CN201383778Y - 智能型电动机控制柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能型电动机控制柜，实现了笼型电动机的软起动、软停止、全电压运行、自动控制及自动保护等功能，可优化电动机起动方式和控制保护。包括有：柜体、显示部件、人机对话部件以及控制部件，所述显示部件和人机对话部件均与控制部件电气连接；其中，所述控制部件包括有：单片微机控制主机及控制装置、数据显示模块、电源以及人机对话模块；所述单片微机控制主机及控制装置包括有：单片微机控制主机、电动机数据采集输入模块和电动机数据输出模块；所述电动机数据输出模块包括有：一种电子式复合开关，所述电子式复合开关，包括有一组或一组以上的相并联连接的晶闸管和交流接触器。

Description

智能型电动机控制柜

技术领域

本实用新型属于电力拖动、电动机控制领域，具体涉及一种智能型电动机控制柜。

背景技术

在现代工业生产应用中，各种各样的电动机是驱动工业设备的动力来源。特别是笼型异步电动机是其中应用最广泛的用电设备。低压电网的负载，有近80％是各种类型功率的异步电动机和同步电动机。由于电动机本身结构中存在的问题、使用条件、使用方法的变化或不当，电动机就会产生故障，严重的故障将导致电动机的烧毁。因此，电动机的起动方式和安全可靠的保护措施，对实现电动机长期安全、稳定运行是非常必要的。

传统式的降压起动设备(如星-三角减压起动器、自耦变压器减压起动器等)，以及现代的“电子式软起动器”+“控制设备”而组合成的电动机控制系统等。均存在着如下很多不足：

■传统式起动器，其起动方式为阶梯型，因此电动机起动时的电流，是阶梯形的突变电流，仍对电网具有一定的冲击影响。且经费昂贵，体积庞大，大量消耗有色金属。控制方式为机电型，起动效果达不到现代供电系统的要求。

■现代型“电子式软起动器”+“控制设备”而组合成的电动机控制系统。由于“电子式的软起动器”型号、规格、种类繁多，选购配置非常困难，更换极为不便。结构复杂，接线繁锁，价格更加昂贵。

因此，如何正确使用或通过优化电动机起动方式和控制保护，来保证企业生产的顺畅运行，从而最大限度地发挥设备生命周期成本。这就是本实用新型的追求目标。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种智能型电动机控制柜，实现了笼型电动机的软起动、软停止、全电压运行、自动控制及自动保护等功能，可优化电动机起动方式和控制保护。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

智能型电动机控制柜，包括有：柜体、显示部件、人机对话部件以及控制部件，所述显示部件和人机对话部件均与控制部件电气连接；其中，所述控制部件包括有：单片微机控制主机及控制装置、数据显示模块、电源以及人机对话模块；所述单片微机控制主机及控制装置包括有：单片微机控制主机、电动机数据采集输入模块和电动机数据输出模块；所述人机对话部件与人机对话模块电气连接，并向所述单片微机控制主机输入数据；所述电源与所述单片微机控制主机相连并输送电源；所述显示部件与数据显示模块电气连接，所述单片微机控制主机向所述数据显示模块输出电动机运行数据；所述电动机数据采集模块通过电动机数据采集输入口向所述单片微机控制主机输送电动机运行数据；所述单片微机控制主机通过电动机数据输出口向电动机数据输出模块输出电动机实时控制指令；所述电动机数据输出模块包括有：一种电子式复合开关，所述电子式复合开关，包括有：一组或一组以上相并联连接的晶闸管和交流接触器。

综上，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的智能型电动机控制柜，实质为一种“全智能型电子交流无触点开关低压(例如：0.4KV)电动机控制柜”。它是一个多机系统，采用单片微机作为控制主机，以及同时采用大功率晶闸管和大功率交流接触器并联组成“大功率电子式复合开关”，作电动机控制柜的主控开关，以实现笼型电动机的软起动、软停止、全电压运行、自动控制及自动保护等功能。

本实用新型的智能型电动机控制柜替代了传统型，机电式的起动控制柜所采用的“星一三角减压起动器”和“自耦变压器减压起动器”等。同时也替代了现代型的：“电子式软起动器”+“传统式的电动机控制器”所组成的电动机控制系统。

本实用新型的智能型电动机控制柜，摒弃了笼型电动机传统型机电式的起动手段，合并了现代型的“电子式软起动器和控制设备”，将两者融为一体。因而，使产品结构紧凑，电动机与电源連线更加简单，控制操作方便，性能更加完善，更加安全可靠。

采用上述“大功率电子式复合开关”所组成的电动机控制柜，具有如下四大特点：

第一，结构紧凑，控制功能齐全，既有软起动功能(斜坡起动)，也有软起动停止，更可直接起动，还具有完善的保护功能(如过载、短路、缺相、低压、超压等)。

第二，智能化程度高，包括显示部分、测量部分、控制部分、保护部分均由微机控制系统实现。

第三，它是一个无级整定系统，电动机的使用功率，用户可在选购的全智能型电动机控制柜的额定功率以内的任何一个功率参数值进行自由设定。这就大大地节约了产品的使用成本，和大幅度地提高了产品的利用率，缩小了产品的许多品种与规格，更有利于现代化、产业化的大规模生产。

第四，操作简便、安全可靠，起动时不存在冲击电流，关停时也不存在过电压的污染，更不存在触头的熔焊和拉弧。

附图说明

图1是本实用新型的智能型电动机控制柜微机控制系统方框结构示意图；

图2是本实用新型的智能型电动机控制柜控制系统总框图；

图3是本实用新型的智能型电动机控制柜整体结构示意图；

图4是本实用新型的智能型电动机控制柜剖视结构示意图；

图5是本实用新型的智能型电动机控制柜显示面板结构示意图；

图6是本实用新型的智能型电动机控制柜隔板结构示意图；

图7是本实用新型的智能型电动机控制柜电动机一次线路控制原理示意图。

附图标记说明：

1、柜体，2、电动机安-秒曲线图窗口，3、液晶显示玻璃窗口，4、人-机对话按键组：功率键41，功率加键42，功率减键43，停止键44，直接起动键45，软起动键46。5、显示灯，6、门拉手，7、液晶显示印制板，71、液晶屏，72、故障报警指示灯，73、印制线路图，8、隔板，81、电动机数据采集输入模块印制线路板，82、单片微机控制主机印制线路板，83、控制电源保护印制线路板，90、电子式复合开关，91、低压断路器，92、电流互感器组件，921、测量电流互感器，922、保护电流互感器，93、铜母排，94、晶闸管，95、交流接触器，96、电动机，97、低压熔断器，981、压敏避雷器，99、电压信号互感器。

具体实施方式

本实用新型公开一种智能型电动机控制柜，如图1、3所示，包括有：柜体1、显示部件、人机对话部件以及控制部件，所述显示部件和人机对话部件均与控制部件电气连接；其中，所述控制部件包括有：单片微机控制主机及控制装置、数据显示模块、电源以及人机对话模块；所述单片微机控制主机及控制装置包括有：单片微机控制主机、电动机数据采集输入模块、电动机数据输出模块以及电动机控制装置；所述人机对话部件与人机对话模块电气连接，并向所述单片微机控制主机输入数据；所述控制电源与所述单片微机控制主机相连并输送电源；所述显示部件与数据显示模块电气连接，所述单片微机控制主机向所述数据显示模块输出电动机运行数据；所述电动机数据采集模块通过电动机数据采集输入口向所述单片微机控制主机输送电动机运行数据；所述单片微机控制主机通过电动机数据输出口向电动机数据输出模块输出电动机实时控制指令；所述电动机控制装置包括有：电子式复合开关90，所述电子式复合开关90，包括有一组或一组以上的相并联连接的晶闸管94和交流接触器95。

如图1、2、4、7所示，所述单片微机控制主机与晶闸管94和交流接触器95分别电气连接，所述单片微机控制主机分别向晶闸管94和交流接触器95输出电动机实时控制指令；所述电动机数据采集输入模块包括有：电压信号互感器99、测量电流互感器921和保护电流互感器922；所述电压信号互感器99、测量电流互感器921和保护电流互感器922分别与所述单片微机控制主机电气连接，并向单片微机控制主机输送电动机运行数据。

交流380V三相进线电源，通过铜母排93，有三相支路分别连接电源线的各相线路，每一支路均包括有：低压断路器91、电流互感器组件92、电子式复合开关90，所述低压断路器91、电流互感器组件92、电子式复合开关90采用串联的方式连接；所述电子式复合开关90，直接输出至用户负载电动机96；电动机96运行时为三角形接线或星形接线均适用；所述电流互感器组件92包括有：并联连接的测量电流互感器921和保护电流互感器922。

所述低压断路器91的输出端，与所述电压信号互感器99及一个低压熔断器97分别连接；所述低压熔断器97的输出端，与一个压敏避雷器981连接；所述电压信号互感器99的另一端，连接所述单片微机控制主机。

为确保微机对电流采样的准确性，主回路中特地加装了保护用的电流互感器，对电动机运行电流实行在线检测。因此，系统对电动机的过流保护、短路保护是相当准确和可靠的。

如图1、3所示，所述控制部件是一个多机控制系统，所述单片微机控制主机采用单片微机控制，电动机数据采集输入模块、电动机数据输出模块、数据显示模块均采用自己单独的单片微机完成各自的控制功能；其中控制的核心部件是单片微机控制主机，所述单片微机控制主机装有专用设计的系统控制模块和系统应用模块，它担起整个控制系统各个功能块的协调、管理、控制及通信等功能。整个控制部件的全工作过程是这样的：

先通过电动机数据采集输入模块，将数据采集、运算处理后，送至单片微机控制主机，经单片微机控制主机将送来的数据进行运算、存储、对比、判断处理，再送至数据显示模块，所述数据显示模块，是以数字形式同时显示电动机各种运行参数。

此时，单片微机控制主机同时也将控制数据输送到电动机数据输出模块，所述电动机数据输出模块进行数据处理后，将数据输出到电子式复合开关，直接控制电动机的软起动、软停止、全电压运行以及对电动机实行各种安全保护控制等。

如图3所示，所述柜体1的正面设置有显示面板，所述显示面板上安装有显示部件，所述显示部件包括有：一块或多块液晶显示装置。

所述显示部件包括有：位于显示面板上部的电动机安-秒曲线图窗口2、位于所述电动机安-秒曲线图窗口2下方的液晶显示玻璃窗口3；所述液晶显示玻璃窗口3下方设置有多个显示灯5和人机对话部件。

人机对话部件包括有：设置在所述显示面板下部位置的人-机对话按键组4，所述人-机对话按键组4包括有：功率键41、功率加键42、功率减键43、停止键44、直接起动键45、软起动键46。

所述人-机对话按键组4的下方，还设置有门拉手6。

通过人-机对话按键组4，将数据直接送入单片微机控制主机，以实现对电动机功率的“无级设定”、以及实行软起动、直接起动、停止等控制功能。电动机功率的任意一个设定值，均属于电动机“安-秒曲线”的控制及保护范畴。有了“无级设定”此功能，从而克服了传统式控制设备的选型：选购的控制设备，要严格与用电设备一对一相匹配的老框框。大大地简化了控制设备的规格，提高了控制设备的利用率和节省资源。

如图4所示，所述智能型电动机控制柜的液晶显示玻璃窗口3背面设置有数据显示模块印制板，即液晶显示印制板7；显示面板的背面设置有隔板8。

低压断路器91、电流互感器组件92、电子式复合开关90以及铜母排93均设置在位于柜体1的内腔后半部。

如图5所示，所述液晶显示印制板7包括有：一块或多块液晶屏71、位于所述液晶屏71上方的多个故障报警指示灯72以及印制线路图73。

如图6所示，所述隔板8包括有三块印制线路板：位于上部的电动机数据采集输入模块印线路板81、位于中部的单片微机控制主机印制线路板82和位于下部用作控制电源保护用的印制线路板83。

本实用新型中的“大功率电子式复合开关”：

采用大功率晶闸管和大功率交流接触器相并联，组合成“大功率电子式复合开关”。它的工作原理如下所述：

晶闸管为半导体电子器件，通过门极控制信号，采取过零触发，以完整的正弦波向电动机供电，从而代替了传统式的有触点开关。在这里采用晶闸管只要是为了提高电动机的用电质量，抑制电动机在开、停过程中所产生的冲击电流和过电压，使电网供电系统更加安全、更为可靠。众所周知，电网的谐波污染，大部分是来自用户用电设备的开、停而引起。

采用晶闸管控制(目前也只有晶闸管才能实现此功能)后，“电压采取过零触发(则过零导通)”和“电流采取过零关断，”从根本上杜绝了电动机在启、停的过程中产生大电流对电网的冲击和过电压对电网的污染。因为，用电设备控制在零电压开通，此时电流也为零开始，根本不存在大电流的冲击。若电压不是过零导通，其余任何时刻导通，都会出现非正弦波电流，不外乎是大小而矣。关于过电压对电网的污染，主要出自电感性负载，一旦电流突然中断，储能设备的电感将产生极大的反电势。因而，对电网产生很大的过电压冲击(可高达到额定电压的3-5倍)。按反电势产生的公式：

e＝-Mdi/dt，其中：

e-反电势(V)，-M为常数(与电压方向相反)，

di/dt-电流的突变量。

由此可见，当晶闸管采用电流过零关断时，此时总算是再大的电感性负载(电动机为感性负载)，其产生的反电势也为零，因为di/dt＝0。根本不存在过电压的问题。

这就是采用晶闸管作为“复合开关”的原因之一。由于晶闸管为半导体电子器件，其电流为器件内部的电子流，根本不属于两金属触头间相互接触的电流，因而晶闸管属于“无触点开关”。

本实用新型中的“大功率电子式复合开关”：

因为交流接触器为两金属触头接触式的电流，两触头间易产生熔焊及火花甚至拉弧，拉弧严重时更易造成相间短路，引发供电事故。而它的优点是：两金属触头间接触阻抗很低，因此，工作时耗能低，且不易发热。正因为如此，本实用新型采用交流接触器作为“电子式复合开关”的原因之二。

本实用新型将晶闸管和交流接触器并联，组合成“电子式复合开关”后，这样就可以充分发挥上述两者的优点，克服上述两者的缺陷。

“电子式复合开关”的工作性能是这样的：

因为晶闸管器件流通过的电流为内部电子流，不存在接触问题，更无拉弧与火花出现，并且开关速度快，可频繁操作。由于它为可控器件，在开、关的过程中完全不存在电流冲击和过电压干扰等问题。但晶闸管亦存在着不足之处：则当晶闸管导通时有一定的器件压降，因而工作时晶闸管易发热，具有一定的能量消耗。

组合后的“电子式复合开关”，则取其两者的优点，克服各自的缺点。在导通时，晶闸管先导通，交流接触器后接通。断开时，交流接触器先断，晶闸管后断。在平时接通期间，名为两者均导通，但实际上，因为交流接触器接通時的阻抗远小于晶闸管导通时的阻抗。所以，在平時正常运行两者都导通期间，绝大部分负载电流均由接触器承载。因此，晶闸管在工作的过程中，能量消耗也就相当少，根本就不需要加特殊的散热装置。通过上述的组合，在导通时既可通过大电流，而又具有传统式的低功耗优点。同时在关断时，既不存在大电流对电网的冲击，也不存在高反压对电网的污染，更不会出现触点熔焊和拉弧，则具有现代型电子式的(无触点)优点。这就是我们所谓的新一代现代型和传统型相结合的“大功率电子式复合开关”。

综上，实用新型公开一种智能型电动机控制柜，其特征如下：

一、全智能化：

产品的显示部分、测量部分、控制部分、保护部分均由微型计算机控制系统实现。微机控制技术，替代了传统式的机电型仪器仪表。从而，实现了低压电动机控制柜的全智能化。

二、实现无触点化：

本实用新型中，电动机的软起动、软停止、全电压运行、自动控制及自动保护等功能。均由“电子式复合开关”操作实现。“电子式复合开关”是由大功率晶闸管和大功率交流接触器并联所组成。它替代了传统型“星-三角减压起动方式，自耦变压器减压起动方式”，也替代了现代型“电子交流软起动器”+“电动机控制器”所组成的电动机控制系统。由于采用晶闸管，直接控制电动机的软起动、软停止及故障保护等功能。因此，采用无触点控制代替了传统式有触点的交流接触器和低压断路器的控制方式。

三、具有平滑、稳定的起动功能：

由于采用微机改变晶闸管的触发导通角来实现软起动(即斜坡起动)，从而使电动机达到平滑、稳定的起动功能。

四、具有完善的保护功能：

由于采用的是微机控制系统，因而，对电动机的保护功能相当完善。控制系统具有过载保护、短路保护、缺相保护、低压保护、超压保护等.

五、它是一个“无级设定”系统：

通过设置的“人-机对话按键组”，电动机功率可实现“无级设定，”即用户可根据所选用的电动机实际功率进行设定，任意一个设定值，均属于电动机“安-秒曲线”的控制及保护范畴(例如用户购买的是额定功率为100KW的全智能型电动机控制柜，即用户可在10KW至100KW之间的任何一个功率参数值进行设定。功率设定范围相当广阔，应用也十分方便)。

上述所列具体实现方式为非限制性的，对本领域的技术人员来说，在不偏离本实用新型范围内，进行的各种改进和变化，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1、智能型电动机控制柜，包括有：柜体(1)、显示部件、人机对话部件以及控制部件；所述显示部件和人机对话部件均与控制部件电气连接，其特征在于：所述控制部件包括有：单片微机控制主机及控制装置、数据显示模块、电源以及人机对话模块；所述单片微机控制主机及控制装置包括有：单片微机控制主机、电动机数据采集输入模块、电动机数据输出模块以及电动机控制装置；所述人机对话部件与人机对话模块电气连接，并向所述单片微机控制主机输入数据；所述电源与所述单片微机控制主机相连并输送电源；所述显示部件与数据显示模块电气连接，所述单片微机控制主机向所述数据显示模块输出电动机运行数据；所述电动机数据采集模块通过电动机数据采集输入口，向所述单片微机控制主机输送电动机运行数据；所述单片微机控制主机通过电动机数据输出口，向电动机数据输出模块输出电动机实时控制指令；所述电动机控制装置包括有：电子式复合开关(90)，所述电子式复合开关(90)包括有一组或一组以上的相并联连接的晶闸管(94)和交流接触器(95)。

2、根据权利要求1所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：所述单片微机控制主机与晶闸管(94)和交流接触器(95)分别电气连接，所述单片微机控制主机分别向晶闸管(94)和交流接触器(95)输出电动机实时控制指令；所述电动机数据采集输入模块包括有：电压信号互感器(99)、测量电流互感器(921)和保护电流互感器(922)；所述电压信号互感器(99)、测量电流互感器(921)和保护电流互感器(922)分别与所述单片微机控制主机电气连接，并向单片微机控制主机输送电动机运行数据。

3、根据权利要求2所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：交流380V三相进线电源，通过铜母排(93)，有三相支路分别连接电源线的各相线路，每一支路均包括有：低压断路器(91)、电流互感器组件(92)、电子式复合开关(90)，所述低压断路器(91)、电流互感器组件(92)、电子式复合开关(90)采用串联的方式连接；所述三相支路分别通过电子式复合开关(90)，直接输出至用户负载电动机(96)；所述电动机(96)运行时采用三角形接线或星形接线；所述电流互感器组件(92)包括有：并联连接作测量用的电流互感器(921)和作保护用的电流互感器(922)。

4、根据权利要求3所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：所述低压断路器(91)的输出端，与所述电压信号互感器(99)及一个低压熔断器(97)分别连接；所述低压熔断器(97)的输出端，与一个压敏避雷器(981)连接；所述电压信号互感器(99)的另一端，连接所述单片微机控制主机。

5、根据权利要求1至4中任何一项所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：所述柜体(1)的正面设置有显示面板，所述显示面板上安装有显示部件，所述显示部件包括有：一块或多块液晶显示装置；所述显示部件包括有：位于显示面板上部的电动机安-秒曲线图窗口(2)、位于所述电动机安-秒曲线图窗口(2)下方的液晶显示玻璃窗口(3)；所述液晶显示玻璃窗口(3)下方设置有多个显示灯(5)和人机对话部件。

6、根据权利要求5所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：所述人机对话部件包括有：设置在所述显示面板中间位置的人-机对话按键组(4)，所述人-机对话按键组(4)包括有：功率键(41)、功率加键(42)、功率减键(43)、停止键(44)、直接起动键(45)以及软起动键(46)。

7、根据权利要求6所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：所述智能型电动机控制柜的液晶显示玻璃窗口(3)背面设置有数据显示模块印制板，即液晶显示印制板(7)；所述显示面板的背面设置有隔板(8)。

8、根据权利要求7所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：所述低压断路器(91)、电流互感器组件(92)、电子式复合开关(90)以及铜母排(93)均设置在位于柜体(1)的内腔后半部。

9、根据权利要求7所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：所述液晶显示印制板(7)包括有：一块或多块液晶屏(71)、位于所述液晶屏(71)上方的多个故障报警指示灯(72)以及印刷线路图(73)。

10、根据权利要求7所述的智能型电动机控制柜，其特征在于：所述隔板(8)包括有三块印制线路板：位于上部的电动机数据采集输入模块印制线路板(81)、位于中部的单片微机控制主机印制线路板(82)和位于下部的为控制电源作保护用的印制线路板(83)。

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