专利名称：同步电动机励磁与软启动一体化装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种同步电动机励磁与软启动一体化装置，具体地是涉及一种适用于化工，冶金，矿山等同步电机异步启动，同步运行的电动机励磁与软启动一体化装置。
背景技术：
目前国内同步电动机启动和投入直流励磁电源的方式主要是在同步电动机的定子回路投入高低压开关柜，利用励磁柜的灭磁电阻(固定)和一台高压软启动柜实现同步电机的异步起动，当同步电动机达到额定转速的90%后，由励磁柜投入直流励磁电源将同步电机拖入同步运行方式，一般需要一台高/低压柜，一台励磁柜，，一台软起动柜构成，起动电流大且占地面积大，另外由于利用几台柜体来满足同步电机运行，励磁相互连锁繁琐并且不可靠，一旦励磁柜出现故障接入定子回路的高/低压开关柜不能准确判别，往往造成励磁柜的灭磁电阻烧毁及可控硅击穿等故障现象，影响厂家的正常生产。
发明内容本实用新型的目的是针对上述不足，而提出的一种结构简单，体积小，启动可靠， 故障点少的同步电动机励磁与软启动一体化装置。本实用新型的技术解决方案是电流检测电路通过电流变送器CT1接收电动机M 的电流互感器信号，经过比较器队输入单片机控制电路进行判别后输出至软启动可控硅触发电路，软启动可控硅触发电路输出端接电动机M的启动电路；电动机转速检测电路将检测到的电动机M转速信号输入单片机控制电路，单片机控制电路将检测到的驱动信号输入励磁可控硅触发电路，励磁可控硅触发电路的输出端接电动机M的励磁电路。本实用新型的技术解决方案中所述的电流检测电路是由电流变送器CT1经过整流电路U1输出，再经过电位器RW和电阻R15分压后，经过电阻R14和电容C16接入运算放大器 U2-I的正向输入端3脚，负相输入端2脚经过电阻R16接入0电位，运算放大器U2-I的输出端1脚经过二极管D21和电容C17以及电阻R17, R18，R19，R20, R21反向输入到运算放大器U2-I 负相输入端2脚形成同相比例放大电路，+5V电源经过电阻&2，R23, R24形成比较电路嵌位电压UR，经过集成运放U2-I和选择开关U3与嵌位电压UR和比较器U2 -2形成过流判断回路，分别接单片机U9的11、12和19、20、22脚。本实用新型的技术解决方案中所述的软启动可控硅触发电路共三路，驱动电路U4 接脉冲变压器U5初级的一端，脉冲变压器U5初级的另一端经过电阻R17和电容C3并联接 +15V电源，脉冲变压器U5次级经过二极管D4-D7电压嵌位发接软启动电路的可控硅电路。本实用新型的技术解决方案中所述的单片机控制电路由单片机U9和外围电路组成，单片机U9采用嵌入式32位单片机，在单片机U9的60、62脚上连接有由晶振管Ml和电容C5，C6组成的振荡电路。本实用新型的技术解决方案中所述的转速检测电路是电动机M的转子绕组正、负极通过电阻R1, R2,稳压管ZI和二极管D3接光电藕合电路U6的输入端，光电藕合电路U6的输出端通过电阻r3、R4接单片机U9的沈脚。本实用新型的技术解决方案中所述的励磁触发电路是驱动电路U7连接脉冲变压器U8初级一端，脉冲变压器U8初级另一端通过电阻&并联电容C1再接到+15V电源，脉冲变压器U8次级通过二极管Dp D2,电阻R6,电容C2接励磁电路的可控硅的电路。本实用新型采用大功率固态软启动装置和利用嵌入式32位单片机系统实现电动机智能软起动和投励功能，在同步电动机起动时，在同步电动机定子回路串入三相反并联的可控硅，同步电动机的励磁绕组利用2只可控硅平滑调节励磁绕组的起动电阻大小实现同步电机平滑软启动，起动完毕后本实用新型的励磁电路投入直流励磁电源，本装置将同步电机的软起动，投励功能合二为一。并且本实用新型现场利用触摸屏显示电路实时监控软起动装置和投励系统的工作状况，同步电动机的软起动方式，起动电流，励磁电压，电流， 控制方式可在屏上更改，一旦两个系统任何一个出现故障通知前一级高/低压柜实现跳闸保护，本实用新型保护功能完善，两个系统共同利用一个单片机系统管理，避免原来利用相互连锁线路保护造成保护繁琐故障点多的弊端，且具有设备体积小，故障点少，集成化高等优点。
图1是本实用新型的方框图。图2是实用新型的电原理图。
具体实施方式
如图1、2所示，电流检测电路1通过电流变送器CT接收电动机M的电流互感器信号，经过比较器U2形成过流判断回路送入单片机控制电路5进行判别后输出至可控硅触发电路2，由可控硅触发电路2的驱动电路U4和隔离脉冲变压器U5控制电动机M的启动电路 3 ；电动机转速检测电路6将检测到的电动机M的转速信号输入到单片机控制电路5，单片机控制电路5根据检测到的电动机M的转速信号，驱动励磁可控硅触发电路7，由励磁可控硅触发电路7控制电动机M的励磁电路8。电流检测电路1由电流变送器CT1、比较器U2和选择开关U3组成，电流检测电路1 由电流变送器CT1将电动机M的电流互感器信号的交流0⑴5A电流信号变成0…2. 5mA的弱电流信号，再经过整流电路仏整流成直流信号，经过电位器RW和电阻R15的分压后，经过电阻R14和电容C16接入运算放大器U2-I的正向输入端3脚，负相输入端2脚经过电阻R16 接入0电位，运算放大器U2-I的输出端1脚经过二极管D21和电容C17以及电阻R17，R18，R19， R20, R21反向输入到运算放大器U2-I的负相输入端2脚形成同相比例放大电路，+5V电源经过电阻&2，R23, R24形成比较电路嵌位电压UR，将嵌位电压UR和运算放大器队-1的输出电压进行比较，按电动机功率大小确定电流互感器的变比，确定电动机额定电流转换为电压信号，经过集成运算放大器U2-I和选择开关U3组合，把电流/电压信号变换成1. 5-5倍的额定电流/电压信号，每变化0. 5倍额定定子电流为一档，再与嵌位电压UR和比较器U2形成过流判断回路分别接单片机U9的11、12脚和19、20、22脚进行判别。比如嵌位电压UR= 电机额定电流倍数为1. 5-5倍，电机额定电流/电压经过整流电路U1变成直流信号，再经过电位器RW变换成的电压信号，选择开关CD组合的电阻运放倍数。单片机U9根据电流大小按设定的电流倍数来设定检测电动机M在启动/运行过程中是否超过设定的电流倍数来调节软启动部分可控硅的导通角大小，从而来调节输入到电动机M定子回路的电压大小，以满足电动机M恒流启动或判别电动机M在启动/运行过程中是否过流，缺相等保护功能的实现。软启动可控硅触发电路由驱动电路U4和脉冲变压器U5组成，驱动电路U4采用 MC1413，驱动电路U4的一端接单片机U9的28脚，软启动可控硅触发电路2通过驱动电路U4 接收单片机控制电路5发出的触发脉冲信号，驱动电路U4的另一端与脉冲变压器U5初级的一端连接，脉冲变压器队初级的另一端经过电阻R7和电容C3并联接+15V电源。脉冲变压器U5次级经过二极管D4-D7电压嵌位发送给软启动电路3的可控硅VT1-6，IOKV电机采用 5只可控硅串联再进行反并联连接，3相电路共需要3组30只可控硅。6KV电机采用3只可控硅串联再和另3只串联的可控硅进行反并联连接，3相电路共需18只可控硅。软启动电路3对于低压电机采用三组反并联可控硅，通过改变可控硅的导通角度来实现电动机M的降压软启动，对于高压电机采用串联可控硅组件，如IOKV电机采用5只可控硅串联再和另5只串联进行反并联连接，6KV电机采用3只可控硅串联再和另3只串联的可控硅进行反并联连接，来实现高压电机的降压软启动，启动完毕后，交流接触器KM 吸合，电机全压运行。汉字显示电路4由显示器和外围电路组成，+15V电源接入显示器Rci的5脚， 经过电容C15和电容C5接到负电源USS，通过显示器U10的5，6脚和单片机U9的1、2脚进行串口通讯，显示器Ultl的3脚和18脚接电阻&，由电阻&的大小来调节显示器Rci的对比度， +15V电源通过电阻Rltl接到显示器U10的19脚，主要调节显示器U10的背光状态，显示器U10 主要显示电机运行过程状况及启动方式，启动电流大小的设定及各种故障显示。单片机控制电路5由单片机仏和外围电路组成，单片机队采用LPC2132FBD64，采用嵌入式32位单片机U9实现电动机智能软起功能和投励功能统一管理，对参数设定，各种故障保护判别，实时检测电机工作状态，晶振管M1和电容C5，C6形成振荡电路分别接到单片机的60，62脚。转速检测电路6由光藕合电路U6和稳压管ZI组成，转子电压信号通过电阻R1, &， 稳压管ZI和二极管D3输入光藕合电路U6的输入端，光藕合电路U6由发光二极管和三极管组成，通过电阻民，礼，+15￥电源在光藕合电路U6的输出端转换成直流脉冲信号传送给单片机队的沈脚，当同步电动机M达到额定转速的90%，也即转差率达到10%后，单片机控制电路5发出投励信号，导通励磁电路8可控硅VT10-VT60，将同步电动机M牵入同步运行。励磁可控硅触发电路7由驱动电路U7和脉冲变压器队组成，驱动电路7的一端接单片机U9的33脚，另一端接脉冲变压器U8初级的一端，单片机U9根据电机转子频率信号达到设定转差率1 %-10%后，发触发信号到驱动电路U7，再通过脉冲变压器U8初级一端，脉冲变压器U8初级另一端通过电阻&并联电容C1再接到+15V电源。脉冲变压器U8次级通过二极管Dp D2,电阻R6,电容C2发出触发信号G10-G60，和K10-K60来触发励磁电路8的可控硅VT10-60。励磁电路8由三组(每组2只串联)可控硅模块VTltl-VT6tl组成全波整流电路，由两只反并联的可控硅VTTO，VT80和灭磁电阻R组成灭磁电路，其中灭磁电路是为了满足同步电机在启动过程中实现异步软启动，全波整流电路是满足同步电机同步运行过程中提供直流励磁电源。
权利要求1.一种同步电动机励磁与软启动一体化装置，其特征是电流检测电路(1)通过电流变送器CT1接收电动机M的电流互感器信号，经过比较器U2输入单片机控制电路(5)进行判别后输出至软启动可控硅触发电路(2)，软启动可控硅触发电路(2)输出端接电动机M的启动电路(3);电动机转速检测电路(6)将检测到的电动机M转速信号输入单片机控制电路 (5)，单片机控制电路(5)将检测到的驱动信号输入励磁可控硅触发电路(7)，励磁可控硅触发电路(7)的输出端接电动机M的励磁电路(8)。
2.根据权利要求1所述的同步电动机励磁与软启动一体化装置，其特征是所述的电流检测电路(1)是由电流变送器CT1经过整流电路仏输出，再经过电位器RW和电阻R15分压后，经过电阻R14和电容C16接入运算放大器U2-I的正向输入端3脚，负相输入端2脚经过电阻R16接入0电位，运算放大器U2-I的输出端1脚经过二极管D21和电容C17以及电阻R17， Ri8'Ri9'R2O'R2I反向输入到运算放大器U2-I负相输入端2脚形成同相比例放大电路，+5V电源经过电阻1 22，1 23，R24形成比较电路嵌位电压UR经过集成运放U2-I和选择开关U3与嵌位电压UR和比较器U2 -2形成过流判断回路，分别接单片机U9的11、12和19、20、22脚。
3.根据权利要求1所述的同步电动机励磁与软启动一体化装置，其特征是所述的软启动可控硅触发电路(2)共三路，驱动电路U4接脉冲变压器U5初级的一端，脉冲变压器U5 初级的另一端经过电阻R17和电容C3并联接+15V电源，脉冲变压器U5次级经过二极管 D4-D7电压嵌位接软启动电路(3)的可控硅VT1-VT6电路。
4.根据权利要求1所述的同步电动机励磁与软启动一体化装置，其特征是所述的单片机控制电路(5)由单片机U9和外围电路组成，单片机U9采用嵌入式32位单片机，在单片机U9的60、62脚上连接有由晶振Ml和电容C5，C6组成的振荡电路。
5.根据权利要求1所述的同步电动机励磁与软启动一体化装置，其特征是所述的转速检测电路(6)是电动机M的转子绕组正、负极通过电阻1^ ，稳压管ZI和二极管D3接光藕合电路U6的输入端，光藕合电路U6的输出端通过电阻R3、R4接单片机U9的沈脚。
6.根据权利要求1所述的同步电动机励磁与软启动一体化装置，其特征是所述的励磁触发电路(7 )是驱动电路U7连接脉冲变压器U8初级一端，脉冲变压器U8初级另一端通过电阻&并联电容C1再接到+15V电源，脉冲变压器U8次级通过二极管Dp D2,电阻R6,电容 C2接励磁电路(8)的可控硅VT10-60的电路。
专利摘要本实用新型同步电动机励磁与软启动一体化装置。它主要是解决已知的同步电动机在启动时需投入三个柜体，占地面积大，一旦励磁柜出现故障，易出现误动作造成灭磁电阻烧毁和可控硅击穿的问题。本实用新型是电流检测电路通过电流变送器CT1接收电动机M的电流互感器信号，经过比较器U2输入单片机控制电路进行判别后输出至软启动可控硅触发电路，软启动可控硅触发电路输出端接电动机M的启动电路；电动机转速检测电路将检测到的电动机M转速信号输入单片机控制电路，单片机控制电路将检测到的驱动信号输入励磁可控硅触发电路，励磁可控硅触发电路的输出端接电动机M的励磁电路。
文档编号H02P6/20GK202059361SQ20112011198
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月16日 优先权日2011年4月16日
发明者朱运强, 朱运方 申请人:襄樊腾辉电气制造有限公司