CN204334390U - 一种用于同步电动机励磁控制的控制板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于同步电动机励磁控制的控制板，包括：输入接口，获取并输出电信号；第一外接电路，其输入端与所述输入接口的输出端电连接；所述第一外接电路包括一钳位电路；第二外接电路，其输入端口与所述第一外接电路的输出端口电连接；所述第二外接电路变换所述稳电信号为高频脉冲，并将所述高频脉冲输送至微处理器；所述微处理器，所述微处理器其输入端与所述第二外接电路的输出端电连接；所述微处理器包括一PWM驱动电路，所述PWM驱动电路的输出端输出PWM波。本实用新型提供一种用于同步电动机励磁控制的控制板，利用超大规模集成电路为核心的控制板来代替模拟和集成度较低数字芯片控制电路的同步电机的励磁装置。

Description

一种用于同步电动机励磁控制的控制板

技术领域

本实用新型属于励磁控制领域，特别涉及一种用于同步电动机励磁控制的控制板。

背景技术

用于控制同步电动机运行保持高效，必要时可使同步电动机向电网提供一定的无功，从而提高电网的功率因数，产生极大的社会经济价值。曾经励磁装置采用模拟、分立数字电路控制，体积大，线路复杂，可靠性维护性差，故障监视电路不完善，当装置出现问题后需要工程技术人员花费较长时间来查找故障，维护人员感到工作量大、有压力。随着芯片技术的发展，以单片机或者是DSP为核心的数字化的励磁装置控制成为主要的发展方向，本实用新型以Intel80C196和PSD系列超大规模集成电路为核心，研究和设计了数字化同步电动机励磁装置的控制核心，提高系统的抗干扰能力。具有可在线更换，维修方便、简单，运行可靠性高等特点。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种用于同步电动机励磁控制的控制板，包括：

输入接口，获取并输出电信号；

第一外接电路，其输入端与所述输入接口的输出端电连接；所述第一外接电路包括一钳位电路，所述钳位电路稳定所述电信号，并输出稳定电信号；

第二外接电路，其输入端口与所述第一外接电路的输出端口电连接；所述第二外接电路变换所述稳定电信号为高频脉冲，并将所述高频脉冲输送至 微处理器；

所述微处理器，所述微处理器其输入端与所述第二外接电路的输出端电连接；所述微处理器包括一PWM驱动电路，所述高频脉冲信号从所述PWM驱动电路的输入端进入所述PWM驱动电路，并从所述PWM驱动电路的输出端输出PWM波；

其中，所述微处理器组线连接一通讯模块，所述通讯模块包括一RS485通讯芯片和一磁隔离型RS485收发器。

优选的是，其中，所述微处理器组线连接一可编程逻辑芯片，所述可编程逻辑芯片采用PSD芯片。

优选的是，其中，所述第一外接电路串联一BAT54S二极管。

优选的是，其中，还包括一监控电路；

所述监控电路包括一信号检测电路和一复位电路；所述信号检测电路的输入端与所述微处理器的输出端电连接，所述信号检测电路的输出端与所述复位电路的输入端电连接，所述复位电路的输出端与所述微处理器的一输入端电连接；

所述信号检测检测到所述微处理器处于死机状态，则向所述复位电路发送复位电信号；所述复位电路向所述微处理器发送复位电频信号。

优选的是，其中，所述微处理器还包括一看门狗计时电路；

所述微处理器的一输出端与所述看门狗计时电路的输入端电连接，所述看门狗计时电路的输出端与所述微处理器的一输入端电连接；

所述微处理器的输出端向所述看门狗计时电路的输入点发送低于额定电压信号，所述看门狗计时电路的输出端则向所述微处理器的复位电路的输入端发送复位信号。

优选的是，其中，还包括一存储器扩展电路；

所述存储器扩展电路并联在所述PSD芯片上，所述存储器扩展电路为一外接24C64。

优选的是，其中，所述输入接口包括一同步信号采集电路和一电信号输入接口；

所述同步信号采集电路的输入端与外部电路连接，其输出端与所述第一 外接电路的输入端电连接；所述同步信号采集电路采集捕获外部电路中正弦波电信号，并将所述正弦波电信号转变成方波信号，并输出所述方波信号；

所述电信号输入接口是一电信号开入量输入接口，所述电信号输入接口的输出端与所述第一外接电路的输入端电连接。

优选的是，其中，所述磁隔离型RS485收发器为AMD2587E。

优选的是，其中，所述第二外接电路其输出端电连接一高速光耦器。

本实用新型至少包括以下有益效果：通过对励磁装置的主控核心控制板的设计，简化了硬件电路采用的芯片种类，提高设备的可靠性和使用寿命，降低生产成本和差旅费用，便于工程技术人员快速定位设备的故障类型，保持设备的连续运行，提高工厂功率因数，减少工厂对无功补偿电容器的使用。可以降低设备本身的功耗，控制板的硬件简单，性能优良，运行和调试都非常方便，生产成本低可以对公司产生较大的经济效益且通过励磁装置的改进可提供工厂的效率，对节能减排起到很大作用，产生较大的社会经济效益。

附图说明

图1为本实用新型其中一个实施例所述的一种用于同步电动机励磁控制的控制板的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本实用新型提供一种用于同步电动机励磁控制的控制板，如图1所示，其包括：

输入接口1，获取并输出电信号；

第一外接电路2，其输入端与所述输入接口1的输出端电连接；所述第一外接电路2包括一钳位电路，所述钳位电路稳定所述电信号，并输出稳定电信号；

第二外接电路3，其输入端口与所述第一外接电路2的输出端口电连接； 所述第二外接电路3变换所述稳电信号为高频脉冲，并将所述高频脉冲输送至微处理器4；

所述微处理器4，所述微处理器4其输入端与所述第二外接电路3的输出端电连接；所述微处理器4包括一PWM驱动电路，所述高频脉冲信号从所述PWM驱动电路的输入端输入高频脉冲信号，并从所述PWM驱动电路的输出端输出PWM波；所述微处理器4使用80C196单片机，所述80C196单片机的主要特征内部集成了A/D、高速输入(HSI)高速输出(HSO)、PWM、串行通讯口、定时器/计数器等接口电路，功能强大，指令运行效率高，速度快，特别适用于各类的实时控制系统。

其中，所述微处理器4组线连接一通讯模块，所述通讯模块包括一RS485通讯芯片和一磁隔离型RS485收发器。

所述的用于同步电动机励磁控制的控制板中，所述微处理器4组线连接一可编程逻辑芯片，所述可编程逻辑芯片采用PSD芯片。

所述PSD芯片高度集成化，提供了Flash，内存和SRAM独立的可编程配置I/O端口引脚，具有可编程电源管理单元及强大的保密功能，无需外加地址锁存器即可实现与MCU的无缝连接，通过JTAG接口进行在系统编程，在系统未执行程序期间对器件内部的Flash、ARAM、PLD进行重新编程，整个过程不需要MCU的参与，具有在应用中编程IAP功能，在不影响程序执行的情况下，对PSD存储器进行程序修改工作，甚至远程升级程序代码。

所述的用于同步电动机励磁控制的控制板中，所述第一外接电路2串联一BAT54S二极管。

所述的用于同步电动机励磁控制的控制板中，还包括一监控电路；

所述监控电路包括一信号检测电路和一复位电路；所述信号检测电路的输入端与所述微处理器4的输出端电连接，所述信号检测电路的输出端与所述复位电路的输入端电连接，所述复位电路的输出端与所述微处理器4的一输入端电连接；

所述信号检测检测到所述微处理器4处于死机状态，则向所述复位电路发送复位电信号；所述复位电路向所述微处理器4发送复位电频信号。

所述的用于同步电动机励磁控制的控制板中，所述微处理器4还包括一 看门狗计时电路；

所述微处理器4的一输出端与所述看门狗计时电路的输入端电连接，所述看门狗计时电路的输出端与所述微处理器4的一输入端电连接；

所述微处理器4的输出端向所述看门狗计时电路的输入点发送低于额定电压信号，所述看门狗计时电路的输出端则向所述微处理器4的复位电路的输入端发送复位信号。

所述的用于同步电动机励磁控制的控制板中，还包括一存储器扩展电路；

所述存储器扩展电路并联在所述PSD芯片上，所述存储器扩展电路为一外接24C64；由于单片机没变存储容量较小，无程序存储器，需要外部扩展存储器容量本实用新型采用和PSD配合并外接24C64。

所述的用于同步电动机励磁控制的控制板中，所述输入接口包括一同步信号采集电路和一电信号输入接口；

所述同步信号采集电路的输入端与外部电路连接，其输出端与所述第一外接电路2的输入端电连接；所述同步信号采集电路采集捕获外部电路中的电信号，并采用同步变压器，经过将与主电路相连接的220V/12V变压器经过信号滤波后变成方波信号，并将所述正弦波电信号转变成方波信号，并输出所述方波信号；

所述电信号输入接口是一电信号开入量输入接口，所述电信号输入接口的输出端与所述第一外接电路2的输入端电连接。

所述控制板中含有16路开关量输入信号，输入信号采用TLP521实现内外电路的电气隔离，并进行上拉设计。

开关量输出电路，本CPU电路中含有8路开关量输出信号，采用TLP627进行内外电路的电气隔离，采用集电极开路的达林顿输出，可以直接推动小型中间继电器，继电器的一端接24V电源正，另一端接光耦的输出。

所述的用于同步电动机励磁控制的控制板中，所述磁隔离型RS485收发器为AMD2587E。

所述ADM2582E/ADM2587E包含一个集成式隔离DC/DC电源，不再需要外部隔离电源模块，是带隔离的增强型RS-485收发器，M2582E/ADM2587E是具备±15kV ESD保护功能的完全集成式隔离数据收发器，适合用于多点传 输线路上的高速通信应用。它采用ADI公司的isoPowerTM技术，在单个封装内集成了一个三通道隔离器、一个三态差分线路驱动器、一个差分输入接收机和一个isoPowerTM DC/DC转换器，其内部框图如图所示，该器件采用5V或3.3V单电源供电，从而实现了完全隔离的RS-485解决方案。ADM2587E驱动器带有一个高电平有效使能电路，并且还提供一个高电平接收机有效禁用电路，可使接收机输出进入高阻抗状态。ADM2587E与其它RS-485接口芯片相比，集成了磁隔离技术和DC/DC电源，是一个真正意义上的单芯片RS-485集成芯片，大大的减少了PCB板面积。

所述的用于同步电动机励磁控制的控制板中，所述第二外接电路3其输出端电连接一高速光耦器。

本实用新型以196单片机和PSD系列外围为核心的控制板，总结了以前同步励磁装置的先进特点，设计完成了以此超大规模集成电路为核心的控制板卡来代替模拟和集成度较低数字芯片控制电路的同步电机的励磁装置。采用标准的CMOS工艺微控制器80C196和可编程系统器件PSD为核心，完成模拟量采集、高速输出口的PWM控制、同步信号的监视、晶闸管的监视、励磁系统开入量和开出量的监视和与上位机通讯采用ADI公司的磁隔离单芯片。

本实用新型采用插件式的板卡方式，两套采用冗余设计可方便的在系统运行时更换。本控制插件多用于石油化工、钢铁等领域的各种类型同步电动机，通过采用此种设计简化了硬件电路采用的芯片种类提高设备的可靠性和使用寿命降低生产成本和差旅费用，便于工程技术人员快速定位设备的故障类型，保持设备的连续运行，提高工厂设备运行效率，减少无功补偿电容器的使用。本实用新型的完成对企业连续产生、设备节能等方面创造了较大的经济效益。

同步电动机励磁装置CPU电路板设计采用CMOS工艺的微控制器80C196和可编程的PSD双芯片控制，外围电路包括磁隔离通讯电路，脉冲输出电流，模拟量检测电路，为了减少外界信号的干扰和系统的安全，输入和输出信号均使用光隔离。为了避免出现接点输入情况下的不稳定状态，将输入点通过电阻进行上拉，可以有效的抑制空间干扰。模拟量输入信号进行 钳位，并采用TI公司生产的TL7726芯片进行负电压精密保护，以防止损坏CPU的模拟量接口。以往的通讯隔离多数采用隔离模块电源加光耦的模式进行隔离，此种方式使用的芯片多且功耗大，现采用ADI公司的AMD2587E型号的磁隔离485通讯芯片，其中内部包含隔离电源的单芯片，极大的提高可靠性和降低设备的系统功耗。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种用于同步电动机励磁控制的控制板，其特征在于，包括：

输入接口，获取并输出电信号；

第一外接电路，其输入端与所述输入接口的输出端电连接；所述第一外接电路包括一钳位电路，所述钳位电路稳定所述电信号；

第二外接电路，其输入端口与所述第一外接电路的输出端口电连接；所述第二外接电路变换所述电信号为高频脉冲，并将所述高频脉冲输送至微处理器；

所述微处理器，所述微处理器其输入端与所述第二外接电路的输出端电连接；所述微处理器包括一PWM驱动电路，所述高频脉冲信号从所述PWM驱动电路的输入端输入，并从所述PWM驱动电路的输出端输出PWM波；

其中，所述微处理器组线连接一通讯模块，所述通讯模块包括一RS485通讯芯片和一磁隔离型RS485收发器。

2.如权利要求1所述的用于同步电动机励磁控制的控制板，其特征在于，所述微处理器组线连接一可编程逻辑芯片，所述可编程逻辑芯片采用PSD芯片。

3.如权利要求2所述的用于同步电动机励磁控制的控制板，其特征在于，所述第一外接电路串联一BAT54S二极管。

4.如权利要求3所述的用于同步电动机励磁控制的控制板，还包括一监控电路；

所述监控电路包括一信号检测电路和一复位电路；所述信号检测电路的输入端与所述微处理器的输出端电连接，所述信号检测电路的输出端与所述复位电路的输入端电连接，所述复位电路的输出端与所述微处理器的一输入端电连接；

所述信号检测检测到所述微处理器处于死机状态，则向所述复位电路发送复位电信号；所述复位电路向所述微处理器发送复位电频信号。

5.如权利要求4所述的用于同步电动机励磁控制的控制板，其特征在于，所述微处理器还包括一看门狗计时电路；

所述微处理器的一输出端与所述看门狗计时电路的输入端电连接，所述看门狗计时电路的输出端与所述微处理器的一输入端电连接；

所述微处理器的输出端向所述看门狗计时电路的输入点发送低于额定电压信号，所述看门狗计时电路的输出端则向所述微处理器的复位电路的输入端发送复位信号。

6.如权利要求5所述的用于同步电动机励磁控制的控制板，还包括一存储器扩展电路；

所述存储器扩展电路并联在所述PSD芯片上，所述存储器扩展电路为一外接24C64。

7.如权利要求1所述的用于同步电动机励磁控制的控制板，其特征在于，所述输入接口包括一同步信号采集电路和一电信号输入接口；

所述同步信号采集电路的输入端与外部电路连接，其输出端与所述第一外接电路的输入端电连接；所述同步信号采集电路采集捕获外部电路中正弦波电信号，并将所述正弦波电信号转变成方波信号，并输出所述方波信号；

所述电信号输入接口是一电信号开入量输入接口，所述电信号输入接口的输出端与所述第一外接电路的输入端电连接。

8.如权利要求1所述的用于同步电动机励磁控制的控制板，其特征在于，所述磁隔离型RS485收发器为AMD2587E。

9.如权利要求1所述的用于同步电动机励磁控制的控制板，其特征在于，所述第二外接电路其输出端电连接一高速光耦器。