一種基于xe164fn的他勵(lì)直流電機(jī)軟啟動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種電機(jī)啟動(dòng)控制器，特別是涉及一種基于XE164FN的他勵(lì)直流 電機(jī)軟啟動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)的啟動(dòng)對(duì)于設(shè)備的使用壽命影響較大。因此，能否解決好電 機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題，對(duì)于電機(jī)的運(yùn)行有著非常重要的意義。直流電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)如果直接加上額 定電壓，會(huì)產(chǎn)生接近十倍于額定電流的沖擊電流。送種過(guò)大的啟動(dòng)電流會(huì)引起電源電壓突 然降低，影響接在同一電源上的負(fù)載的正常安全運(yùn)行，同時(shí)電機(jī)繞組會(huì)由于過(guò)熱而損壞或 使過(guò)流保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷電源，不能啟動(dòng)。直流電機(jī)產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)及所拖動(dòng) 的設(shè)備造成電器和機(jī)械損傷，造成機(jī)械傳動(dòng)部件的非正常磨損，加速設(shè)備老化，縮短設(shè)備的 使用壽命。由于直流電機(jī)工作在各種不同的場(chǎng)合，并且工作環(huán)境差，性能要求高，因此，對(duì)于 較大功率的直流電機(jī)，不可直接啟動(dòng)，必須安裝軟啟動(dòng)器裝置。
[0003] 所謂軟啟動(dòng)，就是控制電機(jī)電樞電壓，使其電壓由一個(gè)合適的大小逐漸升至額定 電壓，從而減小電機(jī)的啟動(dòng)電流，使其可控并且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)大小。電機(jī)啟動(dòng)的全過(guò)程都 不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的軟啟動(dòng)，滿足直流電機(jī)在不同環(huán)境下有較好的 可靠性、耐用性、耐久性的需要，提供一款軟啟動(dòng)器，使直流電機(jī)能夠平滑無(wú)沖擊啟動(dòng)，并實(shí) 現(xiàn)多重保護(hù)功能。
[0005] 本發(fā)明的目的是送樣實(shí)現(xiàn)的： 本系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分，硬件電路即主控電路，包括主電路和控制電路， 主電路W IGBT為核必，設(shè)計(jì)PWM直流斬波電路，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能必不可少的一部分，IGBT為 主開關(guān)元件，其柵極接收PWM脈沖信號(hào)，會(huì)使IGBT間歇性開通與關(guān)斷，改變PWM信號(hào)的占空 比，從而控制加在直流電機(jī)電樞繞組兩端電壓的平均值，最終達(dá)到控制電機(jī)軟啟動(dòng)的目的； 控制電路W單片機(jī)為控制核必，由單片機(jī)的一個(gè)端口輸出PWM信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)IGBT， 同時(shí)電樞電流經(jīng)霍爾電流傳感器檢測(cè)反饋回單片機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流大小，當(dāng)電流大小超過(guò) 理論計(jì)算的最大值時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)，斷開直流電機(jī)兩端電壓，保護(hù)電機(jī)及電源，控制 電路還包括顯示電路、穩(wěn)壓電路等主要功能模塊，顯示電路顯示調(diào)速狀態(tài)時(shí)的電壓占空比 W及軟啟動(dòng)時(shí)間，穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V電源；系統(tǒng)硬件電路是系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的 部分之一，穩(wěn)定可靠的硬件電路是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的重要保障。
[0006] 軟件部分最重要的是算法，算法的精簡(jiǎn)性和合理性決定了系統(tǒng)能夠快速穩(wěn)定的完 成設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)采用斜坡電壓?jiǎn)?dòng)方式，該方式適合用于重載下的電機(jī)軟啟動(dòng)，電機(jī)電 樞電壓W-定的斜率上升至額定電壓，其中斜率的大小和初始占空比的設(shè)定及軟啟動(dòng)時(shí)間 的設(shè)定有關(guān)，其公式為：
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是： (1)沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩小，通過(guò)逐漸增大IGBT的占空比。
[0008] (2)安全性高，可W進(jìn)行遠(yuǎn)程控制大功率電機(jī)，保障工作人員人身安全。
[0009] (3)可靠性高，設(shè)有保護(hù)功能，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，易于發(fā)現(xiàn)故障并維護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為軟啟動(dòng)器硬件框圖； 圖2為系統(tǒng)主程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述： 實(shí)施例1 結(jié)合圖1，圖1為軟啟動(dòng)器硬件框圖。本系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分，硬件電 路即主控電路，包括主電路和控制電路，所述的主電路W IGBT為核必，PWM直流斬波電路， IGBT為主開關(guān)元件，其柵極接收PWM脈沖信號(hào)，使IGBT間歇性開通與關(guān)斷，改變PWM信號(hào)的 占空比，控制加在直流電機(jī)電樞繞組兩端電壓的平均值，控制電機(jī)軟啟動(dòng)，所述的控制電路 包括顯示電路、穩(wěn)壓電路。
[0012] 所述的控制電路W單片機(jī)為控制核必，由單片機(jī)的一個(gè)端口輸出PWM信號(hào)，經(jīng)驅(qū) 動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)IGBT，同時(shí)電樞電流經(jīng)霍爾電流傳感器檢測(cè)反饋回單片機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流大小， 當(dāng)電流大小超過(guò)理論計(jì)算的最大值時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)，斷開直流電機(jī)兩端電壓。
[0013] 所述的顯示電路顯示調(diào)速狀態(tài)時(shí)的電壓占空比W及軟啟動(dòng)時(shí)間。
[0014] 所述的穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)提供5V電源。
[0015] 本系統(tǒng)采用斜坡電壓?jiǎn)?dòng)方式，電機(jī)電樞電壓W-定的斜率上升至額定 電壓，其中斜率的大小和初始占空比的設(shè)定及軟啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)定有關(guān)，其公式為：
[0016] 控制電路是基于單片機(jī)技術(shù)及軟件編程有關(guān)知識(shí)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行指令控制W及實(shí) 施各種保護(hù)功能，主電路是對(duì)主開關(guān)元件IGBT的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了具有繼電器的PWM電路，是實(shí) 現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)的重要組成部分，其中繼電器是保護(hù)電機(jī)和電源不可或缺的一部分。
[0017] 本系統(tǒng)的控制過(guò)程是通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生的PWM脈沖信號(hào)，控制IGBT的通斷W改變電 樞電壓平均值的大小，達(dá)到降低電機(jī)啟動(dòng)電流的目的。其中PWM脈沖信號(hào)的初始占空比可 調(diào)，W保證電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間可W自主設(shè)定，在運(yùn)行過(guò)程中IGBT 的占空比逐漸增大至1，然后電機(jī)軟啟動(dòng)完成，繼電器做出相應(yīng)動(dòng)作使電機(jī)保持在額定電壓 下工作。
[001引英飛凌單片機(jī)XE164FN ;系統(tǒng)控制單元，執(zhí)行程序指令，產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，分析系 統(tǒng)反饋的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并發(fā)出相應(yīng)指令信號(hào)。
[0019] 系統(tǒng)主要模塊介紹如下： 驅(qū)動(dòng)電路；采用EXB841作為驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)IGBT，該款芯片具有單電源、正負(fù)偏壓、故障 保護(hù)等主要功能。
[0020] 顯示電路：顯示驅(qū)動(dòng)IGBT信號(hào)的占空比和軟啟動(dòng)時(shí)間送兩項(xiàng)主要參數(shù)，為軟啟動(dòng) 參數(shù)的設(shè)置提供清晰地?cái)?shù)據(jù)顯示。
[002。 電流檢測(cè)電路：檢測(cè)電樞電流并反饋給控制芯片XE164FN，對(duì)于超出設(shè)定值的反 饋信號(hào)給與及時(shí)處理，斷開繼電器，保護(hù)電源和電機(jī)。
[002引 PWM電路；該部分電路W IGBT為核必，設(shè)計(jì)了 PWM斬波電路，用來(lái)控制電機(jī)電樞電 壓。
[002引穩(wěn)壓電路；本部分W穩(wěn)壓元件LM2576為核必，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的5V電源。 [0024] 其他硬件電路；本系統(tǒng)中使用了四個(gè)繼電器，兩個(gè)5V繼電器，兩個(gè)24V施耐德繼電 器，其中，兩個(gè)24V繼電器在主電路中使用，另外兩個(gè)控制主電路中繼電器的通斷，在理論 上實(shí)現(xiàn)了人與大功率電機(jī)的遠(yuǎn)程控制，保障了工作人員的安全。其次，本系統(tǒng)還使用電位器 進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速的設(shè)計(jì)和輕觸按鍵進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)選擇的控制設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單， 主要是進(jìn)行了程序的編寫與調(diào)試。
[00幼 實(shí)施例2 結(jié)合圖2,圖2為系統(tǒng)主程序流程圖。統(tǒng)開始運(yùn)行，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，初始化包括顯 示模塊、AD模塊、定時(shí)器W及PCA (PWM脈沖產(chǎn)生模塊)的初始化。系統(tǒng)初始化完畢后，必須 要對(duì)電樞電流進(jìn)行檢測(cè)，不能允許超過(guò)額定電流1. 5倍的電樞電流在電機(jī)中產(chǎn)生。電流檢 測(cè)之后，若有故障，則進(jìn)行故障處理直至消除故障，然后對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并運(yùn)行，而后 開啟中斷后，再進(jìn)行電流檢測(cè)，并在產(chǎn)生故障時(shí)消除故障，最后占空比達(dá)到1，啟動(dòng)結(jié)束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于XE164FN的他勵(lì)直流電機(jī)軟啟動(dòng)器，其特征在于：本系統(tǒng)主要包括硬件和 軟件兩大部分，硬件電路即主控電路，包括主電路和控制電路，所述的主電路以IGBT為核 心，PWM直流斬波電路，IGBT為主開關(guān)元件，其柵極接收PffM脈沖信號(hào)，使IGBT間歇性開通 與關(guān)斷，改變PWM信號(hào)的占空比，控制加在直流電機(jī)電樞繞組兩端電壓的平均值，控制電機(jī) 軟啟動(dòng)，所述的控制電路包括顯示電路、穩(wěn)壓電路。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于XE164FN的他勵(lì)直流電機(jī)軟啟動(dòng)器，其特征在于： 所述的控制電路以單片機(jī)為控制核心，由單片機(jī)的一個(gè)端口輸出PWM信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū) 動(dòng)IGBT，同時(shí)電樞電流經(jīng)霍爾電流傳感器檢測(cè)反饋回單片機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流大小，當(dāng)電流大 小超過(guò)理論計(jì)算的最大值時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)，斷開直流電機(jī)兩端電壓。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于XE164FN的他勵(lì)直流電機(jī)軟啟動(dòng)器，其特征在于： 所述的顯示電路顯示調(diào)速狀態(tài)時(shí)的電壓占空比以及軟啟動(dòng)時(shí)間。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于XE164FN的他勵(lì)直流電機(jī)軟啟動(dòng)器，其特征在于： 所述的穩(wěn)壓電路為系統(tǒng)提供5V電源。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于XE164FN的他勵(lì)直流電機(jī)軟啟動(dòng)器，其特 征在于：本系統(tǒng)采用斜坡電壓?jiǎn)?dòng)方式，電機(jī)電樞電壓以一定的斜率上升至額定 電壓，其中斜率的大小和初始占空比的設(shè)定及軟啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)定有關(guān)，其公式為：
【專利摘要】本發(fā)明的一種基于XE164FN的他勵(lì)直流電機(jī)軟啟動(dòng)器，滿足了直流電機(jī)在不同環(huán)境下有較好的可靠性、耐用性、耐久性的需要；其軟啟動(dòng)電路主要由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路以及PWM斬波電路組成；控制電路的核心為XE164FN單片機(jī)，PWM電路的核心部件為IGBT，由單片機(jī)根據(jù)程序指令產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT的通斷，從而控制電樞回路電壓，使電樞電壓平均值逐漸升高，最后達(dá)到額定電壓，達(dá)到軟啟動(dòng)的目的。
【IPC分類】H02P1/18
【公開號(hào)】CN105490588
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410472410
【發(fā)明人】李相武, 王瑛, 李忠喜
【申請(qǐng)人】哈爾濱恒譽(yù)名翔科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2014年9月17日