现场可编程三相交流电机软启动固态控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，包括微控制器、脉宽调制电路、与微控制器相连的偏置电路、控制电路、缺相相序检测电路、集成触发电路及过零触发隔离电路、与缺相相序检测电路相连的状态输出电路、同步电路、随机触发隔离电路、输出电路，过零触发隔离电路与随机触发隔离电路相互并联。本发明采用PIC单片机和集成触发芯片TC787AP、缺相保护和相序检测芯片TC783结合，实现输出功率器件可控硅导通角的变化，达到电动机软启动、软停止的目的，控制电路及程序简单，成本低，隔离电路同时采用随机导通光耦和过零导通光耦，有效避免了负载电压的波动，实现了负载运行的稳定与可靠。
【专利说明】
现场可编程H相交流电机软启动固态控制器
技术领域
[0001] 本发明设及电机软启动控制器领域，特别是设及一种现场可编程=相交流电机软 启动固态控制器。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的不断发展，作为重要执行机构的电动机被越来越广泛的应用，尤 其是=相异步电机，作为应用最广泛的电机，约占电机总数的70%，但=相交流异步电机起 动电流大、起动时对电网的冲击大等问题也不容忽视。因此对=相交流电动机控制器已提 出智能化的控制要求，要求具有软启动、软停止、故障检测等智能化功能。=相交流电机启 动的方法有多种，近几年电力电子式软启动控制器应用也较多，采用嵌入单片机程序来控 制电动机的启动过程，智能化程度高，但电路及程序复杂，维护成本高。举例如下：
[0003] 电机软启动控制器采用单片机实现框图如图1所示，主要由控制端、状态输出、缺 相检测电路、相序检测电路、SCR状态检测电路、微控制器、SCR触发控制电路、主输出电路等 组成。其主要工作原理为:①在软起动固体控制器L1、L2、L3端口接入380VA.C.S相交流电 后，通过隔离变压器建立偏置电压，向各单元电路提供电源。②通过相序检测电路和缺相检 测电路，微控制器(MCU)对S相交流电的相序和缺相情况进行软件分析、计算和判断，并反 馈到状态端。③当控制端施加控制信号或断开控制信号时，微控制器输出信号通过SCR触发 控制电路，实现软起动固体控制器的软起动或软停止。④通过SCR状态检测电路在线检测运 行状态(输出状态），并反馈到运行状态端口。因而单纯采用单片机模式，软硬件电路复杂， 成本高，稳定性差。
[0004] 因此亟需提供一种新型的电机软启动控制器来解决上述问题。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种现场可编程=相交流电机软启动固态控 制器，控制电路及程序简单，成本低。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种现场可编程=相 交流电机软启动固态控制器，包括微控制器、脉宽调制电路、与微控制器相连的偏置电路、 控制电路、缺相相序检测电路、集成触发电路及过零触发隔离电路、与缺相相序检测电路相 连的状态输出电路、同步电路、随机触发隔离电路、输出电路;偏置电路还与缺相相序检测 电路、集成触发电路相连，同步电路分别与缺相相序检测电路、集成触发电路、输出电路相 连，随机触发隔离电路的输入端连接集成触发电路、输出端连接输出电路，过零触发隔离电 路与随机触发隔离电路相互并联;其中，脉宽调制电路包括微控制器，集成触发电路包括晶 闽管集成触发忍片TC787AP，缺相相序检测电路采用TC783集成电路，同步电路采用电阻分 压式电路。
[0007] 在本发明一个较佳实施例中，微控制器采用单片机PIC12F675。进一步的，脉宽调 制电路还包括光电禪合器V6、V18、电阻R21-22、R25-27、R38-40、电容C3、C15,电阻R21的 一端与控制电路相连、另一端与单片机的引脚I相连，电阻R22与电容C15并联，其一端连接 5 V电源、另一端与单片机的引脚4相连，光电禪合器V6的输入端连接电阻R2 5、输出端并联有 电阻R26、R27、电容C3,电阻R25的另一端与单片机的引脚5相连，R26的另一端连接12V电源， 电阻R27的另一端还与晶闽管集成触发忍片的引脚4相连，光电禪合器V18的输入端与电阻 R38相连、输出端的4脚与电阻R39并联、输出端的3脚与电阻R40串联，电阻R38的另一端与晶 闽管集成触发忍片的引脚5相连，电阻R40的另一端连接5V电源。单片机作为整个电机软启 动固态控制器的控制核屯、，利用脉宽调制电路输出移相控制电压，触发脉冲的产生时间和 相位集中在微控制器内完成，大大简化了系统结构和外围电路，提高了可靠性及系统的响 应速度。
[000引在本发明一个较佳实施例中，缺相相序检测电路还包括电容C14、二极管V12-16， 电容C4与TC783集成电路的引脚13相连，二极管V13-15的阳极分别与TC783集成电路的引 脚12、11、10相连、阴极并联后与二极管V16的阳极相连，V16的阴极与晶闽管集成触发忍片 的引脚5相连，二极管V12的阳极与晶闽管集成触发忍片的引脚8相连、阴极与晶闽管集成触 发忍片的引脚5相连。
[0009] 在本发明一个较佳实施例中，集成触发电路还包括电容巧一C8,电容巧一C8的一 端分别与晶闽管集成触发忍片的引脚16、15、14、13相连、另一端均接地。
[0010] 在本发明一个较佳实施例中，同步电路包括S相电源输入端、电阻R1-R15、电容 C12-C14, 一相电源输入端包括由Rl-R3组成的T型网络、R2、R4、R5组成的T型网络，电容12 与电阻R4并联;二相电源输入端包括由R6-R8组成的T型网络、R7、R9、RlO组成的T型网络， 电容13与电阻R9并联;S相电源输入端包括由Rll-R13组成的T型网络、R12、R14、R15组成 的T型网络，电容14与电阻R14并联。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中，状态输出电路包括缺相状态输出电路、正序状态输 出电路、反序状态输出电路、运行状态输出电路，缺相状态输出电路包括光电禪合器Vl 7、电 阻R36-R37，正序状态输出电路包括红色发光二极管V9、电阻R33，反序状态输出电路包括 光电禪合器VII、电阻R34-R35、绿色发光二极管V10,运行状态输出电路包括光电禪合器 V4、电阻R23-R24;光电禪合器V4的输入端连接R23、输出端的4脚并联R24，R23的另一端与 单片机的一引脚相连;光电禪合器Vll的输入端连接绿色发光二极管VlO的阴极、输出端的4 脚并联R35,绿色发光二极管VlO的阳极与R34串联，R34的另一端与TC783集成电路的引脚8 相连;红色发光二极管V9与电阻R33串联，R33的另一端与TC783集成电路的引脚9相连;光电 禪合器V17的输入端连接R36、输出端的4脚并联R37，R36的另一端与TC783集成电路的引脚 11相连。
[0012] 在本发明一个较佳实施例中，随机触发隔离电路包括具有随机导通功能的光电禪 合器V20-V25、电阻R41-R46、二极管V26-V31，电阻R41-R46的一端均与晶闽管集成触发 忍片的引脚相连、另一端分别与随机导通光电禪合器V20-V25的输入端相连，随机导通光 电禪合器V20-V25的输出端分别与二极管V26-V31的正极相连。
[0013] 在本发明一个较佳实施例中，过零触发隔离电路包括具有随机导通功能的光电禪 合器V32-V34、分别与光电禪合器V32-V34的输入端相连的电阻R30-R32、S极管V35、电 阻R28-R29,电阻R30-R32的另一端均与5V电源相连接，电阻R29的一端与S极管V35的基 极相连、另一端与=极管V35的发射极相连，=极管V35的集电极与光电禪合器V34的输入端 相连，电阻R28的一端与单片机的一引脚相连、另一端与=极管V35的基极相连。当单片机显 示运行状态为正常时，单片机同时给出信号驱动过零导通光禪工作，使随机导通光禪和过 零导通光禪同时工作，此时过零触发隔离电路起到了保护的作用。当供电电源产生波动时， 移相控制电压也会发生波动，同时首发脉冲相位也产生波动，从而造成负载电压的波动，而 此时过零导通光禪工作，可控娃完全导通比较稳定，负载电压达到了比较稳定的状态，此时 过零触发隔离电路也起到了保护作用。
[0014] 在本发明一个较佳实施例中，输出电路由=相电源输出电路组成，其包括电阻 R47-R61、二极管V36-V41、单向可控娃V42-V47、电容C9-Cl 1; 一相电源输出电路中，单 向可控娃V42与V43反并联连接在S相电源的输入端与负载输出端之间，电阻R59与电容C9 组成R邱且容吸收电路并联连接在单向可控娃V42与V43的阴极与阳极之间，电阻R47、R53、二 极管V36的阴极并联与单向可控娃V42的触发极相连，电阻R48、R54、二极管V37的阴极并联 与单向可控娃V43的触发极相连;二相电源输出电路中，单向可控娃V44与V45反并联连接在 S相电源的输入端与负载输出端之间，电阻R60与电容ClO组成R邱且容吸收电路并联连接在 单向可控娃V44与V45的阴极与阳极之间，电阻R49、R55、二极管V38的阴极并联与单向可控 娃V44的触发极相连，电阻R50、R56、二极管V39的阴极并联与单向可控娃V45的触发极相连； S相电源输出电路中，单向可控娃V46与V47反并联连接在S相电源的输入端与负载输出端 之间，电阻R61与电容Cll组成R邱且容吸收电路并联连接在单向可控娃V46与V47的阴极与阳 极之间，电阻R5UR57、二极管V40的阴极并联与单向可控娃V46的触发极相连，电阻R52、 R58、二极管V41的阴极并联与单向可控娃V47的触发极相连。
[0015] 本发明的有益效果是:本发明采用单片机和集成触发忍片结合的方式来控制=相 交流电机的启动过程，控制电路及程序简单，成本低，且所用单片机可在线串行编程和调 试，使用方便，隔离电路同时采用随机导通光禪和过零导通光禪，有效避免了负载电压的波 动，实现了负载运行的稳定与可靠。
【附图说明】
[0016] 图1是现有技术中电机软启动控制器的电路原理框图；
[0017] 图2是本发明现场可编程=相交流电机软启动固态控制器的功能框图；
[0018] 图3是所述现场可编程=相交流电机软启动固态控制器的原理框图；
[0019] 图4是所述现场可编程=相交流电机软启动固态控制器的电路原理框图；
[0020] 图5是所述微控制器的接口电路框图；
[0021 ]图6是产生移相控制电压的电路原理框图；
[0022] 图7是所述隔离电路的原理框图；
[0023] 图8是所述输出电路的原理框图；
[0024] 图9是斜坡电压启动方式负载电压随时间变化的曲线图；
[00巧]图10是可控娃导通的原理示意图；
[0026] 图11是可控娃移相的原理示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，W使本发明的优点和特征能 更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[00%]请参阅图2至图4,本发明实施例包括：
[0029] -种现场可编程=相交流电机软启动固态控制器，包括微控制器、脉宽调制电路、 与微控制器相连的偏置电路、控制电路、缺相相序检测电路、集成触发电路及过零触发隔离 电路、与缺相相序检测电路相连的状态输出电路、同步电路、随机触发隔离电路、输出电路； 偏置电路还与缺相相序检测电路、集成触发电路相连，同步电路分别与缺相相序检测电路、 集成触发电路、输出电路相连，随机触发隔离电路的输入端连接集成触发电路、输出端连接 输出电路，过零触发隔离电路与随机触发隔离电路相互并联。其中，集成触发电路包括晶闽 管集成触发忍片TC787AP，缺相相序检测电路采用TC783集成电路。
[0030] 下面具体描述各单元电路的电路结构及功能：
[0031 ]偏置电路包括DC/DC电源模块V7，该电路通过DC/DC电源模块向各个单元电路提供 +5V和+12V的直流电源。控制电路包括电阻R16-R20、二极管VI、光电禪合器V3,电阻R16与 R17组成的并联电路与R18与R19组成的并联电路相互串联，其另一端与光电禪合器V3输入 端的1脚相连接，V3的输入端2脚与二极管Vl的阳极相连接，V3的输出端4脚与电阻R20并联、 3脚与单片机相连，控制电路为脉宽调制电路输入加电信号。
[0032] 同步电路为缺相相序检测电路和集成触发电路提供与输出主电路同步的电压信 号，其电路采用电阻分压式电路，包括S相电源输入端、电阻Rl-R15、电容C12-C14, 一相 电源输入端包括由Rl-R3组成的T型网络、R2、R4、R5组成的T型网络，电容12与电阻R4并联； 二相电源输入端包括由R6-R8组成的T型网络、R7、R9、R10组成的T型网络，电容13与电阻R9 并联;S相电源输入端包括由Rll-R13组成的T型网络、R12、R14、R15组成的T型网络，电容 14与电阻R14并联。该电阻分压网络实现了稳定可靠地输入同步信号，电压取样方便，由于 所需的信号电流很小，因而分压电阻的功率可W很小，减小空间体积，同时增加了滤波电容 也提高了该同步电路的抗干扰性，工作可靠稳定。
[0033] 集成触发电路包括晶闽管集成触发忍片V19、电容巧一C8,电容巧一C8的一端分别 与晶闽管集成触发忍片V19的引脚16、15、14、13相连、另一端均接地。晶闽管集成触发忍片 T 口 87AP是采用先进的IC工艺技术，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相 范围宽等优点。晶闽管集成触发忍片TC787AP的5脚为保护端，当缺相或反序时将5脚置高电 平VH，输出脉冲即被禁止，4脚为移相控制电源的输入端。
[0034] 脉宽调制电路包括微控制器V5、光电禪合器V6、V18、电阻R21-22、R25-27、R38- 40、电容C3、Cl5，电阻R21的一端与控制电路相连、另一端与微控制器V5的引脚I相连，V5的！ 脚同时连接5V电源，电阻R22与电容C15并联，其一端连接5V电源、另一端与微控制器V5的引 脚4相连，光电禪合器V6的输入端连接电阻R25、输出端并联有电阻R26、R27、电容C3,电阻 R25的另一端与微控制器V5的引脚5相连，R26的另一端连接12V电源，电阻R27的另一端还与 晶闽管集成触发忍片V19的引脚4相连，光电禪合器V18的输入端与电阻R38相连、输出端的4 脚与电阻R39并联、输出端的3脚与电阻R40串联，电阻R38的另一端与晶闽管集成触发忍片 V19的引脚5相连，电阻R40的另一端连接5V电源。在一较佳实施例中，微控制器V5采用单片 机PIC12F675，PIC12F675可W选择内部振荡器，有化字节的存储器容量，其接口电路如图5 所示，带有Flash闪速存储器的PIC单片机产品具有在线串行编程功能，通过数据线、时钟线 等就可W把程序下载到单片机的Flash程序存储器中，搭配合适的编程硬件电路和编程软 件，就可W实现单片机在线串行编程和调试，实现产品程序的在线可编程。请参阅图4,单片 机V5的1脚、4脚、6脚、7脚、8脚引出口可进行程序下载，进行在线串行编程和调试，W及现场 可编程。单片机接收到控制端加电信号后，先判断缺相相序检测电路检测到的缺相和相序 状态信号，如果缺相或相序错误，则程序不调用软启动程序。如果=相电和相序正常，则内 部采用定时器实现输出占空比不断变化的脉冲信号，该脉冲信号触发光禪V6的导通与关 断，通过对电容C3的充放电实现输出线性升高或降低的变化电压，该电压即为控制晶闽管 集成触发忍片TC787AP所需的移相控制电压化，其电路原理框图如图6所示。单片机V5的5脚 输出频率一定占空比不断变化的PWM脉冲信号，控制光禪V6通断，通过调节占空比来实现电 压的调节，电容C3进行滤波。电阻R27两端的电压即为集成触发忍片的首发相位点对应的移 相控制电压。
[0035] 缺相相序检测电路通过TC783集成电路实现，TC783为S相相序和缺相检测电路， 可用作检测=相正弦波电压的相序和缺相状态，同时具有保护功能，具有单电源、功耗小、 功能强、输入阻抗高、采样方便等优点。所述缺相相序检测电路还包括电容C14、二极管 V12-16,电容C4与TC783集成电路的引脚13相连，二极管V13-15的阳极分别与TC783集成 电路的引脚12、11、10相连、阴极并联后与二极管V16的阳极相连，V16的阴极与晶闽管集成 触发忍片V19的引脚5相连，二极管V12的阳极与晶闽管集成触发忍片V19的引脚8相连、阴极 与晶闽管集成触发忍片V19的引脚5相连。将TC783的缺相输出端及反序状态输出端分别通 过二极管V12-16接入TC787AP的Pi端，当任一相缺相或输入S相电源信号为反序时，Pi为 高电平，贝化口 87AP禁止输出脉冲，实现了缺相保护。T口 83的正序状态输出端和反序状态输 出端分别经过红绿发光二极管接地，实现了相序检测及相序指示。
[0036] 状态输出电路包括缺相状态输出电路、正序状态输出电路、反序状态输出电路、运 行状态输出电路，用于显示=相电源的运行状态。缺相状态输出电路包括光电禪合器V17、 电阻R36-R37，正序状态输出电路包括红色发光二极管V9、电阻R33，反序状态输出电路包 括光电禪合器VII、电阻R34-R35、绿色发光二极管V10,运行状态输出电路包括光电禪合器 V4、电阻R23-R24;光电禪合器V4的输入端连接R23、输出端的4脚并联R24，R23的另一端与 单片机的一引脚相连;光电禪合器Vll的输入端连接绿色发光二极管VlO的阴极、输出端的4 脚并联R35,绿色发光二极管VlO的阳极与R34串联，R34的另一端与TC783集成电路的引脚8 相连;红色发光二极管V9与电阻R33串联，R33的另一端与TC783集成电路的引脚9相连;光电 禪合器V17的输入端连接R36、输出端的4脚并联R37，R36的另一端与TC783集成电路的引脚 11相连。
[0037] 本发明采用的隔离电路选用具有随机导通功能的光电禪合器作为输入与输出部 分的隔离器件，其动作灵敏、响应速度高、输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高，且可W直接 驱动大功率可控娃，节省了元器件及布局空间，并使电路简单化。由于负载为电机负载，关 断时的反压比较大，此反压叠加到电源电压上，光电禪合器输出端将承受极大的电压，所W 选择输出端阻断电压为800V的随机导通光禪。同时所述隔离电路采用了过零导通光禪与随 机导通光禪并联的方式，请参阅图7,当可控娃的导通角在非零点时，随机导通光禪先于过 零导通光禪工作，负载电机正常软启动；当可控娃的导通角接近零点时，即电机完全启动 后，单片机显示运行状态为正常时，单片机同时给出信号驱动过零导通光禪工作，使随机导 通光禪与过零导通光禪同时工作，但当供电电源产生波动时，移相控制电压也会发生波动， 运时使得控制随机导通光禪工作所产生的首发脉冲相位也会有所波动，造成了负载电压的 波动，而此时过零导通光禪先工作，可控娃完全导通比较稳定，负载电压达到了比较稳定的 状态，起到了保护作用，避免了负载电压的波动，实现了负载运行的稳定与可靠。
[0038] 随机触发隔离电路包括具有随机导通功能的光电禪合器V20-V25、电阻R41- R46、二极管V26-V31，电阻R41-R46的一端均与晶闽管集成触发忍片V19的引脚相连、另一 端分别与随机导通光电禪合器V20-V25的输入端相连，随机导通光电禪合器V20-V25的输 出端分别与二极管V26-V31的正极相连。
[0039] 过零触发隔离电路包括具有随机导通功能的光电禪合器V32-V34、分别与光电禪 合器V32-V34的输入端相连的电阻R30-R32、S极管V35、电阻R28-R29,电阻R30-R32的 另一端均与5V电源相连接，电阻R29的一端与S极管V35的基极相连、另一端与S极管V35的 发射极相连，S极管V35的集电极与光电禪合器V34的输入端相连，电阻R28的一端与单片机 的一引脚相连、另一端与=极管V35的基极相连。
[0040] 输出电路由=相电源输出电路组成，电源输入端分别为11^2^3，负载输出端分 别为Tl、T2、T3，其电路包括电阻R47-R61、二极管V36-V41、单向可控娃V42-V47、电容 C9-Cl 1; 一相电源输出电路中，单向可控娃V42与V43反并联连接在S相电源的输入端与负 载输出端之间，电阻R59与电容C9组成R邱且容吸收电路并联连接在单向可控娃V42与V43的 阴极与阳极之间，电阻R47、R53、二极管V36的阴极并联与单向可控娃V42的触发极相连，电 阻R48、R54、二极管V37的阴极并联与单向可控娃V43的触发极相连;二相电源输出电路中， 单向可控娃V44与V45反并联连接在S相电源的输入端与负载输出端之间，电阻R60与电容 ClO组成R邱且容吸收电路并联连接在单向可控娃V44与V45的阴极与阳极之间，电阻R49、 R55、二极管V38的阴极并联与单向可控娃V44的触发极相连，电阻R50、R56、二极管V39的阴 极并联与单向可控娃V45的触发极相连;S相电源输出电路中，单向可控娃V46与V47反并联 连接在S相电源的输入端与负载输出端之间，电阻R61与电容Cll组成R邱且容吸收电路并联 连接在单向可控娃V46与V47的阴极与阳极之间，电阻R5UR57、二极管V40的阴极并联与单 向可控娃V46的触发极相连，电阻R52、R58、二极管V41的阴极并联与单向可控娃V47的触发 极相连。
[0041] 所述输出电路的单向可控娃采取反并联输出，既改变了电流分配和导热条件，又 提高了产品的输出功率。请参阅图8,现场可编程软起动固体控制器额定输出电流为 50Aa. C.(每相），产品的负载主要是S相交流电机，而电机起动时起动电流高达额定电流的 5~10倍。晶闽管参数的选择关系到电机是否能安全可靠的工作。设计中功率器件选用 CWP130型单向可控娃忍片，每一相输出电路选用两只单向可控娃忍片反并联方式，其正反 向阻断电压高（>1200V)、输出电压降小（《1.5V a.c./50A a.c.)、过负载能力强，且忍片 直接烧结在DBC板上，散热效果好，工作可靠。现场可编程软启动固体控制器在接通、关断瞬 间，特别是电机负载条件下，会产生很大的感应电动势。运个电动势与外电压串联，反向加 在已恢复阻断的单向可控娃上，此过电压值可达工作峰值电压的5~6倍，为使器件能正常 使用而不损坏，在功率器件单向可控娃的阴极与阳极之间还并接了 R邱且容吸收电路，其中R 为功率电阻，C为高频无感电容，它可W抑制加至器件的瞬态电压和电压指数上升率，起到 有效的保护作用。
[0042] 本发明电机软启动控制器采用的是电压斜坡起动。将传统的降压启动一一有级启 动变为无级启动，启动电压先迅速升至u(Kuo为电动机启动所需的最小转矩所对应的口限 电压值），然后按设定的速率逐渐升压，直至达到额定电压，口限电压与电压上升率可根据 负载特性调整。斜坡电压启动方式中负载电压随时间变化的曲线图如图9所示。逐渐升压的 过程通过控制输出开关器件可控娃来实现，通过改变可控娃的导通角实现输出电压的变 化。软启动时，在规定的时间内，使控制角从规定的值逐渐减小到0,即可控娃到完全导通； 软停止时，在规定的时间内，使控制角逐渐增大到31，即可控娃不导通，如图10所示，a为可控 娃的控制角，0为可控娃的导通角。
[0043] 下面W移相控制电压的计算示例来描述电机软启动的原理：
[0044] 请参阅图11，集成触发忍片TC787AP的内部产生银齿波，与移相控制电压化比较取 得交相点，该交相点即是首发脉冲的相位点，调节移相控制电压的大小，改变了移相控制电 压与脉冲银齿波的交相点，也即改变了首发脉冲的相位点，从而产生了移相脉冲，该移相脉 冲触发输出电路中的可控娃导通，达到调节可控娃触发角实现电机软起动的目的。
[0045] 通过负载两端电压有效值的计算公式，
[0046]
[0047] Ul为负载电压有效值，
[004引 U为电源电压，
[0049] a为可控娃控制角。
[0050] 在确定初始口限电压UO后反推出可控娃触发角a的大小，然后根据银齿波与移相 控制电压化的唯一交点，通过公；1^
V值是银齿波幅值)计算出移相控制电压化的值。
[0051 ] 设电源电压U = 380V，根据公式计算得到，
[0化2] 当a = JT时， Ul=O;即可控娃不导通；
[0化3]当 a =加 /6 时，U1=64.8V;
[0化4]当a = 331/4 时，U1 = 114V;
[0化5]当a =化/3 时，U1 = 167.8V;
[0化6]当a = ji/2 时，U1 = 268.7V;
[0化7] 当Q = O时， U1 = 380V;即可控娃全导通。
[0058] 根据负载电机的带载情况，当负载电压值Ul大于等于UO时，电机转矩大于阻力，电 机开始转动。如：当设定初始口限电压约为IlOV时，由上式计算可得，a = 3V4时，Ul = I 14V， 即也电机负载两端电压Ul大于U0,即首发脉冲相位约为135°时电机启动电压为114V。当S 相电机负载的初始口限电压值确定后，同样可W得出所对应可控娃控制角，该相位角也就 是移相控制电压与银齿波的交点相位，运样也就确定了 TC787AP移相控制电压的大小。
[0059] 下面来确定首发脉冲相位为135°时，移相控制电压的大小。银齿波福值为7V，周期 为n，则根据公式
[0060] 化为TC787AP移相控制电压，
[0061] V为银齿波电压幅值，
[0062] 计算得 V = 5.25。
[0063] 所W移相控制电压是从5.25V经过一定的时间到0线性变化过程就是电机软启动 的过程，而运段时间就是电机软启动时间；而当移相控制电压从0经过一定的时间线性变化 到7V的时候就是电机软停止的过程，同样运段时间就是电机软停止的时间。
[0064] 根据W上计算公式，改变TC787AP的移相控制电压就可W改变负载的初始口限电 压，移相控制电压的线性变化就实现了可控娃触发控制。
[0065] 因而本发明的工作原理为:接通输出电源电压和电机负载后，当相序为正序且不 缺相时，相序指示灯红灯亮，控制电路加电，通过脉宽调制电路提供给晶闽管集成触发忍片 TC787AP移相控制电压，TC787AP将输出6路触发脉冲，移相控制电压从高向低线性变化， T 口 87AP输出的触发脉冲相位从到0变化，经过随机导通光禪隔离后触发可控娃的导通角 从0到n变化，实现电机软启动，当可控娃完全导通后，单片机触发过零导通光禪工作，实现 可控娃的稳定可靠工作。当相序为反序或=相中缺少任一相或两相时，缺相和相序检测电 路则输出缺相状态和反序状态，反序指示灯绿灯亮，单片机接收到缺相或反序信号后，控制 运行状态无输出，同时缺相或反序信号施加到晶闽管集成触发忍片TC787AP的禁止端，晶闽 管集成触发忍片TC787AP则无触发脉冲输出，可控娃不工作。通过单片机的编程口实现=相 交流电机的软启动时间和口限值现场可编程调整，如软起动时间在0.25-60秒内调整；n 限值在0.2-1内调整;软停止时间在1 -60秒内调整。
[0066] 本发明通过采用PIC单片机和集成触发忍片TV787AP、缺相保护和相序检测忍片 TC783结合，实现输出功率器件可控娃导通角的变化，达到电动机软启动、软停止的目的。不 仅控制电路及程序简单，成本低，而且所用单片机可在线串行编程和调试，使用方便，另外 隔离电路同时采用随机导通光禪和过零导通光禪，有效避免了负载电压的波动，实现了负 载运行的稳定与可靠。
[0067] W上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，包括微控制器，其特征在于，还包 括脉宽调制电路、与微控制器相连的偏置电路、控制电路、缺相相序检测电路、集成触发电 路及过零触发隔离电路、与缺相相序检测电路相连的状态输出电路、同步电路、随机触发隔 离电路、输出电路;偏置电路还与缺相相序检测电路、集成触发电路相连，同步电路分别与 缺相相序检测电路、集成触发电路、输出电路相连，随机触发隔离电路的输入端连接集成触 发电路、输出端连接输出电路，过零触发隔离电路与随机触发隔离电路相互并联;其中，脉 宽调制电路包括微控制器，集成触发电路包括晶闸管集成触发芯片TC787AP，缺相相序检测 电路采用TC783集成电路，同步电路采用电阻分压式电路。2. 根据权利要求1所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于，微 控制器采用单片机PIC12F675。3. 根据权利要求2所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于，脉 宽调制电路包括单片机V5、光电耦合器V6、V18、电阻R21-22、R25-27、R38-40、电容C3、 C15,电阻R21的一端与控制电路相连、另一端与单片机V5的引脚1相连，V5的引脚1连接偏置 电路提供的5V电源，电阻R22与电容C15并联，其一端连接5V电源、另一端与单片机的引脚4 相连，光电耦合器V6的输入端连接电阻R25、输出端并联有电阻R26、R27、电容C3，电阻R25的 另一端与单片机V5的引脚5相连，R26的另一端连接12V电源，电阻R27的另一端还与晶闸管 集成触发芯片的引脚4相连，光电親合器V18的输入端与电阻R38相连、输出端的4脚与电阻 R39并联、输出端的3脚与电阻R40串联，电阻R38的另一端与晶闸管集成触发芯片的引脚5相 连，电阻R40的另一端连接5V电源。4. 根据权利要求1所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于，缺 相相序检测电路还包括电容C14、二极管V12-16,电容C4与TC783集成电路的引脚13相连， 二极管V13-15的阳极分别与TC783集成电路的引脚12、11、10相连、阴极并联后与二极管 V16的阳极相连，V16的阴极与晶闸管集成触发芯片的引脚5相连，二极管V12的阳极与晶闸 管集成触发芯片的引脚8相连、阴极与晶闸管集成触发芯片的引脚5相连。5. 根据权利要求1所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于，集 成触发电路还包括电容C5-C8,电容C5-C8的一端分别与晶闸管集成触发芯片的引脚16、 15、14、13相连、另一端均接地。6. 根据权利要求1所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于，同 步电路包括三相电源输入端、电阻Rl - R15、电容C12-C14,一相电源输入端包括由Rl - R3 组成的T型网络、R2、R4、R5组成的T型网络，电容12与电阻R4并联；二相电源输入端包括由 R6-R8组成的T型网络、R7、R9、RlO组成的T型网络，电容13与电阻R9并联;三相电源输入端 包括由Rll - R13组成的T型网络、R12、R14、R15组成的T型网络，电容14与电阻R14并联。7. 根据权利要求1所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于，状 态输出电路包括缺相状态输出电路、正序状态输出电路、反序状态输出电路、运行状态输出 电路，缺相状态输出电路包括光电耦合器V17、电阻R36-R37，正序状态输出电路包括红色 发光二极管V9、电阻R33，反序状态输出电路包括光电耦合器Vl 1、电阻R34-R35、绿色发光 二极管VlO，运行状态输出电路包括光电親合器V4、电阻R23-R24;光电親合器V4的输入端 连接R2 3、输出端的4脚并联R24，R23的另一端与单片机的一引脚相连;光电耦合器V11的输 入端连接绿色发光二极管VlO的阴极、输出端的4脚并联R35,绿色发光二极管VlO的阳极与 R34串联，R34的另一端与TC783集成电路的引脚8相连;红色发光二极管V9与电阻R33串联， R33的另一端与TC783集成电路的引脚9相连;光电耦合器V17的输入端连接R36、输出端的4 脚并联R37，R36的另一端与TC783集成电路的引脚11相连。8. 根据权利要求1所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于，随 机触发隔离电路包括具有随机导通功能的光电耦合器V20-V25、电阻R41 - R46、二极管 V26-V31，电阻R41 - R46的一端均与晶闸管集成触发芯片的引脚相连、另一端分别与随机 导通光电親合器V20-V25的输入端相连，随机导通光电親合器V20-V25的输出端分别与二 极管V26-V31的正极相连。9. 根据权利要求1所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于，过 零触发隔离电路包括具有随机导通功能的光电耦合器V32-V34、分别与光电耦合器V32- V34的输入端相连的电阻R30-R32、三极管V35、电阻R28-R29,电阻R30-R32的另一端均与 5V电源相连接，电阻R29的一端与三极管V35的基极相连、另一端与三极管V35的发射极相 连，三极管V35的集电极与光电親合器V34的输入端相连，电阻R28的一端与单片机的一引脚 相连、另一端与三极管V35的基极相连。10. 根据权利要求1所述的现场可编程三相交流电机软启动固态控制器，其特征在于， 输出电路由三相电源输出电路组成，其包括电阻R47-R61、二极管V36-V41、单向可控硅 V42-V47、电容C9一C11; 一相电源输出电路中，单向可控硅V42与V43反并联连接在三相电 源的输入端与负载输出端之间，电阻R59与电容C9组成RC阻容吸收电路并联连接在单向可 控硅V42与V43的阴极与阳极之间，电阻R47、R53、二极管V36的阴极并联与单向可控硅V42的 触发极相连，电阻R48、R54、二极管V37的阴极并联与单向可控硅V43的触发极相连;二相电 源输出电路中，单向可控硅V44与V45反并联连接在三相电源的输入端与负载输出端之间， 电阻R60与电容ClO组成RC阻容吸收电路并联连接在单向可控硅V44与V45的阴极与阳极之 间，电阻R49、R55、二极管V38的阴极并联与单向可控硅V44的触发极相连，电阻R50、R56、二 极管V39的阴极并联与单向可控硅V45的触发极相连;三相电源输出电路中，单向可控硅V46 与V47反并联连接在三相电源的输入端与负载输出端之间，电阻R61与电容Cl 1组成RC阻容 吸收电路并联连接在单向可控硅V46与V47的阴极与阳极之间，电阻R51、R57、二极管V40的 阴极并联与单向可控硅V46的触发极相连，电阻R52、R58、二极管V41的阴极并联与单向可控 硅V47的触发极相连。
【文档编号】G05B19/042GK105955153SQ201610574130
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】刘秀梅, 凌闯, 丁玉红, 罗元春
【申请人】中国电子科技集团公司第四十研究所