专利名称：一种单片微机控制的储纬器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及纺织机电设备，特别是无梭织机中的储纬设备。
储纬器是剑杆、片梭等无梭织机不可缺少的附属设备。这种储纬器通常是由独立的电动机驱动，可以和不同型号的纺织机配套使用。专利号USP4627474(专利日期1986年12月9日)介绍了一种由单片微机控制的储纬器，它采用了MCS－48系列单片微机8748，其运行速度由外接BCD码开关装置进行控制，并需根据纺织机的工作情况由人为调整。这种储纬器由三相交流异步电动机驱动；制动时，需在电动机的定子绕组中接入直流电流。如该直流电流过小，电动机就不会很快停止运转而导致纬纱过多地缠绕在储纬鼓上，造成重叠，在纺织机再次引纬时就很易断纱。反之，如该直流电流过大，电动机虽然可以很快制动，若制动时间过长，储纬器断续运行，电动机的温升增加，严重发热，随之能耗增加。
本实用新型的任务是推出功能更强的单片微机以控制储纬器，改进功率驱动器的结构，降低电动机的温升，提高系统的工作效率和自动化程度，并简化硬件电路以及降低生产成本和实现原器件的国产化。
本实用新型将微计算机技术应用于储纬器的机电控制系统，其特征在于用正弦脉宽调制技术(SPWM)驱动二相交流异步电动机，实现很宽的调速范围，减少电动机定子绕组中的谐波电流分量而减少能耗。在使用操作方面，储纬器控制面板只设一个三位开关以选择高、低速和手动停机。本实用新型还能使储纬器工作自动化，大大简化操作过程。当电动机需要制动时，在电动机定子绕组中通入一定的直流电流，电动机可以很快地进入制动状态，采用定时方式控制，延时一段时间后，将电动机定子绕组中的电流切断可以有效地克服电机温升过高的缺点。延时控制可以用硬件电路来实现，而定时控制可以用软件来实现。
以下结合附图对本实用新型作出详细描述。
图1是储纬器的结构示意图。
图2是储纬器的控制线路方框图。
图3是功率驱动器(27)具有X型结构的电路原理图。
图4是H型结构电路原理图。
图5和图6是储纬器的负载系统效率——转速特性图。
参照
图1、2和3，电动机轴(10)是空心的，从纱绽来的纱线经张力器(3)送入电动机轴(10)的轴孔内，经过电动机轴(10)上的绕纱盘(5)绕在储纱鼓(7)上，再从毛刷阻尼环(9)中穿出，最后经张力器(4)送入纺织机。纱线在储纱鼓(7)上的储纱量由两只光电传感器(8－1)，(8－2)检测。(8－1)是最小储纱量传感器，(8－2)是最大储纱量传感器。由光电传感器(8－1)和(8－2)检测到的信号经放大比较器(23)后，将传感器信号整形成脉冲，经过脉冲／电平转换器(24)变换成逻辑电平信号。单片微机(25)电路根据传感器的逻辑信号启动或制动电机。隔离驱动器(26)电路将强信号与单片微机(25)隔离并驱动功率驱动器(27)。功率驱动器(27)包括有两组独立的但结构完全相同的电路。这两组功率驱动器分别驱动控制交流异步电动机的两个相，其电压相位差为90°，由单片微机(25)软件决定。
本实用新型的特征在于其采用的功率驱动器(27)的电路不同于传统的“H”型结构，而是采用了独特的“X”型结构。参照图4，图中DT1，DT2是PNP型达林顿晶体管，DT3，DT4是NPN型达林顿晶体管。“H”型结构大功率晶体管的导通方式是DT1，DT4同时导通，DT2，DT3同时截止。反之，DT1，DT4同时截止，DT2，DT3同时导通，依次在绕组中形成交变电压。由于大功率达林顿晶体管的延时时间稍长，且在一般情况下，由饱和到截止的开关时间比由截止到饱和时间长，因而在所述转换过程中会出现DT4还没有来得及退出饱和，DT2就已经导通的情况，这样就会出现DT1，DT3支路或DT2，DT4支路同时导通的情况。这时便会将晶体管烧毁。如采用“X”型结构大功率晶体管，其导通方式是DT1，DT3同时导通，DT2，DT4同时截止。反之，DT1，DT3同时截止，DT2，DT4同时导通。由于DT1，DT2的工作状态始终相反，因而DT1导通时，DT4必然由于DT2的截止而截止。DT4如不满足导通条件，电路工作状态相反时，DT3同样会由于DT1的截止而截止。因此，“X”型结构驱动电路能最大限度地保护大功率驱动元件不会因意外的电路故障或微计算机输出逻辑错误而遭致损坏。
本实用新型还采用性能更强的MCS－51系列单片微机(25)。所述单片微机(25)在控制系统中有两个功能。一是检测储纱量，经逻辑分析后给出控制输出。另一是产生二相正交的脉宽调制信号。这样可以充分利用软件功能，使硬件电路设计最为简单。实验结果表明采用正弦脉宽调制变频调速较用方波脉宽调速效率要高。正弦脉宽调制波在电机绕组中产生的损耗比方波脉宽调制的损耗小。由此而引起的电机温升就大幅度地得到降低。所以，在能源短缺的今天，使用本实用新型单片微机控制的储纬器显得更有推广价值了。
本实用新型的最佳实施例为脉冲振荡源(21)产生占空比约为110的窄脉冲，脉冲周期为0.5毫秒。窄脉冲用来驱动光电传感器(8－1)，(8－2)，使功率有限的光电传感器(8－1)(8－2)得到充分利用。控制电路的核心是一片lntel公司的MCS－51系列单片微机(25)。充分利用单片微机(25)的功能可使控制电路大大简化，减少外围芯片和辅助电路。单片微机(25)无片内程序存贮器，需外接EPROM作为它的外部程序存贮器。单片微机(25)的输入是两路独立的光电传感器(8－1)(8－2)信号，这两个信号经过放大比较器(23)和脉冲／电平转换器(24)变换成逻辑电平信号送至单片微机(25)，给主机提供储纬器的工作状态信息。由于单片微机(25)输出端口的驱动能力有限，在单片微机(25)输出端口后有隔离驱动器(26)和功率驱动器(27)，同时还起着对单片微机与大功率驱动电路的隔离作用和利用两组完全独立的大功率驱动电路以驱动两个独立绕组的二相交流异步电动机(22)。
功率驱动器(27)具有X型结构的电路，每一组有两只PNP型达林顿晶体管和两只NPN达林顿晶体管。
根据本实用新型制成的储纬器与外国产品作了性能对比试验。在片梭织机上连续运行400多小时，储纬器电动机机壳的平均温升为9℃，而外国制造的Ω300型储纬器电动机机壳的平均温升为29℃，电动机机壳的平均温升下降了20℃，从而提高了系统的可靠性。
参照图5和图6，当储纬器的负载分别为T＝1.0±0.1公斤厘米和T＝1.5±0.1公斤厘米时，系统效率——转速特性曲线Ⅰ是采用本实用新型设计作出的。曲线Ⅱ是外国制造的同类相近产品作出的。很明显，采用本实用新型微机控制储纬器的工作效率比同类型的国外相近产品的效率平均提高了10％。
权利要求1.一种由单片微机控制的储纬器装置，具有交流异步电动机，张力器，绕线盘，永久磁铁副，储纱鼓，光电传感器装置并由单片微机进行控制，其特征在于由单片微机(25)和功率驱动器(27)驱动和控制由正弦脉宽调制变频调速的二相交流异步电动机(22)。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于功率驱动器(27)具有两组独立的、结构完全相同的电路，并由单片微机(25)软件决定二相交流异步电动机(22)的两个相保持其电压相位差为90°。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于定时控制二相交流异步电动机(22)是由MCS－51系列单片微机(25)产生二相正交的正弦脉宽调制信号实现的。
专利摘要本实用新型涉及纺织机电设备，特别是无梭织机中的储纬器。为了解决纬纱的断纱现象，提高织物的质量和效率，减少储纬器电机的温升和能耗，采用由单片微机和特定设计的功率驱动器产生二相正交的正弦脉宽调制信号以驱动控制二相交流异步电动机。经试验，用单片微机控制的储纬器，其电动机经连续试运行400多小时后，其平均温升较国外制造的Ω300型储纬器电动机的机壳平均温升低20℃。工作效率都提高了10％。
文档编号D03J1/00GK2036184SQ8820444
公开日1989年4月19日 申请日期1988年4月8日 优先权日1988年4月8日
发明者林其骏, 陈树新, 胡成林, 吉少波 申请人:西安交通大学, 陕西省渭南纺织机械厂