CN209767413U - 一种基于离散变频的智能重载软起动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于离散变频的智能重载软起动系统系统，包括可控硅组模块、可控硅组驱动模块、数据分析处理模块、电压采集模块、电流采集模块、转矩测量模块、信号检测模块、过电流保护模块、过热保护模块、人机对话模块、旁路控制模块、电源模块、中心服务器、通讯模块。本实用新型可按最优方案自适应控制起动转矩和起动功耗，有效提高起动效率，且可对重载起动设备常见的起动电流过大、电机过热、可控硅过热问题形成有效保护，避免异常起动对离散变频软起动设备造成不可逆性损坏，具有结构简单、安装方便、成本较低的优点。

Description

一种基于离散变频的智能重载软起动系统

技术领域

本实用新型涉及异步电机重载起动技术，具体涉及一种基于离散变频的智能重载软起动系统。

背景技术

在工业应用中，带重载起动的生产设备相当普遍，如水泥行业中的球磨机、钢铁行业中的轧钢机、煤矿行业中的皮带机。由于起动转矩较大，绕线式异步电机广泛应用于上述重载起动的场合中，其对起动性能有如下要求：起动转矩大、起动电流小、起动时间短、起动过程功率损耗小、起动设备简单、起动操作方便可靠。对于重载起动环境而言，前两点可谓重中之重。

绕线式异步电机的起动方式可分为转子串分级电阻、频敏变阻器、液阻起动三种。串分级电阻起动无法实现平滑调节；串频敏变阻器起动又存在起动电流较大的问题；串液阻虽可满足重载起动技术指标，但同前两者存在共性缺点，即起动设备复杂、维护不便，且起动过程功耗较大。

随着重载起动技术的深入拓展，离散变频软起动作为有效提高起动转矩、降低起动电流的起动方式而备受关注，但常规的离散变频软起动不够智能，无法体现实时转矩规律，起动方式较被动，且时常忽略起动过程中过流、过热保护。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于离散变频的智能重载软起动系统，在限制起动电流、加大起动转矩的同时，简化并保护起动设备，提高起动效率。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于离散变频的智能重载软起动系统，包括可控硅组模块、可控硅组驱动模块、数据分析处理模块、电压采集模块、电流采集模块、转矩测量模块、信号检测模块、过电流保护模块、过热保护模块、人机对话模块、旁路控制模块、电源模块、中心服务器和通讯模块；

可控硅组模块连接在电源与电机之间，可控硅组驱动模块连接在可控硅组模块与数据分析处理模块之间，电压采集模块、信号检测模块和电源模块连接在电源输入端与数据分析处理模块之间，电流采集模块连接在电源输出端与数据分析处理模块之间，转矩测量模块连接在电机与数据分析处理模块之间，过电流保护模块连接在电流采集模块与数据分析处理模块之间，过热保护模块为两个，一个连接在可控硅组模块与数据分析处理模块之间，另一个连接在电机与数据分析处理模块之间，人机对话模块与数据分析处理模块连接，旁路控制模块并联在可控硅组模块两端，且控制端与数据分析处理模块连接，中心服务器经通讯模块与数据分析处理模块远程通讯连接。

进一步地，所述的可控硅组模块由三组反并联大容量晶闸管分别并联阻容吸收回路组成，并分别串接在电源与电机之间的三相输电线路上；所述的可控硅驱动模块采用三组脉冲变压器，并通过分时复用的触发方式对晶闸管进行脉冲触发控制。

进一步地，所述的电压采集模块由霍尔电压传感器、限流电阻与滤波电容组成；所述的电流采集模块由电流互感器与放大电路组成。

进一步地，所述的转矩测量模块为传递类转矩测量仪。

进一步地，所述的信号检测模块由同步电压检测电路和晶闸管压降检测电路组成。

进一步地，所述的过电流保护模块由比较器、滤波电路、隔离电路与放大电路组成。

进一步地，所述的过热保护模块为温度传感器，一个安装在可控硅组模块的可控硅组上，另一个安装在电机的定子绕组上。

进一步地，所述的人机对话模块包括外部指令输入模块、信息指令输出模块、LED显示模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、设置有转矩测量模块，数据分析处理模块根据电压采集模块和电流采集模块采集的电压电流数据计算出实时功率，绘制出不同类型负载在重载情况下的功率曲线并保存，同时，根据转矩测量模块测量的转矩数据，绘制出不同类型负载在重载情况下的转矩曲线并保存，将二者作为系统自适应控制的数据基础，使得系统可以根据负载类型选定最优的转矩与功耗起动控制方案，相较于普通离散变频软起动，本实用新型的软起动系统更加智能，可按最优方案自适应控制起动转矩和起动功耗，有效提高起动效率，且本实用新型的软起动系统不局限于固定类型负载，具备良好的自适应学习能力。

2、设置有过电流保护模块和过热保护模块，数据分析处理模块根据过电流保护模块生成的电流信号和过热保护模块采集的可控硅组模块温度信号与电机起动温度信号，通过旁路控制模块控制可控硅组模块的通断，实现对重载起动设备常见的起动电流过大、电机过热、可控硅过热问题形成了有效保护，避免异常起动对离散变频软起动系统造成不可逆性损坏。

3、本实用新型的整体设计使其还具有结构简单、安装方便、成本较低的优点。

附图说明

图1为本实用新型基于离散变频的智能重载软起动系统的结构示意图；

附图标记说明：1-可控硅组模块；2-可控硅组驱动模块；3-数据分析处理模块；4-电压采集模块；5-电流采集模块；6-转矩测量模块；7-信号检测模块；8-过电流保护模块；9-过热保护模块；10-人机对话模块；11-旁路控制模块；12-电源模块；13-中心服务器；14-通讯模块。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种基于离散变频的智能重载软起动系统，包括可控硅组模块1、可控硅组驱动模块2、数据分析处理模块3、电压采集模块4、电流采集模块5、转矩测量模块6、信号检测模块7、过电流保护模块8、过热保护模块9、人机对话模块10、旁路控制模块11、电源模块12、中心服务器13和通讯模块14。

可控硅组模块1由三组反并联大容量晶闸管(可控硅)分别并联阻容吸收回路组成，三组可控硅分别串接在连接电源与电机定子的三相输电线路上。

可控硅组驱动模块2连接在可控硅组模块1与数据分析处理模块3之间，采用三组脉冲变压器，并通过分时复用的触发方式，将数据分析处理模块3输出的脉冲信号经隔离放大后对可控硅组模块1进行触发。

数据分析处理模块3可采用STM32单片机，进行现场数据实时测量、判断、分析、处理，并通过人机对话模块10实现人机对话操作。

电压采集模块4连接在电源输入端(电源与可控硅组模块1之间)与数据分析处理模块3之间，由霍尔电压传感器、限流电阻与滤波电容组成，将采集到的电压模拟信号送至数据分析处理模块3的A/D信号输入端。

电流采集模块5连接在电源输出端(可控硅组模块1与电机之间)与数据分析处理模块3之间，由电流互感器与放大电路组成，将采集到的电流模拟信号送至数据分析处理模块3的A/D信号输入端。

转矩测量模块6连接在电机与数据分析处理模块3之间，实时检测处于重载状态下的电机转矩，并将采集到的转矩信号用作反馈信号，送至数据分析处理模块3绘制规律曲线并保存，作为系统自适应控制的数据基础。转矩测量模块6可采用传递类转矩测量仪，例如光电式相位差转矩仪、磁弹性转矩仪等。

信号检测模块7连接在电源输入端与数据分析处理模块3之间，由同步电压检测电路和晶闸管压降检测电路组成，用于检测作为触发角控制基准的电压和电流的数字信号，并送至数据分析处理模块3的数字信号输入端。

过电流保护模块8连接在电流采集模块5与数据分析处理模块3之间，由比较器、滤波电路、隔离电路与放大电路构成，将电流采集模块5采集到的电流信号经比较、隔离、放大后，形成数字开入量，送至数据分析处理模块3。

过热保护模块9为两个温度传感器，一个安装在可控硅组模块1的可控硅组上，另一个安装在电机的定子绕组上，分别将采集到的可控硅组模块1温度值与电机起动温度值送至数据分析处理模块3。

人机对话模块10直接与数据分析处理模块3相连，包括外部指令输入模块、信息指令输出模块、LED显示模块，用于现场数据实时显示、工作参数设定、起动进程控制及历史数据上传。

旁路控制模块11并联在可控硅组模块1两端，且控制端与数据分析处理模块3连接，可采用常用的开关设备，例如继电器，通过将可控硅组模块1短接，实现离散变频重载软起动装置的切除。

电源模块12连接在电源输入端与数据分析处理模块3之间，负责给整个系统供电。

为了便于深入挖掘规律，特设中心服务器13(高性能上位机)，中心服务器13经通讯模块14(如通讯板卡)对数据分析处理模块3检测到的所有信号数据进行远程同步监测、历史数据保存和深入分析处理，进一步完善系统自适应控制的贴合性。

需要说明的是，上述各模块均为本技术领域的常规电子元器件或典型电路结构，不再对其具体结构进行赘述，另外，各模块功能的实现，特别是数据分析处理模块3的离散变频控制、自适应控制，均可以通过现有技术实现，并不属于本实用新型的创新之处。

本实用新型的智能重载软起动系统，其具体的运行方式主要分为以下几点：

1、数据分析处理模块3将电压采集模块4、电流采集模块5采集到的电压、电流模拟信号及信号检测模块6检测到的作为触发角控制基准的电压和电流的数字信号进行实时测量分析后，根据离散变频不同分频的要求，产生与之对应的触发脉冲信号，经可控硅组驱动模块2隔离放大后，有规律地控制可控硅组模块1三对可控硅的导通时间和导通顺序，并通过与之直接相连的人机对话模块10对离散变频系统进行工作参数设定、起动进程控制及实时输出数据同步显示，最终达到在降低电压的同时，实现等效变频，从而有效提高起动转矩、降低起动电流，进而提高起动转矩裕度与起动效率。

2、电压采集模块4和电流采集模块5将采集到的模拟信号送至数据分析处理模块3的A/D信号输入端，通过数据分析处理模块3计算出实时功率，绘制出不同类型负载在重载情况下的功率曲线并保存，系统根据不同曲线的规律，确定几种可适用的低功耗起动方案；

转矩测量模块6将采集到的转矩信号用作反馈信号，实时跟踪不同类型负载在重载情况下的转矩信息，送至数据分析处理模块3绘制规律曲线并保存，用作系统自适应控制的数据基础，结合上述低功耗起动方案，选定不同类型负载重载起动的最优起动方案，实现系统的自适应学习与控制，相较普通离散变频软起动，本系统更加智能，可按最优方案自适应控制起动转矩和起动功耗，有效提高起动效率，且本系统不局限于固定类型负载，具备良好的自适应学习能力。

3、过电流保护模块8将电流采集模块5采集到的电流信号经比较、隔离、放大后，形成数字开入量，送至数据分析处理模块3；过热保护模块9分别将采集到的可控硅组模块1温度值与电机起动温度值经变送后的模拟电信号送至数据分析处理模块3，经比较后形成数字信号；测量值大于设定值时，对应的数字开入量设为“1”，反之设为“0”；数据分析处理模块3对上述三种采集到的数字开入量进行“或”运算，若结果置“0”，则数据分析处理模块3控制可控硅组模块1门极导通，离散变频重载软起动系统正常运行，若结果置“1”，数据分析处理模块3控制可控硅组模块1门极关断，同时，通过旁路控制模块11切除离散变频重载软起动系统，从而对重载起动设备常见的起动电流过大、电机过热、可控硅过热问题形成了有效保护，避免异常起动对离散变频软起动设备造成不可逆性损坏。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种基于离散变频的智能重载软起动系统，其特征在于：包括可控硅组模块(1)、可控硅组驱动模块(2)、数据分析处理模块(3)、电压采集模块(4)、电流采集模块(5)、转矩测量模块(6)、信号检测模块(7)、过电流保护模块(8)、过热保护模块(9)、人机对话模块(10)、旁路控制模块(11)、电源模块(12)、中心服务器(13)和通讯模块(14)；

可控硅组模块(1)连接在电源与电机之间，可控硅组驱动模块(2)连接在可控硅组模块(1)与数据分析处理模块(3)之间，电压采集模块(4)、信号检测模块(7)和电源模块(12)连接在电源输入端与数据分析处理模块(3)之间，电流采集模块(5)连接在电源输出端与数据分析处理模块(3)之间，转矩测量模块(6)连接在电机与数据分析处理模块(3)之间，过电流保护模块(8)连接在电流采集模块(5)与数据分析处理模块(3)之间，过热保护模块(9)为两个，一个连接在可控硅组模块(1)与数据分析处理模块(3)之间，另一个连接在电机与数据分析处理模块(3)之间，人机对话模块(10)与数据分析处理模块(3)连接，旁路控制模块(11)并联在可控硅组模块(1)两端，且其控制端与数据分析处理模块(3)连接，中心服务器(13)经通讯模块(14)与数据分析处理模块(3)远程通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于离散变频的智能重载软起动系统，其特征在于：所述的可控硅组模块(1)由三组反并联大容量晶闸管分别并联阻容吸收回路组成，并分别串接在电源与电机之间的三相输电线路上；所述的可控硅组驱动模块(2)采用三组脉冲变压器，并通过分时复用的触发方式对晶闸管进行脉冲触发控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于离散变频的智能重载软起动系统，其特征在于：所述的电压采集模块(4)由霍尔电压传感器、限流电阻与滤波电容组成；所述的电流采集模块(5)由电流互感器与放大电路组成。

4.根据权利要求1所述的一种基于离散变频的智能重载软起动系统，其特征在于：所述的转矩测量模块(6)为传递类转矩测量仪。

5.根据权利要求1所述的一种基于离散变频的智能重载软起动系统，其特征在于：所述的信号检测模块(7)由同步电压检测电路和晶闸管压降检测电路组成。

6.根据权利要求1所述的一种基于离散变频的智能重载软起动系统，其特征在于：所述的过电流保护模块(8)由比较器、滤波电路、隔离电路与放大电路组成。

7.根据权利要求1所述的一种基于离散变频的智能重载软起动系统，其特征在于：所述的过热保护模块(9)为温度传感器，一个安装在可控硅组模块(1)的可控硅组上，另一个安装在电机的定子绕组上。

8.根据权利要求1所述的一种基于离散变频的智能重载软起动系统，其特征在于：所述的人机对话模块(10)包括外部指令输入模块、信息指令输出模块和LED显示模块。