CN201584933U

CN201584933U - 中高压磁控软起动控制器

Info

Publication number: CN201584933U
Application number: CN2009202291650U
Authority: CN
Inventors: 袁佑新; 陈静; 蒋学军; 谭思云; 彭友亮; 肖义平; 周盛飞; 常雨芳; 陈刚
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2019-10-30

Abstract

本实用新型是一种中高压磁控软起动控制器，主要由双CPU和与之相连的多个控制模块组成，双CPU通过数据线连在一起协调进行数据通信，并且：第一CPU通过SPI总线与A/D转换、信号调理和I/O输入输出模块进行数据交换，通过RS485总线与存储器相连，还通过RS485总线接口与上位机、触摸屏进行通讯；第二CPU由数据线与数字触发器相连，数字触发器由数据线与光电隔离模块相连。本实用新型采用双CPU模式、巡回检测硬件状态、无同步变压器、高度集成化、抗干扰设计，使得控制器成本低、体积小、可靠性高。

Description

中高压磁控软起动控制器

技术领域

本实用新型涉及电机软起动控制器，特别是一种中高压磁控软起动控制器。

背景技术

中高压三相异步电动机在我国的工业生产的各个领域中应用广泛，当电机直接起动时，起动电流能达到额定电流的5～7倍。对于大功率的电机该起动电流将引起电网电压急剧下降，从而破坏同电网其它设备的正常运行，甚至引起电网失去稳定。同时，电机直接全压起动时的大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，该冲击力易破坏绕组绝缘和造成鼠笼条断裂，引起电机故障；大电流起动还会产生大量的焦耳热，损伤绕组绝缘，减少电机寿命。中高压电机采用软起动的方式，通过控制电机的起动电流，使电机缓慢、平滑的加速，避免大电流对电机和电网的冲击，提高电网的工作效率和减少起动时对电机的冲击损伤，从而起到节能、保护设备的作用。

三相交流异步电机的起动方式多种多样。传统的起动方法如定子串电阻电抗、Y/Δ起动、自耦变压器降压等都属于有级起动的范畴，无法真正克服中高压电机起动电流过大的问题。目前国内有相关的产品，如西普公司的STR、先导倍尔公司的RQD-D7等，实现的功能有：电压斜坡起动、恒电流起动、软停车、自由停车，过电流、三相不平衡、过热、缺相保护，实时监测、软起动参数设置。也存在相关专利，如：智能型固态软起动器(CN2862494)、高压软起动器晶闸管串联装置(CN2914486)等。然而这些产品和专利存在的不足之处也比较明显：大部分软起动器仅适用于低压电机起动，而高压软起动器一般采用在主回路直接串连晶闸管的方案，晶闸管的耐压要求高限制了其适用范围。

为此，本申请者先前发明了“一种电机的软起动装置”(ZL200620096602.2)，属磁控式软起动装置，该装置是将电抗器串接在主回路中，通过调节串接在电抗器二次侧的晶闸管的导通角，来调节电抗器的阻抗，从而调节电抗器的分压，达到调节电机的起动电流的目的。这种方案不受晶闸管耐压能力的限制，所以增加了磁控式软起动装置的适用范围，降低了成本。针对磁控式软起动装置设计的软起动控制器多采用PLC，触发脉冲由单独的触发板产生，同步信号的采集需要配置单独的同步变压器，集成度低，体积大，电压电流信号的变送需要专门的电压电流变送器或单独制版，可靠性低。因此，有必要开发一种专门针对磁控式软起动装置的低成本、可靠性高、集成度高的控制器。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对磁控式软起动装置对控制器的要求，提供一种集成度高、体积小、可靠性高、成本低的中高压磁控软起动控制器。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：主要由双CPU和与之相连的多个控制模块组成，双CPU通过数据线连在一起协调进行数据通信，并且：第一CPU通过SPI总线与A/D转换、信号调理和I/O输入输出模块进行数据交换，通过RS485总线与存储器相连，还通过RS485总线接口与上位机、触摸屏进行通讯；第二CPU由数据线与数字触发器相连，数字触发器由数据线与光电隔离模块相连。

本实用新型与现有技术相比具有如下主要的有益效果：

1.采用低端双CPU模式，双CPU协同工作可提高本控制器的处理速度，保证本控制器的高可靠性。

2.大板结构仅一块电路板，体积小，集成度高，可靠性高，有效节约硬件成本。

3.多种软起动模式，可以任意选择。

4.实时检测电压、电流，不用同步变压器，而由本控制器内部提供准确的触发脉冲同步信号。

5.长期保存软起动电流数据，上位机可从本控制器获取软起动电流数据进行分析处理。

6.电路设计确保各部分隔离，系统抗干扰能力强。

7.采用触摸屏，参数设置方便，实时报警，实时显示，存储起动过程中的电流曲线，便于分析与研究。

8.采用RS485总线接口，与上位机、触摸屏均可自由通讯。

9.电路设计确保能与市场上的高压脉冲发生器配合使用，驱动高耐压大功率晶闸管，用于中高压电机的软起动。

总之，本实用新型采用低端双CPU协同工作模式，可以多种方式起停电机，实时故障诊断，具有超强的抗干扰能力和保护功能，可设定参数并实时显示、存储起动电流波形，可与上位机、触摸屏自由通讯，与市场上的高压脉冲发生器配合使用，并产生大功率驱动信号。

附图说明

图1是中高压磁控软起动控制器的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型是一种中高压磁控软起动控制器，其由触摸屏设置电机软起动/软停车参数，根据控制按钮输入以设定的方式对电机进行软起动/软停车操作，软起动控制器按控制要求产生与可变电抗器二次侧绕组相连的晶闸管触发脉冲。控制晶闸管的导通以改变串入电机定子回路的可变电抗器一次侧绕组阻抗，改变电机定子绕组的电压，使得电机电流按要求变化，控制电机平稳地起动/停车。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。

本实用新型的结构如图1所示：主要由双CPU和与之相连的多个控制模块组成，双CPU通过数据线连在一起协调进行数据通信，并且：第一CPU通过SPI总线与A/D转换、信号调理和I/O输入输出模块进行数据交换，通过RS485总线与存储器相连，还通过RS485总线接口与上位机、触摸屏进行通讯；第二CPU由数据线与数字触发器相连，数字触发器由数据线与光电隔离模块相连。

所述的双CPU，不仅相互独立工作，其中，第一CPU完成输入数据的采集、联动控制、控制算法的运行，第二CPU完成触发脉冲的形成，而且能够协同完成智能控制算法的运行、数据采集与处理、系统状态信息的巡检及故障诊断、根据电机起停控制要求计算控制量并生成触发脉冲、实现电机系统的联动控制，以及对系统硬件进行巡回检测，并且巡回检测输出信号的正确性提高系统的可靠性。能够以低端CPU实现信息的快速处理，降低硬件成本。双CPU可采用市场上比较成熟且容易购买的单片机，如ATmega128型AVR单片机，该单片机价格低廉，可靠性高，处理速度快，带有53个可编程I/O口，内置8通道10位AD转换器，内置128K字节的系统内可编程Flash，可以对锁定位进行编程以实现软件加密。

信号调理模块对高压电压互感器输入的电压信号经衰减后得到低电平模拟信号，并获取生成触发脉冲所需的同步信号。

信号调理与A/D转换模块，采集电源三相电压及电机三相电流，用于系统故障识别(电机短路、过流、欠流、三相负载不平衡、三相电压不平衡、缺相、过压、欠压等)、限流控制的电流反馈及形成触发脉冲所需的同步信号。

A/D转换模块可采用某些单片机(例如ATmega128型AVR单片机)的内置多路高精度AD器件，精确测量交流电流信号，并送至触摸屏显示实时三相电流正弦波波形。

所述的存储器为本实用新型的软件运行及数据存储提供存储空间，并在FLASH中保存2分钟三相起动电流，供LCD显示曲线，可通过485总线传送给PC机供分析研究。根据计算，存储2分钟的三相电流信号预计需要128kB的存储器空间。可采用某些单片机的内部存储器，例如ATmega128型单片机128K字节的系统内可编程Flash存储器，从而可以节省成本。

所述的I/O模块获取控制按钮输入信息及主电路触点状态信息，该模块主要由多个小功率光耦及小型继电器组成，实现故障报警状态的识别及系统的联动/运行控制。

所述的RS485通信模块从触摸屏获取电机起停参数，可向触摸屏传送电机起动电流显示曲线，向PC机传送起动电流用于分析研究。该模块可采用TI公司的7LB176芯片，实现标准RS485电路。

所述的数字触发器按控制要求产生与可变电抗器二次侧绕组相连的晶闸管触发脉冲，控制晶闸管的导通以改变串入电机定子回路的可变电抗器一次侧绕组阻抗。该数字触发器可采用TCF792芯片，形成三相数字相位控制触发电路。

所述的光电隔离模块采用光电隔离的方式将数字触发器与脉冲输出信号隔离起来，并为脉冲输出信号提供必要的功率，以连接高压脉冲发生器。该模块可采用东芝公司生产的TLP250型功率器件，这是一款专用的集成功率驱动模块，包含一个GaAlAs光发射二极管和一个集成光探测器。

本实用新型采用的电源由24VDC外部电源提供，变换提供本控制器各部件所需电源。

本实用新型各部件均装在一块电路板上，减小了体积，提高了可靠性。

本实用新型由于在电路设计上采用抗干扰设计，能够取代PLC，满足各种复杂工业现场环境的要求。同时，该电路设计确保能与市场上高压脉冲发生器配合使用，能驱动高耐压大功率晶闸管，用于中高压电机的软起动。

本实用新型的工作过程是：实用新型采用低端双CPU模式，双CPU协同完成电源电压及电机起动电流的采集，经控制算法运算输出量经触发控制单元形成触发脉冲，自动获取控制按钮、故障状态及主电路接触器状态信息实现联动控制，巡回检测控制器各部件状态及数据传输的正确性以提高系统可靠性，控制器可从触摸屏获取参数设置值，也可向触摸屏传送电机起动电流及控制输出量以实时显示波形，存储器可保存2分钟内电机起动电流实时数据以便向上位机传送数据进行分析处理。本实用新型采用双CPU模式、巡回检测硬件状态、无同步变压器、高度集成化、抗干扰设计，使得控制器成本低、体积小、可靠性高。

Claims

1.一种中高压磁控软起动控制器，其特征是主要由双CPU和与之相连的多个控制模块组成，双CPU通过数据线连在一起协调进行数据通信，并且：第一CPU通过SPI总线与A/D转换模块、信号调理模块和I/O输入输出模块进行数据交换，通过RS485总线与存储器相连，还通过RS485总线接口与上位机、触摸屏进行通讯；第二CPU由数据线与数字触发器相连，数字触发器由数据线与光电隔离模块相连。

2.根据权利要求1所述的中高压磁控软起动控制器，其特征是该控制器各部件均装在一块电路板上。

3.根据权利要求1所述的中高压磁控软起动控制器，其特征在于双CPU均采用AVR单片机。

4.根据权利要求1或3所述的中高压磁控软起动控制器，其特征是A/D转换模块采用AVR单片机的内置多路高精度A/D。

5.根据权利要求4所述的中高压磁控软起动控制器，其特征是A/D转换模块将采集到的电源三相电压及电机三相电流的测量信号送至触摸屏显示实时三相电流正弦波波形。

6.根据权利要求1或3所述的中高压磁控软起动控制器，其特征是存储器采用AVR单片机的内部存储器。

7.根据权利要求1所述的中高压磁控软起动控制器，其特征在于信号调理模块对高压电压互感器输入的电压信号经衰减后得到低电平模拟信号，并获取生成触发脉冲所需的同步信号。

8.根据权利要求1所述的中高压磁控软起动控制器，其特征在于光电隔离模块采用包含一个GaAlAs光发射二极管和一个集成光探测器组成的集成功率驱动模块，其将光电隔离的方式将数字触发器与脉冲输出信号隔离起来，并为脉冲输出信号提供连接高压脉冲发生器的必要功率。

9.根据权利要求8所述的中高压磁控软起动控制器，其特征是光电隔离模块采用东芝公司生产的TLP250型功率器件。