一种振动输送机的电磁驱动控制系统及方法与流程

1.本发明涉及电磁驱动技术领域，具体为一种振动输送机的电磁驱动控制系统及方法。


背景技术：

2.振动输送机具有结构简单、形式多样、安装、维修方便、具有输送、干燥和均料等多种功能等优点，因此，被广泛应用于冶金、煤炭、建材、化工、食品等行业中的物料输送中。
3.如中国专利公开号cn 204737330 u记载的一种平衡式振动输送机，该输送机包含若干输送单元，所述的输送单元从上到下依次 设有输送槽、平衡架、底座架和底架，进料口位于所述输送槽的右上方，卸料装置位于输 送单元的中部；该输送单元还包括四组弹簧组合，从右到左依次分别为第一弹簧组合、第 二弹簧组合、第三弹簧组合和第四弹簧组合，所述的第二弹簧组合和第三弹簧组合分别位 于卸料装置的两侧，所述的第三弹簧组合和第四弹簧组合之间设有传动装置，所述四组弹 簧组合均位于输送槽和底架之间。上述平衡式振动输送机物料输送平稳，承再物动载荷小，振动不会传递到安 装部分，且该振动输送机实现了低频大振幅，料槽磨损小，振动输送机不易损坏等优点。
4.而随着振动输送机在各个领域的广泛应用，以及各企业对节能减排、绿色环保的迫切需求。目前，连杆式输送机作为一种常见的近共振类振动机，其利用偏心轴（亦称曲柄）的回转，通过驱动连杆和主振动弹簧来带动参振槽体实现直线往复运动，而达到物料的直线输送。该类传统结构的振动输送机的驱动装置越来越难于满足社会发展的需求，尤其是某些行业迫切需要一种更加高效节能、免润滑、低噪音的振动输送机。


技术实现要素：

5.本发明提供一种振动输送机的电磁驱动控制系统及方法，用于解决现有技术中振动输送机在高效节能、免润滑、低噪音上的不足。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为:一种振动输送机的电磁驱动控制系统，其包括主电路、电流及位移检测电路、驱动电路、mcu控制电路以及驱动输送机槽体进行往复振动的电磁激励器；所述主电路连接于三相电源与所述电磁激励器之间，其将三相电源转换为单向脉冲电流供电输出至电磁激励器；所述电流及位移检测电路包括作用于电磁激励器的线圈的电流采样电路以及检测电磁激励器中铁芯与衔铁间的距离的位移传感器；所述驱动电路连接所述主电路，用于调节主电路对电磁激励器输出电流的大小；所述mcu控制电路与所述电流及位移检测电路的信号输出端连接，以及与所述驱动电路的触发控制端连接。
7.进一步地，所述电磁激励器包括交替驱动输送机槽体进行往复振动的第一组电磁铁和第二组电磁铁；所述主电路对应所述第一组电磁铁和第二组电磁铁提供两组单向脉冲
电流，且所述主电路具有储存第一组电磁铁和第二组电磁铁馈电时释放电量的电容。
8.进一步地，所述电磁激励器还包括驱动输送机平衡体的第三组电磁铁和第四组电磁铁，所述主电路对应所述第三组电磁铁和第四组电磁铁提供两组单向脉冲电流。
9.进一步地，所述主电路包括三相整流模块、缓冲模块、电感模块、电容滤波模块和双h电桥模块；所述三相整流模块与所述三相电源连接，所述双h电桥功率模块与所述电磁激励器供电连接。
10.进一步地，所述双h电桥模块包括igbt型的第一~第八输出功率管以及第七~十四续流二极管，其中：第一输出功率管与第二输出功率管通过源极相连实现串接，第一输出功率管的栅极与源极连接，第一输出功率管的源极与第七续流二极管的正极连接，第一输出功率管的漏极与第七续流二极管的负极连接；第二输出功率管的栅极与源极连接，第二输出功率管的源极与第八续流二极管的正极连接，第二输出功率管的漏极与第八续流二极管的负极连接；第三输出功率管与第四输出功率管通过源极相连实现串接，第三输出功率管的栅极与源极连接，第三输出功率管的源极与第九续流二极管的正极连接，第三输出功率管的漏极与第九续流二极管的负极连接；第四输出功率管的栅极与源极连接，第四输出功率管的源极与第十续流二极管的正极连接，第四输出功率管的漏极与第十续流二极管的负极连接；第五输出功率管与第六输出功率管通过源极相连实现串接，第五输出功率管的栅极与源极连接，第五输出功率管的源极与第十一续流二极管的正极连接，第五输出功率管的漏极与第十一续流二极管的负极连接；第六输出功率管的栅极与源极连接，第六输出功率管的源极与第十二续流二极管的正极连接，第六输出功率管的漏极与第十二续流二极管的负极连接；第七输出功率管与第八输出功率管通过源极相连实现串接，第七输出功率管的栅极与源极连接，第七输出功率管的源极与第十三续流二极管的正极连接，第七输出功率管的漏极与第十三续流二极管的负极连接；第八输出功率管的栅极与源极连接，第八输出功率管的源极与第十四续流二极管的正极连接，第八输出功率管的漏极与第十四续流二极管的负极连接；所述电容滤波模块包括两个串联的电容，电容的两端并联有电阻，通过第二、三、六、七输出功率管的栅极连接所述驱动电路，第一、三、五、七功率管的漏极与缓冲模块的一端连接，第二、四、六、八功率管的源极与缓冲模块的另一端连接形成直流母线回路；所述第一输出功率管的源极和第四输出功率管的漏极作为第一组单向脉冲电流输出，所述第五输出功率管的源极和第八输出功率管的漏极作为第二组单向脉冲电流输出。
11.进一步地， 所述三相整流模块由第一~六续流二极管分三组并联构成，所述缓冲模块由信号继电器和缓冲电阻并联构成，所述电感模块由第一电感构成，所述三相整流模块每组续流二极管的正极相连并与第二输出功率管的源极连接，所述三相整流模块每组续流二极管的负极相连并与缓冲电阻的一端连接，缓冲电阻的另一端经第一电感连接第一输出功率管t1的漏极。
12.进一步地，所述mcu控制电路还连接有触控显示屏、辅助开关电源及电压采样电
路、缺相检测电路和远程控制模块，所述触控显示屏与mcu控制电路交互通信，所述辅助开关电源及电压采样电路连接直流母线回路以采集电压，所述缺相检测电路作用于所述三相整流模块以检测电压的缺相信息，所述远程控制模块与远程pc无线通信连接。
13.本发明还提供了一种振动输送机的电磁驱动控制方法，其采用所述的电磁驱动控制系统，所述mcu控制电路控制驱动电路作用于双h电桥模块，实现两组单向脉冲电流激发所述电磁激励器的两组电磁铁交替电磁感应，使得其中一组电磁铁上电时、另一组电磁铁的线圈对直流母线回路释放所储的电能，并通过电容储存该电能。
14.进一步地，所述电磁激励器的两组电磁铁直流输出的交替频率趋近于输送机的固有频率。
15.进一步地，所述mcu控制电路启动所述电磁激励器时，在启动电流从小到大逐步增加的过程中，通过对脉冲电流的控制实现对电磁铁中铁芯与衔铁间的运动距离的控制，当铁芯与衔铁间的运动距离小于设定值时，则增加脉冲电流的宽度，反之减小脉冲电流的宽度，直至铁芯与衔铁间的运动距离等于设定值。
16.与现有技术相比，本发明采用电磁驱动输送机的槽体，通过驱动两个电磁铁来替代现有行业中使用的常规三相异步电动机驱动偏心连杆机构的振动输送机，来直接驱动振动输送机，减少了传动的中间环节，且其为非机械式接触，能有效降低噪音和驱动功率，与常规三相异步电动机加偏心机构的驱动方式至少节能20%以上；解决了传统的三相异步电动机驱动偏心连杆机构的振动输送机存在的效率低、噪音大、易因润滑保养不当造成污染物料或设备损坏等技术问题。
附图说明
17.图1为本发明的系统结构框图。
18.图2为本发明的主电路的一种实施例中的电路原理图。
具体实施方式
19.下面将结合本技术公开实施例中的附图，对本技术公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术公开及其应用或使用的任何限制。基于本技术公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术公开保护的范围。
20.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术公开的范围。
21.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
22.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
23.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
24.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
25.下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。
26.本发明的关键在于采用电磁激励器替代传统的连杆类机构，如图1所示，一种振动输送机的电磁驱动控制系统，其包括主电路、电流及位移检测电路、驱动电路、mcu控制电路以及驱动输送机槽体进行往复振动的电磁激励器。
27.所述主电路连接于三相电源与所述电磁激励器之间，其将三相电源转换为单向脉冲电流供电输出至电磁激励器。所述电流及位移检测电路包括作用于电磁激励器的线圈的电流采样电路以及检测电磁激励器中铁芯与衔铁间的距离的位移传感器。所述驱动电路连接所述主电路，用于调节主电路对电磁激励器输出电流的大小。所述mcu控制电路与所述电流及位移检测电路的信号输出端连接，以及与所述驱动电路的触发控制端连接。
28.本方案因电磁驱动本身的核心部件电磁铁主要由铁芯、衔铁和线圈构成，具有结构简单、无需润化、操作方便、耗电量小等优点；器没有轴承，无需润滑保养的工量和维修费用，也没有油污染，使得振动输送机可广泛应用于食品、药品、烟草加工等对品质要求较高的行业，尤其对食品行业具有极高的使用价值。同时通过mcu控制电路便于调控电磁激励器的输出幅度，进而与调控输送机达到一致的频率，控制效果好。
29.作为一种优选的实施例，所述电磁激励器包括交替驱动输送机槽体进行往复振动的第一组电磁铁1和第二组电磁铁2，第一组电磁铁1和第二组电磁铁2之间相互独立，工作频率参数由mcu控制电路决定。所述主电路对应所述第一组电磁铁1和第二组电磁铁2提供两组单向脉冲电流，且所述主电路具有储存第一组电磁铁1和第二组电磁铁2馈电时释放电量的电容。两组单向脉冲电流输出交替工作，控制两个独立的电磁铁吸合。当第二组电磁铁2工作时，第一组电磁铁1的线圈上的所存贮的电能可直接回馈到回路中通过电容存贮加以利用，起到了较好的节能效果，反之第一组电磁铁1工作时，第二组电磁铁2同理。
30.作为一种优选的实施例，所述电磁激励器还包括驱动输送机平衡体的第三组电磁铁和第四组电磁铁，所述主电路对应所述第三组电磁铁和第四组电磁铁提供两组单向脉冲电流。平衡体常见于双质体和多质体的输送机，这些输送机除输送槽外，尚有平衡体参与振动，虽然结构稍复杂但可基本消除对地基的振动力，还可利用共振原理使所需的激振力达到最小，因而应用较多。平衡体的振动与其对应的槽体同步，其电磁铁所需的单向脉冲电流同理，不再赘述。
31.所述主电路包括三相整流模块、缓冲模块、电感模块、电容滤波模块和双h电桥模块；所述三相整流模块与所述三相电源连接，所述双h电桥功率模块与所述电磁激励器供电连接。
32.如图2所示，所述双h电桥模块包括igbt型的第一~第八输出功率管以及第七~十四续流二极管，其中：第一输出功率管t1与第二输出功率管t2通过源极相连实现串接，第一输出功率管t1的栅极与源极连接，第一输出功率管t1的源极与第七续流二极管d7的正极连接，第一输出功率管t1的漏极与第七续流二极管d7的负极连接；第二输出功率管t2的栅极与源极连接，第二输出功率管t2的源极与第八续流二极管d8的正极连接，第二输出功率管t2的漏极与第八续流二极管d8的负极连接。
33.第三输出功率管t3与第四输出功率管t4通过源极相连实现串接，第三输出功率管
t3的栅极与源极连接，第三输出功率管t3的源极与第九续流二极管d9的正极连接，第三输出功率管t3的漏极与第九续流二极管d9的负极连接；第四输出功率管t4的栅极与源极连接，第四输出功率管t4的源极与第十续流二极管d10的正极连接，第四输出功率管t4的漏极与第十续流二极管d10的负极连接。
34.第五输出功率管t5与第六输出功率管t6通过源极相连实现串接，第五输出功率管t5的栅极与源极连接，第五输出功率管t5的源极与第十一续流二极管d11的正极连接，第五输出功率管t5的漏极与第十一续流二极管d11的负极连接；第六输出功率管t6的栅极与源极连接，第六输出功率管t6的源极与第十二续流二极管d12的正极连接，第六输出功率管t6的漏极与第十二续流二极管d12的负极连接。
35.第七输出功率管t7与第八输出功率管t8通过源极相连实现串接，第七输出功率管t7的栅极与源极连接，第七输出功率管t7的源极与第十三续流二极管d13的正极连接，第七输出功率管t7的漏极与第十三续流二极管d13的负极连接；第八输出功率管t8的栅极与源极连接，第八输出功率管t8的源极与第十四续流二极管d14的正极连接，第八输出功率管t8的漏极与第十四续流二极管d14的负极连接。
36.所述电容滤波模块包括两个串联的电容c1、c2，电容c1、c2的两端并联有电阻r2、r3，通过第二、三、六、七输出功率管的栅极连接所述驱动电路，第一、三、五、七功率管的漏极与缓冲模块的一端连接，第二、四、六、八功率管的源极与缓冲模块的另一端连接形成直流母线回路；所述第一输出功率管t1的源极和第四输出功率管t4的漏极作为第一组单向脉冲电流输出，所述第五输出功率管t5的源极和第八输出功率管t8的漏极作为第二组单向脉冲电流输出。所述电容滤波模块的电容c1、c2用来将整流后的脉冲直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流，同时也用于吸收回馈能量。
37.上述具体电路只是一种实施例，并不限于双h电桥模块，也不限于igbt单管、igbt模块、pim模块、ipm模块的其中任何一种。
38.所述三相整流模块由第一~六续流二极管d1~d6分三组并联构成，所述缓冲模块由信号继电器ka1和缓冲电阻r1并联构成，所述电感模块由第一电感l1构成，所述三相整流模块每组续流二极管的正极相连并与第二输出功率管t2的源极连接，所述三相整流模块每组续流二极管的负极相连并与缓冲电阻的一端连接，缓冲电阻r1的另一端经第一电感l1连接第一输出功率管t1的漏极。
39.电感模块用于滤除杂波提高功率因数。所述缓冲模块在电源接通瞬间用于防止电容充电对电网产生冲击，将缓冲电阻r1串联到主电路中，约1秒后信号继电器ka1吸合，将缓冲电阻r1短接。
40.所述mcu控制电路还连接有触控显示屏、辅助开关电源及电压采样电路、缺相检测电路和远程控制模块，所述触控显示屏与mcu控制电路交互通信，所述辅助开关电源及电压采样电路连接直流母线回路以采集电压，所述缺相检测电路作用于所述三相整流模块以检测电压的缺相信息，所述远程控制模块与远程pc无线通信连接。所述mcu控制电路有两个485接口，一个与触控显示屏连接，另一个与远程控制模块连接，远程控制模块通过4g网与远程pc联接实现本地和远程双重控制。
41.输送机的所有参数均可在触控显示屏中设置和显示，而远程pc只能通过远程控制模块设置和显示常用参数；触控显示屏和远程控制模块与mcu控制电路均为485通讯。
42.所述远程控制模块为选配件，如果不选用该选配件，则只能采用本地的触控显示屏控制或采用mcu控制电路的端子信号控制，通过端子输入启动信号、输出启动完成信号和故障信号等。
43.本系统的电路硬件部分设置在一个带有散热片的铝合金壳体内，在铝合金壳体上设置触控显示屏、航空插座、插头等，涉及380v电源插头、位移传感器插头、两路直流输出插头、开关控制信号插头和通讯信号插头等，全部采用航空插座、插头快速联接，安装非常方便，各种插头均采用不同规格，不会因为插错损坏各种元器件。所述的主电路、缺相检测电路、辅助开关电源及电压采样电路、驱动电路、电流及位移检测电路均固定在一块pcb电路板上；所述的mcu控制电路为独立的pcb电路板；两块pcb电路板通过排插线相连。
44.两块pcb电路板均置于铝合金壳体内部的下底上，尤其是双h电桥模块、电感模块与铝合金壳体保持紧密接触以确保良好散热；触控显示屏嵌于铝合金壳体正表面，以方便观察和操作；航空插座、插头嵌于铝合金壳下表面，便于安装和布线。铝合金壳体配合航空插头接线可实现整个控制系统电路的防水防尘功能。电磁铁的工作频率参数通过触摸屏或远程pc设置。
45.本技术不仅具有主电路拓扑结构简单、能量回馈、控制思维独特等特点，还具备整个控制系统硬件的自然散热，接线航插快速联接等优点。
46.本发明对应上述控制系统还公开了一种振动输送机的电磁驱动控制方法，其依托上述的电磁驱动控制系统，所述mcu控制电路控制驱动电路作用于双h电桥模块，实现两组单向脉冲电流激发所述电磁激励器的两组电磁铁交替电磁感应，使得其中一组电磁铁上电时、另一组电磁铁的线圈对直流母线回路释放所储的电能，并通过电容储存该电能。
47.优选的，所述电磁激励器的两组电磁铁直流输出的交替频率趋近于输送机的固有频率。两者频率相近，达到更好的振动效果，实现进一步节能所述mcu控制电路启动所述电磁激励器时，在启动电流从小到大逐步增加的过程中，通过对脉冲电流的控制实现对电磁铁中铁芯与衔铁间的运动距离的控制，当铁芯与衔铁间的运动距离小于设定值时，则增加脉冲电流的宽度，反之减小脉冲电流的宽度，直至铁芯与衔铁间的运动距离等于设定值。即是在输送机启动时，施加给电磁激励器的电流是从小到大逐步增加，使其软起动，减小启动冲击，当电流增加到设定电流时进入反馈控制状态，确保振动幅度维持在设计值。软启动减小了对槽体产生的启动冲击，所以可以将槽体做的更宽或更长，以增加输送能力和增加输送距离，提高了振动输送机的使用范围。
48.本发明提供的振动输送机的电磁驱动控制系统，具有结构合理、适用工业环境、专用性强、性能可靠、智能控制等优点，通过使用该系统可使振动输送机不仅更加节能、降低了振动输送机的维修率、降低了企业对设备的维护成本、大大延长了定子的使用寿命，而且提升了振动输送机的输送能力和输送距离，市场前景更广阔。
49.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。