垃圾粉碎电机运行保护电路系统的制作方法

本发明涉及基于传感器的垃圾粉碎装置保护技术领域，特别涉及一种垃圾粉碎电机运行保护电路系统。

背景技术：

垃圾粉碎机是把打碎成小块后用于焚烧或是掩埋。粉碎机的粉碎主电机工作电流在工作中会受垃圾原料的进入量而改变，当机体内部垃圾原料较多时，粉碎机所用的旋转力较大，此时粉碎主电机工作电流必然增大，而普遍粉碎机的物料输送电机存在上料不均匀的问题，时多时少，若是此时上料量仍然很大，极其容易造成机体堵死的情况，严重影响了粉碎机的生产效率和使用寿命。另外，还会存在粉碎机空跑现象，造成电能浪费，以至于增加生产成本。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种垃圾粉碎电机运行保护电路系统，能克服现有粉碎机由于上料不均匀导致机体堵死以至于影响粉碎机的生产效率和使用寿命的缺点，可以实现粉碎主电机与物料输送电机负荷的自适应控制，提高设备生产效率与智能化程度，同时降低成本。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种垃圾粉碎电机运行保护电路系统，包括：霍尔电流传感器电路、单片机模块、DA转化模块、第一电压跟随模块、运算放大模块、变频器模块以及内部电源模块，所述霍尔电流传感器电路模块的电压输出端连接单片机模块的AD接口，单片机模块包括单片机，单片机的输出端连接DA转换模块，所述DA转换模块输出端依次连接第一电压跟随模块、运算放大模块以及变频器模块，粉碎主电机的被测导线穿入霍尔电流传感器电路模块设置的磁芯中，变频器模块的输出端连接物料输送电机，内部电源模块分别连接霍尔电流传感器电路模块、单片机模块、第一电压跟随模块、DA转化模块、运算放大模块以及变频器模块，

其中：

霍尔电流传感器，监测垃圾粉碎主电机的被测导线工作电流，霍尔电流传感器将检测的工作电流信号转化为电压信号输出，

单片机模块，将从霍尔电流传感器传来的电压信号处理成数字信号输出，

DA转换模块，将单片机模块输出的数字信号转换成模拟量输出，

第一电压跟随模块，将DA转换模块转换出的模拟量进行电压跟随并输出，

运算放大模块，将第一电压跟随模块输出的电压信号进行运算放大输出，

变频器模块，根据接收放大的电压信号对物料输送电机进行变频控制。

优选地，所述霍尔电流传感器电路模块包括三路，所述三路霍尔电流传感器电路模块分别对粉碎主电机三相电的电流进行监测。

优选地，还包括第二电压跟随模块，所述霍尔电流传感器电路模块通过第二电压跟随模块连接单片机模块的AD接口。

优选地，还包括LCD显示模块与按键，所述LCD显示模块与按键分别连接单片机模块，所述LED显示模块连接内部电源模块。

优选地，所述单片机单元采用内部自带8路10位的AD接口的STC12C5A60S2芯片，8路AD接口满足了三相电监测的要求，该信号的单片机芯片主要针对电机控制，抗干扰能力强，处理速度较传统51系列单片机快8-12倍。

优选地，所述运算放大单元采用轨对轨OPA2735芯片，采用该轨对轨类型运放，放大后的输出电压可以做到非常接近电源电压范围，一般只有比电源电压范围小几毫伏或是几十毫伏。

优选地，变频器模块采用VFD007B43A变频器，所述VFD007B43A变频器拥有轻巧的体积以及静音运作的特色；另外，该变频器采用多重防护技术，显著提高整机抗干扰的能力。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明的垃圾粉碎电机运行保护电路系统，过电流传感器提取粉碎主电机的电流信号，将该信号反馈到物料输送电机的变频控制器，对物料输送电机的转速进行控制，实现主辅电机负荷的自适应控制，提高设备生产效率与智能化程度，增加垃圾粉碎机使用寿命；

2、本发明同时解决了粉碎主电机空转现象，节约电能，降低了成本。

附图说明

图1为本发明垃圾粉碎电机运行保护电路系统的电路框图；

图2为本发明垃圾粉碎电机运行保护电路系统的电路原理图；

图3为本发明闭环式霍尔电流传感器电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2，一种垃圾粉碎电机运行保护电路系统，包括：霍尔电流传感器电路单元、单片机单元、DA转化单元、第一电压跟随单元、运算放大单元、变频器单元以及内部电源单元(图1中未示出)，所述霍尔电流传感器电路单元的电压输出端连接单片机单元的AD接口，单片机单元包括单片机，单片机的输出端连接DA转换单元，所述DA转换单元输出端依次连接第一电压跟随单元，运算放大单元以及变频器单元，压块主电机的被测导线穿入霍尔电流传感器电路单元设置的磁芯中，变频器单元的输出端连接物料输送电机，内部电源单元分别连接霍尔电流传感器电路单元、单片机单元、第一电压跟随单元、DA转化单元、运算放大单元以及变频器单元，

其中：

霍尔电流传感器，监测垃圾粉碎主电机的被测导线工作电流，霍尔电流传感器将检测的工作电流信号转化为电压信号输出，

单片机单元，所述霍尔电流传感器接入单片机的AD口，电压信号通过AD口进入单片机，电压信号经过单片机单元处理成数字信号输出，

DA转换单元，单片机单元将其输出数字信号，经过DA转换单元转换成模拟量输出，

第一电压跟随单元，DA转换单元转换出的模拟量进入第一电压跟随单元进行电压跟随并输出，

运算放大单元，经过电压跟随单元的电压信号进入运算放大单元进行运算放大输出，

变频器单元，变频器单元根据接收放大的电压信号对物料输送电机进行变频控制。

所述霍尔电流传感器电路单元包括三路，所述三路霍尔电流传感器电路单元分别对压块主电机三相电的电流进行监测，三路电流可求平均值，增加监测精度。

系统还包括第二电压跟随单元，所述霍尔电流传感器电路单元通过第二电压跟随单元连接单片机单元的AD接口，所述第二电压跟随单元主要起到隔离、缓冲作用，避免一些脉冲信号对监测信号的影响。

包括的LCD显示单元与按键是为了实时显示电机三相电流值，所述LCD显示单元与按键分别连接单片机单元，所述LED显示单元连接内部电源单元，并可以通过按键设定电机电流的控制值和极限值，单片机单元通过串口通讯与LCD显示单元进行数据传输。

其中，所述单片机单元采用内部自带8路10位的AD接口的STC12C5A60S2芯片，8路AD接口满足了三相电监测的要求，该信号的单片机芯片主要针对电机控制，抗干扰能力强，处理速度较传统51系列单片机快8-12倍。

所述运算放大单元采用轨对轨OPA2735芯片，采用该轨对轨类型运放，放大后的输出电压可以做到非常接近电源电压范围，一般只有比电源电压范围小几毫伏或是几十毫伏。

变频器单元采用VFD007B43A变频器，所述VFD007B43A变频器拥有轻巧的体积以及静音运作的特色；另外，该变频器采用多重防护技术，显著提高整机抗干扰的能力。

以下结合实例具体描述该发明。

霍尔电流传感器电路单元采用闭环式电流传感器，如图3所示，它是一种补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场，用通过次级线圈的电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。具体工作过程为:当粉碎主电机的被测导线有一电流通过时，在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上，所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场，该磁场与被测电流产生的磁场正好相反，因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Is与匝数相乘与“原边电流与匝数相乘”所产生的磁场相等时，Is不再增加，从而达到磁平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡，一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有信号输出，经功率放大后，立即就有相应的电流Is流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿，从磁场失衡到再次平衡，所需的时间理论上不到1us，这是一个动态平衡的过程。这样，只要测得补偿线圈的小电流，就能推算原边大电流。这种电流传感器，二次线圈电流完全和被测电流电气隔离，具有很好的测量精度和线性度，

一般的垃圾粉碎机的主电机为三相交流电机，功率为35KW，根据三相电动机功率计算公式：

其中，U为线电压380V，I为线电流，η为工作效率，为功率因数，一般取0.7-0.9。因此线电流计算公式为：

估算电流最大值应小于100A，实际电流大约在50A-80A范围内。

电流检测原理：

被测导线穿过LTS 25-NP霍尔传感器的孔，原边电流为Ip，霍尔电流传感器的输出电压为Vo，并过电压跟随电路直接接入单片机单元的A/D接口进行AD转换，得到Vo值，然后根据下式计算原边电流Ip：

Vo＝2.5+0.625×Ip/Ipn

其中，Ipn为额定电流20A。

本系统压块机主电机实际电流范围约为Is＝50-80A，则Vo＝4-4.5V之间，满足单片机的电压测量要求，这样可以不用接放大电路，只需在输出端接一电压跟随电路并直接与单片机单元A/D接口相连即可满足要求。

硬件设计部分：

(1)由于主电机是三相电机，为了实时监测每一相的电流变化，本系统采用了三个霍尔电流传感器，同时监测三相的电流，每一路电流传感器输出电压信号，并经电压跟随电路进入单片机单元的AD口。电压跟随电路主要起到隔离、缓冲作用，本项目采用了轨对轨OPA2735，保证了电压跟随范围。单片机采用了STC12C5A60S2芯片，内部自带8路10位的AD口。

(2)本系统采用单片机输出数字信号，经过DA转换成模拟量，经过运放和电路跟随输入到变频器的模拟电压输入口控制变频器的频率。DA转换单元采用了MCP4725芯片，它是12为具有非易失性存储器(EEPROM)的单通道12位缓冲电压输出DAC，可以使用2线I2C兼容串行接口，且由电压范围为2.7V至5.5V的单电源供电，输出电压范围是0-Vdd，输出电压由下式计算：

Vout＝Vdd×Dn4096]]>

式中，Dn为单片机的输出代码。

(3)本系统主要用到了12V和5V两种电源，为此系统采用12V的开关电源作为PCB电路板的供电电源，电路板中经过电压转换输出5V电源。

(4)为了实时显示电机三相电流值，本系统增加了LED显示单元，并可以通过按键设定物料输送电机电流的控制值和极限值，单片机通过串口通讯与LED显示单元进行数据传输。

综上本发明的结构与原理可知，本发明的垃圾粉碎电机运行保护电路系统，过电流传感器提取粉碎主电机的电流信号，将该信号反馈到物料输送电机的变频控制器，对物料输送电机的转速进行控制，实现主辅电机负荷的自适应控制，提高设备生产效率与智能化程度，增加垃圾粉碎机使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。