直流電機控制裝置及其安全啟動方法與流程

2023-10-19 07:24:17

本發明屬於直流電機控制技術領域，具體涉及一種直流電機控制裝置和一種直流電機安全啟動方法。

背景技術：

直流電機在啟動時啟動電流較大，該特點十分顯著。據統計測算，最大衝擊電流可達到額定電流的15-20倍。遠高於額定電流的直流電機啟動電流對於直流電機本身造成嚴重的電流衝擊和機械衝擊。為規避啟動電流造成安全隱患，在火力發電廠等場所採用電樞迴路串接電阻作為直流電機的啟動方式。上述啟動方式存在缺陷及隱患，主要體現在以下幾個方面。

其一，不能徹底解決直流電機啟動過程中衝擊電流大的問題。啟動過程中直流電機的啟動電流依舊大於其額定電流數倍，仍然可能由於啟動電流過大而引起電機加速損壞。

其二，由多個大容量直流接觸器和中間繼電器、時間繼電器組成控制迴路，控制方式複雜且環節較多，導致較高的故障率和維護工作量，檢修維護多有不便。

其三，在啟動過程中任何一級電阻切換將直接導致直流電機非正常運行，電阻發熱嚴重，電機過載，對於電氣二次迴路的正常工作造成威脅，在事故情況下導致有關開關拒跳閘，進一步擴大事故範圍和嚴重程度。

為此，有必要提出一種新型直流電機控制裝置及其控制方法，在直流電機的安全電流範圍內實現啟停。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的狀況，克服上述缺陷，提供一種直流電機控制裝置和一種直流電機安全啟動方法。

本發明採用以下技術方案，所述直流電機控制裝置包括核心處理單元、igbt驅動迴路、igbt模塊和電機控制單元，所述核心處理單元、igbt驅動迴路、igbt模塊和電機控制單元兩兩之間依次電連接並且順序驅動，其中；

所述核心處理單元根據閉環反饋信號和電機啟動操作信號輸出第一pwm波形信號以驅動igbt驅動迴路；

所述igbt驅動迴路獲取上述第一pwm波形信號，並且將上述第一pwm波形信號放大輸出第二pwm波形信號以驅動igbt模塊；

所述igbt模塊獲取上述第二pwm波形信號，並且根據上述第二pwm波形信號輸出電機控制信號以驅動電機控制單元；

所述電機控制單元獲取上述電機控制信號，並且根據上述電機控制信號調節直流電機的啟動電流值。

根據上述技術方案，所述直流電機控制裝置還包括電壓電流測量模塊，所述電壓電流測量模塊用於輸出閉環反饋信號。

根據上述技術方案，所述電壓電流測量模塊包括勵磁電流檢測單元、電樞電壓檢測單元和電樞電流檢測單元，所述勵磁電流檢測單元、電樞電壓檢測單元和電樞電流檢測單元相互獨立地電連接核心處理單元，所述勵磁電流檢測單元、電樞電壓檢測單元和電樞電流檢測單元分別用於檢測勵磁電流參數、電樞電壓參數和電樞電流參數，並且相應地輸出勵磁電流信號、電樞電壓信號和電樞電流信號，所述核心處理單元同時獲取上述勵磁電流信號、電樞電壓信號和電樞電流信號。

根據上述技術方案，所述直流電機控制裝置還包括操作檢測單元，所述操作檢測單元用於檢測電機啟動操作信號。

根據上述技術方案，所述操作檢測單元電連接核心處理單元，所述核心處理單元獲取上述電機啟動操作信號。

根據上述技術方案，所述核心處理單元根據閉環反饋信號調節第一pwm波形信號的pwm波形佔空比。

根據上述技術方案，所述直流電機控制裝置還包括狀態指示單元，所述狀態指示單元電連接核心處理單元，所述核心處理單元輸出數據信息和/或告警信息，所述狀態指示單元獲取並且輸出上述數據信息和/或告警信息，上述數據信息包括但不限於勵磁電流參數、電樞電壓參數和電樞電流參數，上述告警信息包括但不限於停機報警。

本發明還公開了一種直流電機安全啟動方法，包括以下步驟：

步驟s1：所述核心處理單元根據閉環反饋信號和電機啟動操作信號輸出第一pwm波形信號以驅動igbt驅動迴路；

步驟s2：所述igbt驅動迴路獲取上述第一pwm波形信號，並且將上述第一pwm波形信號放大輸出第二pwm波形信號以驅動igbt模塊；

步驟s3：所述igbt模塊獲取上述第二pwm波形信號，並且根據上述第二pwm波形信號輸出電機控制信號以驅動電機控制單元；

步驟s4：所述電機控制單元獲取上述電機控制信號，並且根據上述電機控制信號調節直流電機的啟動電流值。

根據上述技術方案，上述閉環反饋信號包括勵磁電流信號、電樞電壓信號和電樞電流信號，所述核心處理單元根據閉環反饋信號調節第一pwm波形信號的pwm波形佔空比。

根據上述技術方案，在步驟s4之後，還包括步驟s5：

步驟s5：所述狀態指示單元4獲取並且輸出數據信息和/或告警信息，上述數據信息包括但不限於勵磁電流參數、電樞電壓參數和電樞電流參數，上述告警信息包括但不限於停機報警。

本發明公開的直流電機控制裝置和直流電機安全啟動方法，其有益效果在於，在直流電機的安全電流範圍內實現啟停，解決直流接觸器在控制投切過程中啟動電流過大的問題。

附圖說明

圖1是本發明優選實施例的系統框圖。

附圖標記包括：1-操作檢測單元；2-電壓電流測量模塊；4-狀態指示單元；5-核心處理單元；6-igbt驅動迴路；7-igbt模塊；8-電機控制單元；9-勵磁電流檢測單元；10-電樞電壓檢測單元；11-電樞電流檢測單元。

具體實施方式

本發明公開了一種直流電機控制裝置和一種直流電機安全啟動方法，下面結合優選實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。

參見附圖的圖1，圖1示出了所述直流電機控制裝置的模塊結構。優選地，所述直流電機控制裝置包括核心處理單元5，還包括igbt驅動迴路6、igbt模塊7和電機控制單元8，所述核心處理單元5、igbt驅動迴路6、igbt模塊7和電機控制單元8兩兩之間依次電連接並且順序驅動。其中，所述核心處理單元5根據閉環反饋信號和電機啟動操作信號輸出第一pwm波形信號以驅動igbt驅動迴路6；所述igbt驅動迴路6獲取上述第一pwm波形信號，並且將上述第一pwm波形信號放大輸出為第二pwm波形信號以驅動igbt模塊7；所述igbt模塊7獲取上述第二pwm波形信號，並且根據上述第二pwm波形信號輸出電機控制信號以驅動電機控制單元8；所述電機控制單元8獲取上述電機控制信號，並且根據上述電機控制信號調節直流電機的啟動電流值。其中，所述電機控制單元8設有勵磁迴路和電樞迴路。

優選地，所述直流電機控制裝置還包括電壓電流測量模塊2，所述電壓電流測量模塊2用於輸出閉環反饋信號。其中，所述電壓電流測量模塊2包括勵磁電流檢測單元9、電樞電壓檢測單元10和電樞電流檢測單元11，所述勵磁電流檢測單元9設置在上述勵磁迴路，所述電樞電壓檢測單元10、電樞電流檢測單元11同時設置在上述電樞迴路，所述勵磁電流檢測單元9、電樞電壓檢測單元10和電樞電流檢測單元11相互獨立地電連接核心處理單元5。其中，所述勵磁電流檢測單元9、電樞電壓檢測單元10和電樞電流檢測單元11分別用於檢測勵磁電流參數、電樞電壓參數和電樞電流參數，並且相應地輸出勵磁電流信號、電樞電壓信號和電樞電流信號，所述核心處理單元5同時獲取上述電機啟動操作信號、勵磁電流信號、電樞電壓信號和電樞電流信號。

優選地，所述直流電機控制裝置還包括操作檢測單元1，所述操作檢測單元1電連接核心處理單元5。其中，所述操作檢測單元1用於檢測電機啟動操作信號，所述核心處理單元5獲取上述電機啟動操作信號。

優選地，所述核心處理單元5將獲取上述電機啟動操作信號、勵磁電流信號、電樞電壓信號和電樞電流信號作為閉環反饋信號，通過調節第一pwm波形信號的pwm波形佔空比，最終實現直流電機啟動電流的有效控制。同時，電壓電流測量模塊2實時檢測直流電機啟動過程中的勵磁電流信號、電樞電壓信號和電樞電流信號等參數，實現直流電機啟動電流的閉環控制。換而言之，在直流電機的啟動過程中，電壓電流測量模塊2實時測量直流電機的運行參數，其中勵磁電流檢測單元9設置在直流電機的勵磁迴路，實時測量勵磁電流參數。電樞電壓檢測單元10、電樞電流檢測單元11設置在直流電機的電樞迴路，實時測量電樞電壓、電樞電流參數。電壓電流測量模塊2把測量獲得的運行參數實時送入核心處理單元5，核心處理單元5根據預置參數或者預置算法實時判斷上述運行參數是否合理。當運行參數異常時，及時做出參數修正或者緊急停機等保護動作，確保直流電機的安全啟動。

優選地，所述直流電機控制裝置還包括狀態指示單元4，所述狀態指示單元4電連接核心處理單元5，所述核心處理單元5輸出數據信息和/或告警信息，所述狀態指示單元4獲取並且輸出上述數據信息和/或告警信息，上述數據信息包括但不限於勵磁電流參數、電樞電壓參數和電樞電流參數，上述告警信息包括但不限於停機報警。

本發明還公開了一種直流電機安全啟動方法，包括以下步驟。

步驟s1：所述核心處理單元5根據閉環反饋信號和電機啟動操作信號輸出第一pwm波形信號以驅動igbt驅動迴路6；

步驟s2：所述igbt驅動迴路6獲取上述第一pwm波形信號，並且將上述第一pwm波形信號放大輸出為第二pwm波形信號以驅動igbt模塊7；

步驟s3：所述igbt模塊7獲取上述第二pwm波形信號，並且根據上述第二pwm波形信號輸出電機控制信號以驅動電機控制單元8；

步驟s4：所述電機控制單元8獲取上述電機控制信號，並且根據上述電機控制信號調節直流電機的啟動電流值。

優選地，在步驟s1中，上述閉環反饋信號包括勵磁電流信號、電樞電壓信號和電樞電流信號。

優選地，在步驟s1中，所述核心處理單元5根據閉環反饋信號調節第一pwm波形信號的pwm波形佔空比。

優選地，在步驟s4之後，還包括步驟s5：

步驟s5：所述狀態指示單元4獲取並且輸出數據信息和/或告警信息。

優選地，在步驟s5中，上述數據信息包括但不限於勵磁電流參數、電樞電壓參數和電樞電流參數，上述告警信息包括但不限於停機報警。

對於本領域的技術人員而言，依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或對其中部分技術特徵進行等同替換，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍。