CN101997459A

CN101997459A - 一种直流油泵电机软启动控制装置

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Publication number: CN101997459A
Application number: CN 201010566419
Authority: CN
Inventors: 赵龙升
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: CN101997459B

Abstract

一种直流油泵电机软启动控制装置，包括主回路电源和控制电源、直流滤波单元、励磁检测单元、滤波单元、故障自诊断单元、显示记录单元、微处理器单元、电机启动单元、电机旁路单元、远传单元、通讯单元、远方操作和本地操作单元。主回路电源、控制电源、直流滤波单元和励磁检测单元构成软启动装置的电源部分，提供软启动装置所需的主电源、励磁电源和控制电源。滤波单元、电机启动单元及电机旁路单元构成主起动部分，其在控制电路的作用下实现主回路电流按设定值进行斜坡起动，并在起动完成后进行旁路工作。微处理器单元、故障自诊断单元、显示记录单元、远传单元、通讯单元及其余单元构成主控制部分，驱动主回路工作并对其进行就地或远程控制。

Description

一种直流油泵电机软启动控制装置

技术领域

本发明涉及一种直流油泵电机软启动的控制装置。

背景技术

目前火力发电厂、大型化工厂及造纸厂等大型工厂中广泛应用直流电机作为应急冷却及直流润滑油泵的拖动系统，直流电机传统的启动方式是电枢回路串接电阻启动，该启动方式启动时在直流电动机电枢回路中串入启动电阻，以限制启动电流，启动电阻为一组三个电阻串接的可变电阻，在开始启动时，电枢回路接入电源，串入全部电阻，以尽量降低启动电流，随后以固定时间及时逐级短接三个电阻，直到电机正常启动。这种启动方式的应用在电力生产中非常普遍，其暴露出的缺陷及隐患也是非常多的，大致有如下几项：

1.它不能彻底解决直流电动机启动过程中冲击电流大的问题，启动过程中直流电机的启动电流依旧大于其额定电流数倍，仍有可能因启动电流过大而引起电机加速损坏。

2.控制原理落后，方式复杂，环节过多，故障率极高，维护工作量很大。这种启动方式需由几个大容量的直流接触器和中间继电器、时间继电器组成，由于元件较多，故障率极高，柜体内非常拥挤，检修维护极不方便。

3.启动过程中，任何一级电阻不切换，即导致直流电动机不能正常运行，电阻发热严重，电机过载。

4.启动过程中，启动电流仍旧较大，使蓄电池受到电流冲击，输出电压降低，如果有任一级电阻不切换，则恶化蓄电池的运行工况，对电气二次回路的正常工作造成威胁，比如事故情况下有关开关拒跳闸，使事故扩大。

5.在停泵过程中，直流电机的反电动势，通过直流接触器断开时的电弧瞬时加入直流系统，导致直流系统电压大幅波动，严重时电压波动幅度大于100V，对电气二次回路的正常工作造成极大威胁，如现场运行中的开关无故偷跳的现象，就是由此引起。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种直流油泵电机软启动控制装置，在启动过程中没有额外的功率损耗，减小了对直流电网的冲击，既起到节能的目的又不会影响其他直流设备正常工作。

为达上述目的，本发明采用了如下技术方案：

主回路电源和控制电源由蓄电池组或相应直流源提供，分别由主空开QF1和控制回路空开QF2控制，主回路电源提供软启动装置的主电源和励磁电源，控制电源提供控制部分所需的电源，直流滤波单元用来滤除启动时的尖峰脉冲电压，励磁检测单元用来检测励磁电流并将其传送到微处理器单元进行判断与控制。

在主起动部分中，滤波单元为软启动装置的二次滤波部分，为电机启动单元的主功率模块提供保护。电机启动单元包括主功率模块(IGBT)及其PWM控制单元，由PWM控制单元控制主功率模块的导通或关断。电机旁路单元在电机启动单元启动完毕后进行旁路，也可在启动单元故障后进行应急启动。

在主控制部分中，微处理器单元用于对电机软启动装置的工作状态进行判断并发出控制指令。故障自诊断单元用于对电机软启动装置工作状态进行采集处理，并将其传送给微处理器单元。远传单元采集设备的电流信号并传送给上位机，远方操作单元可以接受DCS远控开、关机信号，并对设备的工作状态进行远程指示，本地操作单元提供本地控制命令及工作状态指示。显示记录单元可通过触摸屏等手段实现工作状态、故障状态的显示记录功能。通讯单元可以通过profibus或modbus协议实现组网控制。

本发明还可采用以下技术方案进一步实现：

所述主电源为110V或220V直流电；

本直流软启动控制器的显示面板根据设备内设置的各类故障报警和功能转换设置采用不同的按钮和声光报警系统；

所述控制电源为开关电源模块或DC/DC电源模块，转换输出电压为+24V、±15V和±12V；

故障自诊断单元所需的判断信号通过电压电流信号采样模块采集，电压电流信号采样模块为霍尔元件及相应辅助电路；

通过上述的技术方案，本发明具备如下技术效果：

1、直流油泵电机软启动装置使电机启动过程中电流从零到额定值的变化时间可控，无电流突变及震荡现象，对直流母线无污染，对蓄电池和电机无大电流冲击；

2、直流油泵电机软启动装置在电机启动过程中没有额外的功率损耗，达到了节能目的。

附图说明

图1为本发明电源设备直流油泵电机软启动装置内部结构示意图；

图2为本发明电源设备直流油泵电机软启动装置直流滤波单元自启动电路示意图；

图3为本发明电源设备直流油泵电机软启动装置电机启动单元原理图；

图4为本发明电源设备直流油泵电机软启动装置微处理器单元示意图；

图5为本发明电源设备直流油泵电机软启动装置主控制原理框图；

图6为本发明电源设备直流油泵电机软启动装置电路原理示意图。

其中：1、微处理器单元；2、限流电路；3、PWM控制电路；4、IGBT驱动电路；5、电流设定电路；6、短路及过流保护电路；7、报警电路；8、低压报警电路；9、电流、电压变送电路；10、控制终端；11、电压电流信号采样模块。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明。

如图1、6所示，直流油泵电机软启动装置的主回路及相应控制部分，包括主回路电源和控制电源、励磁检测单元、电流变送器、PWM控制模块、IGBT模块VC1、吸收保护回路(包括滤波单元、电容器C1等)、急停按钮、开关与继电器等。主回路电源为DC220V主输入电源，通过QF1控制通断。控制电源为开关电源或DC/DC模块电源，通过开关QF2由电源输出端供电。励磁检测主要由传感器A-3完成，并上传给微处理器。电流变送器A-2为远传单元的主要组成部分，将4-20mA电流信号远传至上位机，电流传感器除了为电机启动单元的PWM控制模块提供采样电流外，经过处理后还为微处理器提供电流信号。直流接触器KM2为旁路单元的主要组成部分，在电机启动完成后，由微处理器发出旁路指令，通过继电器DC3控制KM2吸合。

如图2所示，直流电机软启动控制器滤波单元自启动电路示意图，该自启动电路由KA2检测主回路通电，通过滤波单元自启动控制器控制启动过程，通过DC5驱动滤波单元完全接入主回路中。

如图3所示，直流电机软启动控制器电机启动单元原理图，主要包括PWM控制部分及驱动电路，PWM控制模块输出端与驱动模块的输入端相连，驱动模块的G、E端与IGBT的G、E端口相接。PWM控制电路该电路产生一种占空比可调的方波信号，该电路的控制信号CON与GND由微处理器单元控制信号输出端口提供，工作电源由+24V和±12V电源提供；驱动电路作为IGBT的驱动部分由+24V电源提供工作电源。

如图4所示，直流电机软启动控制器微处理器单元示意图，微处理器单元为直流软启动器的核心控制单元，电源为DC220。由远方操作单元和本地操作单元的开关信号控制，其输出信号为继电器信号，通过控制主回路(图1)中的继电器、接触器对主回路进行控制。微处理器通过控制信号输出端口控制PWM控制模块的输出占空比，从而控制主回路的电压和电流按一定时间开通。微处理器单元中的信号处理部分将直流软启动器输出电压(VO+、VO-)和电流的反馈信号A-1转换为微处理器的接收信号，该信号与励磁检测信号A-3一起作为故障自诊断及主要控制依据。微处理器单元外围的485通讯单元还可通过profibus或modbus协议实现组网控制。

参见附图5所示，1为微处理器单元，是设备的中心控制单元，除进行工作状态的信号采集处理，提供主回路的控制和远传信号外，还产生软启动需要的斜坡电压，斜坡时间，初始电压值可自由调整；2为限流电路，用以限制软启动器输出的最大启动电流，有效避免大电流对系统和设备的冲击，改善启动环境；3为PWM控制电路，该电路产生一种占空比可调的方波信号；4为IGBT驱动电路，该电路采用专用驱动器件，对PWM信号进行放大等处理，用以驱动IGBT的开通与关断；5为电流设定电路，通过该电路，用户可以根据工艺条件设定限流值；6为短路及过流保护电路，当主回路中的电流超过设定值或主回路发生短路时，该保护电路可禁止软启动器输出；7为报警电路，当发生过流或短路故障时，该电路发出报警信号；8为低压报警电路，用于主回路电压低于设定值时发出报警信号；9为电流、电压变送电路，用于控制终端对电流或电压的采集、显示；10为控制终端，该终端可以为手动远控台，也可为计算机。

控制流程为：用户可以根据工艺条件通过电流设定电路5设定限流值，微处理器单元1产生软启动需要的斜坡电压，电流采样与限流电路2和短路及过流保护电路6连接，控制限流电路2的输出端，同时若采样电流超过设定值或主回路发生短路时，短路及过流保护电路6启动，禁止软启动器输出，同时报警电路7发出报警信号；正常情况下，斜坡电压经限流电路2后输入至PWM控制电路3产生相应占空比的方波信号控制IGBT驱动电路4的开通或关断，以使直流电机启动主回路中的电流得以控制；电压采样电路将采样电压送入低压报警电路8，当主回路电压低于设定值时低压报警电路8发出报警信号，所述主回路的工作状态、报警信号、报警电路7的开关状态、来自于电流、电压变送电路9的电压电流的采样值均在控制终端10上显示，方便操作人员的操作。

以上所述，仅为本发明的一个具体实施例，并非对本发明作出的限定。凡本领域的技术人员利用本发明对上述实施例作出任何等同的变动均属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：包括主回路电源和控制电源、直流滤波单元、励磁检测单元、滤波单元、故障自诊断单元、显示记录单元、微处理器单元、电机启动单元、电机旁路单元、远传单元、通讯单元、远方操作和本地操作单元。

2.如权利要求1所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：所述主回路电源、控制电源、直流滤波单元和励磁检测单元构成软启动装置的电源部分，提供软启动装置所需的主电源、励磁电源和控制电源。

3.如权利要求2所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：所述滤波单元、电机启动单元及电机旁路单元构成主起动部分，所述主起动部分在控制电路的作用下实现主回路电流按设定值进行斜坡起动，并在起动完成后进行旁路工作。

4.如权利要求3所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：所述微处理器单元、故障自诊断单元、显示记录单元、远传单元、通讯单元及其余单元构成主控制部分，所述主控制部分驱动主回路工作并对其进行就地或远程控制。

5.如权利要求1或2所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：主回路电源和控制电源由蓄电池组或相应直流源提供，分别由主空开QF1和控制回路空开QF2控制，主回路电源提供软启动装置的主电源和励磁电源，控制电源提供控制部分所需的电源，直流滤波单元用来滤除启动时的尖峰脉冲电压，励磁检测单元用来检测励磁电流并将其传送到微处理器单元进行判断与控制。

6.如权利要求3所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：在主起动部分中，滤波单元为软启动装置的二次滤波部分，为电机启动单元的主功率模块提供保护；电机启动单元包括主功率模块(IGBT)及其PWM控制单元，由PWM控制单元控制主功率模块的导通或关断；电机旁路单元在电机启动单元启动完毕后进行旁路，也能在启动单元故障后进行应急启动。

7.如权利要求4所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：在主控制部分中，微处理器单元用于对电机软启动装置的工作状态进行判断并发出控制指令；故障自诊断单元用于对电机软启动装置工作状态进行采集处理，并将其传送给微处理器单元；远传单元采集设备的电流信号并传送给上位机，远方操作单元能以接受DCS远控开、关机信号，并对设备的工作状态进行远程指示，本地操作单元提供本地控制命令及工作状态指示；显示记录单元能通过触摸屏等手段实现工作状态、故障状态的显示记录功能；通讯单元通过profibus或modbus协议实现组网控制。

8.如权利要求7所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：本直流油泵电机软启动控制装置的显示面板根据设备内设置的各类故障报警和功能转换设置采用不同的按钮和声光报警系统。

9.如权利要求5所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：所述控制电源为开关电源模块或DC/DC电源模块，转换输出电压为+24V、±15V和±12V。

10.如权利要求5所述的直流油泵电机软启动控制装置，其特征在于：故障自诊断单元所需的判断信号通过电压电流信号采样模块采集，电压电流信号采样模块为霍尔元件及相应辅助电路。