CN106849014B - 一种电机安全控制电路系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机安全控制电路系统，包括保护电路、通讯电路系统和开关电路；本发明的控制电路能产生四相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机，芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流，熔断器FU作短路保护，过流继电器KI1、KI2作过电流保护，欠压继电器KUD作主电路的欠电压保护，热继电器FR作过载保护，零压继电器KUD通过其动合触点KUD(1‑3)与主令开关QM的触点QM0构成零位自锁环节，正、反接触器KM1、KM2构成互锁环节，本发明操作便捷，安全性更高，可实现远程控制具有很强的创造性。

Description

一种电机安全控制电路系统
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机安全控制电路系统。
背景技术
电机是国民生产的主要原动力，每年消耗的电能占全国总发电量的65％至70％。电机一般有同步电机和异步电机两种。同步电机的转子与定子均通电，因此具有相同的功率，使转子与定子同步转动。同步电机的功率因数一般较异步电机高，但这种电机的扭矩较小，在启动时不能带动较大的负载，而在启动时能够带动的负载在达到稳定转动后又会由于负载过小而导致功率因数交低。而异步电机的定、转子之间没有电的直接联系，转子的能量是由定子磁场感应产生的，它是按照导体切割磁场产生感应电动势和载流导体在磁场中受到电磁力的作用这两条原理工作的，因此异步电机具有较大的启动扭矩，能够带动较大的负载。但异步电动机的转速不等于同步转速，两个转速不能同步，并且电机转速比同步转速小，同步转速和电机转速之差与同步转速的比值为电机的转差率，由于转子绕组的电阻和电抗基本不变，转子电流和转子电路的功率因数都是随转差率下降而下降，转差率逐渐变大，功率因数才逐步上升，当负载超过额定值很多时，转差率过大，电磁转矩下降直至堵转。在实际应用中，考虑起动等因素与机械设备配套使用时，通常选在电机额定负载50—80％，留有一定冗余量，而设备在实际工作中根本达不到设计功率，比如抽油机、球磨机等，电机长期轻载运行，导致电机的功率因数进一步降低。在专利号为CN201310264202的专利文件中，公开了一种电机控制系统及方法。该系统包括电流采集装置、控制装置、接线转换装置以及电阻；电流采集装置以及接线转换装置均与所述控制装置连接。电流采集装置用于采集电机的电流；控制装置用于在启动时发送第一控制信号；在确认电机的电流处于其额定电流范围内之后发送第二控制信号；接线转换装置用于接收第一控制信号并将电机的转子与所述电阻形成闭合回路；接收第二控制信号并将电机的转子与电源形成闭合回路。该方法包括：在电机启动时将电机的转子与电阻形成闭合回路；采集电机的电流信息；在确认电流处于其额定电流范围内之后将转子与电源形成闭合回路。本发明所述的电机控制系统及方法能够使电机的功率因数更高。
上述专利文件当接线转换装置使转子与电阻形成闭合回路时，转子自身不通电，只有定子通电。这时电机相当于异步电机，转子感应定子的磁场并在闭合回路中产生感应电流，进而使转子带动负载转动。在电机的启动阶段电流通常是额定电流的3倍，而当负载开始转动后电流会快速下降。但是对于如何提供一种结构简单，操作便捷，安全性更高，可实现远程控制的电机安全控制电路系统缺少技术性解决方案。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种电机安全控制电路系统，用于解决如何提供一种结构简单，操作便捷，安全性更高，可实现远程控制的电机安全控制电路系统的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种电机安全控制电路系统，包括控制电路，其特征在于：包括保护电路、通讯电路系统和开关电路，所述控制电路能产生四相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机，芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流，所述保护电路中熔断器FU作短路保护，过流继电器KI1、KI2作过电流保护，欠压继电器KUD作主电路的欠电压保护，热继电器FR作过载保护，零压继电器KUD通过其动合触点KUD(1-3)与主令开关QM的触点QM0构成零位自锁环节，正、反接触器KM1、KM2构成互锁环节，所述通讯电路系统包括通信接口电路和串行中断程序，所述串行中断程序包括系统复位、DO输出、DI读入、AD单次读入、AD连续读入和AD连续读入，所述保护电路中过流继电器与接触器配合使用，即将过流继电器线圈串联在被保护电路中，电路电流达到其整定值时，过流继电器KI1、KI2动作，其动断触点KI1(3-5)、KI2(5-7)切断KUD线圈电路，由KUD(1-3)控制接触器KM，再由接触器KM去切断电源，所述保护电路中电压继电器KUD起零压保护作用，当电源电压过低或消失时，KUD立即失电释放，接触器KM1或KM2也立即失电释放，由于此时QM不在零位，因此在电压恢复正常时，KUD不会得电吸合，若使电动机重新启动，必须先将QM置于零位，使触点MOD闭合，进而KUD得电吸合并自锁，然后再将QM置于正转或反转位置，电动机才能重新启动，这样通过KUD实现了零压保护。
优选的，所述控制电路中的变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成，产生一个基本的八格雷码，由变换器产生4个输出信号送给后面的输出逻辑部分，输出逻辑提供禁止和斩波器功能所需的相序，为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过2个PWM斩波器控制电动波器包含有一个比较器、一个触发器和一个外部检测电阻。
优选的，所述控制电路中的每个斩波器的触发器由振荡器的脉冲调节，当负载电流提高时检测电阻上的电压相对提高，当电压达到Uref时，将触发器重置，切断输出，直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出(即触发器Q输出)是一恒定速率的PWM信号，L297的CONTROL端的输入决定斩波器对相位线A，B，C，D或抑制线INH1和INH2起作用，CONTROL为高电平时，对A，B，C，D有抑制作用；为低电平时，则对抑制线INH1和INH2有抑制作用，从而可对电动机和转矩进行控制。
优选的，所述开关电路的倒顺开关有6个接线柱：I，1、L2和L3分别接i相电源，U1、Vl和Wl分别接电动机，倒顺开关的手柄有3个位置；当手柄处于停止位置时，开关的两组动触片都不与静触片接触，所以电路不通，电动机不转，当手柄拨到正转位置时，A、B、C、F触片闭合，电动机接通电源正向运转，当电动机需向反方向运转时，可把倒顺开关手柄拨到反转位置上，这时A、B、D、E触片接通，电动机换相反转，在使用过程中电动机处于正转状态时欲使它反转，必须先将手柄拨至停转位置，使它停转，然后再将手柄拨至反转位置，使它反转，倒顺开关一般适用于4.5kW以下的电动机控制电路。
优选的，所述通信接口电路中CP2101的USB功能控制器管理USB和UART间所有的数据传输，以及由USB主控制器发出的命令请求以及用于控制UART功能的命令，CP2101的UART接口处理所有的RS232信号，包括控制和握手信号，CP2101的VBUS与VREGIN引脚必须始终连到USB的VBUS信号上，在VREGIN的输入端加去耦电容。
(三)有益效果
本发明的控制电路能产生四相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机，芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流，熔断器FU作短路保护，过流继电器KI1、KI2作过电流保护，欠压继电器KUD作主电路的欠电压保护，热继电器FR作过载保护，零压继电器KUD通过其动合触点KUD(1-3)与主令开关QM的触点QM0构成零位自锁环节，正、反接触器KM1、KM2构成互锁环节，本发明操作便捷，安全性更高，可实现远程控制具有很强的创造性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的通信接口电路原理图；
图2是本发明的保护电路原理图；
图3是本发明的开关电路原理图；
图4是本发明的控制电路原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示的一种电机安全控制电路系统，包括控制电路，其特征在于：包括保护电路、通讯电路系统和开关电路，控制电路能产生四相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机，芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流，保护电路中熔断器FU作短路保护，过流继电器KI1、KI2作过电流保护，欠压继电器KUD作主电路的欠电压保护，热继电器FR作过载保护，零压继电器KUD通过其动合触点KUD(1-3)与主令开关QM的触点QM0构成零位自锁环节，正、反接触器KM1、KM2构成互锁环节，通讯电路系统包括通信接口电路和串行中断程序，串行中断程序包括系统复位、DO输出、DI读入、AD单次读入、AD连续读入和AD连续读入，保护电路中过流继电器与接触器配合使用，即将过流继电器线圈串联在被保护电路中，电路电流达到其整定值时，过流继电器KI1、KI2动作，其动断触点KI1(3-5)、KI2(5-7)切断KUD线圈电路，由KUD(1-3)控制接触器KM，再由接触器KM去切断电源，保护电路中电压继电器KUD起零压保护作用，当电源电压过低或消失时，KUD立即失电释放，接触器KM1或KM2也立即失电释放，由于此时QM不在零位，因此在电压恢复正常时，KUD不会得电吸合，若使电动机重新启动，必须先将QM置于零位，使触点MOD闭合，进而KUD得电吸合并自锁，然后再将QM置于正转或反转位置，电动机才能重新启动，这样通过KUD实现了零压保护。
控制电路中的变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成，产生一个基本的八格雷码，由变换器产生4个输出信号送给后面的输出逻辑部分，输出逻辑提供禁止和斩波器功能所需的相序，为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过2个PWM斩波器控制电动波器包含有一个比较器、一个触发器和一个外部检测电阻。
控制电路中的每个斩波器的触发器由振荡器的脉冲调节，当负载电流提高时检测电阻上的电压相对提高，当电压达到Uref时，将触发器重置，切断输出，直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出(即触发器Q输出)是一恒定速率的PWM信号，L297的CONTROL端的输入决定斩波器对相位线A，B，C，D或抑制线INH1和INH2起作用，CONTROL为高电平时，对A，B，C，D有抑制作用；为低电平时，则对抑制线INH1和INH2有抑制作用，从而可对电动机和转矩进行控制。
开关电路的倒顺开关有6个接线柱：I，1、L2和L3分别接i相电源，U1、Vl和Wl分别接电动机，倒顺开关的手柄有3个位置；当手柄处于停止位置时，开关的两组动触片都不与静触片接触，所以电路不通，电动机不转，当手柄拨到正转位置时，A、B、C、F触片闭合，电动机接通电源正向运转，当电动机需向反方向运转时，可把倒顺开关手柄拨到反转位置上，这时A、B、D、E触片接通，电动机换相反转，在使用过程中电动机处于正转状态时欲使它反转，必须先将手柄拨至停转位置，使它停转，然后再将手柄拨至反转位置，使它反转，倒顺开关一般适用于4.5kW以下的电动机控制电路。
通信接口电路中CP2101的USB功能控制器管理USB和UART间所有的数据传输，以及由USB主控制器发出的命令请求以及用于控制UART功能的命令，CP2101的UART接口处理所有的RS232信号，包括控制和握手信号，CP2101的VBUS与VREGIN引脚必须始终连到USB的VBUS信号上，在VREGIN的输入端加去耦电容。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种电机安全控制电路系统，包括控制电路，其特征在于：包括保护电路、通讯电路系统和开关电路，所述控制电路能产生四相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机，芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流，所述保护电路中熔断器FU作短路保护，过流继电器KI1、KI2作过电流保护，欠压继电器KUD作主电路的欠电压保护，热继电器FR作过载保护，零压继电器KUD通过其动合触点KUD(1-3)与主令开关QM的触点QM0构成零位自锁环节，正、反接触器KM1、KM2构成互锁环节，所述通讯电路系统包括通信接口电路和串行中断程序，所述串行中断程序包括系统复位、DO输出、DI读入、AD单次读入、AD连续读入，所述保护电路中过流继电器与接触器配合使用，即将过流继电器线圈串联在被保护电路中，电路电流达到其整定值时，过流继电器KI1、KI2动作，其动断触点KI1(3-5)、KI2(5-7)切断KUD线圈电路，由KUD(1-3)控制接触器KM，再由接触器KM去切断电源，所述保护电路中电压继电器KUD起零压保护作用，当电源电压过低或消失时，KUD立即失电释放，接触器KM1或KM2也立即失电释放，由于此时QM不在零位，因此在电压恢复正常时，KUD不会得电吸合，若使电动机重新启动，必须先将QM置于零位，使触点MOD闭合，进而KUD得电吸合并自锁，然后再将QM置于正转或反转位置，电动机才能重新启动，这样通过KUD实现了零压保护。
2.根据权利要求1所述的电机安全控制电路系统，其特征在于：所述控制电路中的变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成，产生一个基本的八格雷码，由变换器产生4个输出信号送给后面的输出逻辑部分，输出逻辑提供禁止和斩波器功能所需的相序，为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过2个PWM斩波器控制电动波器包含有一个比较器、一个触发器和一个外部检测电阻。
3.根据权利要求1所述的电机安全控制电路系统，其特征在于：所述控制电路中的每个斩波器的触发器由振荡器的脉冲调节，当负载电流提高时检测电阻上的电压相对提高，当电压达到Uref时，将触发器重置，切断输出，直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出(即触发器Q输出)是一恒定速率的PWM信号，L297的CONTROL端的输入决定斩波器对相位线A，B，C，D或抑制线INH1和INH2起作用，CONTROL为高电平时，对A，B，C，D有抑制作用；为低电平时，则对抑制线INH1和INH2有抑制作用，从而可对电动机和转矩进行控制。
4.根据权利要求1所述的电机安全控制电路系统，其特征在于：所述开关电路的倒顺开关有6个接线柱：I，1、L2和L3分别接i相电源，U1、Vl和Wl分别接电动机，倒顺开关的手柄有3个位置；当手柄处于停止位置时，开关的两组动触片都不与静触片接触，所以电路不通，电动机不转，当手柄拨到正转位置时，A、B、C、F触片闭合，电动机接通电源正向运转，当电动机需向反方向运转时，可把倒顺开关手柄拨到反转位置上，这时A、B、D、E触片接通，电动机换相反转，在使用过程中电动机处于正转状态时欲使它反转，必须先将手柄拨至停转位置，使它停转，然后再将手柄拨至反转位置，使它反转，倒顺开关一般适用于4.5kW以下的电动机控制电路。
5.根据权利要求1所述的电机安全控制电路系统，其特征在于：所述通信接口电路中CP2101的USB功能控制器管理USB和UART间所有的数据传输，以及由USB主控制器发出的命令请求以及用于控制UART功能的命令，CP2101的UART接口处理所有的RS232信号，包括控制和握手信号，CP2101的VBUS与VREGIN引脚必须始终连到USB的VBUS信号上，在VREGIN的输入端加去耦电容。
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