CN2759052Y - 交流电机可逆软起动控制装置 - Google Patents
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Abstract
交流电机可逆软起动控制装置，它由主电路与智能控制两个部分构成。主电路由五组反并联晶闸管组成，其中KP1、KP2反并联；KP3、KP4反并联；KP5、KP6反并联后，一端与输入电源R、S、T相连，另一端与电动机M相连，电机正转。KP1、KP2反并联；KP3*、KP4*反并联；KP5*、KP6*反并联后一端与输入电源R、S、T相连，另一端与电动机M相连，电机反转。通过换向，可实现电动机的可逆频繁运转。智能控制部分由计算机控制电路、输入逻辑电路、驱动电路、显示电路等部分组成。通过微处理计算机及晶闸管控制电机的正反向软起动、制动、限流及起动时间等，并具有过载、短路、缺相等保护功能，属于机电产品制造及应用领域。
Description
技术领域：本实用新型涉及一种交流电机可逆软起动控制装置，该装置通过微处理计算机及晶闸管控制电机的正反向软起动、制动、限流及起动时间等，并具有过载、短路、缺相等保护功能。属于机电产品制造及应用领域。
背景技术：众所周知交流电动机，尤其是笼型电动机，直接投入电网，其起动电流高达电动机额定电流的6-7倍，它不仅对电网有较大的冲击，并能造成与电网连接的其它设备不能正常运行，而且对电动机本身和电动机拖动的机械设备造成较大的冲击，极大地影响其使用寿命。过高的起动电流，使一定容量的配电系统的实际可驱动的设备总容量大为减少，不能做到有效地发挥配电系统的潜在能力。特别提出的是电动机在可逆频繁运行的情况下，如：钢铁企业的辊道、推钢机、拉钢机、升降台及天吊等。不但造成上述影响，而由于电动机的正反向频繁起动，造成大电流的冲击，使电机过热直至烧毁，不仅给工人增加了劳动强度，还给生产造成严重的影响。所以解决电动机由于频繁换向过热烧毁的问题是摆在我们面前急需解决的问题。
传统的控制电动机正反向多采用老式继电器、接触器换向的控制方式。但由于有触点，噪音大，频繁换向常烧触点，给维护工作带来了一定的困难，影响生产，因此，近几年应用的很少。
随着电力电子技术的不断发展，近几年又采用了晶闸管无触点开关做为控制电机正反向的元件，但这种控制方式，只解决了无触点和无噪音问题，由于电动机还是在直接起动，起动电流均在6-7倍，频繁的换向，使电机过热、烧毁电机的问题没有从根本上得到解决，由于该装置元件的容量大，体积大，费用高，因此它的应用也受到了一定程度的限制。
发明内容：本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种能够提高电动机的使用寿命、减少起动电流对电动机的冲击、使电动机处于最佳起动状态的交流电机可逆软起动控制装置。
本实用新型采用下述技术方案：交流电机可逆软起动控制装置，采用最新的软起动控制技术，是将微处理计算机和电力电子技术相结合的新型电机软起动装置。该装置主要由主电路与智能控制两个部分构成。主电路由五组反并联晶闸管组成，其中KP1、KP2反并联；KP3、KP4反并联；KP5、KP6反并联后，一端与输入电源R、S、T相连，另一端与电动机M相连，电机正转。KP1、KP2反并联；KP3*、KP4*反并联；KP5*、KP6*反并联后一端与输入电源R、S、T相连，另一端与电动机M相连，电机反转。通过换向，可实现电动机的可逆频繁运转。智能控制部分由计算机控制电路、输入逻辑电路、驱动电路、显示电路等几部分组成。
本实用新型的特点在于：由于采用了先进的微处理计算机和电力电子技术，可逆软起动控制装置的各种参数可任意调整，来实现不同场合的需要，具有正反向软起动、制动、限流、起动时间及起动电压任意可调的优点。该装置还具有完善的计算机检测功能，对于相序、晶闸管的参数、开关状态及各种故障进行检测。并具有过载、短路、缺相等保护功能，从而保证了整个装置的正常运行。另外，根据现场的工艺要求和特点可方便地实现各种控制要求来满足生产需要。使得电动机频繁正反向运行及受大电流冲击烧毁电机的情况得到了改善。由于该装置的起动电流只是电动机额定电流的3-4倍，从而保护了电机及电机拖动的机械设备，使齿轮及轴连接器起动平滑，提高了设备的使用寿命，减少了维护，提高了生产效率，特别是在新设计配电系统时，降低了系统的总容量，减少了基础投资费用，解决了现有技术直接起动烧毁电机的技术难题。
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图。
图2-4是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式：
参照图1，交流电机可逆软起动控制装置，主要由主电路与智能控制两个部分构成。主电路由五组反并联晶闸管组成，其中KP1、KP2反并联；KP3、KP4反并联；KP5、KP6反并联后，一端与输入电源R、S、T相连，另一端与电动机M相连，电机正转。KP1、KP2反并联；KP3*、KP4*反并联；KP5*、KP6*反并联后一端与输入电源R、S、T相连，另一端与电动机M相连，电机反转。通过换向，可实现电动机的可逆频繁运转。KP1、KP2晶闸管和KP3-KP6、KP3*-KP6*部分晶闸管导通时形成整流电路，将使电机进入直流制动。智能控制部分由计算机控制电路、输入逻辑电路、驱动电路、显示电路等几部分组成。(a)计算机控制电路由参数“设定”、“电压检测”、“电流检测”和“微处理计算机”部分组成。(b)输入逻辑电路由“控制输入”和“输入逻辑电路”两部分组成，该部分是本实用新型的核心部分。(c)驱动及显示电路，包括晶闸管“驱动电路”、“显示”和“控制输出”几部分。(d)参数“设定”决定了软起动的时间、斜率、电压突跳和起始电压的人工装订数值。(e)电压、电流检测直接取自主电路，它反映了电路电压、相序和触发后电流导通状态，经光电隔离后送计算机。(f)计算机处理后产生的各相正反晶闸管触发脉冲经光电隔离驱动电路后触发各晶闸管，实现正反向软起动。(g)输入逻辑电路将正向起、停；反向起、停；制动和系统等输入信号按严格的逻辑要求，产生正反向的控制信号，引导计算机发出的触发脉冲信号以不同的流向控制主回路中晶闸管，实现正反向软起动。它克服了不同输入信号在逻辑上、运行相序上的矛盾和相互冲突，避免了相间短路，控制颠复等毁灭性故障，保证系统的正常工作。在正反向起动交替时，加入制动信号，实现快速反向，这对某些大惯性负载的频繁正反控制是十分有利的。电机一个方向的软起动在国内有不少产品，实现双向软起动常用软起动加正反接触器倒向的办法也有见于报导，但整体实现双向软起动，尤其是在频繁正反起动中不但加上软起动功能，而且自动加入变向制动功能是现有技术中没有的。(h)驱动及显示电路，除晶闸管驱动外，LED显示及继电器输出能适应系统的不同工作状态和各种故障状态。
参照图2-4，交流电机可逆软起动控制装置的智能控制部分，主要由输入逻辑电路、计算机控制电路和驱动、显示电路部分组成。
计算机控制电路：(1)计算机控制电路由软起动参数输入部分、主电路运行状态检测部分和微处理器部分组成。微处理器采用51系列单片机，CPU(见图2)代号为A1。(2)参数输入部分主要由SW1、SW2拨码开关电路(见图2)组成。SW1、SW2开关的ON、OFF状态产生“1”和“0”电平信号，占据CPU的17个输入脚。拨码开关状态决定了软起动的时间、斜率、电压突跳、和起始电压的人工装订数值。(3)主电路运行参数检测电路(见图3)，它由OPT1-OPT5(TLP620-1)光耦检测及T1-T5(C2482)信号放大电路组成，信号直接取自晶闸管反并联电路的A、K两极，晶闸管上的电压状态反映了电路电压、相序及触发后导通状态，可适时反馈到计算机CPU的7、26、27脚上。(4)计算机经软件处理后产生相应的各相正反相晶闸管触发脉冲，经CPU的10、11、12脚输出，逻辑为低电平有效，平时输出为高电平状态。(5)计算机的运行状态、软起动完成状态、正反工作状态故障报警状态分别由CPU的24、25、35、36脚输出，0电平有效。
输入逻辑电路：(1)输入逻辑电路由图2中OPT6-OPT9(TLP521-1)光电隔离输入部分和图2、图3中A8-A17(A8：CD4049、A9：CD4071、A10：CD4071、A11：CD4023、A12：CD4528、A13：CD4013、A14：CD4013、A15：CD4081、A16：CD4081A17：CD4071)集成电路组成，该部分是本专利保护的核心部分。(2)因为输入信号含正向起、停，反向起、停及故障下计算机清零等多个信号，而信号又是随机的，在逻辑上，运行相序上不免有矛盾和相互冲突的地方。这些冲突在控制晶闸管导通、关闭的工作时，如不整理限制，将产生相间短路，控制颠覆等毁灭性的故障，使系统无法工作。输入逻辑电路能很好地克服这些矛盾和冲突，产生合理的控制信号。(3)输入逻辑电路工作原理如下：(a)正向起、停信号由J2-1和J2-2闭合、断开产生，经OPT6隔离后在4脚得到。逻辑上“0”为起动，“1”为断开。同理反向起、停信号由J2-7和J2-8产生，在OPT9的4脚上得到。计算机清零信号由J2-5和J2-6产生，在OPT8的4脚上输入，信号逻辑均与正向逻辑相同。(b)A11的作用是保证如正向起动信号到来时，若无反向起动信号，则在A11的10脚上产生低电平信号。该信号有两个作用，一路送A12的5脚，在低电平前沿，即下降沿的作用下，由A12单稳产生一个和前沿对应(即起动开始)的正脉冲信号，由其6脚送至A14的6脚，置位A14 R-S触发器，使A14的1脚为“1”2脚为“0”。相似的分析，有反向输入信号，无正向起动信号时，将使A14的2脚为“1”，1脚为“0”。A11的10脚低电平信号的第二个作用是当有正向起动信号而无反向起动信号时，经A9的1、2脚和A8将置位A13 R-S触发器，使A13的2脚输出低电平，经A11、A8输入到A10的13脚上，从而使A10的11脚输出为“0”，作为起动信号送计算机CPU的33脚，启动软起动工作。(c)在A14的1、2脚上产生的正向和反向两选一唯一工作状态的控制下，状态稳定之后，计算机CPU的33脚得到稳定的起动信号，触发脉冲经CPU的10、11、12脚发出，正反控制时触发脉冲的走向由A15、A16、A17逻辑电路控制。比如A14的1脚为“1”，2脚为“0”则经A15的1脚和5脚将A1-11、A1-12来的触发信号送PT2、PT3(KCB-04B1)脉冲变压器；由A15的8脚和12脚将上述触发信号封锁，不让送至PT4、PT5(KCB-04B1)脉冲变压器，电机将正转，反之A14的2脚为“1”，1脚为“0”电机将反转。(d)在正向或反向起动信号保持期间，如输入逻辑电路中J2-3和J2-4信号短接，该输入经OPT7的4脚进入计算机CPU的32脚后，计算机进行软停止工作。此时计算机经CPU37脚送出软停止指示信号，逻辑为“0”电平作用。该信号经A2(CD4049)反相后进入A17的9脚和12脚，使A15的1、5脚和8、12脚信号均为“1”，CPU的11脚和12脚送出的B、C相触发信号将同时送脉冲变压器PT2、PT3、PT4、PT5。从逻辑上讲这是十分危险的，它将产生B、C相间电源短路。为此，计算机先经CPU35脚送出低电平信号让继电器J50、J51(MR62-12S)工作(见图2)。断开PT2、PT3、PT4、PT5的各一半触发信号，让晶闸管进入整流制动状态，进行短暂刹车制动后再投入相反方向工作。这对某些大惯性负载的频繁正反控制是十分有利的。(e)经J2-5和J2-6输入的计算机清零信号在OPT8上4脚得到后经A8、A10变换，由A10的10脚送CPU的9脚，高电平清零。同时在正反向起动信号到来的前沿，如上(b)项所述，在A12的6脚(或10脚)将送出单稳产生的短暂正脉冲，该信号经A10的5脚(或6脚)，输出A10的4脚送A10的9脚，同样产生CPU清零信号，即每次正常起动前均清零计算机，大大增加了计算的抗干扰能力和稳定工作性能。(f)在无正向起动信号时A9的13脚输入，11脚输出高电位将清零A13的4脚，让A13的2脚为“1”；同理，无反向起动信号时将使A13的12脚为“1”；清零输入时经A9的5脚和12脚将同时使A13的2脚和12脚为“1”，使CPU的33脚输入起动信号无效，这也是系统的初始状态。同理上电清零电路C27亦保证系统为初始状态，这些在硬件上保证了本系统上电、工作后停机、系统清零时均做好了再次起动工作的准备工作。
驱动及显示电路：(1)PT1-PT5(KCB-04B1)脉冲变压器驱动电路由T11、T12-T51、T52(C2482、BU406)放大电路组成。(2)RL2(RL1-RL4继电器型号：MIH-SH-112L)运行继电器由CPU的25脚发出，A2·F和A3驱动；RL1软起动完成继电器由CPU的24脚发出，A2·E和A3驱动并显示；RL4故障继电器由CPU的38脚发出，A7和A3驱动并显示，该继电器上电即吸合，系统正常时断开，有故障时再吸合。这样安排是故障时将自动吸合报警，包含了计算机无法工作的故障内容。RL3动作含有输入A、B间断开、J2-9和J2-10之间电阻变大两故障形式，用来检测散热器和电机过热两种故障。A、B间断开时OPT10(TLP521-1)的4脚高电平，经D7(IN4007)和A3驱动RL3继电器动作并显示指示灯L8；J2-9和J2-10变大电阻时A4(LM324)的14脚变高电位，经A7(CD4050)、D8(IN4007)和A7(CD4050)、A3(MC1413)驱动RL3继电器动作并显示指示灯L7。J50、J51继电器由CPU35脚输出，T61、T62(C2482、BU406)驱动。(3)L1、L1*(LED)电源显示由+5V、+12V电源驱动，L2、L3(LED)显示由CPU39脚、37脚直接驱动，L4、L6、L7、L8(LED)显示随继电器RL4、RL1、RL3同时动作。L5(LED)为限流指示灯，当从J1-E、J1-F、J1-G输入的电流值超过由W选定的限流值范围(分十档)时，A4(LM324)的1脚输出低电平信号，(平时正常时为高电平信号)该信号一方面输入到CPU23脚，程序处理修改导通角，延长软起动时间，另一方面经A5(CD4049)驱动显示L5。A4的8脚检测出输入电流超过最大允许值(6倍额定电流)时，经CPU4脚输入该信号，立即切断工作程序并报警。
Claims (2)
1、交流电机可逆软起动控制装置，包括电动机M，其特征在于：它主要由主电路与智能控制两个部分构成，主电路由五组反并联晶闸管组成，其中KP1、KP2反并联；KP3、KP4反并联；KP5、KP6反并联后，一端与输入电源R、S、T相连，另一端与电动机M相连，电机正转，KP1、KP2反并联；KP3*、KP4*反并联；KP5*、KP6*反并联后一端与输入电源R、S、T相连，另一端与电动机M相连，电机反转，智能控制部分由计算机控制电路、输入逻辑电路、驱动电路、显示电路组成。
2、根据权利要求1所述的交流电机可逆软起动控制装置，其特征在于：(a)计算机控制电路由参数“设定”、“电压检测”、“电流检测”和“微处理计算机”部分组成；(b)输入逻辑电路由“控制输入”和“输入逻辑电路”两部分组成；(c)驱动及显示电路，包括晶闸管“驱动电路”、“显示”和“控制输出”部分；(d)参数“设定”决定了软起动的时间、斜率、电压突跳和起始电压的人工装订数值；(e)电压、电流检测直接取自主电路，它反映了电路电压、相序和触发后电流导通状态，经光电隔离后送计算机；(f)计算机处理后产生的各相正反晶闸管触发脉冲经光电隔离驱动电路后触发各晶闸管，实现正反向软起动；(g)输入逻辑电路将正向起、停；反向起、停；制动和系统等输入信号按严格的逻辑要求，产生正反向的控制信号，引导计算机发出的触发脉冲信号以不同的流向控制主回路中晶闸管，实现正反向软起动；(h)驱动及显示电路，除晶闸管驱动外，LED显示及继电器输出能适应系统的不同工作状态和各种故障状态。
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