基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置的製作方法
2023-12-01 09:10:16 2
專利名稱：基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電動機起動技術領域。具體涉及一種用於軟起動的分級變頻無級調壓
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
電動機作為機電能量轉換的電磁機械裝置，被大量應用於工礦企業、交通運輸、國防工業等各個領域。其中，在各種拖動負載的電動機中，感應電動機以其高穩定的性能，獲
得了更為廣泛的應用。三相感應電動機軟起動控制器是專為電動機的起動設計的控制設備，其主電路採用廉價的(與其它功率器件相比)晶閘管(SCR)作為功率器件，整套設備造價低，使用簡單方便。它是根據晶閘管調壓原理，通過調節晶閘管的觸發角，從而控制其導通時間，使輸出電壓由小至大逐漸變化，從而減小了起動電流的衝擊。但是由於起動轉矩又與電動機定子端側所加電壓的平方成正比，故上述的電子式降壓軟起器起動，存在一個嚴重的缺陷減小起動電壓必然嚴重降低起動轉矩，使得電機帶重載起動困難。因此，電子式軟起動器都只能限定在輕載應用的場合。然而，在實際電動機的應用領域中，很大一部份是要求能帶重載甚至是超額定負載的起動，如球磨機，粉碎機，礦井起重機，拉絲機，煤礦中的皮帶傳輸機等。這些電機起動要求是小起動電流，高起動轉矩，負載適應能力強，可根據負載情況靈活的選擇起動方式。上述的降壓起動方式無法滿足這些要求。變頻器雖可以滿足上述要求，但變頻器更多的是應用在調速場合，成本比較高且控制複雜，對於不需要調速且頻繁起動的場合，顯然性價比太低，用戶難以接受。
發明內容
本發明的目的是為了提供基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置，以解決現有軟起動器起動重負載時起動電流大的問題，使其具有小起動電流，高起動轉矩，同時引入無速度傳感器，保證各分頻段切換平滑，而且裝置價格便宜。本發明的技術解決方案是一種基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置，包括連接在電源與電動機之間的由反並聯的可控矽組構成的主迴路及主迴路控制電路，其特徵在於主迴路由依次連接的五組反並聯的可控矽構成；主迴路控制電路包括DSP控制器、電流信號過零檢測電路、電壓採樣電路、電流採樣電路、同步信號採集電路和驅動電路；其中，電壓採樣電路、同步信號採集電路分別連接在主迴路電源輸入端與DSP控制器之間，電流採樣電路、電流信號過零檢測電路分別連接在主迴路電源輸出端與DSP控制器之間，驅動電路連接在主迴路各可控矽控制端與DSP控制器之間。本發明的技術解決方案中所述的主迴路包括五組反並聯的可控矽，其中，三組反並聯的可控矽分別串接在三相電源線與電機之間，另二組反並聯的可控矽的一端分別與三相電源線中的兩相電源線連接，另一端分別交叉與該兩相電源線對應的電機端連接。本發明的技術解決方案中所述的電流信號過零檢測電路由二極體橋式電路和隔離光耦構成。
本發明的技術解決方案中所述的電壓採樣電路和電流採樣電路由四級運放晶片及外圍元器件組成的放大電路，跟隨電路，二極體，電容，電阻構成。本發明的技術解決方案中所述的同步信號採集電路由移相迴路、由比較器及外圍元器件組成的比較電路和隔離光耦構成。本發明用於軟起動的分級變頻無級調壓方法包括以下三個階段
第一階段，DSP控制器發出f/4觸發驅動信號，在工頻電源8個半波中，按照仿真計算出的最優方式去掉其中的4個波頭，並對剩餘的4個半波進行斬波調壓，通過電流信號和續流角信號採樣，協調控制電機轉速接近對應該頻段的額定轉速時切換到下一頻段；
第二階段，DSP控制器發出f/2觸發驅動信號，在工頻電源4個半波中，按照仿真計算出的最優方式去掉其中的2個波頭，並對剩餘的2個半波進行斬波調壓，通過電流信號和續流角信號採樣，協調控制電機轉速接近對應該頻段的額定轉速時切換到下一頻段； 第三階段，當電機的轉速接近1/2全速時，DSP控制器發出工頻觸發信號，即對交流電每個工頻半波進行斬波調壓控制，實現電機由f/4到f的轉變。本發明所述的一種分級變頻無級調壓軟起動裝置中的分級變頻方式是按照f/N的方式進行頻段的劃分，其中f為電網頻率，中國電網頻率為50Hz，理論上N可取1，2，
3......50自然數，本發明中選取了 50Hz (N = I)，25Hz (N = 2),12. 5Hz (N = 4)三個頻段完
成分級變頻起動方式。本發明中的無級調壓方式是根據當前頻率包含的波頭數而進行的斬波調壓控制，保證各分頻段轉矩的最大化，而且通過檢測電機相電流和續流角的變化，保證電機在接近各分頻段的額定轉速時，切換到下一頻段。本發明的有益效果是通過使用分級變頻無級調壓起動技術可以實現小起動電流，高起動轉矩的特點，且裝置僅僅在普通電子軟起動器的主迴路上增加兩組反並聯可控矽模塊，價格優勢較變頻器明顯，且起動性能優於普通電子軟起動器。本發明具有小起動電流，高起動轉矩，各分頻段切換平滑，價格便宜的特點。本發明主要用於三相異步電動機帶重載起動場合。
圖I為本發明的分級變頻無級調壓軟起動裝置系統方框示意圖。圖2為本發明的分級變頻無級調壓軟起動裝置主迴路示意圖。圖3為本發明的分級變頻方式示意圖。圖4是本發明的電流信號過零的檢測電路原理圖。圖5是本發明的電流信號和輸入電壓信號的採樣電路原理圖。圖6是本發明的同步信號採集電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施例進一步說明本發明的技術特點。如圖I至圖3所示。基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置系統示意圖中包括主迴路及主迴路控制電路。主迴路A是由五組反並聯的可控矽構成，通過控制主迴路中的雙向可控矽的導通來實現改變加載在電機端的電壓和頻率。主迴路控制電路包括DSP控制器、電流信號過零檢測電路、電壓採樣電路、電流採樣電路、同步信號採集電路和驅動電路；其中，電壓採樣電路、同步信號採集電路分別連接在主迴路電源輸入端與DSP控制器之間，電壓採樣電路將電壓互感器二次側輸出電壓信號調理至(Γ3. 3V，供DSP控制器採集，同步信號採樣電路將交流信號調理成方波信號，作為觸發脈衝對應的每個分頻周期的基準時刻；電流採樣電路、電流信號過零檢測電路分別連接在主迴路電源輸出端與DSP控制器之間，驅動電路連接在主迴路各可控矽控制端與DSP控制器之間，電流採樣電路將電流霍爾傳感器二次側輸出信號調理至(Γ3. 3V，供DSP控制器採集，電流過零檢測電路是通過檢測可控矽管壓降信號，並通過橋式電壓整形和隔離光耦，輸出一定頻率的方波信號。DSP控制器B輸出驅動控制脈衝，電壓採樣電路C跟蹤輸入電壓的幅值大小，電流採樣電路D跟蹤裝置輸出電流，同步信號採集電路E提供驅動控制脈衝的基準時刻，電流信號過零檢測電路F提供輸出電流過零時刻，驅動 電路G是按照DSP控制器B的指令對可控矽進行控制，這樣分級變頻無級調壓軟起動裝置根據電流採樣值，電壓採樣值，電流過零信號與電壓同步信號比較得出的電機續流角的準確值協調控制分級頻段平滑切換和輸出電流有效值，達到小起動電流，高起動轉矩的變頻起動效果。本發明在傳統可控矽主迴路增加兩組反並聯可控矽，通過在不同的分頻階段控制五組可控矽的觸發順序，在改變電機輸入電源頻率的同時，對輸入端電壓進行調節，來實現分級變頻控制。起動過程中按照三級頻率逐步提升，直到同電網頻率f (50Hz)達到一致，則實現分級變頻無級調壓軟起動過程。將三相正弦交流電變頻方法是通過根據要求的分頻頻率，合理選擇交流半波的導通，將η周期的工頻交流電合併為一個周期。本發明是三級變頻無級調壓軟起動，頻率由12. 5Hz — 25Hz — 50Hz，分為三個階段。第一階段，控制器發出f/4觸發驅動信號，在工頻電源8個半波中，按照仿真計算出的最優方式去掉其中的4個波頭，並對剩餘的4個半波進行斬波調壓，儘可能地提高起動轉矩，並使加在電動機的電壓基波頻率為工頻的1/4，即12. 5Hz，通過電流信號和續流角信號採樣，協調控制電機轉速接近對應該頻段的額定轉速時切換到下一頻段。第二階段，控制器發出f/2觸發驅動信號，在工頻電源4個半波中，按照仿真計算出的最優方式去掉其中的2個波頭，並對剩餘的2個半波進行斬波調壓，儘可能地提高起動轉矩，並使加在電動機的電壓基波頻率為工頻的1/2，即25Hz，通過電流信號和續流角信號採樣協調控制電機轉速接近對應該頻段的額定轉速時切換到下一頻段。第三階段，當電機的轉速接近1/2全速時，控制器發出工頻觸發信號，即對交流電每個工頻半波進行斬波調壓控制，這樣就實現了電機由25Hz到50Hz的轉變過程。主迴路包括五組反並聯的可控矽，其中，三組反並聯的可控矽分別串接在三相電源線與電機之間，另二組反並聯的可控矽的一端分別與三相電源線中的兩相電源線連接，另一端分別交叉與該兩相電源線對應的電機端連接。如圖4所示。電流信號過零檢測電路由二極體橋式電路，隔離光耦6N139構成；圖4中K1K2可控矽壓降信號作為輸入，經R89電阻限流，通過4個二極體進行整形後的電壓輸入到隔離光I禹，由光I禹輸出端Vo輸出電流過零信號。如圖5所示。電壓採樣電路和電流採樣電路由LM324運放晶片，二極體，電阻，電路構成；互感器二次側信號經Ul IA電壓跟隨後，通過Ul IB進行零點基準提升，經Ul IC進行比例調節和UllD電壓跟隨後，輸入到DSP控制器。如圖6所示。同步信號採集電路由隔離光耦6N139，比較器LM339，用於移相的電阻，電容迴路構成；由電壓互感器二次側輸出的信號經過1 1，￥1 1，(1，1 4，1 7的移相迴路後，進入比較器LM339，比較器輸出信號經過隔離光耦6N139後，輸出同步信號。
主迴路及電流信號過零檢測電路、電壓採樣電路、電流採樣電路、同步信號採集電路均為常規電路。
權利要求
1.一種基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置，包括連接在電源與電動機之間的由反並聯的可控矽組構成的主迴路及主迴路控制電路，其特徵在於主迴路由依次連接的五組反並聯的可控矽構成；主迴路控制電路包括DSP控制器、電流信號過零檢測電路、電壓採樣電路、電流採樣電路、同步信號採集電路和驅動電路；其中，電壓採樣電路、同步信號採集電路分別連接在主迴路電源輸入端與DSP控制器之間，電流採樣電路、電流信號過零檢測電路分別連接在主迴路電源輸出端與DSP控制器之間，驅動電路連接在主迴路各可控矽控制端與DSP控制器之間。
2.根據權利要求I所述的基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置，其特徵在於所述的主迴路包括五組反並聯的可控矽，其中，三組反並聯的可控矽分別串接在三相電源線與電機之間，另二組反並聯的可控矽的一端分別與三相電源線中的兩相電源線連接，另一端分別交叉與該兩相電源線對應的電機端連接。
3.根據權利要求I所述的基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置，其特徵在於所述的電流信號過零檢測電路由二極體橋式電路和隔離光耦構成。
4.根據權利要求2所述的基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置，其特徵在於所述的電壓採樣電路和電流採樣電路由四級運放晶片及外圍元器件組成的放大電路，跟隨電路，二極體，電容，電阻構成。
5.根據權利要求2所述的基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置，其特徵在於所述的同步信號採集電路由移相迴路、由比較器及外圍元器件組成的比較電路和隔離光耦構成。
全文摘要
本發明名稱為基於無速度傳感器的分級變頻無級調壓軟起動裝置。屬於電動機起動技術領域。主要是解決現有軟起動裝置存在減小起動電壓必然嚴重降低起動轉矩，帶重載起動困難的問題。它的主要特徵是由依次連接的五組反並聯的可控矽組構成的主迴路及主迴路控制電路；主迴路控制電路包括DSP控制器、電流信號過零檢測電路、電壓採樣電路、電流採樣電路、同步信號採集電路和驅動電路；電壓採樣電路、同步信號採集電路連接在主迴路與DSP之間，電流採樣電路、電流信號過零檢測電路連接在主迴路與DSP之間，驅動電路連接在主迴路各可控矽控制端與DSP之間。具有小起動電流，高起動轉矩，分頻段切換平滑的特點，主要用於三相異步電動機帶重載起動場合。
文檔編號H02P1/30GK102904492SQ20111021267
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者趙世運, 熊平 申請人:萬洲電氣股份有限公司