CN110971144A - 一种应用于电机启动的智能控制器 - Google Patents

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王明恩
李飞
姚欣
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Zhengzhou Jiachen Electric Co ltd
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Zhengzhou Jiachen Electric Co ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters

Abstract

本发明公开了一种应用于电机启动的智能控制器，该智能控制器的输入端子接外部供电模块，其输出端子接控制电机的供电输入端。在所述输入端子和输出端子之间设置电子开关，通过控制电路产生预定形式的控制信号控制所述开关管导通时流经电流缓慢增大，以避免控制器开通瞬间产生过大的电流对电机与电池产生冲击。相较于传统的按键开关控制的机械式接触器降低电机启动时产生的电流、能够避免接触器吸合时产生的触点拉弧、触点黏连等问题，减少电流对电机以及电池的冲击，延长电池、电机的使用寿命。

Description

一种应用于电机启动的智能控制器
技术领域
本发明涉及电气领域的控制电路，具体涉及一种应用于电机启动的智能控制器。
背景技术
控制电机启动是托盘车重要的工作过程，现有的控制启动方案是通过按键开关控制机械式接触器实现接通或切断主电路，从而控制电机的输入实现控制。如图1所示，现有的电机启动控制方案通常由机械式接触器1的外部控制信号输入端子2上的控制信号触发机械式接触器线圈中流过的电流产生吸附力，使机械师接触器触点11闭合与断开，从而机械式接触器的输入端子3和机械式接触器输出端子4进行电气连接/断开，实现通过机械式接触器的输入端子3为接在机械式接触器输出端子4上的电机启动提供电流。
现有方案是将机械接触器1串入托盘车上的电池与电机回路中作为开关控制电机的工作。由于电机的特性其内阻很小，在电机开始转动之前，接触器吸合的时刻整个回路近似于短路状态，导致电机启动时间内的整个回路中会产生非常大的电流。电机的启动时间是指电机启动电流降低到电机正常运转状态下稳定的负载电流所用时间。
在一种现有采用机械式接触器的某型托盘车电机启动时，流过触点的电流波形如图2所示。在外部控制信号Enable的作用下，产生驱动信号Driver驱动机械式接触器线圈促使该机械式接触器的触点闭合。在该机械式接触器的触点闭合到电机正常运转器件(此时流过触点或电机的电流将下降为Iload)，将产生高达470安培的电流脉冲，对电机与电池产生冲击、影响电机与电池的使用寿命。此外、机械式接触器功能比较单一，其触点在大电流状态切换过程中会产生拉弧、触点黏连、弹簧疲劳、机械故障等问题，这都会影响电机的启动工作，从而影响托盘车的正常工作。
发明内容
本发明提供一种用于电机启动的智能控制器，通过将机械式接触器输入端子和输出端子之间的机械开关替换为电子开关，配合控制电路产生预定形式的控制信号控制所述开关管导通时流经电流的大小，以避免电子开关开通瞬间产生过大的电流对电机与电池产生冲击。
本发明提供的智能控制器，具体实现为：
一种用于电机启动的智能控制器，该智能控制器的输入端子接外部供电模块、其输出端子接电机的供电输入端，在其输入端子和输出端子之间设置有开关管及其控制电路，所述外部供电模块输入的供电电压小于所述开关管的击穿电压；所述控制电路产生特定形式的控制信号输入到所述开关管的控制端，对所述开关管开通电流的大小进行控制。所述特定形式的控制信号为在控制电机启动时间内通过逐步增长高电平时间连续多个开关周期信号，例如占空比逐步增大的连续多个周期PWM信号。通过所述特定形式的开关信号使流经所述开关管的电流逐步大于电机正常工作时的电流、且小于为避免对所述智能控制器输出端子上接的外部电路产生冲击预设的电流安全值IP。为了产生特定形式的控制电信号，所述控制电路可以利用计数器来控制相关引脚输出高电平的时长。
进一步地、所述控制电路还包括电流检测模块和输入电压检测模块。当所述微控制模块通过所述电流检测模块检测流经所述开关管电流的电流I大于预设的电流安全值IP时，关闭所述开关管。当所述微控制模块通过所述输入电压检测模块检测到所述智能控制器输入端子上引入的输入电压VIN小于预设的电压安全值VP时，所述微控制模块将关闭所述开关管进行掉电保护。
优选地，所述开关管可为功率半导体开关管，其半导体材料可以是MOSFET、IGBT、SiC-MOSFET或GaN等。当为功率半导体开关管时，其栅极为控制端、所述控制信号为电压信号。
附图说明
图1为现有用于托盘车电机启动的机械式接触器的组成示意图；
图2为某型托盘车电机启动过程中机械式接触器触点在闭合时流过电流的波形图；
图3为本发明提供的用于电机启动的智能控制器组成示意图；
图4为本发明提供的智能控制器的一个实施例在与图2对应的托盘车电机启动过程中，电子开关在闭合时流过电流的波形示意图；
图5为本发明提供的用于电机启动的智能控制器工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案以及有益效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的智能控制器的组成如图3所示；图5为本发明提供的用于电机启动的智能控制器工作流程图。
如图3，图5所示，本发明提供的用于电机启动的智能控制器1的输入端子3与供电模块10连接，供电模块10产生工作电压用于智能控制器1的各模块供电。所述智能控制器输入端子3通过输入电压检测模块12连接电子开关14，其输出端子4连接电机驱动电路；所述电子开关14还连接所述智能控制器的输出端子4。所述微控制模块11通过所述输入电压检测模块检测所述智能控制器输入端子上引入的输入电压VIN是否小于预设的电压安全值VP，若是、将产生第一电平信号输入到所述微控制模块，触发所述微控制模块关闭所述开关管进行掉电保护。外部控制信号通过所述智能控制器1的外部控制信号输入端子2与微控制模块11连接。微控制模块11接收到控制电子开关闭合的外部控制信号Enable且在输入电压VIN大于Vp电压值的情况下，微控制模块11将产生特定形式的控制信号Driver输入到所述电子开关14的控制端，对所述电子开关的导通电流I的大小进行控制。所述特定形式的控制信号Driver为在控制电机启动时间内通过逐步增长高电平时间连续多个开关周期信号。通过所述特定形式的开关信号使流经所述开关管的电流I逐步大于电机正常工作时的电流、且小于为避免对输出端子4上的电机驱动电路产生冲击预设的电流安全值IP。所述开关管14可以选择为功率半导体管或者可控硅。当为功率半导体管时，其栅极为控制端、所述控制信号为电压信号；当为可控硅时，所述控制信号为电流信号。
为了进一步确保在电机启动时间内，经所述开关管14的电流I小于所述预设的电流安全值IP，还设置有用于检测流经所述开关管电流的电流检测模块15。所述微控制模块11通过所述电流检测模块15检测流经所述开关管电流的电流I是否大于预设的电流安全值IP，若是、则所述微控制模块将关闭所述开关管14。为了产生特定形式的控制电信号，所述控制电路可以利用计数器来控制相关引脚输出高电平的时长。
图4为本发明提供的智能控制器一个实施例用在与图2对应的托盘车电机启动过程中，电子开关在闭合时流过电流的波形图。在外部控制信号Enable作用下，智能控制器的电子开关导通到电机正常运转器件(此时流过触点或电机的电流将下降为Iload)，将产生的最大电流I降低到130安培,低于预设的安全电流值IP(IP＝150A)。
与现有技术相比，本发明提供的用于电机启动的智能控制器，使用功率半导体开关管作为开关器件，以杜绝触点拉弧、触点黏连等现象。使用微控制模块控制功率半导体开关管的开关，实现优化电机的启动过程，从而降低电机启动时产生的电流，减少电流对电机以及电池的冲击，增加电池、电机的使用寿命。

Claims (8)

1.一种应用于电机启动的智能控制器，其特征在于，该智能控制器的输入端子接外部供电模块、其输出端子接控制电机的供电输入端，在其输入端子和输出端子之间设置有开关管及其控制电路，所述外部供电模块输入的供电电压小于所述开关管的击穿电压；所述控制电路产生特定形式的控制信号输入到所述开关管的控制端，对所述开关管开通过程中通过电流的大小进行控制以避免对所述输出端子上接的外部电路产生冲击。
2.如权利要求1所述的智能控制器，其特征在于，所述特定形式的控制信号为在控制电机启动时间内通过逐步增长高电平时间连续多个开关周期信号；通过所述特定形式的开关信号使流经所述开关管的电流逐步大于电机正常工作时的电流、且小于为避免对所述智能控制器输出端子上接的外部电路产生冲击预设的电流安全值IP。
3.如权利要求2所述的智能控制器，其特征在于，所述特定形式的控制信号为在控制电机启动时间内占空比逐步增大的连续多个周期PWM信号。
4.如权利要求3所述的智能控制器，其特征在于，所述控制电路还包括电流检测模块，所述微控制模块通过所述电流检测模块检测流经所述开关管电流的电流I是否大于预设的电流安全值IP，若是、则所述微控制模块将关闭所述开关管。
5.如权利要求4所述的智能控制器，其特征在于，所述控制电路还包括输入电压检测模块，所述微控制模块通过所述输入电压检测模块检测所述智能控制器输入端子上引入的输入电压VIN是否小于预设的电压安全值VP，若是、将产生第一电平信号输入到所述微控制模块，触发所述微控制模块关闭所述开关管进行掉电保护。
6.如权利要求5所述的智能控制器，其特征在于，所述开关管为功率半导体开关管。
7.如权利要求5所述的智能控制器，其特征在于，所述开关管为功率MOSFET开关管，其控制端为所述功率MOSFET开关管的栅极，所述控制信号为电压信号。
8.如权利要求5所述的智能控制器，其特征在于，所述开关管为可控硅，所述控制信号为电流信号。
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