混凝土振搗器用變頻器的製作方法
2023-09-23 18:00:05 1
專利名稱：混凝土振搗器用變頻器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及砼用振搗器的專用電源及配套控制設備。
建築行業，特別是水工建築施工中混凝土振搗器採用二種頻率分別為150和200HZ，電壓均為48V的感應異步電動機為動力的偏心旋轉式插入振搗器。其電源裝置是由電動機同軸驅動的發電機組，即變頻器，每種產品僅只提供一種輸出的頻率電流，以及用於變頻器保護和遠距離控制「啟動」的繼電輔助設備。其缺點是1、採用機械部分，維修任務重，2、噪音大，3、體積大。
本實用新型目的是提供一種無機械部分、無噪音、體積小、即PWM變頻和控制設備為一體的混凝土振搗器用變頻器。
本實用新型的目的是這樣實現的一種混凝土振搗器用變頻器，包括與電源裝置相連的變壓、整流、濾波電路提供直流電源，構成電源電路；與振搗器相連接的微控制器，其特徵在於微控制器由帶脈寬調製的單片機或集成電路組成，產生脈寬、時序、控制信號；驅動器與微控制器連接，驅動器與電源電路相連，完成脈寬調製信號驅動，產生驅動電壓；開關功率器件與驅動電路輸出端連接，接受驅動電路產生的驅動電壓，產生三相有效值為正弦的交流電構成變頻器，驅動振搗器。開關功率器件採用IGBT模板和MOSFET管。微控制器為80×96系列單片機8098作為主機。變頻器與振搗器的四線連接方式，用微處理器和接口電路構成指令信號檢測電路，完成辨別和處理，獲得控制指令及「啟動」、「停止」和幹擾信號。
由於本實用新型是由帶脈寬的調製器(PWM)的微控制器和開關功率器件構成的逆變器電源，即PWM變頻器，可供給實現砼用150/200HZ二種三相交流電，其特點有1、無機械部分，可免除機械維護；2、無噪音，體積小，易於移動；3、增設可變頻多用途和輔助功能；4、機電保護與控制於一體，是一種理想的振搗器專用變頻器，可廣泛的用於建築施工部門。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
圖1是本實用新型的原理框圖。
圖2是本實用新型檢測信號原理圖。
圖3是本實用新型的電路原理圖。
圖4是本實用新型的電路原理圖。
圖5-圖7是本實用新型實施例的程序框圖。
脈寬調製(PWM)和大功率開關器件構成的逆變器作異步感應電機的驅動級，可實現三相交流電的變頻調速。其原理是載波頻率的脈寬以正弦方式變換三相SPWM變頻器調製脈寬為△A＝TR/2(1+MSinai)△B＝TR/2(1+MSin(ai+2/3π))△C＝TR/2(1+MSin(ai+4/3π))其中TR-載波周期M-電壓調製比ai-各載波位角(i＝1，2，3，......R)載波周期TR按下式計算TR=1Rf]]>其中R-載波比f-變頻器輸出頻率本實用新型由帶PWM的單片機(微控制器)包括相應軟體，信號檢測電路，驅動和保護電路等組成，結構見附
圖1。
系統將工頻電源經變壓、整流、濾波得到50V直流後作為逆變器的電源。由微控制器80×96系列單片機依據指令和運行情況要求，其主程序和波形發生器提供SPWM脈寬、時序和控制信號，構成核心部分。產生的三相六路PWM信號由HSO高速輸出埠去觸動驅動電路。依據現混凝土用振搗器要求，變頻器僅需輸出固定的150和200HZ二種工作頻率的三相交流電，頻率變換可手動切換主程序參數即可實現。大功率開關器件前的專用驅動器IC具有過流、過壓、錯誤邏輯控制保護電路，以保證大功率開關器件工作在合法工作狀態，苦處於非法狀態時即可封鎖本驅動級輸出，同時告知微控制器。大功率開關器件採用IGBT模板或MOSFET管，其柵極是電壓驅動，抗幹擾能力強，驅動比較簡單。
原變頻器和繼電控制是採用四線與振搗器連接，其中一線為控制檢測信號，當此線與另三線其中一線觸合時，以獲得「啟動」「停止」信號指令，為了與原設備兼容，檢測控制信號也應依此方式實現，採用圖2的檢測信號電路，變頻器處於「停止」狀態時CPU啟動待「啟動」程序，若獲得「啟動」信號後程序首先停止待「啟動」程序，再啟動PWM變頻器。當檢測到「停止」信號時，程序應檢查是否是「啟動」工作狀態，若是即停止PWM變頻器，運行程序設消擅過程，避免幹擾引起誤操作。為了使逆變器安全可靠地工作，本逆變器採用過流、過壓等保護功能，系統連續監測，一但出現異常提請中斷，微處理器停止PWM波輸出，同時將故障以代碼形式存於內存中，以便故障檢修時通過讀取故障代碼來，迅速判斷變頻器是否發生故障，從而使維修工作便捷迅速。
單片機及PWM變頻器的硬體結構；控制部分結構原理圖如圖3所示，選用功能較強MOS-80×96系列單片機8098作為系統主機，並使用8098是的PWM功能。驅動與逆變器電路見圖4所示。
1、由於8098不帶內部程序存貯器，因此利用8KEPROM2764作程序存貯器和PWM數據表存貯器，2764地址為2000H-3FFFH，片選信號來自解碼器74LS139的IC5BY1。I/O用8255進行擴展，8255工作在方式「0」，PA和PC的高四位構成顯示，報警輸出部分，顯示器由B1-B7、N1-N3驅動。Pc高四位和低四位構成鍵盤輸入部分。顯示器採用三位LED進行動態顯示，指令由S1-S6鍵入，8255地址為4000H-4004H。
2、主電路控制、數據採集與檢測均採用光隔，OP1和03以及QIBH網絡構成欠壓檢測，電壓信號由8089的ACH埠輸入，進行A/D轉換。CAO網絡和O4構成過流檢測，驅動器IC1片內運放，經O4至ACH6進行A/D轉換，轉換的電流，電壓檢測數據由微處理器進行處理。根據故障由IC1片內處理器和R10-R12構成，故障檢測網絡，當極限故障由IC1比較器提供否定邏輯，封鎖驅動器同時提出中斷請求，由CPU外部中斷響應對系統封鎖處理(報警、記錄、停止PWM輸出等)。
3、PWM埠、O2，SCR網絡和R14、S1構成防衝和變頻器啟動時的保護，當主電路和變頻器啟動時由CPU程序截止S1使R14串接於電源中以防啟動時的電流衝擊，運行時由程序指令導通S1，短接R14使電路處於運行工作狀態。EKG開關在CPU指令要求下接受變頻器遠距離「啟動」和「停止」信號。
4、驅動器IC1，完成PWM信號驅動，由內部電路提供各級功率器件的驅動電壓，由功率器件據PWM信號「開啟」和「截止」，形成SPWM的三相正弦交變電，驅動異步電機構成的振搗器。
系統的軟體結構；
單片機軟體結構總體方案確保變頻器設備安全可靠地啟動和運行，軟體上採用「啟動/運行」雙循環檢測控制，故障的檢測和保護採用的軟體連續監視進行；極障故障採用中斷處理方式；PWM運行採用HSO中斷方式進行；顯示和鍵盤工作的動態循環；程序見框圖所示1。
1、主程序主程序中包含有兩個循環，主電路開啟前檢測循環完成變頻器工作前的主電路狀態檢測，只有在無故障時允許「啟動」指示L1置位。即可進入第二循環，查詢外部輸入指令「啟動」「停止」「正/反轉」和頻率設置，啟動各項檢測程序和顯示器按顯示緩衝器內容動態顯示。主程序初始化後，指令低電流繼電器吸合，使主電路與電源接通，並不斷測量電壓U，當U＜80％整流輸出不穩定時，指令可控矽SOR-F截止，電路R14串接主電路中，電容充電迴路可避免大電流衝擊，當U＞80％整流輸出穩定值時，指令觸發SCR導通短接電阻R14。在變頻器啟動階段，由軟體指令截止SCR，用於主電路降壓避免感應電機啟動時電流過大影響變頻器正常工作。
2、初始化程序初始化程序中除完成系統參數設置、中斷向量的設置以及8255工作方式初始化，同時對運行記錄清零和驅動器IC1初始置位，使功率器件在電路開啟時避免不正常狀態。
3、顯示鍵值響應，運行檢測循環顯示和鍵盤檢測採用8255動態運行處理方式，CPU需不停地幹於處理，系統工作狀態如「啟動」、「停止」允許啟動與否、頻率值、正/反轉狀態、故障狀態均寫入系統狀態寄存器中顯示程序將狀態轉換成顯示代碼，寫入緩衝區進行循環顯示，並對鍵值檢測，記錄消擅後判斷是否指令成立，並執行相應指令程序，無指令情況下循環程序啟動各保護檢測過程，允許A/D轉換器中斷，此循環周期控制在小於20ms，循環檢測前應檢查系統狀態，判斷是否必要，如在變頻器「啟動」階段。
4、「啟動」、「停止」處理程序在停止運行中，遠距離「啟動/停止」控制也使用HSO中斷提供檢測信號源，因此啟動和停止指令即是依據系統狀態，判斷指令是否成立，並執行相應處理程序。停止狀態HSO可定時導通U1-U3、U4-U6始終處於截止狀態，EKG端接收啟動指令。運行狀態下EKG端同樣處於待「停止」檢測，如獲得指令時應在確定啟動狀態下判斷與否。
5、PWM運行的HSO中斷處理
PWM在運行中脈寬應按正弦方式變換，其脈寬值以表格方式按相位存儲在EPROM中，HSO中斷程序響應時首先檢測上次已寫入數據的相位計數器，判斷各相中相位的最小值，依此計算其下次應寫入脈寬地址，以查表方式查取脈寬值，在經計算其時間值和觸發相號，後一併寫入HSO寄存器「CAM」中，待HSO自行處理，HSO中斷優先級應僅次於「WCINT」外部中斷。
6、運行保護檢測和極限故障的中斷程序主程序循環中定時啟動A/D轉換器，轉換後的數據以中斷方式進行處理。A/D轉換啟動應控制在最寬的脈衝中以避免PWM對檢測的影響。中斷響應後的檢測數據與上次數據進行比較，檢查變化情況，將變化情況作記錄待查，變化數據絕對值連續遞增，並超過極限值時，系統應在指令下停止工作並報警，記錄。極限故障的中斷請求中CPU僅只停止PWM輸出，並按要求作運行記錄備查。
權利要求1.一種混凝土振搗器用變頻器，包括與電源裝置相連的變壓、整流、濾波電路提供直流電源，構成電源電路；與振搗器相連接的微控制器，其特徵在於微控制器由帶脈寬調製的單片機或集成電路組成，產生脈寬、時序、控制信號；驅動器與微控制器連接，驅動器與電源電路相連，完成脈寬調製信號驅動，產生驅動電壓；開關功率器件與驅動電路輸出端連接，接受驅動電路產生的驅動電壓，產生三相有效值為正弦的交流電構成變頻器，驅動振搗器。
2.根據權利要求1所述的混凝土振搗器用變頻器，其特徵在於開關功率器件採用IGBT模板和MOSFET管。
3.根據權利要求1所述的混凝土振搗器用變頻器，其特徵在於微控制器為80×96系列單片機8098作為主機。
4.根據權利要求1所述的混凝土振搗器用變頻器，其特徵在於變頻器與振搗器的四線連接方式，用微處理器和接口電路構成指令信號檢測電路，完成辨別和處理，獲得控制指令及「啟動」、「停止」和幹擾信號。
專利摘要一種混凝土振搗器用變頻器,包括與電源裝置相連的變壓、整流、濾波電路,與振動搗器相連接的由帶脈寬調製的單片機或集成電路組成的微控制器,產生脈寬、時序、控制信號;驅動器與微控制器、濾波電路相連,完成脈寬調製信號驅動,產生驅動電壓;開關功率器件與微控制器、驅動器輸出端連接,接受驅動電壓,產生三相正弦交流電,驅動振搗器。具有可免除機械維護,無噪音,體積小,易於移動,具備可變頻多用途和輔助功能,機電保護與控制於一體等特點。
文檔編號E04G21/08GK2376371SQ99237988
公開日2000年5月3日 申請日期1999年6月25日 優先權日1999年6月25日
發明者袁哲 申請人:袁哲