CN1764059A - 三相异步电机调速控制器及其调速方法、使用该控制器的空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电机调速控制领域，尤其涉及一种三相异步电机调速控制器及其调速方法。一种三相异步电机调速控制器，应用于机电设备控制系统中，所述机电设备控制系统包含系统主控制板；所述电机调速控制器包括强电检测和输出电机驱动板和弱电控制板；所述强电检测和输出电机驱动板与所述弱电控制板相互通讯；所述弱电控制板与所述系统主控制板相互通讯；所述强电检测和输出电机驱动板具有检测三相电源过零点功能和输出电压可变的电机驱动功能；所述弱电控制板具有控制双向可控硅导通角的功能。所述调速控制器可根据设备系统的需要调整电机的转速。本发明可使得当机电设备负荷低的情况下，电机转速可降低，相对于不可调速的电机来讲省电。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种电机调速控制领域，尤其涉及一种三相异步电机调速控制器及其调速方法。本发明还涉及一种使用三相异步电机调速控制器的空调器。
【背景技术】
三相异步电机的应用非常广泛，有日常生活领域接触到的空调器、洗衣机等，在工业领域的有起重机、注塑机等。现有的三相异步电动机一般都不能进行调速，使得速度范围小，不便于合理的控制设备；如在现有的空调系统中，外风机的风速是固定的几档，速度范围小，室外机负荷与室内机所需负荷、室外换热器的换热量与室内机换热器的换热量不能很好的匹配，影响到机组运行的可靠性和稳定性。能够调速的也是通过变频器进行调速，因为变频调速器的成本较高，使得控制这些设备的整个控制系统的成本过高。众所周知，应用在单相电机上的斩波电路调压调速器是一种低成本的调速器，但是由于三相感应电机的运行特性受负载的影响较大，目前还没有将斩波调压成熟的应用在三相感应电机调速上面。
【发明内容】
本次发明的目的在于提供一种三相异步电机斩波调速控制器。
本发明的另一目的在于提供一种上述调速控制器的调速方法。
本发明的另一目的在于提供一种使用上述调速控制器的空调器。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种三相异步电机调速控制器，应用于机电设备控制系统中，所述机电设备控制系统包含系统主控制板；所述电机调速控制器包括强电检测和输出电机驱动板和弱电控制板；所述强电检测和输出电机驱动板与所述弱电控制板相互通讯；所述弱电控制板与所述系统主控制板相互通讯；所述调速控制器可根据设备系统的需要调整电机的转速。
所述强电检测和输出电机驱动板具有检测三相电源过零点功能和输出电压可变的电机驱动功能；所述弱电控制板具有控制双向可控硅导通角的功能。
一种三相异步电机调速控制器的调速方法，包括：
第一步：根据设备系统的需要，计算所需要的目标转速对应的目标电压；
第二步：根据目标电压，通过弱电控制板计算目标三相可控硅导通角延时时间(目标延时时间)；
第三步：强电检测和输出电机驱动板检测三相电源的每一相实时过零点；
第四步：根据第三步得到的三相电源的实时过零点启动延时，在延时时间与目标延时时间相等时，输出驱动脉冲到电机驱动板触发导通可控硅。
第五步：持续触发导通可控硅直到利用三相电源的自然过零点关断可控硅，输出目标电压驱动电机，得到目标转速。
一种空调器，包括室内机、室外机、主控制器，所述室外机包含有一风机；所述空调器还包括一风机调速控制器，所述风机调速控制器包括强电检测和输出电机驱动板和弱电控制板；所述强电检测和输出电机驱动板与所述弱电控制板相互通讯；所述弱电控制板与所述主控制器相互通讯；所述风机调速控制器根据需要调整所述风机的转速。所述强电检测和输出电机驱动板具有检测三相电源过零点功能和输出电压可变的电机驱动功能；所述弱电控制板具有控制双向可控硅导通角功能。
与现有技术相比，本发明三相异步电机调速控制器通过强电板检测三相电源的实时过零点，弱电板根据三相电源的过零点和系统的需要(通过485总线通讯传送过来)，经过计算，在一定的时间内让可控硅导通，以达到调速的目的。本发明可使得当机电设备负荷低的情况下，电机转速可降低，相对于不可调速的电机来讲省电，又比现有的变频调速器便宜。
【附图说明】
图1是调速控制系统原理框图；
图2是强电控制板系统原理框图；
图3是弱电控制板系统原理框图；
图4是调速控制器控制系统流程框图；
【具体实施方式】
为了便于说明介绍本发明的内容，下面本申请人通过介绍三相异步电机调速控制器在空调系统中的应用来说明三相异步电机调速控制器以及调速方法。
一种空调器，包括室内机、室外机、主控制器，所述室外机包含有一风机；所述空调器还包括一风机调速控制器，如图1所示，所述风机调速控制器包括强电检测和输出电机驱动板(可简称强电板)和弱电控制板(可简称弱电板)；所述强电检测和输出电机驱动板与所述弱电控制板相互通讯；所述弱电控制板与所述主控制器相互通讯(可以通过485总线通讯)；所述风机调速控制器根据所述主控制器传输过来的数据调整所述风机的转速。所述强电检测和输出电机驱动板具有检测三相电源过零点功能和输出电压可变的风机驱动功能；所述弱电控制板具有控制双向可控硅导通角功能。
所述强电检测和输出电机驱动板三相电源过零点检测功能是利用三个压敏电阻构造电源虚拟零点，经整流电路和光电隔离后实时的捕捉三相电源每一相的实时过零点得以实现。所述强电检测和输出电机驱动板输出电压可变的风机驱动功能是控制每一相驱动电路上的双向可控硅的导通角，利用斩波电路原理调节风机驱动电压得以实现。
所述风机调速控制器具有全速启动一段时间后(可以设3秒钟)，自动转入目标转速运行功能。另外可是所述风机调速控制器具有通讯故障显示和目标输出电压显示功能。本发明三相异步电机调速控制器可用于50HZ和60HZ频率的电机中。
参阅图2和图3所示，在强电板控制系统中，三相电源输入端之后依次连有滤波电路、整流电路和三相零点检测电路。滤波电路由星型连接的3个压敏电阻构成，以免在有较高干扰环境中整流二极管被击穿；在三相电源输入端，利用星型连接的三个压敏防爆电阻，提高整个调速控制器的EMC性能。整流电路是简单的二极管桥式整流电路，对经过滤波后的三相380V电压进行整流，整流后送入零点检测电路。零点检测电路包括光电隔离电路，将强电信号隔离成弱电信号后送入MCU单元中。可控硅驱动电路部分采用了在可控硅的门极电路中使用了并联RC电路，以维持可控硅的电压变化率和电流变化率在适当的范围内，而不会被误触发，同时能可靠的导通；其接受来自所述弱电控制板的MCU单元的可控硅驱动信号，导通可控硅，调节风机转速。
在弱电板控制系统中，系统电源部分由整流电路和7805稳压电路及滤波电路构成，使输入的220V交流电源变成可以供MCU单元使用的电源；所述MCU单元具有三个通讯端口，一个用于接受来自强电板的零点信号，一个用于接插与所述主控制器通讯的485总线通讯模块，另外一个用于输出可控硅驱动信号到所述强电板。接受来自强电板的零点信号的端口由三个外部中断端口组成，用于三相电流的零点检测，以产生外部中断进行相应的处理；本实施例中，所述MCU单元采用MICROCHIP公司的PIC18F442，所述通讯模块采用芯片自带的SCI功能模块以及485通信IC构成。
如图4所示，所述风机调速系统的工作过程为：
在启动和上电初始化后判断所述弱电控制板是否与所述主控制器通讯成功；如果成功，读取目标转速对应的目标电压，计算可控硅导通时间；如果不成功，则停电机，显示故障。接着等待三相电源实时过零点信号，并判断电源实时过零点信号是否到达，如果不是继续等待并循环检测；如果是，则启动延定时器延时。判断延时时间与目标延时时间是否相等，如果不是则循环判断；如果是，则全速驱动电机3秒并出发导通可控硅，输出目标电压驱动电机，得到目标转速。
由上述工作过程可归纳出一种三相异步电机调速控制器的调速方法，包括：
第一步：根据设备系统的需要，计算所需要的目标转速对应的目标电压；
第二步：根据目标电压，通过弱电控制板计算目标三相可控硅导通角延时时间(目标延时时间)；
第三步：强电检测和输出电机驱动板检测三相电源的每一相实时过零点；
第四步：根据第三步得到的三相电源的实时过零点启动延时，在延时时间与目标延时时间相等时，输出驱动脉冲到电机驱动板导通可控硅。
第五步：持续触发导通可控硅直到利用三相电源的自然过零点关断可控硅，输出目标电压驱动电机，得到目标转速。
本发明通过以空调器外风机的调速控制为例，介绍了三相异步电机调速控制器及调速方法，这不能被认为是对本发明权利要求的限制。如果本领域的技术人员依据本发明作出了非实质性的、显而易见的改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
Claims (11)
1、一种三相异步电机调速控制器，应用于机电设备控制系统中，所述机电设备控制系统包含系统主控制板；所述电机调速控制器包括强电检测和输出电机驱动板和弱电控制板；所述强电检测和输出电机驱动板与所述弱电控制板相互通讯；所述弱电控制板与所述系统主控制板相互通讯；所述调速控制器可根据设备系统的需要调整电机的转速。
2、根据权利要求1所述的三相异步电机调速控制器，其特征在于：所述强电检测和输出电机驱动板具有检测三相电源过零点功能和输出电压可变的电机驱动功能；所述弱电控制板具有控制双向可控硅导通角的功能。
3、根据权利要求2所述的三相异步电机调速控制器，其特征在于：所述强电检测和输出电机驱动板三相电源过零点检测功能是利用三个压敏电阻构造电源虚拟零点，经整流电路和光电隔离后实时的捕捉三相电源每一相的实时过零点得以实现。
4、根据权利要求2所述的三相异步电机调速控制器，其特征在于：所述强电检测和输出电机驱动板的输出电压可变的电机驱动功能是通过控制每一相驱动电路上的双向可控硅的导通角，利用斩波电路原理调节电机驱动电压。
5、根据权利要求2所述的三相异步电机调速控制器，其特征在于：在所述强电检测和输出电机驱动板中，三相电源输入端之后依次连有滤波电路、整流电路和三相零点检测电路；所述滤波电路由星型连接的3个压敏电阻构成；整流电路是简单的二极管桥式整流电路；所述零点检测电路包括光电隔离电路，将强电信号隔离成弱电信号后送入MCU单元中。
6、根据权利要求2所述的三相异步电机调速控制器，其特征在于：所述强电检测和输出电机驱动板还包括可控硅驱动电路，所述可控硅驱动电路在可控硅的门极电路中使用了并联RC电路；所述可控硅驱动电路其接受来自所述弱电控制板的MCU单元的可控硅驱动信号，导通可控硅，调节电机转速。
7、根据权利要求2所述的三相异步电机调速控制器，其特征在于：在弱电控制板中，包括系统电源、MCU单元和通讯模块；所述MCU单元包括三个外部中断端口，用于三相电流的零点检测，以产生外部中断进行相应的处理。
8、根据权利要求1至7任意一个所述的三相异步电机调速控制器，其特征在于：所述调速控制器具有全速启动后，自动转入目标转速运行功能。
9、根据权利要求1至7任意一个所述的三相异步电机调速控制器，其特征在于，所述机电设备为空调器。
10、一种利用权利要求1-9所述的三相异步电机调速控制器的调速方法，包括：
第一步：根据设备系统的需要，计算所需要的目标转速对应的目标电压；
第二步：根据目标电压，通过弱电控制板计算目标三相可控硅导通角延时时间；
第三步：强电检测和输出电机驱动板检测三相电源的每一相实时过零点；
第四步：根据第三步得到的三相电源的实时过零点启动延时，在延时时间与目标三相可控硅导通角延时时间相等时，输出驱动脉冲到电机驱动板触发导通可控硅。
第五步：持续触发导通可控硅直到利用三相电源的自然过零点关断可控硅，输出目标电压驱动电机，得到目标转速。
11、一种空调器，包括室内机、室外机、主控制器，所述室外机包含有一风机；其特征在于，所述空调器还包括一风机调速控制器，所述风机调速控制器包括强电检测和输出电机驱动板和弱电控制板；所述强电检测和输出电机驱动板与所述弱电控制板相互通讯；所述弱电控制板与所述主控制器相互通讯；所述风机调速控制器根据需要调整所述风机的转速；所述强电检测和输出电机驱动板具有检测三相电源过零点功能和输出电压可变的电机驱动功能；所述弱电控制板具有控制双向可控硅导通角功能。
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