专利名称：一种电机的软起动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电机技术领域，特别是电机的软起动装置。
背景技术：
随着国民经济的不断发展，许多工业企业的生产能力迅速提高和随之而来的大、重型生产设备不断涌现，其生产设备的驱动电机容量也越来越大，比如在钢铁和石油化工行业使用几千千瓦甚至1万千瓦以上的电机也越来越多。
众所周知，三相异步电机具有低成本，高可靠性和维护方便等特点，其应用的行业也十分广泛，如冶金、钢铁、石化、电厂、水厂以及机械制造与加工等，几乎涉及到所有行业，根据1995年《电机调速技术产业化途径与对策的研究报告》分析所知，全国仅风机泵类设备就高达4200万台以上，其中低压(380V～660V)中小容量电机与高压(3-10kV)中大容量电机的比例约为4∶1，而风机泵类设备用高压电机则在800万台以上，并且每年以5％～10％的速度在递增，如果加上其它机械设备所用的高低压电机，则其数量相当惊人。
交流电机的起动一直是人们关注的课题，传统起动方法为全压直接起动，全压直接起动的起动电流会达到额定电流的5～7倍。当电动机容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行。
为克服交流电机全压直接起动的缺陷，人们发明了多种交流电机软起动方法，它包括1、定子回路串电抗器减压起动；2、自耦变压器减压起动；3、以小拖大起动等方法。
这些方法虽然可以降低电机的起动电流，但也存在一定的缺陷，如定子回路串电抗器减压起动串电抗器后，起动电流成比例减小，起动转矩则成平方关系地减小，这样又容易造成起动失败；串联电抗器起动为有级降压起动，起动过程中转矩会有二次突变，仍会产生较大的机械冲击，对机械及电机仍会有损伤。
自耦变压器减压起动的主要缺点是在开关切换的过程中，电动机有短时断电的情况，这会造成大电流冲击和转矩突变。
以小拖大起动的方法缺点是占地面积大，维护工作量大，有时还有联轴器打不开的情况，小电机被大电机拖着空转，造成电能的浪费。
中国专利公告号CN2636498Y公开了一种“磁饱和式电动机调压起动器”，该电动机调压起动器包括三个可变电抗器，它们分别串联在电源与电动机之间；可变电抗器由包括定时器和启动指示器的控制器控制。该电动机调压起动器优点在于1、通过调节电抗，从而改变电机的端电压，达到电机软起动的目的；2、降低电机启动电流倍数，从而稳定电网电压，不因电机的起动而使电网的电压下降很多；3、减少起动时的冲击力对大型机械设备的损害，延长设备使用期限；4、现场连接方便，故障率低，其负载能力较强，不会发生启动失败现象，可靠性强维修方便。但该电动机调压起动器也存在一些缺陷1、电机正常运行时，可变电抗器始终处于工作状态，造成电能的浪费；2、可变电抗器的控制方式为定时控制，控制方式简单，无法实现智能化控制；3、出现故障时，可变电抗器及其控制器均无法进行隔离保护。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可节约电能的电机的软起动装置。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是一种电机的软起动装置，它包括可变电抗器，可变电抗器包括主绕组，主绕组串联在电源和电机之间；软起动装置还包括起动开关、运行开关；起动开关串联在可变电抗器与电源之间；运行开关与可变电抗器、起动开关并联。
上述方案中，它还包括隔离开关，隔离开关串联在可变电抗器和电机之间，并与运行开关并联。
上述方案中，它还包括用于控制可变电抗器的控制器、用于测量线路上电压和电流的传感器，传感器的输出端与控制器连接。
上述方案中，控制器为单片机，传感器的输出端与单片机的模拟信号输入端连接。
上述方案中，起动开关、运行开关、隔离开关由控制器控制。
上述方案中，可变电抗器还包括控制绕组、功率变换电路；控制绕组的两端与功率变换电路连接。
上述方案中，功率变换电路包括晶闸管电路，控制绕组的两端与晶闸管电路的电流输出端连接。
上述方案中，功率变换电路包括触发单元，触发单元的触发输出端与晶闸管电路的触发输入端连接；单片机的给定电流输出端与触发单元的给定电流输入端连接。
本实用新型电机的软起动装置的工作原理为电机在停止状态时，起动开关、运行开关都处于断开状态。电机起动时，先合上起动开关，则电机进行软起动；当电机完成起动过程后，则运行开关合上，起动开关断开，电机正常运行。同理，电机停车时，先合上起动开关，运行开关断开，电机进行软停车；当电机完成停车过程后，起动开关断开，电机在停止状态。
本实用新型除了具有中国专利公告号CN2636498Y公开技术的上述优点外，还具有以下优点1、电机正常运行时，可变电抗器可断开与电源的连接，不会造成电能的浪费；2、软起动装置还包括隔离开关，隔离开关和起动开关同时合上和断开，当出现故障时，可变电抗器及其控制器可与电源和电机隔离，实现了隔离保护。
3、软起动装置还包括用于控制可变电抗器的控制器、用于测量线路上电压和电流的传感器，控制器可根据线路上电压的变化和预先的设定参数控制可变电抗器，实现了电机软起动的智能化控制。
4、起动开关、运行开关、隔离开关由控制器控制，整个软起动装置实现了全自动化控制。
5、控制器为单片机，控制方法简单，操作方便，设备成本低。
6、可变电抗器还包括控制绕组、功率变换电路。可变电抗器谐波分量大部分由控制绕组吸收，起到了良好的滤波效果，进而反映在电源上的谐波较小，对电网供电有利，同时也将降低了谐波污染。
7、功率变换电路包括晶闸管电路，晶闸管串联交流调压固态软起动方法与液态软起动方法相比，具有明显的技术优势和价格优势。
8、功率变换电路包括触发单元，使得单片机对可变电抗器的控制较为容易。
图1为本实用新型电机的软起动装置实施例1的结构示意图图2为控制器的结构框图图3为控制器的电路原理图图4为控制器软件流程图图5为晶闸管电路的电路原理图图6为触发单元的电路原理图图7控制器几种起动方式的电压曲线图图8为本实用新型电机的软起动装置实施例2的结构示意图具体实施方式
如图1所示的本实用新型电机的软起动装置实施例1，它为与0.4-10KV三相电机配套使用的电机的软起动装置。
电机的软起动装置包括可变电抗器2，可变电抗器2包括主绕组202，主绕组202分别串联在三相电源和电机1之间；软起动装置还包括起动开关K1、运行开关K2；起动开关K1串联在可变电抗器2与电源之间；运行开关K2与可变电抗器2、起动开关K1并联。
软起动装置还包括用于控制可变电抗器2的控制器3、用于测量线路上电压和电流的传感器4，传感器4的输出端与控制器连接。传感器4采用互感器HL-10/0.1。
可变电抗器2包括导磁铁芯201、主绕组202、控制绕组203、功率变换电路204；控制绕组203的两端与功率变换电路204连接。
控制器3通过功率变换电路控制可变电抗器2。起动开关K1、运行开关K2由控制器控制。
主绕组202的电机1连接端与电机1的定子或转子连接。
如图2所示，控制器3包括模拟信号输入/输出端、开关量信号输入/输出端。传感器4输出端与模拟信号输入端连接。起动开关K1、运行开关K2由控制器开关量信号输出端输出信号控制。控制器3为单片机。
依据当前的水平，单片机可以选用8031，8051，8096系列单片机。如图3所示，本实施例1的控制器使用了AT89C51单片机。传感器4的输出端与单片机的输入端U6连接。
单片机系统由晶振Y1、电容C1和C2与单片机X1、X2脚相连组成时钟电路，按键S1、电阻R1、R3和电容C3组成复位电路，锁存器U2(74HC573)为单片机总线扩展电路。
模拟量输入部分U6用来进行电压和电流信号的采集。将传感器获得的电压和电流信号输入A/D转换器完成从模拟量到数字量的转换。
A/D转换器可以选用ADC0809、TLC1543等A/D转换芯片，本控制器使用TLC1543A/D转换芯片。TLC1543的A0～A10模拟量输入引脚分别连接模拟量输入信号，EOC、CLK、DIN、DOUT、CS引脚分别与AT89C51的P1.0～P1.4引脚连接。
单片机的给定电流输出端AOUT；模拟量输出部分用来将数字量转换为模拟量，经过调理后输出一定的直流电压给功率变换单元，作为功率变换单元的给定。
D/A转换芯片采用TLC5615，TLC5615是一个串行10位DAC芯片，只需要3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器接口，适用于工业控制场合。
将TLC5615的DIN、SCLK和CS脚分别与AT89C51的I/O口(P1.5、P1.6和P1.7)相连，输出脚OUT输出D/A转换结果。
TLC5615的转换结果经过运算放大器组成的同相比例放大电路放大为功率变换单元所需要的给定电压。
AT89C51单片机通过8255扩展I/O口。8255有三个8位的并行口，端口可以编程为普通I/O口，也可以编程为选通I/O口和双向传输口。8255的D0～D7脚与AT89C51单片机的数据总线相连，A1，A0与单片机的地址总线相连。三个端口中，端口A和端口C的高4为扩展为输入口，端口B和端口C的低4位扩展为输出口，这样，就扩展了12个输入口和12个输出口。
输入的开关量输入到由8255扩展的输入口中，这样通过查询的方式即可取得输入的结果。部分需要快速响应的开关量，如启动、停止、故障等按照优先级的高低顺序接入优先编码器74HC148的8个输入引脚，74HC148的A0、A1和A2脚与AT89C51的P2.0、P2.1和P2.2连接，74HC148的GS脚与AT89C51的外部中断引脚INT0连接，这样，当这几个开关量输入时，AT89C51单片机就会转到中断服务程序，从而保证了对输入信号的及时响应。
如上一段所述，通过8255的端口B和端口C的低4位扩展了12个输出口。输出口驱动微型继电器。微型继电器线圈工作电压为12VDC，触点切换电压为24VDC，使用微型继电器的常开开关，当线圈吸合时，常开开关闭合，即可提供24VDC的开关量输出，用来控制起动开关K1、运行开关K2。
控制器的软件流程如图4，控制器的软件流程首先进行初始化，然后检测是否允许起动。当无报警信号、无故障信号、无停止信号及各个开关的闭合或断开状态均正常时产生允许起动的信号，起动开始。合起动开关，切换到起动回路中，然后进入起动程序模块。
功率变换电路204包括晶闸管电路，控制绕组203的两端与晶闸管电路的电流输出端连接。如图5所示，三个控制绕组203的地线与Na端连接，输入端分别与电流输出端a0、b0、c0连接。
功率变换电路204包括触发单元，触发单元的触发输出端与晶闸管电路的触发输入端连接；如图6所示，触发单元的触发输出端U1-U6与晶闸管电路的触发输入端V1-V6连接，单片机的给定电流输出端AOUT与触发单元的给定电流输入端(电流给定)连接。
控制器的起动程序模块包括斜坡起动模块、突跳脉冲起动模块和恒流起动模块，前两种起动模块只需要保证电压电流不超过限定值；第三种起动模块还需要控制电流的恒定，本实施例使用PID等控制算法来保持电流的恒定。起动时，根据预先的设定选择使用某一程序模块控制起动。如图7所示，a为电压斜坡曲线图，b为电压突跳脉冲曲线图，c为电压恒流曲线图。
起动结束后，合运行开关，跳起动开关，由起动回路切换到运行回路，电机正常运行。
电机运行结束后，产生停止信号，合起动开关，跳运行开关，切换到起动回路，然后，控制电机两端电压逐步减小，直到电机停止转动，最后结束整个流程。
如图8所示的本实用新型电机的软起动装置实施例2，软起动装置还包括隔离开关K3，隔离开关K3串联在可变电抗器2和电机1之间，并与运行开关K2并联。起动开关K1、运行开关K2、隔离开关K3由控制器控制。
使用时，隔离开关K3和起动开关K1同时合上和断开，当出现故障时，可变电抗器及其控制器可与电源和电机隔离，实现了隔离保护。
权利要求1.一种电机的软起动装置，它包括可变电抗器(2)，可变电抗器(2)包括主绕组(202)，主绕组(202)串联在电源和电机(1)之间；其特征在于软起动装置还包括起动开关(K1)、运行开关(K2)；起动开关(K1)串联在可变电抗器(2)与电源之间；运行开关(K2)与可变电抗器(2)、起动开关(K1)并联。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于它还包括隔离开关(K3)，隔离开关(K3)串联在可变电抗器(2)和电机(1)之间，并与运行开关(K2)并联。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于它还包括用于控制可变电抗器(2)的控制器(3)、用于测量线路上电压和电流的传感器(4)，传感器(4)的输出端与控制器连接。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于控制器为单片机，传感器(4)的输出端与单片机的模拟信号输入端连接。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于起动开关(K1)、运行开关(K2)、隔离开关(K3)由控制器(3)控制。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于可变电抗器(2)还包括控制绕组(203)、功率变换电路(204)；控制绕组(203)的两端与功率变换电路(204)连接。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于功率变换电路(204)包括晶闸管电路，控制绕组(203)的两端与晶闸管电路的电流输出端连接。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于功率变换电路(204)包括触发单元，触发单元的触发输出端与晶闸管电路的触发输入端连接；单片机的给定电流输出端与触发单元的给定电流输入端连接。
专利摘要本实用新型涉及一种电机的软起动装置，它包括可变电抗器(2)，可变电抗器(2)包括主绕组(202)，主绕组(202)串联在电源和电机(1)之间；软起动装置还包括起动开关(K1)、运行开关(K2)；起动开关(K1)串联在可变电抗器(2)与电源之间；运行开关(K2)与可变电抗器(2)、起动开关(K1)并联。电机正常运行时，可变电抗器可断开与电源的连接，不会造成电能的浪费。
文档编号H02P3/18GK2904474SQ20062009660
公开日2007年5月23日 申请日期2006年5月9日 优先权日2006年5月9日
发明者袁佑新, 陈静, 夏泽中, 胡红明, 袁培刚, 丁一, 赵彦威, 刘苏敏, 朱琦, 费杰 申请人:武汉理工大学