专利名称：混凝土振捣器用变频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及砼用振捣器的专用电源及配套控制设备。
建筑行业，特别是水工建筑施工中混凝土振捣器采用二种频率分别为150和200HZ，电压均为48V的感应异步电动机为动力的偏心旋转式插入振捣器。其电源装置是由电动机同轴驱动的发电机组，即变频器，每种产品仅只提供一种输出的频率电流，以及用于变频器保护和远距离控制“启动”的继电辅助设备。其缺点是1、采用机械部分，维修任务重，2、噪音大，3、体积大。
本实用新型目的是提供一种无机械部分、无噪音、体积小、即PWM变频和控制设备为一体的混凝土振捣器用变频器。
本实用新型的目的是这样实现的一种混凝土振捣器用变频器，包括与电源装置相连的变压、整流、滤波电路提供直流电源，构成电源电路；与振捣器相连接的微控制器，其特征在于微控制器由带脉宽调制的单片机或集成电路组成，产生脉宽、时序、控制信号；驱动器与微控制器连接，驱动器与电源电路相连，完成脉宽调制信号驱动，产生驱动电压；开关功率器件与驱动电路输出端连接，接受驱动电路产生的驱动电压，产生三相有效值为正弦的交流电构成变频器，驱动振捣器。开关功率器件采用IGBT模板和MOSFET管。微控制器为80×96系列单片机8098作为主机。变频器与振捣器的四线连接方式，用微处理器和接口电路构成指令信号检测电路，完成辨别和处理，获得控制指令及“启动”、“停止”和干扰信号。
由于本实用新型是由带脉宽的调制器(PWM)的微控制器和开关功率器件构成的逆变器电源，即PWM变频器，可供给实现砼用150/200HZ二种三相交流电，其特点有1、无机械部分，可免除机械维护；2、无噪音，体积小，易于移动；3、增设可变频多用途和辅助功能；4、机电保护与控制于一体，是一种理想的振捣器专用变频器，可广泛的用于建筑施工部门。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型检测信号原理图。
图3是本实用新型的电路原理图。
图4是本实用新型的电路原理图。
图5-图7是本实用新型实施例的程序框图。
脉宽调制(PWM)和大功率开关器件构成的逆变器作异步感应电机的驱动级，可实现三相交流电的变频调速。其原理是载波频率的脉宽以正弦方式变换三相SPWM变频器调制脉宽为△A＝TR/2(1+MSinai)△B＝TR/2(1+MSin(ai+2/3π))△C＝TR/2(1+MSin(ai+4/3π))其中TR-载波周期M-电压调制比ai-各载波位角(i＝1，2，3，......R)载波周期TR按下式计算TR=1Rf]]>其中R-载波比f-变频器输出频率本实用新型由带PWM的单片机(微控制器)包括相应软件，信号检测电路，驱动和保护电路等组成，结构见附
图1。
系统将工频电源经变压、整流、滤波得到50V直流后作为逆变器的电源。由微控制器80×96系列单片机依据指令和运行情况要求，其主程序和波形发生器提供SPWM脉宽、时序和控制信号，构成核心部分。产生的三相六路PWM信号由HSO高速输出端口去触动驱动电路。依据现混凝土用振捣器要求，变频器仅需输出固定的150和200HZ二种工作频率的三相交流电，频率变换可手动切换主程序参数即可实现。大功率开关器件前的专用驱动器IC具有过流、过压、错误逻辑控制保护电路，以保证大功率开关器件工作在合法工作状态，苦处于非法状态时即可封锁本驱动级输出，同时告知微控制器。大功率开关器件采用IGBT模板或MOSFET管，其栅极是电压驱动，抗干扰能力强，驱动比较简单。
原变频器和继电控制是采用四线与振捣器连接，其中一线为控制检测信号，当此线与另三线其中一线触合时，以获得“启动”“停止”信号指令，为了与原设备兼容，检测控制信号也应依此方式实现，采用图2的检测信号电路，变频器处于“停止”状态时CPU启动待“启动”程序，若获得“启动”信号后程序首先停止待“启动”程序，再启动PWM变频器。当检测到“停止”信号时，程序应检查是否是“启动”工作状态，若是即停止PWM变频器，运行程序设消擅过程，避免干扰引起误操作。为了使逆变器安全可靠地工作，本逆变器采用过流、过压等保护功能，系统连续监测，一但出现异常提请中断，微处理器停止PWM波输出，同时将故障以代码形式存于内存中，以便故障检修时通过读取故障代码来，迅速判断变频器是否发生故障，从而使维修工作便捷迅速。
单片机及PWM变频器的硬件结构；控制部分结构原理图如图3所示，选用功能较强MOS-80×96系列单片机8098作为系统主机，并使用8098是的PWM功能。驱动与逆变器电路见图4所示。
1、由于8098不带内部程序存贮器，因此利用8KEPROM2764作程序存贮器和PWM数据表存贮器，2764地址为2000H-3FFFH，片选信号来自译码器74LS139的IC5BY1。I/O用8255进行扩展，8255工作在方式“0”，PA和PC的高四位构成显示，报警输出部分，显示器由B1-B7、N1-N3驱动。Pc高四位和低四位构成键盘输入部分。显示器采用三位LED进行动态显示，指令由S1-S6键入，8255地址为4000H-4004H。
2、主电路控制、数据采集与检测均采用光隔，OP1和03以及QIBH网络构成欠压检测，电压信号由8089的ACH端口输入，进行A/D转换。CAO网络和O4构成过流检测，驱动器IC1片内运放，经O4至ACH6进行A/D转换，转换的电流，电压检测数据由微处理器进行处理。根据故障由IC1片内处理器和R10-R12构成，故障检测网络，当极限故障由IC1比较器提供否定逻辑，封锁驱动器同时提出中断请求，由CPU外部中断响应对系统封锁处理(报警、记录、停止PWM输出等)。
3、PWM端口、O2，SCR网络和R14、S1构成防冲和变频器启动时的保护，当主电路和变频器启动时由CPU程序截止S1使R14串接于电源中以防启动时的电流冲击，运行时由程序指令导通S1，短接R14使电路处于运行工作状态。EKG开关在CPU指令要求下接受变频器远距离“启动”和“停止”信号。
4、驱动器IC1，完成PWM信号驱动，由内部电路提供各级功率器件的驱动电压，由功率器件据PWM信号“开启”和“截止”，形成SPWM的三相正弦交变电，驱动异步电机构成的振捣器。
系统的软件结构；
单片机软件结构总体方案确保变频器设备安全可靠地启动和运行，软件上采用“启动/运行”双循环检测控制，故障的检测和保护采用的软件连续监视进行；极障故障采用中断处理方式；PWM运行采用HSO中断方式进行；显示和键盘工作的动态循环；程序见框图所示1。
1、主程序主程序中包含有两个循环，主电路开启前检测循环完成变频器工作前的主电路状态检测，只有在无故障时允许“启动”指示L1置位。即可进入第二循环，查询外部输入指令“启动”“停止”“正/反转”和频率设置，启动各项检测程序和显示器按显示缓冲器内容动态显示。主程序初始化后，指令低电流继电器吸合，使主电路与电源接通，并不断测量电压U，当U＜80％整流输出不稳定时，指令可控硅SOR-F截止，电路R14串接主电路中，电容充电回路可避免大电流冲击，当U＞80％整流输出稳定值时，指令触发SCR导通短接电阻R14。在变频器启动阶段，由软件指令截止SCR，用于主电路降压避免感应电机启动时电流过大影响变频器正常工作。
2、初始化程序初始化程序中除完成系统参数设置、中断向量的设置以及8255工作方式初始化，同时对运行记录清零和驱动器IC1初始置位，使功率器件在电路开启时避免不正常状态。
3、显示键值响应，运行检测循环显示和键盘检测采用8255动态运行处理方式，CPU需不停地干于处理，系统工作状态如“启动”、“停止”允许启动与否、频率值、正/反转状态、故障状态均写入系统状态寄存器中显示程序将状态转换成显示代码，写入缓冲区进行循环显示，并对键值检测，记录消擅后判断是否指令成立，并执行相应指令程序，无指令情况下循环程序启动各保护检测过程，允许A/D转换器中断，此循环周期控制在小于20ms，循环检测前应检查系统状态，判断是否必要，如在变频器“启动”阶段。
4、“启动”、“停止”处理程序在停止运行中，远距离“启动/停止”控制也使用HSO中断提供检测信号源，因此启动和停止指令即是依据系统状态，判断指令是否成立，并执行相应处理程序。停止状态HSO可定时导通U1-U3、U4-U6始终处于截止状态，EKG端接收启动指令。运行状态下EKG端同样处于待“停止”检测，如获得指令时应在确定启动状态下判断与否。
5、PWM运行的HSO中断处理
PWM在运行中脉宽应按正弦方式变换，其脉宽值以表格方式按相位存储在EPROM中，HSO中断程序响应时首先检测上次已写入数据的相位计数器，判断各相中相位的最小值，依此计算其下次应写入脉宽地址，以查表方式查取脉宽值，在经计算其时间值和触发相号，后一并写入HSO寄存器“CAM”中，待HSO自行处理，HSO中断优先级应仅次于“WCINT”外部中断。
6、运行保护检测和极限故障的中断程序主程序循环中定时启动A/D转换器，转换后的数据以中断方式进行处理。A/D转换启动应控制在最宽的脉冲中以避免PWM对检测的影响。中断响应后的检测数据与上次数据进行比较，检查变化情况，将变化情况作记录待查，变化数据绝对值连续递增，并超过极限值时，系统应在指令下停止工作并报警，记录。极限故障的中断请求中CPU仅只停止PWM输出，并按要求作运行记录备查。
权利要求1.一种混凝土振捣器用变频器，包括与电源装置相连的变压、整流、滤波电路提供直流电源，构成电源电路；与振捣器相连接的微控制器，其特征在于微控制器由带脉宽调制的单片机或集成电路组成，产生脉宽、时序、控制信号；驱动器与微控制器连接，驱动器与电源电路相连，完成脉宽调制信号驱动，产生驱动电压；开关功率器件与驱动电路输出端连接，接受驱动电路产生的驱动电压，产生三相有效值为正弦的交流电构成变频器，驱动振捣器。
2.根据权利要求1所述的混凝土振捣器用变频器，其特征在于开关功率器件采用IGBT模板和MOSFET管。
3.根据权利要求1所述的混凝土振捣器用变频器，其特征在于微控制器为80×96系列单片机8098作为主机。
4.根据权利要求1所述的混凝土振捣器用变频器，其特征在于变频器与振捣器的四线连接方式，用微处理器和接口电路构成指令信号检测电路，完成辨别和处理，获得控制指令及“启动”、“停止”和干扰信号。
专利摘要一种混凝土振捣器用变频器,包括与电源装置相连的变压、整流、滤波电路,与振动捣器相连接的由带脉宽调制的单片机或集成电路组成的微控制器,产生脉宽、时序、控制信号;驱动器与微控制器、滤波电路相连,完成脉宽调制信号驱动,产生驱动电压;开关功率器件与微控制器、驱动器输出端连接,接受驱动电压,产生三相正弦交流电,驱动振捣器。具有可免除机械维护,无噪音,体积小,易于移动,具备可变频多用途和辅助功能,机电保护与控制于一体等特点。
文档编号E04G21/08GK2376371SQ99237988
公开日2000年5月3日 申请日期1999年6月25日 优先权日1999年6月25日
发明者袁哲 申请人:袁哲