专利名称：交流电动机软启动器的制作方法
技术领域：
本实用新型属电动机控制领域，尤其是一种交流电动机软启动器。
背景技术：
目前，交流电动机软启动器以体积小、重量轻、全固态、电子式、成本低等众多优势 正在逐步替代传统的电动机启动设备，如星三角启动设备、自藕变压器启动设备等，已经广 泛应用于工农业生产的各种领域。正是由于软启动器应用的逐步扩大，人们对其可靠性、体 积、重量等指标提出了越来越高的要求。现有的交流电动机软启动器存在的主要问题是 (1)内部的同步电路结构复杂，同步电路中的同步信号均采用同步变压器及进行采集，使用 同步变压器既增大了软启动器的体积和重量，又大量消耗了铜和铁等不可再生性资源，同 时对启动时间、启动电压和启动电流也不能精确控制；(2)内部检测电路通常需要实现相 序检测、功率因数角检测和断相保护等功能，其电路结构及接线复杂，增加了整机的体积和 重量，降低了整机的可靠性；(3)现有的软启动器通常不具备轻载节电功能，造成电能的浪 费，或者虽然具有一定节电效果，但是由于其线路复杂，通用性差，稳定性差，使用效果并不 理想。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电路结构简单、控制准确、
体积小、重量轻并且具有较好节电效果的交流电动机软启动器。 本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的 —种交流电动机软启动器，由机壳及电气部分构成，在机壳上设置有与交流电源 相连接的电源接线端子和与电动机相连接的电动机接线端子，电气部分由功率模块和控 制电路组成，功率模块由三对反并联的晶闸管构成，控制电路由第一微处理器、第二微处理 器、管压降信号检测电路、脉冲生成电路、输入接口模块、输出接口模块及电流检测电路构 成，功率模块两端分别与电源接线端子和电动机接线端子相连接，第一微处理器通过管压 降信号检测电路、脉冲生成电路与功率模块相连接，第二微处理器分别通过I/O接口与电 流检测电路、输入接口模块、输出接口模块相连接，电流检测模块的另一端与功率模块相连 接，第二微处理器通过USART接口与M0DBUS接口模块相连接。第二微处理器还通过SPI接 口与机壳上安装的显示操作面板相连接。 而且，所述的管压降信号检测电路由同步信号生成模块及三相管压降信号检测模 块构成，同步信号生成模块由连接在一对反并联的晶闸管两端的吸收阻容、滤波电容、分压 电阻、运算放大器、光电耦合器依次连接构成；每相管压降信号检测模块由限流电阻、光电 耦合器、三极管和滤波电容依次连接构成，该限流电阻的一端及光电耦合器的一端分别接 在一对反并联晶闸管的两个阴极上。 而且，所述的显示操作面板包括按键、数码管及指示灯。 而且，所述的第二微处理器还通过USART方式与M0DBUS接口模块相连接。[0009] 而且，所述的第一微处理器采用的是87C51芯片，所述的第二微处理器采用的是 ATMEGA16芯片。 本实用新型的优点和积极效果是 1.本交流电动机软启动器电路简单，其通过在每相主回路中安装一对反并联的晶 闸管并通过管压降信号检测电路及两个微处理器实现同步检测、相序检测、断相保护检测、 功率因数角检测和节电五种功能，能够对启动时间、启动电压和启动电流进行精确控制，增 强了软启动器的整体功能，提高了系统的稳定性。 2.本交流电动机软启动器与传统软启动器相比，省掉了笨重的同步变压器，减小
了软启动器的体积和重量，减少了铜和铁等不可再生性资源的使用，有利于环保。 3.本交流电动机软启动器使用第一微处理器能够自动跟踪负载变化，通过对电流
和功率因数的综合计算，控制输出电压，降低励磁电流，提高功率因数，实现节电功能，具有
节电运行稳定可靠、节电效果明显、通用性强的特点。 4.本实用新型的控制电路简单、控制准确、体积小、重量轻并且节电效果明显，可 广泛应用于交流电动机启动控制领域。
图1是本实用新型的外观示意图； 图2是机壳内的电气部分方框图； 图3是功率模块及管压降信号检测电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。 —种交流电动机软启动器，如图1所示，由机壳1、机壳上安装的显示操作面板2及 机壳内的电气部分构成，在机壳上设置有三个电源接线端子3和三个电动机接线端子7，三 个电源接线端子与交流电源相连接，三个电动机接线端子与电动机相连接，三个电源接线 端子及三个电动机接线端子的另一端分别与机壳内的电气部分相连接。显示操作面板包括 8个按键6、4位8段数码管5及7个状态指示灯4，数码管能够显示软启动器的各种状态和 运行数据，7个状态指示灯分别为控制电源指示灯、电流指示灯、软启指示灯、旁路指示灯、 通讯指示灯、运行指示灯和停车指示灯，8个按键分别为运行键、停车键、功能键、参数键、急 停/复位键、增加键、减少键和存储键。 机壳内的电气部分，如图2所示，由功率模块、第一微处理器、第二微处理器、管 压降信号检测电路、脉冲生成电路、电流检测电路、输入接口模块、输出接口模块及M0DBUS 接口模块构成，在本实施例中，第一微处理器采用的是87C51芯片，第二微处理器采用的 是ATMEGA16芯片。功率模块两端分别与电源接线端子和电动机接线端子相连接，第一微 处理器通过I/O接口与管压降信号检测电路、脉冲生成电路相连接，管压降信号检测电路、 脉冲生成电路的另一端与功率模块相连接，第一微处理器通过SPI接口与第二微处理器相 连接，第二微处理器分别通过I/O接口与电流检测电路、输入接口模块、输出接口模块相连 接，电流检测模块的另一端与功率模块相连接，第二微处理器还通过USART方式与M0DBUS 接口模块相连接，第二微处理器还通过SPI接口与机壳上安装的显示操作面板相连接。[0021] 电气部分的功率模块，如图3所示，由三对反并联的晶闸管(Gl和G2、G3和G4、G5 和G6)构成，每只晶闸管接收从第一微处理器发送的脉冲信号，由脉冲信号控制其导通，在 电流过零点以后晶闸管关断。第一微处理器根据管压降信号检测电路传送来的检测信号及 预先设置好的控制参数进行计算，决定每只晶闸管的触发脉冲，从而决定晶闸管有规律的 导通和关断，这样交流电动机的电流和电压就按照可控的方式连续变化，实现电动机的可 控启动及节电运行。 如图3所示，管压降信号检测电路由同步信号生成模块及三相管压降信号检测模 块构成，Gl和G2、 G3和G4、 G5和G6为三对反并联的晶闸管，R7、 C2， R14、 C9， R21、 C12为 吸收阻容，C3、 C8、 Cll为滤波电容，R3、 R37、 R38为接地电阻，用以获得相电压信号。同步 信号生成模块由连接在一对反并联的晶闸管两端的吸收阻容(R7、 C2)、滤波电容C3、分压 电阻R3、运算放大器LM358、光电耦合器0PT7依次连接构成，交流电源的Ll相经R3、 R2的 分压，再经LM358运算放大器的整形、隔离后，由A'点输出作为同步信号。三相管压降信 号检测模块完全相同，以Ll相管压降信号检测模块为例，该模块由限流电阻R8、光电耦合 器0PT1、三极管V1和滤波电容C4依次连接构成，该限流电阻的一端及光电耦合器的一端分 别接在两个晶闸管的两个阴极上，在该模块中，管压降是取自反并联的两只晶闸管的阴极 Kl和K2，而这两点也正好是控制部分触发脉冲的阴极线，所以可以直接检测，并经R8限流 和0PT1的隔离，再经VI和滤波电容C4由Al点输出。该管压降信号检测电路主要完成同 步、相序、断相、功率因数角、节电等信号的采集、调理和隔离，最后将其送入第一微处理器 中供其内部的控制软件使用。同步信号是发出触发信号的参考和依据，它是严格和电网同 步的，同步信号检测电路的稳定工作直接决定着软启动器稳定工作。管压降信号检测电路 主要完成五种功能1、采集同步信号，决定触发脉冲的时刻；2、完成相序检测，以实现相序 保护；3、完成电动机断相保护功能；4、检测功率因数角，计算功率因数；5、检测晶闸管的管 压降信号宽度，实现电动机的轻载节电功能。 控制电路中的脉冲生成电路主要完成触发脉冲的整形、放大、隔离，触发脉冲由第 一微处理器生成后，经过整形电路整形，再由脉冲变压器隔离和放大，最后送到功率部分的 晶闸管，实现最终控制。 控制电路中的电流检测电路主要检测电动机的实时工作电流，经过调理和放大后 将其送入第二微处理器，该电流检测电路主要用来完成启动电流的控制、电动机的过载保 护、过流保护、欠流保护和电动机工作电流的实时显示。 控制部分的核心为两个微处理器，第一微处理器和第二微处理器之间通过SPI接 口进行通讯。其中第一微处理器采集电网的同步、相序、断相、功率因数角、节电等信号，完 成触发角度的计算和触发脉冲的生成，其内置的控制软件根据参数的变化，应用晶闸管相 移技术，使加到电动机上的电压按某一规律慢慢达到全电压；通过适当地设置控制参数，可 以使电动机的转矩和电流与负载要求得到较好的匹配；第一微处理器能够自动跟踪负载变 化，通过对电流和功率因数的综合计算，控制输出电压，降低励磁电流，提高功率因数，实现 节电功能。第二微处理器通过输入接口模块采集外部输入控制信号和电流信号，外部输入 控制信号主要包括启动、停车、复位等；通过输出接口模块输出控制信号实现保护功能，这 些输出控制信号主要包括旁路信号、运行信号、故障信号、4-20mA模拟输出等；第二微处理 器还完成与显示操作面板的通讯以及通过MODBUS接口模块和其他设备通讯，该MODBUS通讯接口主要用来实现软启动器和其他具有MODBUS通讯接口的设备或上位机进行通讯；该
显示面板主要完成软启动器的各种控制参数的输入和各种状态、运行数据的显示。 需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实
用新型并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的
技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
权利要求一种交流电动机软启动器，由机壳及电气部分构成，在机壳上设置有与交流电源相连接的电源接线端子和与电动机相连接的电动机接线端子，其特征在于电气部分由功率模块和控制电路组成，功率模块由三对反并联的晶闸管构成，控制电路由第一微处理器、第二微处理器、管压降信号检测电路、脉冲生成电路、输入接口模块、输出接口模块及电流检测电路构成，功率模块两端分别与电源接线端子和电动机接线端子相连接，第一微处理器通过管压降信号检测电路、脉冲生成电路与功率模块相连接，第二微处理器分别通过I/O接口与电流检测电路、输入接口模块、输出接口模块相连接，电流检测模块的另一端与功率模块相连接，第二微处理器通过USART接口与MODBUS接口模块相连接，第二微处理器还通过SPI接口与机壳上安装的显示操作面板相连接。
2. 根据权利要求1所述的交流电动机软启动器，其特征在于所述的管压降信号检测 电路由同步信号生成模块及三相管压降信号检测模块构成，同步信号生成模块由连接在一 对反并联的晶闸管两端的吸收阻容、滤波电容、分压电阻、运算放大器、光电耦合器依次连 接构成；每相管压降信号检测模块由限流电阻、光电耦合器、三极管和滤波电容依次连接构 成，该限流电阻的一端及光电耦合器的一端分别接在一对反并联晶闸管的两个阴极上。
3. 根据权利要求1所述的交流电动机软启动器，其特征在于所述的显示操作面板包 括按键、数码管及指示灯。
4. 根据权利要求1所述的交流电动机软启动器，其特征在于所述的第二微处理器还 通过USART方式与M0DBUS接口模块相连接。
5. 根据权利要求1所述的交流电动机软启动器，其特征在于所述的第一微处理器采 用的是87C51芯片，所述的第二微处理器采用的是ATMEGA16芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种交流电动机软启动器，由机壳及电气部分构成，其主要特点是电气部分由功率模块和控制电路组成，功率模块由三对反并联的晶闸管构成，控制电路由第一微处理器、第二微处理器、管压降信号检测电路、脉冲生成电路、输入接口模块、输出接口模块及电流检测电路构成，功率模块两端分别与电源接线端子和电动机接线端子相连接，第一微处理器通过管压降信号检测电路、脉冲生成电路与功率模块相连接，第二微处理器分别通过I/O接口与电流检测电路、输入接口模块、输出接口模块相连接，电流检测模块的另一端与功率模块相连接。本实用新型的控制电路简单、控制准确、体积小、重量轻并且节电效果明显，可广泛应用于交流电动机启动控制领域。
文档编号H02P1/28GK201479065SQ20092030740
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月5日 优先权日2009年8月5日
发明者吴世红 申请人:天津天传电子有限公司