，即為10ms)，這就使電動機的間斷性旋轉(zhuǎn)間隔達到最小，有效地保證了電動機的平穩(wěn)運行?？梢?，通過控制n值，即可控制Kh值，得到所需要的控制電壓值，實現(xiàn)電動機的軟啟動控制。
其次，為擴大調(diào)壓范圍(上式中Kh的取值僅為50％～100％)，并減小調(diào)壓級差(上式中Kh在75％以下的分級僅有50％、66.7％兩級)，本實用新型進一步通過控制可控硅過零觸發(fā)單元的門控信號的寬度，使電動機的間斷性旋轉(zhuǎn)間隔可以在π、4π/3、5π/3三檔中選擇。
于是，調(diào)壓比計算公式可進一步改為 n為自然數(shù)，X分別取π、4π/3、5π/3調(diào)壓比Kh值還可得到33.3％、44.4％、55.6％、58.3％、72.2％等各級(75％以上還可分得更多更細)。這樣，既擴大了調(diào)壓范圍(33.3％～100％)，又減小了級差，完全能滿足實際應(yīng)用的需要。
本實用新型所采用的技術(shù)解決方案是軟啟動控制器主要由微處理器(可以是單片機、或可編程序控制器PLC、或數(shù)字信號處理器DSP)、雙向可控硅及其過零觸發(fā)器、電流反饋環(huán)節(jié)、LCD顯示屏、交流接觸器、若干按鍵和指示燈等組成。電動機的三相電源線各串接一只雙向可控硅，采用公式(3)所示的過零觸發(fā)方式，通過控制單位時間內(nèi)可控硅的導(dǎo)通半周期，實現(xiàn)對電動機輸入電壓的控制；電流反饋環(huán)節(jié)由霍爾電流變送器及A/D轉(zhuǎn)換器組成，霍爾電流變送器可將電動機主回路的輸入交流電流按比例轉(zhuǎn)換為0～5V直流電壓信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號提供給微處理器(考慮到異步電動機為對稱三相負載，故只檢測其中的任一相電流即可)；LCD顯示用于顯示預(yù)置的和當(dāng)前的電動機運行參數(shù)；按鍵、指示燈用于預(yù)置(顯示)電動機的運行參數(shù)及工作狀態(tài)，并控制電動機啟停。交流接觸器用于電動機啟動完成后切換掉雙向可控硅，使電動機全壓運行。
軟啟動控制系統(tǒng)工作過程首先，根據(jù)電動機負載情況和工作要求，用預(yù)置按鍵選擇啟動曲線、設(shè)置運行參數(shù)(LCD顯示屏可同時顯示啟動曲線代號和運行參數(shù))，然后，按下啟動按鍵，電動機開始啟動，微處理器根據(jù)預(yù)置的運行參數(shù)和實測的反饋參數(shù)，控制雙向可控硅的導(dǎo)通半周期比Kh，從而控制電動機的輸入電壓和轉(zhuǎn)速。待軟啟動結(jié)束時，自動合上交流接觸器，切換掉雙向可控硅，電動機全壓運行。
本實用新型的有益效果是①可以在電壓波形不發(fā)生畸變、不產(chǎn)生諧波干擾的情況下，保證電動機平穩(wěn)運行，在異步電動機軟啟動控制中的應(yīng)用效果優(yōu)于移相觸發(fā)方式和常規(guī)的過零觸發(fā)方式。
②在本軟啟動控制器的基礎(chǔ)上增加一個速度反饋環(huán)節(jié)，還可用于異步電動機的調(diào)壓調(diào)速控制。
③本軟啟動控制器結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、性能良好、工作可靠。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖。控制器由微處理器(1)、雙向可控硅(2)及其過零觸發(fā)器(3)、LCD顯示屏(4)、若干按鍵(5)和指示燈(8)、電流反饋環(huán)節(jié)(6)、交流接觸器(7)等部分組成，控制對象為異步電動機(9)。
圖2為本實用新型的一個實施例中雙向可控硅及其過零觸發(fā)器控制電路圖(圖中僅畫出了A相電路連線)。
圖3為過零觸發(fā)器門控信號波形圖(對應(yīng)圖2中P3.0處的控制信號)。圖中T為一個單位時間，Ton為單位時間內(nèi)的控制門開啟時間，Toff為單位時間內(nèi)的控制門關(guān)閉時間。
具體實施方式
參見圖2，本實用新型選用MOTOROLA公司的MOC3041系列過零檢測光電耦合雙向可控硅驅(qū)動器作為主雙向可控硅TRIAC的過零觸發(fā)器，該過零觸發(fā)器具有與輸入信號同步、強弱電光電隔離、輸出脈沖可控的功能，使用非常簡單可靠。主雙向可控硅TRIAC1的兩極與A相電源電路的交流接觸器JC觸點并聯(lián)，其控制極與MOC3041的引腳4相連。MOC3041的門控信號由微處理器(本實施例中為單片機AT89C52)的一個輸入/輸出引腳P3.0提供，當(dāng)P3.0為低電平時，經(jīng)一驅(qū)動器7407A使MOC3041的引腳2為低電平，內(nèi)部發(fā)光二極管導(dǎo)通，過零觸發(fā)脈沖可提供給主雙向可控硅TRIAC1的控制極，使TRIAC1導(dǎo)通，電動機A相電源接通；當(dāng)P3.0為高電平時，內(nèi)部發(fā)光二極管截止，過零觸發(fā)脈沖無法提供給TRIAC1，故TRIAC1截止，電動機A相電源斷開。
在對微處理器進行編程時，預(yù)先將Kh與T、Ton的對應(yīng)值存入存儲器。工作時，根據(jù)所需要的Kh值，通過查表程序求出與之對應(yīng)的T、Ton值，再調(diào)用定時器子程序，使P3.0引腳的輸出電平隨著T、Ton值變化，即可使電動機得到所需要控制電壓值。
權(quán)利要求1.一種異步電動機軟啟動控制器，其特征是軟啟動控制器由微控制器(1)、雙向可控硅(2)及其過零觸發(fā)器(3)、LCD顯示屏(4)、按鍵(5)和指示燈(8)、電流反饋環(huán)節(jié)(6)、交流接觸器(7)等組成，微控制器(1)的一個輸出引腳與過零觸發(fā)器(3)的門控信號連接，過零觸發(fā)器(3)的輸出信號與雙向可控硅(2)的控制極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異步電動機軟啟動控制器，其特征是異步電動機(9)的三相電源線上各連接一個雙向可控硅(2)。
專利摘要一種采用可控硅調(diào)壓控制技術(shù)的異步電動機軟啟動控制器，通過改進可控硅過零觸發(fā)的調(diào)壓比公式和控制可控硅觸發(fā)器的門控信號，實現(xiàn)對電動機啟動電壓的控制，既對電網(wǎng)無諧波干擾，又能保證電動機平穩(wěn)運行。控制器由微處理器(1)、雙向可控硅(2)及其過零觸發(fā)器(3)、LCD顯示屏(4)、若干按鍵(5)和指示燈(8)、電流反饋環(huán)節(jié)(6)、交流接觸器(7)等部分組成，控制對象為異步電動機(9)。
文檔編號H02P1/28GK2704965SQ20042003509
公開日2005年6月15日 申請日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月11日
發(fā)明者覃偉年, 羅文廣, 李勇 申請人:廣西工學(xué)院