CN210578318U - 一种电机软启动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种电机软启动系统，通过在晶闸管驱动电路中设置充电电路和升压电路，可以通过充电电路对电容充电，通过电容的充放电，可以过滤掉电网中很大的冲击电流，保护晶闸管；通过在过零检测电路中设置限流保护电路、光耦隔离电路和非门电路，采用限流电阻限制电流，利用光耦结合三极管来捕捉过零点可以提高零点检测的精度，避免误测。

Description

一种电机软启动系统

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机软启动系统。

背景技术

软启动器是一种集电极软启动、软停车、软载节能和多种保护功能与一体的电机控制装置。利用软启动来启动电机时，电压由零慢慢提升到额定电压，这样在启动过程中的启动电流可控制，可根据需要调节启动电流的大小，电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行，从而降低启动电流，但是由于启动转矩基本固定不可调，启动过程中都存在二次冲击电流，对负载机械有着冲击转矩，且受电网波动的影响，一旦出现电网电压向下浮动，会造成电机堵转、启动过程中接触器带载切换，易造成触电的拉弧、损坏等方面问题，严重时会烧坏开关、电动机，影响电网其他设备运行。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种可以减缓冲击电流对电网的影响的电机软启动系统。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种可以减缓冲击电流对电网的影响的软启动装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种电机软启动系统，其包括A、B、C三相电、三个结构相同的软启动装置、控制器、电源电路和电机，所述A、B、C三相电分别一一对应通过三个结构相同的软启动装置与电机的输入端电性连接，控制器的三个GPIO口分别与三个结构相同的软启动装置的控制端一一对应电性连接，电源电路分别与软启动装置和控制器电性连接，软启动装置包括双向晶闸管、继电器、过零检测电路和晶闸管驱动电路；

A、B或C三相电通过双向晶闸管与电机电性连接，继电器并联在双向晶闸管的两端，晶闸管驱动电路的输入端与控制器的GPIO口电性连接，晶闸管驱动电路的输出端与双向晶闸管的控制极电性连接，过零检测电路的输入端分别与A、B或C三相电电性连接，过零检测电路的输出端与控制器的PWM口电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，晶闸管驱动电路包括充电电路和升压电路；

充电电路的输入端与控制器的GPIO口电性连接，充电电路的输出端通过升压电路与双向晶闸管的阴极和控制极电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，过零检测电路包括限流保护电路、光耦隔离电路和非门电路；

限流保护电路的输入端与A、B或C三相电电性连接，限流保护电路的输出端与光耦隔离电路的输入端电性连接，光耦隔离电路的输出端通过非门电路与控制器的PWM口电性连接。

进一步优选的，控制器为TMS320F28335芯片。

进一步优选的，充电电路包括三极管Q12-Q14、电阻R20-R23、电容C9和电容C10；

TMS320F28335芯片的GPIO2口通过电阻R21与三极管Q12的基极电性连接，电阻R20的一端与控制器的GPIO2口电性连接，电阻R20的另一端接地，三极管Q12的发射极接地，三极管Q12的集电极通过电阻R22分别与三极管Q13的基极和三极管Q14的基极电性连接，电阻R23的一端与三极管Q12的集电极电性连接，电阻R23的另一端与电源电路电性连接，三极管Q13的发射极与三极管Q14的集电极电性连接，三极管Q13的集电极与电源电路电性连接，三极管Q14的发射极接地，电容C9的一端与三极管Q13的发射极电性连接，电容C9的另一端与升压电路的输入端电性连接，电容C10并联在电容C9的两端。

进一步优选的，升压电路包括脉冲变压器T1、二极管VD7、二极管VD8、电阻R24、电阻R25、电容C11和电容C12；

电容C9的另一端与脉冲变压器T1一次侧的一端电性连接，脉冲变压器T1一次侧的另一端接地，脉冲变压器T1的一次绕组的一端通过正向导通的二极管VD8与电阻R24的一端电性连接，电阻R24的另一端分别与电容C11的一端和双向晶闸管中一个的控制极电性连接，脉冲变压器T1的一次绕组的另一端和电容C11的另一端与双向晶闸管的主电极1电性连接；脉冲变压器T1的二次绕组的一端分别与电容C12的一端和双向晶闸管的主电极2电性连接，脉冲变压器T1的二次绕组的另一端通过正向导通的二极管VD7与电阻R25的另一端电性连接，电阻R25的另一端分别与电容C12的另一端和双向晶闸管的另一个控制极电性连接。

进一步优选的，限流保护电路包括电阻R87、电阻R90、电阻R93、电阻R94、稳压管VZ1和稳压管VZ2；

电阻R87的一端与A、B或C三相电电性连接，电阻R87的另一端同电阻R93与电阻R94的一端和稳压管VZ1的负极电性连接，电阻R90的一端与电阻R87的另一端电性连接，电阻R90的另一端接地，电阻R94的另一端与光耦隔离电路的输入端电性连接，稳压管VZ1的正极通过正向导通的稳压管VZ2接地。

进一步优选的，光耦隔离电路包括第一耦合器U7和第二耦合器U8；

第一耦合器U7的发射极正极和第二耦合器U8的发射极负极与电阻R94的另一端电性连接，第一耦合器U7的发射极负极和第二耦合器U8的发射极正极均接地，第一耦合器U7的接收端E极和第二耦合器U8的接收端E极均与电源电路电性连接，第一耦合器U7的接收端C极和第二耦合器U8的接收端C极均与非门电路的输入端电性连接。

进一步优选的，非门电路包括第一非门U8和第二非门U9；

第一非门U8的输入端与第一耦合器U7的接收端C极电性连接，第二非门U9的输入端与第二耦合器U8的接收端C极电性连接，第一非门U8和第二非门U9的输出端均与TMS320F28335芯片的PWM1口电性连接。

本实用新型的一种电机软启动系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过在晶闸管驱动电路中设置充电电路和升压电路，可以通过充电电路对电容充电，通过电容的充放电，可以过滤掉电网中很大的冲击电流，保护晶闸管；

(2)通过在过零检测电路中设置限流保护电路、光耦隔离电路和非门电路，采用限流电阻限制电流，利用光耦结合三极管来捕捉过零点可以提高零点检测的精度，避免误测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种电机软启动系统的连线示意图；

图2为本实用新型一种电机软启动系统的结构图；

图3为本实用新型一种电机软启动系统中晶闸管驱动电路的电路图；

图4为本实用新型一种电机软启动系统中过零检测电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种电机软启动系统，其包括A、B、C三相电、三个结构相同的软启动装置、控制器、电源电路和电机，其中，A、B、C三相电分别一一对应通过三个结构相同的软启动装置与电机的输入端电性连接，控制器的三个GPIO口分别与三个结构相同的软启动装置的控制端一一对应电性连接，电源电路分别与软启动装置和控制器电性连接。

控制器为TMS320F28335芯片。TMS320F28335芯片在本实施例中的作用是：检测过零检测电路输出的高低电平信号，过零检测电路输出的低电平信号就是过零信号，当检测为低电平信号时，驱动晶闸管驱动电路工作。

由于三个软启动装置结构相同，因此，在此只介绍A相电上的软启动装置结构和其工作原理，如图2所示，软启动装置包括双向晶闸管、继电器、过零检测电路和晶闸管驱动电路；其中，双向晶闸管串联在述A、B、C三相电和电机之间的线路上，继电器并联在双向晶闸管的两端，晶闸管驱动电路的输入端与控制器的I/O口电性连接，晶闸管驱动电路的输出端与双向晶闸管的控制极电性连接，过零检测电路的输入端分别与A、B或C三相电电性连接，过零检测电路的输出端与控制器的PWM口电性连接。

过零检测电路包括限流保护电路、光耦隔离电路和非门电路；其中，限流保护电路限制供电线上电压，避免高电压烧坏后级电路；光耦隔离电路避免电机启动时产生的噪声对软启动装置造成的干扰；非门电路对光耦隔离电路输出信号进行波形整形，使其变为标准电压的输出，同时可用于逻辑取反，以增强逻辑门的带负载能力，减少延时。在本实施例中，限流保护电路的输入端与A、B或C三相电电性连接，限流保护电路的输出端与光耦隔离电路的输入端电性连接，光耦隔离电路的输出端通过非门电路与控制器电性连接。

具体的，如图4所示，限流保护电路包括电阻R87、电阻R90、电阻R93、电阻R94、稳压管VZ1和稳压管VZ2；电阻R87的一端与A、B或C三相电电性连接，电阻R87的另一端同电阻R93与电阻R94的一端和稳压管VZ1的负极电性连接，电阻R90的一端与电阻R87的另一端电性连接，电阻R90的另一端接地，电阻R94的另一端与光耦隔离电路的输入端电性连接，稳压管VZ1的正极通过正向导通的稳压管VZ2接地。其中，电阻R87、电阻R90、电阻R93、电阻R94均是限流电阻，其中，电阻R87、电阻R90构成分压电路，将A相电上220V的交流电降压到22V，再经电阻R93限流，被稳压管VZ1和稳压管VZ2稳压到正负10V。

如图4所示，光耦隔离电路包括第一耦合器U7和第二耦合器U8；具体的，第一耦合器U7的发射极正极和第二耦合器U8的发射极负极与电阻R94的另一端电性连接，第一耦合器U7的发射极负极和第二耦合器U8的发射极正极均接地，第一耦合器U7的接收端E极和第二耦合器U8的接收端E极均与电源电路电性连接，第一耦合器U7的接收端C极和第二耦合器U8的接收端C极均与非门电路的输入端电性连接。非门电路包括第一非门U8和第二非门U9；具体的，第一非门U8的输入端与第一耦合器U7的接收端C极电性连接，第二非门U9的输入端与第二耦合器U8的接收端C极电性连接，第一非门U8和第二非门U9的输出端均与TMS320F28335芯片的PWM1口电性连接。其中，经限流保护电路限流后的交流信号分别并联在第一耦合器U7和第二耦合器U8上，当限流后的交流信号处于正半周期时，第一耦合器U7中的发光二极管导通，接收端三极管导通，并输出高电平信号至非门电路的输入端，非门电路输出低电平电压至控制器的PWM1口；当限流后的交流信号处于负半周周期时，第二耦合器U8中的发光二极管导通，接收端三极管导通，并输出高电平信号至非门电路的输入端，非门电路输出低电平电压至控制器的PWM1口，在本实施例中，由非门电路输出低电平电压信号即为零点信号，当处理器检测到PWM1口的电平为低电平时，输出低电平至晶闸管驱动电路，驱动晶闸管驱动电路工作。

在本实施例中，晶闸管驱动电路包括充电电路和升压电路；本实施例中晶闸管驱动电路是通过给电容充电，通过电容的充放电驱动双向晶闸管的。因此，充电电路即为对电容进行充电，升压电路对电容放电电压进行抬升，使其达到双向晶闸管的驱动电压。在本实施例中，充电电路的输入端与控制器的GPIO口电性连接，充电电路的输出端通过升压电路与双向晶闸管的阴极和控制极电性连接。

具体的，如图3所示，充电电路包括三极管Q12-Q14、电阻R20-R23、电容C9和电容C10；其中，TMS320F28335芯片的GPIO2口通过电阻R21与三极管Q12的基极电性连接，电阻R20的一端与控制器的GPIO2口电性连接，电阻R20的另一端接地，三极管Q12的发射极接地，三极管Q12的集电极通过电阻R22分别与三极管Q13的基极和三极管Q14的基极电性连接，电阻R23的一端与三极管Q12的集电极电性连接，电阻R23的另一端与电源电路电性连接，三极管Q13的发射极与三极管Q14的集电极电性连接，三极管Q13的集电极与电源电路电性连接，三极管Q14的发射极接地，电容C9的一端与三极管Q13的发射极电性连接，电容C9的另一端与升压电路的输入端电性连接，电容C10并联在电容C9的两端。

如图3所示，升压电路包括脉冲变压器T1、二极管VD7、二极管VD8、电阻R24、电阻R25、电容C11和电容C12；具体的，电容C9的另一端与脉冲变压器T1一次侧的一端电性连接，脉冲变压器T1一次侧的另一端接地，脉冲变压器T1的一次绕组的一端通过正向导通的二极管VD8与电阻R24的一端电性连接，电阻R24的另一端分别与电容C11的一端和双向晶闸管中一个的控制极电性连接，脉冲变压器T1的一次绕组的另一端和电容C11的另一端与双向晶闸管的主电极1电性连接；脉冲变压器T1的二次绕组的一端分别与电容C12的一端和双向晶闸管的主电极2电性连接，脉冲变压器T1的二次绕组的另一端通过正向导通的二极管VD7与电阻R25的另一端电性连接，电阻R25的另一端分别与电容C12的另一端和双向晶闸管的另一个控制极电性连接。

结合充电电路和升压电路可知，晶闸管驱动电路的工作原理为：当端口GPIO口2输出低电平时，三极管Q14和Q12截止，三极管Q13导通，电源电路通过三极管Q13向电容器C9和C10进行充电，电流从脉冲变压器T1的上端流向下端，此时二极管VD8导通，电流经电阻R24后驱动左边晶闸管VTl导通；当输入端为高电平时，三极管Q14和Q12导通，Q13截止，C9和C10开始放电，电流从脉冲变压器的下端流向上端，再经VD7续流后，导通晶闸管VT2，因此该电路就是通过对C9和C10的充放电来间接驱动晶闸管。

本实施例的工作原理为：当过零检测电路输出低电平至处理器的PWM1口时，处理器输出低电平信号至晶闸管驱动电路，并驱动晶闸管驱动电路驱动双向晶闸管导通，使得三相电上的电压先通过双向晶闸管到达电机，等电路稳定以后，在闭合继电器，此时，继电器的两端电压等于双向晶闸管两端电压，因此，不会使继电器出现燃弧现象，在继电器稳定后，控制器控制晶闸管驱动电路关断双向晶闸管，此时，由继电器来承担供电线路上的工作电流。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电机软启动系统，其包括A、B、C三相电、三个结构相同的软启动装置、控制器、电源电路和电机，所述A、B、C三相电分别一一对应通过三个结构相同的软启动装置与电机的输入端电性连接，控制器的三个GPIO口分别与三个结构相同的软启动装置的控制端一一对应电性连接，电源电路分别与软启动装置和控制器电性连接，其特征在于：所述软启动装置包括双向晶闸管、继电器、过零检测电路和晶闸管驱动电路；

所述A、B或C三相电通过双向晶闸管与电机电性连接，继电器并联在双向晶闸管的两端，晶闸管驱动电路的输入端与控制器的GPIO口电性连接，晶闸管驱动电路的输出端与双向晶闸管的控制极电性连接，过零检测电路的输入端分别与A、B或C三相电电性连接，过零检测电路的输出端与控制器的PWM口电性连接。

2.如权利要求1所述的一种电机软启动系统，其特征在于：所述晶闸管驱动电路包括充电电路和升压电路；

所述充电电路的输入端与控制器的GPIO口电性连接，充电电路的输出端通过升压电路与双向晶闸管的阴极和控制极电性连接。

3.如权利要求2所述的一种电机软启动系统，其特征在于：所述过零检测电路包括限流保护电路、光耦隔离电路和非门电路；

所述限流保护电路的输入端与A、B或C三相电电性连接，限流保护电路的输出端与光耦隔离电路的输入端电性连接，光耦隔离电路的输出端通过非门电路与控制器的PWM口电性连接。

4.如权利要求3所述的一种电机软启动系统，其特征在于：所述控制器为TMS320F28335芯片。

5.如权利要求4所述的一种电机软启动系统，其特征在于：所述充电电路包括三极管Q12-Q14、电阻R20-R23、电容C9和电容C10；

所述TMS320F28335芯片的GPIO2口通过电阻R21与三极管Q12的基极电性连接，电阻R20的一端与控制器的GPIO2口电性连接，电阻R20的另一端接地，三极管Q12的发射极接地，三极管Q12的集电极通过电阻R22分别与三极管Q13的基极和三极管Q14的基极电性连接，电阻R23的一端与三极管Q12的集电极电性连接，电阻R23的另一端与电源电路电性连接，三极管Q13的发射极与三极管Q14的集电极电性连接，三极管Q13的集电极与电源电路电性连接，三极管Q14的发射极接地，电容C9的一端与三极管Q13的发射极电性连接，电容C9的另一端与升压电路的输入端电性连接，电容C10并联在电容C9的两端。

6.如权利要求5所述的一种电机软启动系统，其特征在于：所述升压电路包括脉冲变压器T1、二极管VD7、二极管VD8、电阻R24、电阻R25、电容C11和电容C12；

所述电容C9的另一端与脉冲变压器T1一次侧的一端电性连接，脉冲变压器T1一次侧的另一端接地，脉冲变压器T1的一次绕组的一端通过正向导通的二极管VD8与电阻R24的一端电性连接，电阻R24的另一端分别与电容C11的一端和双向晶闸管中一个的控制极电性连接，脉冲变压器T1的一次绕组的另一端和电容C11的另一端与双向晶闸管的主电极1电性连接；脉冲变压器T1的二次绕组的一端分别与电容C12的一端和双向晶闸管的主电极2电性连接，脉冲变压器T1的二次绕组的另一端通过正向导通的二极管VD7与电阻R25的另一端电性连接，电阻R25的另一端分别与电容C12的另一端和双向晶闸管的另一个控制极电性连接。

7.如权利要求4所述的一种电机软启动系统，其特征在于：所述限流保护电路包括电阻R87、电阻R90、电阻R93、电阻R94、稳压管VZ1和稳压管VZ2；

所述电阻R87的一端与A、B或C三相电电性连接，电阻R87的另一端同电阻R93与电阻R94的一端和稳压管VZ1的负极电性连接，电阻R90的一端与电阻R87的另一端电性连接，电阻R90的另一端接地，电阻R94的另一端与光耦隔离电路的输入端电性连接，稳压管VZ1的正极通过正向导通的稳压管VZ2接地。

8.如权利要求7所述的一种电机软启动系统，其特征在于：所述光耦隔离电路包括第一耦合器U7和第二耦合器U8；

所述第一耦合器U7的发射极正极和第二耦合器U8的发射极负极与电阻R94的另一端电性连接，第一耦合器U7的发射极负极和第二耦合器U8的发射极正极均接地，第一耦合器U7的接收端E极和第二耦合器U8的接收端E极均与电源电路电性连接，第一耦合器U7的接收端C极和第二耦合器U8的接收端C极均与非门电路的输入端电性连接。

9.如权利要求8所述的一种电机软启动系统，其特征在于：所述非门电路包括第一非门U8和第二非门U9；

所述第一非门U8的输入端与第一耦合器U7的接收端C极电性连接，第二非门U9的输入端与第二耦合器U8的接收端C极电性连接，第一非门U8和第二非门U9的输出端均与TMS320F28335芯片的PWM1口电性连接。

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