无刷智能电机软起动器的制作方法

本发明属于电力电子技术领域，特别是涉及一种绕线式交流电动机的起动控制及节能运行装置，具体涉及一种无刷智能电机软起动器。

背景技术：

绕线式三相交流异步电动机是建立在电磁感应理论基础上的高性能电动机。具有起动电流小、起动转矩大、功率因数高、可以从定子和转子两个方面进行多元控制的特性，从而可以得到十分优越的起动和调速特性。

绕线式三相交流异步电动机诞生近百年以来，以其优越的特性得到了广泛的应用。但是由于这种电动机要从定子和转子两个方面对其进行双重控制，不可避免带来了很多问题：1.需要定子和转子两套控制系统，投入高，系统复杂，造价高；2.转子控制是通过位于转子同轴上的滑环、碳刷将转子上发出的电能引到外部再串入电阻器或频敏变阻器、电抗器及交流接触器等电器元件实现对转子电压、电流的有效调控，来满足生产工艺设备的要求，实施起来比较复杂，设备占地面积也比较大；3.由于转子滑环和碳刷的存在，使得其损坏率高，维修工时多，故障停机时间长，维修费用高。由此，我公司早在多年前就研制开发了第一代固态无刷电机起动器和第二液态无刷起动器，但是这两种无刷电机起动器产品依然存在着以下技术问题：第一代固态无刷电机起动器,起动电流大、起动转距小，大容量电机无法起动；第二代无刷液阻电机起动器，1、产品生产通用性不强，不同转速同样功率、电压等级的产品无法替代，开关性能不同；2.当负载大小不同时，起动时间的长短就不同，在连续起动时容易喷液；3.产品一旦制造完成后，固有的起动特性就无法再改变，无法根据具体拖动对象的负荷情况再做调整；4.没有采用电子计算机技术，无法实现智能化，不利于同现代化电子信息技术的融合。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种无刷智能电机软起动器，该无刷智能电机软起动器以大功率电力电子元件为基础，结合微电子和微机控制技术、电力电子PWM调制技术、发电机控制技术、电能变换稳压逆变技术进行组合集成，实现了从根本上去掉绕线电机的转子滑环，将所有转子控制的电气元件、导线、开关功能都浓缩集成安装于原电机滑环位置，具有体积小、无外控机柜、调控特性优越、产品通用性强、不同应用场合可根据需要方便的进行调整，以改变控制性能。

本发明的技术方案是：一种无刷智能电机软起动器，包括安装底盘及散热器盘，所述安装底盘及散热器盘同轴固定在中空的电机转子轴上，安装底盘上设有接线柱，三相电机转子绕组引线由电机转子轴中间引出，三相电机转子绕组引线通过三个或六个接线柱分别连接三个电抗电阻器后与三相无触点电子开关桥电路连接，三个接线柱上均套有检测电流及转矩的互感器，所述互感器通过导线连接至电流转矩检测单元，三相电机转子绕组引线经三个接线柱连接转子电压适配电源装置，散热器盘上安装有发电机，发电机的电源输出线连接发电机电源稳压适配器，所述电流转矩检测单元、转子电压适配电源装置、三相无触点电子开关桥电路及发电机电源稳压适配器均与智能控制电路装置相连；

所述智能控制电路装置包括三相电压同步信号发生器、电流和转矩信号实时检测电路、起动条件检索单元、起动开始信号输入单元、PWM信号控制单元、起动完成结束单元及PIC12C508单片机，其中三相电压同步信号发生器为三个相同的电路结构构成，电流和转矩信号实时检测电路能够对电流和转矩信号实时检测并按采样周期送入PIC12C508单片机内进行运算处理，起动条件检索单元用以获取满足起动的外部条件，起动开始信号输入单元是与PIC12C508单片机的内外部条件的确认或应答控制，起动完成结束单元是PIC12C508单片机发出的起动完成结束指令，使三相电压同步信号发生器内的短接管GD1常态接通，PIC12C508单片机的1脚为电源正、8脚为地、2脚为起动控制、3脚为上限电流和转矩输入端、5脚为下限电流转矩输入端、7脚为PWM调制信号输出端、6脚为起动结束转换控制端。

所述发电机包括发电绕组和磁体，所述磁体与电机的外壳相固定，发电绕组安装在散热器盘内。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，电机在起动过程中，先由三个电抗电阻器接通电机转子绕组回路，三相无触点电子开关桥电路中的开关断开，电机转子绕组输出电压经转子电压适配电源装置处理后给智能控制电路装置供电，此时电机转子转速较低(低于200rpm)，当电机转子转速超过120rpm之后，发电机发出的电能达到使用条件，发电机输出电压经发电机电源稳压适配器处理后也给智能控制电路装置供电。智能控制电路装置内写入起动控制数学模型及算法，在有可靠的供电电源供给条件下，智能控制电路装置按预先设计程序控制电机起动、加速、限流，随着电机转子转速增加（高于200rpm），电机转子绕组的输出电压逐渐降低，此时发电机输出电压逐渐升高，能够始终保持对智能控制电路装置连续供电，当电机转子的转速达到额定转速时PIC12C508单片机发出起动完成结束指令，使三相电压同步信号发生器内的短接管GD1常态接通，并通过三相无触点电子开关桥电路将三个电抗电阻器分别短接，使电机在最优转速转矩特性下，完成从静止至额定转速下的起动和正常运行，从而完成起动控制。本发明以大功率电力电子元件为基础，结合微电子和微机控制技术、电力电子PWM调制技术、发电机控制技术、电能变换稳压逆变技术进行组合集成，实现了从根本上去掉绕线电机的转子滑环，将所有转子控制的电气元件、导线、开关功能都浓缩集成在了安装于原电机滑环位置，具有体积小、无外控机柜、调控特性优越、产品通用性强、不同应用场合可根据需要方便的进行调整，以改变控制性能。同时通过以上各控制单元的相互协调以获取电动机高性能、高可靠性运行，实现欠载、满载、重载下的安全可靠起动和运行控制，节能经济。

附图说明

附图1是本发明的电气控制框图。

附图2是本发明的智能控制电路装置102的电气原理图。

附图3是本发明的安装结构示意图。

图中01-三相电压同步信号发生器，02-电流和转矩信号实时检测电路，03-起动条件检索单元，04-起动开始信号输入单元，05- PWM信号控制单元，06-起动完成结束单元，07-PIC12C508单片机，08-安装底盘，09-散热器盘，10-接线柱，11-电机转子轴，12-电抗电阻器，13-互感器，14-发电绕组，15-磁体，16-电机外壳，101-三相无触点电子开关桥电路，102-智能控制电路装置，103-转子电压适配电源装置，104-发电机，105-发电机电源稳压适配器，106-电流转矩检测单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1～图3所示，一种无刷智能电机软起动器包括安装底盘08及散热器盘09，所述安装底盘08及散热器盘09同轴固定在中空的电机转子轴上，安装底盘08上设有接线柱10，三相电机转子绕组引线由电机转子轴11中间引出，三相电机转子绕组引线通过三个或六个接线柱10分别连接三个电抗电阻器12后与三相无触点电子开关桥电路101连接，所述电抗电阻器12为具有一定电阻值的电阻丝缠绕而形成的电感，其本身具有一定电阻值，同时又能对频率敏感而自动变阻。三个接线柱10上均套有检测电流及转矩的互感器13，所述互感器13通过导线连接至电流转矩检测单元106，三相电机转子绕组引线经三个接线柱连接转子电压适配电源装置103，散热器盘2上安装有发电机104，发电机104的电源输出线连接发电机电源稳压适配器105，所述电流转矩检测单元106、转子电压适配电源装置103、三相无触点电子开关桥电路101及发电机电源稳压适配器105均与智能控制电路装置102相连。

所述智能控制电路装置102包括三相电压同步信号发生器01、电流和转矩信号实时检测电路02、起动条件检索单元03、起动开始信号输入单元04、PWM信号控制单元05、起动完成结束单元06及PIC12C508单片机07，其中三相电压同步信号发生器01为三个相同的电路结构构成，电流和转矩信号实时检测电路02能够对电流和转矩信号实时检测并按采样周期送入PIC12C508单片机07内进行运算处理，起动条件检索单元03用以获取满足起动的外部条件，起动开始信号输入单元04是与PIC12C508单片机07的内外部条件的确认或应答控制，起动完成结束单元06是PIC12C508单片机07发出的起动完成结束指令，使三相电压同步信号发生器01内的短接管GD1常态接通，PIC12C508单片机07的1脚为电源正、8脚为地、2脚为起动控制、3脚为上限电流和转矩输入端、5脚为下限电流转矩输入端、7脚为PWM调制信号输出端、6脚为起动结束转换控制端。由于采取上述技术方案，电机在起动过程中，先由三个电抗电阻器12接通电机转子绕组回路，三相无触点电子开关桥电路101中的开关断开，电机转子绕组输出电压经转子电压适配电源装置103处理后给智能控制电路装置102供电，此时电机转子转速较低(低于200rpm)，当电机转子转速超过120rpm之后，发电机104发出的电能达到使用条件，发电机104输出电压经发电机电源稳压适配器105处理后也给智能控制电路装置102供电。智能控制电路装置102内写入起动控制数学模型及算法，在有可靠的供电电源供给条件下，智能控制电路装置102按预先设计程序控制电机起动、加速、限流，随着电机转子转速增加（高于200rpm），电机转子绕组的输出电压逐渐降低，此时发电机104输出电压逐渐升高，能够始终保持对智能控制电路装置102连续供电，当电机转子的转速达到额定转速时PIC12C508单片机07发出起动完成结束指令，使三相电压同步信号发生器01内的短接管GD1常态接通，并通过三相无触点电子开关桥电路101将三个电抗电阻器12分别短接，使电机在最优转速转矩特性下，完成从静止至额定转速下的起动和正常运行，从而完成起动控制。本发明以大功率电力电子元件为基础，结合微电子和微机控制技术、电力电子PWM调制技术、发电机控制技术、电能变换稳压逆变技术进行组合集成，实现了从根本上去掉绕线电机的转子滑环，将所有转子控制的电气元件、导线、开关功能都浓缩集成在了安装于原电机滑环位置，具有体积小、无外控机柜、调控特性优越、产品通用性强、不同应用场合可根据需要方便的进行调整，以改变控制性能。同时通过以上各控制单元的相互协调以获取电动机高性能、高可靠性运行，实现欠载、满载、重载下的安全可靠起动和运行控制，节能经济。

所述发电机104包括发电绕组14和磁体15，所述磁体15与电机外壳16相固定，发电绕组14安装在散热器盘09内。电机转子轴11转动时发电绕组14相对磁体15转动，发电绕组14内产生感应电动势，实现发电。

在实际实施过程中，可根据电动机负载类型选择不同的种类，依据负载的性质分为：轻载型、普通型和重载特殊型，电力电子开关的选型和规格将依负载的类型而有所区别，以上所述仅为本发明较佳实施例，凡在本发明精神实质所做出的任何修改和等同替代均应包含在本发明的保护范围之内。