CN103199768A - 交流异步电机有级变频起动方法和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流异步电机有级变频起动方法：工频交流电调制成12.5Hz，起动电动机，当电动机速度达到12.5Hz时将交流电调制成25Hz，起动电动机，当电动机速度达到25Hz时，调制成工频下的降压软起动，直至电机转速达到额定转速。交流异步电机有级变频起动方法的控制器，包括：微处理器、与微处理器连接的电源模块、降压/隔离/放大/限幅/基准电平调整单元、降压/过零检测/整形/隔离单元、显示单元、隔离/限幅/极性/转换单元、晶闸管触发驱动单元。本发明实现12.5Hz、25Hz的变频触发以及工频斩波触发，完成交流异步电动机的“有级变频+软起”起动，在降压低频起动时也能保持标称起动转矩，实现重载起动。

Description

交流异步电机有级变频起动方法和控制器

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机有级变频软起动方法和控制器。

背景技术

随着国内煤矿产量增大，运输设备的功率也大幅提高，为解决设备的起动问题，目前国内煤矿大都采用软起动设备，其中绝大多数是采用3组反并联（共6路）晶闸管斩波降压型软起动器，这种设备在斩波降压起动的同时也必然降低了起动转矩（起动转矩与电压的平方成正比），因此该起动方式在轻载或中型负载下起动可达到预期的起动效果，但对重载或超重载起动失效。为此出现了现有硬件基础上的“离散变频技术+软起”控制方式，由于只有6路晶闸管，所实现的低频（交交变频）脉动很大，对电动机及设备造成很大的转矩冲击，失去实用价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种交流异步电机有级变频起动方法、驱动12路晶闸管实现有级变频起动方法的控制器。

交流异步电机有级变频起动方法：

a.工频交流电调制成低频率起动电机，直至电机转速达到相应的频率；

b.提高工频交流电的调制频率起动电机，直至电机转速达到相应的频率；

c.重复b步骤，直至电机转速接近工频频率的1/2；

d.工频降压起动电机，直至电机转速达到额定转速。

上述方法的优选方案，工频交流电调制成12.5Hz，起动电动机，当电动机速度达到12.5Hz时将交流电调制成25Hz，起动电动机，当电动机速度达到25Hz时，调制成工频下的降压软起动，直至电机转速达到额定转速。

上述交流异步电机有级变频起动方法，电动机在低频下的起动转矩可达到标称起动转矩，且所需电压可适当降低，实现重载起动，随着电动机转速的增高其功率因数也相应提高，使后续的工频降压软起动阶段也能达到较高的转矩。

实现上述交流异步电机有级变频起动方法的控制器，包括：

微处理器，用于分析采样数据，实现输出变频触发信号和降压起动触发信号；

与微处理器连接的电源模块，用于为电路提供电源；

与微处理器连接的降压/隔离/放大/限幅/基准电平调整单元，用于采样模拟电路的电流、电压；

与微处理器连接的降压/过零检测/整形/隔离单元，用于接收同步信号；

与微处理器连接的显示单元，用于输出显示信号；

与微处理器连接的隔离/限幅/极性/转换单元，用于接收操作指令；

与微处理器连接的晶闸管触发驱动单元，用于输出驱动信号。

优选方案，降压/隔离/放大/限幅/基准电平调整单元连接微处理器的多路模拟量输入引脚，降压/过零检测/整形/隔离单元连接微处理器的多路电平变化中断输入引脚，显示单元连接微处理器的串行输出引脚，隔离/限幅/极性/转换单元连接微处理器的多路开关量输入引脚，有2个晶闸管触发驱动单元，晶闸管触发驱动单元连接微处理器的多路开关量输出引脚。

优选方案，还包括两组触发接口，每组触发接口连接6路晶闸管。

优选方案，晶闸管触发接口可以是变压器隔离式，采用变压器隔离模块隔离，可直接连接晶闸管，用于1140VAC及以下的场合；也可以是光电隔离式，用于1140VAC以上的场合，每路接口由多级分压电阻将每一路的触发脉冲电压分压后连接多个光电发送器，所述的光电发送器本身具有光纤插口，该光纤插口插接光纤将触发信号传输到由光电接收器组成的晶闸管触发模块进行触发。

 

实现电机有级变频起动方法的控制器，微处理器对各单元进行协调和控制，依据选定模式对1#组晶闸管和2#组晶闸管实施有效触发，实现12.5Hz、25Hz的变频触发以及工频斩波触发，12.5Hz、25Hz的变频由1#组晶闸管和2#组晶闸管共同工作（12路晶闸管全部运行）实现的，基本接近半波交交变频效果；工频斩波是由1#组晶闸管或2#组晶闸管单独工作（6路晶闸管运行）实现的。通过对12路晶闸管的有效协调触发，完成交流异步电动机的“有级变频+软起”起动，在降压低频起动时也能保持标称起动转矩，实现重载起动。

附图说明

图1为本发明的功能模块连接框图；

图2为本发明的变压器隔离型的触发接口电路图；

图3为本发明的光电隔离器型的触发接口SCR1电路图；

图4为本发明的光电隔离器型的触发接口SCR4电路图；

图5为本发明的微处理器的主程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

交流异步电机有级变频起动方法：工频交流电调制成12.5Hz，起动电动机，当电动机速度达到12.5Hz时将交流电调制成25Hz，起动电动机，当电动机速度达到25Hz时，调制成工频下的降压软起动，直至电机转速达到额定转速。

交流异步电机有级变频起动方法的控制器实施例一：

如图1所示的实现电机有级变频起动方法的控制器，包括：嵌入式微处理器、电源模块、降压/隔离/放大/限幅/基准电平调整单元、降压/过零检测/整形/隔离单元、显示驱动单元、隔离/限幅/极性转换单元、两组晶闸管触发驱动单元。

嵌入式微处理器采用DSPIC芯片，包含嵌入式程序，主程序流程如图5所示，实现交流异步电机有级变频起动控制过程，支持A/D模拟量采样，实时数据处理、输入/输出端口检测与处理、有级变频触发输出和降压软起触发脉冲输出，以及其它功能的实现；嵌入式微处理器包括多路模拟量输入引脚、多路电平变化中断输入引脚、串行输出引脚、多路开关量输入引脚、1#组多路开关量输出引脚和2#组多路开关量输出引脚。

电源模块连接电源接口，电源接口一端连接到单相工频100VAC~250VAC交流电源上，另一端连接控制器，向控制器提供工作电源。

降压/隔离/放大/限幅/基准电平调整单元向内连接多路模拟量输入引脚，向外分别连接电压采样接口和电流采样接口，该电压采样接口可连接220VAC以下3相或2相交流电压，主回路电压降压后的电压值，3相或2相可选，便于主回路工作电压的采样；电流采样接口可连接安装在主回路上的3相电流互感器的副边或2相的电流互感器的付边或霍尔传感器的副边，完成降压、隔离、放大、限幅、杂波抑制、基准电平调整，由嵌入式微处理器完成A/D采样和转换。

降压/过零检测/整形/隔离单元向内连接多路电平变化中断输入引脚，向外连接同步信号接口，同步信号接口可连接220VAC以下的三相工频交流电压，完成降压、过零检测、整形、隔离，将同步信号传输给嵌入式微处理器，提供触发基准。

显示驱动单元向内连接串行O引脚，向外连接显示接口，显示接口对外连接LCD显示器，便于参数设置、模式选择、状态监视和故障提示等人机对话。

隔离/限幅/极性转换单元向内连接多路开关量I引脚，向外分别连接操作键接口和START接口，操作键接口对外连接4个或3个操作按键的无源接点，以实现参数设置修改、故障查询、故障复位等“人机对话”， START接口对外连接一用于起停控制的无源接点，向嵌入式微处理器提供操作键值和起/停控制指令。

如图2所示，1#组SCR触发驱动单元向内连接1#多路开关量O引脚，完成触发方波的电平转换、脉冲串调制、功率驱动，向外连接1#组SCR触发接口， SCR触发驱动单元采用变压器隔离模块，变压器隔离模块一边连接1#多路开关量输出引脚，另一边连接1#组SCR触发接口，1#组SCR触发接口对外连接第一组共6路晶闸管的触发端子, 实现晶闸管的有效触发；2#组触发驱动单元SCR与 1#组SCR触发驱动单元连接方式相同，连接2#组SCR触发接口，2#组SCR触发接口对外连接第二组共6路晶闸管的触发端子, 实现晶闸管的有效触发。

本实施例适合晶闸管组在三相1140VAC及以下工频交流电压下工作。

电机有级变频起动方法的控制器实施例二：

与实施例一的区别在于，SCR触发驱动单元采用光电隔离器隔离型，光电隔离器隔离型由多级分压电阻将每路的触发脉冲电压经多级分压后直接驱动光电发送器，如图3所示光电隔离器型的触发接口SCR1电路图，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10串联，电阻分压后直接驱动光电发送器SCR1-A、SCR1-B、SCR1_C、SCR1-D、SCR1-E，光电发送器自身具有光线插口，该插口对外连接多根光纤，传输触发信号到对应的由光电接收器组成的晶闸管触发模块，再对各个晶闸管触发。如图4所示光电隔离器型的触发接口SCR4电路图，电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20串联，电阻分压后直接驱动光电发送器SCR4-A、SCR4-B、SCR4_C、SCR4-D、SCR4-E，光电发送器自身具有光线插口，该插口对外连接多根光纤，传输触发信号到对应的由光电接收器组成的晶闸管触发模块，再对各个晶闸管触发。 

本实施例适合晶闸管组在三相1140VAC以上工频交流电压下工作。

以上所述，仅为本发明的一部分具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.交流异步电机有级变频起动方法，其特征在于：

a.工频交流电调制成低频率起动电机，直至电机转速达到相应的频率；

b.提高工频交流电的调制频率起动电机，直至电机转速达到相应的频率；

c.重复b步骤，直至电机转速接近工频频率的1/2；

d.工频降压起动电机，直至电机转速达到额定转速。

2.根据权利要求1所述的交流异步电机有级变频起动方法，其特征在于：工频交流电调制成12.5Hz，起动电机，当电机转速达到12.5Hz时将交流电调制成25Hz，起动电机，当电机转速达到25Hz时，调制成工频下的降压软起动，直至电机转速达到额定转速。

3.实现权利要求1所述的交流异步电机有级变频起动方法的控制器，其特征在于，包括：

微处理器，用于分析采样数据，实现输出变频触发信号和降压起动触发信号；

与微处理器连接的电源模块，用于为电路提供电源；

与微处理器连接的降压/隔离/放大/限幅/基准电平调整单元，用于采样模拟电路的电流、电压；

与微处理器连接的降压/过零检测/整形/隔离单元，用于接收同步信号；

与微处理器连接的显示单元，用于输出显示信号；

与微处理器连接的隔离/限幅/极性/转换单元,用于接收操作指令；

与微处理器连接的晶闸管触发驱动单元，用于输出驱动信号。

4.根据权利要求3所述的交流异步电机有级变频起动方法的控制器，其特征在于：所述降压/隔离/放大/限幅/基准电平调整单元连接所述微处理器的多路模拟量输入引脚。

5.根据权利要求3所述的电机有级变频起动方法的控制器，其特征在于：所述降压/过零检测/整形/隔离单元连接所述微处理器的多路电平变化中断输入引脚。

6.根据权利要求3所述的交流异步电机有级变频起动方法的控制器，其特征在于：所述显示单元连接所述微处理器的串行输出引脚。

7.根据权利要求3所述的交流异步电机有级变频起动方法的控制器，其特征在于：所述隔离/限幅/极性/转换单元连接所述微处理器的多路开关量输入引脚。

8.根据权利要求3所述的交流异步电机有级变频起动方法的控制器，其特征在于：所述晶闸管触发驱动单元数量为2个，所述晶闸管触发驱动单元连接所述微处理器的多路开关量输出引脚。

9.根据权利要求3所述的交流异步电机有级变频起动方法的控制器，其特征在于：还包括两组采用变压器隔离模块的触发接口，每组所述触发接口包括6路晶闸管触发接线端子，该端子可直接连接6路晶闸管。

10.根据权利要求3所述的交流异步电机有级变频起动方法的控制器，其特征在于：还包括两组采用光电隔离器型的触发接口，每组6路接口，每路接口由多级分压电阻将每一路的触发脉冲电压分压后连接多个光电发送器，所述的光电发送器本身具有光纤插口，该光纤插口插接光纤将触发信号传输到由光电接收器组成的晶闸管触发模块进行触发。

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