CN203537279U - 直流电机平滑起停的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种直流电机平滑起停的控制装置。电机的反压通过直流接触器断开时的电弧窜入直流系统，污染直流供电系统，对其他设备的正常工作造成极大威胁。本实用新型的彩色触控屏通过隔离单元接入单片机；指示灯、报警器和按键开关分别通过光电隔离驱动单元接入单片机；IGBT模块一端通过IGBT模块驱动单元接入单片机，另一端通过LC滤波器接入直流电机内的电枢绕组；励磁继电器一端通过光电隔离驱动单元接入单片机，其另一端接入直流电机的励磁绕组；直流电机内的电枢绕组和励磁绕组分别与电压电流检测单元连接，电压电流检测单元通过隔离单元接入单片机。本实用新型在整个控制过程中无冲击电流、无电源污染。
Description
技术领域
本实用新型属于电动机控制及电力电子控制技术领域，涉及一种直流电机平滑起停的控制装置。
背景技术
在工业领域广泛使用各种直流电机，由于直流电机直接起动时，电流可达额定电流的10-20倍，对供电电源和电机冲击很大，极易损坏电机电枢和碳刷，还会引起直流系统上其他用电设备误动作。因此，大功率的直流电机不允许直接起动，传统方式是采用直流接触器分时切换功率限流电阻来改变起动电流。
在使用上述传统方式过程中存在以下几个问题：第一，起动电流仍然大于其额定电流数倍, 不能完全解决起动过程中电流冲击大的问题；第二，起动过程中，限流电阻要消耗电能，不利于节能，第三，切换电阻的直流接触器使用一段时间后，常发生触点粘连和碳化现象；另外，在停机过程中，电机的反压通过直流接触器断开时的电弧窜入直流系统，污染直流供电系统，对其他设备的正常工作造成极大威胁。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种在整个控制过程中无冲击电流、无电源污染的直流电机平滑起停的控制装置。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种直流电机平滑起停的控制装置，包括单片机、隔离单元、光电隔离驱动单元、IGBT模块驱动单元、IGBT模块、LC滤波器、励磁继电器、电压电流检测单元、彩色触控屏、指示灯、报警器及按键开关，其特别之处在于：所述彩色触控屏通过隔离单元接入单片机；指示灯、报警器和按键开关分别通过光电隔离驱动单元接入单片机；IGBT模块一端通过IGBT模块驱动单元接入单片机，另一端通过LC滤波器接入直流电机内的电枢绕组；励磁继电器一端通过光电隔离驱动单元接入单片机，其另一端接入直流电机的励磁绕组；直流电机内的电枢绕组和励磁绕组分别与电压电流检测单元连接，电压电流检测单元通过隔离单元接入单片机。
所述单片机为32位高性能ARM内核单片机，其型号为STM32F103V8T6；所述彩色触控屏连接的隔离单元为RS485隔离单元，其型号为T1100L；与电压电流检测单元连接的隔离单元为4-20mA隔离单元，其型号为TD301D485H。
与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：
1. 本实用新型以一个32位高性能ARM内核单片机为中心构成控制系统，保证直流电机正常工作的同时，减小了本装置的体积和成本；
2. 本实用新型的触控屏为彩色触控屏，能实时显示电机的励磁电压电流和电枢电压电流的数值，而且还显示当前的工作进程和工作状态，以及报警状态和故障类型，用户能够通过触控屏设置和调整系统的控制参数，使用快捷方便；
3. 本实用新型的IGBT模块和电枢绕组中间设置平波电抗器和高压电容组成的LC滤波器，增加电枢电流的平滑性，减少IGBT模块的峰值电流，防止发生寄生振荡，直流电机无论起动还是停止，电流都是平滑变化，没有过冲和突变，在运行中实时监测电机的各种参数，大大提高了电机可靠性和电源系统的稳定性，节省大量的维护修理费用。
4. 整个控制系统通过检测直流电机的电压和电流，及时反馈至高性能单片机，构成快速响应的闭环控制系统，有很好的控制精度和可靠性。
附图说明
图1是本实用新型直流电机平滑起停控制装置的原理框图。
图中，1.单片机，2.光电隔离驱动单元，3. IGBT模块驱动单元，4. IGBT模块，5. LC滤波器，6. 励磁继电器，7. 电压电流检测单元，8. 彩色触控屏，9. 指示灯，10. 报警器，11. 按键开关，12. 电枢绕组，13. 励磁绕组，14. RS485隔离单元，15. 4-20mA隔离单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
一种直流电机平滑起停的控制装置，包括32位高性能ARM内核单片机1、隔离单元，光电隔离驱动单元2、IGBT模块驱动单元3、IGBT模块4、LC滤波器5、励磁继电器6、电压电流检测单元7、彩色触控屏8、指示灯9、报警器10及按键开关11；
彩色触控屏8通过RS485协议通讯，为防止干扰，采用专用的RS485隔离单元14接入单片机1。
指示灯9、报警器10和按键开关11分别通过光电隔离驱动单元2接入单片机1；按键开关11的信号，通过光电隔离后输入单片机1；当前工作状态的信号，通过光电隔离后驱动面板的指示灯9，进行状态指示；如果系统检测出故障，立即通过光电隔离后驱动警报器10，发出声光报警。
IGBT模块4一端通过IGBT模块驱动单元3接入单片机，另一端通过LC滤波器5接入直流电机内的电枢绕组12；控制电机电枢绕组的信号，输入专用IGBT驱动模块单元3转换为IGBT需要的电平后输入IGBT模块4，通过IGBT模块4进行功率变换后，控制电机的电流经平波电抗器和高压电解电容组成的LC滤波器5，滤除纹波后直接驱动电枢绕组12，控制电机的运行和停止。
励磁继电器6一端通过光电隔离驱动单元2接入单片机1，其另一端接入直流电机的励磁绕组13；控制电机励磁绕组的信号，通过隔离后，驱动励磁继电器线圈，实现直流电机中励磁绕组13的通电和断电；直流电机内的电枢绕组12和励磁绕组13分别与电压电流检测单元7连接，电压电流检测单元7通过4-20mA隔离单元15接入单片机1。
励磁绕组13和电枢绕组12都接有电压电流检测单元7，检测电机的运行参数，该检测单元将信号变换成4-20mA信号后，经过4-20mA隔离单元15送到单片机1。
上述专用IGBT驱动模块单元3，还检测IGBT模块4的电压参数，据此判断IGBT模块4是否正常，如果有故障，将信号反馈给单片机1。
本实用新型选用型号为STM32F103V8T6的单片机1，与彩色触控屏8连接的RS485隔离单元14型号为T1100L，与电压电流检测单元7连接的4-20mA隔离单元15，其型号为TD301D485H。
本实用新型中所述的光电隔离驱动单元2、IGBT模块驱动单元3、电压电流检测单元7、RS485隔离单元14和4-20mA隔离单元15均为现有电路单元。
本实用新型的工作原理是：一个方波信号的平均电压，跟该方波信号的占空比成正比，占空比越大，平均电压也越大。因此，通过改变加载到直流电机上的方波电压的占空比，就可以改变直流电机的平均电压，从而改变直流电机的电流。
本装置采用的单片机1，内置有脉冲宽度调整功能，因此可以方便快速的产生各种占空比的方波信号，该信号经IGBT模块驱动单元3放大后驱动IGBT模块4，从而控制电机电枢线圈快速的通断，等效于改变电枢电压和电流；当电机起动时，单片机1在用户设定的时间内，占空比从0到100逐渐增加，这样，电机的电流也就从零逐渐增加到额定值，实现平滑起动。同样，当电机停止时，单片机1在用户设定的时间内，占空比从100到0逐渐减小，这样，电机的电流也就从额定值逐渐减小到零，实现平滑停机。
彩色触控屏8是重要的人机界面，能实时显示电机的励磁电压电流和电枢电压电流的数值，而且还显示当前的工作进程和工作状态，以及报警状态和故障类型。
该彩色触控屏8具有历史记录查看功能，可以记录用户操作和设备故障发生的时间，供以后查询。
用户还可以轻触屏幕上的相关图标，设置和调整各种控制参数。例如起动时间、停止时间、额定电流、限制电流等。
当按下起动按键，运行指示灯点亮，停机指示灯熄灭，单片机1输出一个控制信号给励磁继电器6，使励磁继电器6吸合，励磁绕组13通电工作，相应的励磁指示灯将点亮。励磁检测单元随时将电压电流值转换成4-20mA信号，反馈给单片机1进行A/D转换，单片机1及时获得当前时刻的参数值，如果无励磁电压或电流，将不会给电枢绕组输出控制信号，以保护电机，同时故障指示灯点亮，报警器10发出报警声。
如果励磁电压电流正常，励磁绕组13通电几秒后，单片机1输出占空比逐渐增大的直流斩波信号，经放大变换后加载到电机电枢绕组12，驱动电机平滑起动。电机全速运行后，信号的占空比是100，相当于IGBT模块4一直保持导通。
当按下停止按键，单片机1输出占空比逐渐减小的直流斩波信号，经放大变换后加载到电机电枢绕组12，驱动电机平滑停机。延时几秒后，励磁继电器6切断励磁绕组13供电，同时励磁指示灯熄灭，再延时十秒运行指示灯熄灭，停机指示灯点亮。
在运行过程中，电枢检测单元随时将电压电流值转换成4-20mA信号，反馈给单片机1进行A/D转换，单片机1及时获得当前时刻的参数值，如果电枢电压或电流超过设定值，将减小输出控制信号的占空比，减小电枢电流，以保护电机，同时故障指示灯点亮，报警器10发出报警声。电流正常后，再逐渐增大占空比，直到电机全速运行。如果检测到电机短路、堵转或过载，将立即停机，同时故障指示灯点亮，报警器10发出报警声。
以上故障报警，都在彩色触控屏8上分别显示，用户可以直观的了解哪里出现故障，方便排除和检修。
本实用新型的IGBT模块4和电枢绕组中间设置平波电抗器和高压电容组成的LC滤波器5，增加电枢电流的平滑性，减少IGBT模块4的峰值电流；更重要的是，当连接到本装置的电机距离较远，需要很长的电缆，电缆上的等效电感变得很大，对电流的波形和稳定性产生不利影响，甚至发生振荡或者产生很大的反压将IGBT模块4击穿。总之，增加LC滤波器5后，可以大大增加系统的使用寿命和可靠性。
Claims (2)
1.一种直流电机平滑起停的控制装置，包括单片机（1）、隔离单元、光电隔离驱动单元（2）、IGBT模块驱动单元（3）、IGBT模块（4）、LC滤波器（5）、励磁继电器（6）、电压电流检测单元（7）、彩色触控屏（8）、指示灯（9）、报警器（10）及按键开关（11），其特征在于：所述彩色触控屏（8）通过隔离单元接入单片机（1）；指示灯（9）、报警器（10）和按键开关（11）分别通过光电隔离驱动单元（2）接入单片机（1）；IGBT模块（4）一端通过IGBT模块驱动单元（3）接入单片机（1），另一端通过LC滤波器（5）接入直流电机内的电枢绕组（12）；励磁继电器（6）一端通过光电隔离驱动单元（2）接入单片机（1），其另一端接入直流电机的励磁绕组（13）；直流电机内的电枢绕组（12）和励磁绕组（13）分别与电压电流检测单元（7）连接，电压电流检测单元（7）通过隔离单元入单片机（1）。
2.根据权利要求1所述的直流电机平滑起停的控制装置，其特征在于：所述单片机（1）为32位高性能ARM内核单片机，其型号为STM32F103V8T6；所述彩色触控屏（8）连接的隔离单元为RS485隔离单元（14），其型号为T1100L；与电压电流检测单元（7）连接的隔离单元为4-20mA隔离单元（15），其型号为TD301D485H。
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| CN107508532A (zh) * | 2017-09-19 | 2017-12-22 | 江苏美的清洁电器股份有限公司 | 电机的控制方法、装置、电机及机器可读存储介质 |
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