专利名称：一种无速度传感器的离散变频软起动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电动机起动技术领域，具体涉及一种交流感应电动机离散变频软起动装置，是一种特别适用电动机重载起动的软起动装置。
背景技术：
软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机起动装置，国外称为Soft Statrer0目前，交流感应电动机软起动装置有自耦变压器、水电阻、可控电抗器、磁饱和电抗器、固态软起动器、变频器等。变频器更多的是用在调速场合，成本比较高且控制复杂，对于不需要调速且频繁起动的的场合，显然性价比太低。固态软起动器控制性能最好，应用最普遍，逐渐取代了传统的软起动装置，它是根据晶闸管调压原理，通过调节晶闸管的触发角，控制其导通时间，使输出电压由小至大逐渐上升，直到电源电压，从而减小了起动电流的冲击。然而，降压起动的一个很大缺点是起动电磁转矩的跌落。电机的起动转矩与所加的定子侧端电压的平方成正比，减小电压就会严重降低起动转矩，使得电机带重载起动困难。所以降压起动只适合空载起或轻载起动，对于需要重载或满载起动的电机并不适用。在实际应用中，很大一部分电机是要求能带重载甚至满载起动，如起重机、粉碎机、球磨机、皮带传送机等，在这种情况下，采用直接起动方式会产生很大的危害:a、对生产机械造成冲击；b、会造成过大的起动电流对电网的冲击；c、不受控的起动在过载或低电压时会导致大型电动机起动失败。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种在起动过程中逐步提高电压的同时，相应地将频率由低至高上升到电网频率，来提高起动转矩、降低起动电流的离散变频软起动装置，同时引入无速度传感器，保证各分频段切换平滑，起动平稳。一种无速度传感器的离散变频软起动装置，包括连接在电源与电动机之间的三相电压互感器，三相反并联晶闸管，三相电流互感器构成的主回路及主回路控制电路，所述主回路采用传统晶闸管软起动的主回路结构；所述主回路控制电路包括电压同步信号采集电路、电压采样电路、高频恒流触发单元、电流过零检测电路、DSC控制器、电流采样电路；其中所述电压同步信号采集电路、所述电压采样电路分别连接在所述主回路电源输入端与所述DSC控制器之间，所述电流采样电路、所述电流过零检测电路分别连接在所述主回路电源输出端与所述DSC控制器之间；所述高频恒流触发单元连接在所述主回路各晶闸管控制端与所述DSC控制器之间。本实用新型的有益效果:本装置给出了一种实用的离散变频软起动方式来解决晶闸管软起动不能实现三相鼠笼式异步电动机重载起动的问题。实现了真正的平滑升频软起动，减小了起动冲击和起动电流，提高了起转矩，可使电机在重载或满载下平滑起动。由于离散变频软起动采用传统晶闸管软起动的主回路结构，只改变了晶闸管触发的控制方法，所以成本没有增加，然而在性能上明显优于传统的晶闸管软起动，实现了近似于变频器的软起动性能。
图1为本实用新型的系统结构示意图；图2是本实用新型的电压同步信号采集电路原理图；图3是本实用新型的电压采样电路原理图；图4是本实用新型的电流采样电路原理图；图5是本实用新型的电流过零检测电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型无速度传感器的离散变频软起动装置，包括连接在电源与电动机之间的三相电压互感器1，三相反并联晶闸管2，三相电流互感器3构成的主回路及主回路控制电路；主回路控制电路由DSC控制器9、电压同步信号采集电路7、电流过零检测电路6、电压采样电路8、电流采样电路10及高频恒流触发单元5 ;其中电压同步信号采集电路7、电压采样电路8分别连接在主回路电源输入端与DSC控制器9之间，电流采样电路10、电流过零检测电路6分别连接在主回路电源输出端与DSC控制器9之间；高频恒流触发单元5连接在主回路各晶闸管控制端与DSC控制器9之间。电流过零检测电路6由电压互感器、二极管桥式整流电路和隔离光耦构成。电压同步信号采集电路7由电压互感器、二级运放芯片及外围元器件组成的放大电路、比较器及外围元器件组成的比较电路、与门、施密特触发器构成。电压采样电路8由电压互感器、二级运放芯片及外围元器件组成的放大电路构成。电流采样电路10由电流互感器、二级运放芯片及外围元器件组成的放大电路、二极管、电容、电阻构成。本实用新型所述一种无速度传感器的离散变频软起动装置中的变频方式是按照f/N的方式进行频段划分，其中f为电网频率，电网频率为50HZ，理论N可取1，2，3...50自然数，本实用新型中选取了 50HZ(N = 1),25HZ(N = 2),16.7HZ(N = 3),12.5HZ(N = 4)，
7.14HZ(N= 7),5HZ(N= 10),3.85HZ(N= 13)七个频段完成离散变频起动方式，本实用新型中的调压方式是根据当前频率包含的波头数而进行斩波调压控制，保证各分频段转矩的最大化，并通过检测电机相电流和续流角的变化，保证电机在接近各频段的额定转速时，切换到下一频段。实施例1:结合图1，本实用新型无速度传感器的离散变频软起动装置，包括由电动机4、三相电压互感器1、三相反并联晶闸管2、三相电流互感器3、电压同步信号采集电路
7、电压采样电路8、高频恒流触发单元5、电流过零检测电路6、DSC控制器9、电流采样电路
10、液晶显示器11、单片机12、键盘13。三相交流电经经三相电压互感器I分别与三相反并联晶闸管2的三个输入端、电压同步信号采集电路7、电压采样电路8相连接，三相反并联晶闸管2的三个输出端通过三相电流互感器3分别与电动机4的三个输入端连接，电压同步信号采集电路7的信号输出端连接DSC控制器9的一个电压信号过零检测输入端，电压采样电路8的信号输出端连接DSC控制器9的另一个电压信号检测输入端，电流过零检测电路6的信号输出端连接DSC控制器9的一个电流信号过零检测输入端，电流采样电路10的信号输出端连接DSC控制器9的另一个电流信号检测输入端，DSC控制器9的控制信号输出端连接高频恒流触发单元5的信号输入端，高频恒流触发单元5的信号输出端连接三相反并联晶闸管2的控制信号输入端，DSC控制器9的数据输入输出端连接单片机12的数据输出输入端，单片机12的显示信号输出端连接液晶显示器11的信号输入端，键盘13的信号输出端连接单片机12的信号输入端。实施例2:结合图2-图5，本实用新型主要包括主回路及主回路控制电路，主回路由三相电压互感器1、三相反并联晶闸管2、三相电流互感器3构成，通过控制主回路中的双向晶闸管的导通来实现改变加载在电机端的电压和频率。主回路控制电路包括电压同步信号采集电路7、电压采样电路8、高频恒流触发单元5、电流过零检测电路6、DSC控制器9、电流采样电路10。如图2所示，电压同步信号采集电路将电压互感器二次侧交流信号调理成方波信号，作为触发脉冲对应的每个分频周期的基准时刻；如图3所示，电压采样电路将电压互感器二次侧输出电压信号调理至O 5V供DSC控制器采集；如图4所示，电流采样电路将电流互感器二次侧输出信号调理至O 5V供DSC控制器采集；如图5所示，电流过零检测电路是通过检测晶闸管管压降信号，并通过电压互感器、桥式整流和隔离光耦，输出一定频率的方波信号。DSC控制器9输出驱动控制脉冲，电压采样电路8跟踪输入电压的幅值大小，电流采样电路跟踪装置输出电流大小，电压同步信号采集电路7提供驱动控制脉冲的基准时刻，电流过零检测电路6提供输出电流过零时刻，高频恒流触发单元5按照DSC控制器9的驱动控制脉冲对晶闸管进行控制，这样离散变频软起动装置根据电压采样值，电流采样值，电流过零信号与电压同步信号比较得出电机续流角的准确值协调控制离散频段平滑切换和输出电流有效值达到小起动电流，高起动转矩的变频起动效果。实施例3:本实用新型采用传统晶闸管的主回路结构，通过合理的控制三相晶闸管的触发顺序，在调节电压的同时也适当的调节交流电的频率，来实现离散变频的控制。起动过程中是将离散的频率逐步提升，直到同电网频率(50HZ)达到一致，则实现了离散变频软起动。将三相正弦交流电变频的方法是通过晶闸控制交流电的通断，将η周期的交流电合并为一个周期。本实用新型是7级变频软起动，频率由ΟΗΖ-3.85ΗΖ-5ΗΖ-7.14ΗΖ-12.5ΗΖ-16.7ΗΖ-25ΗΖ-50ΗΖ，分为七个阶段，第一阶段，DSC控制器发出f/13触发驱动信号，在电源每26个半波中，按照计算出的最优方式去掉其中的13个半波，并对剩余的13个半波斩波调压，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/13，即3.85HZ，通过电流信号和续流角信号采样，协调控制电机转速接近对应该频段的额定转速时切换到下一频段。第二阶段，DSC控制器发出f/ΙΟ触发驱动信号，在电源每20个半波中，按照计算出的最优方式去掉其中的10个半波，并对剩余的10个半波斩波调压，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/10，即5HZ，通过电流信号和续流角信号采样，协调控制电机转速接近对应该频段的额定转速时切换到下一频段。第三阶段，DSC控制器发出f/7触发驱动信号，在电源每14个半波中，按照计算出的最优方式去掉其中的7个半波，并对剩余的7个半波斩波调压，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/7，即7.14HZ，通过电流信号和续流角信号采样，协调控制电机转速接近对应该频段的额定转速时切换到下一频段。第四阶段，DSC控制器发出f/4触发驱动信号，在电源每8个半波中，按照计算出的最优方式去掉其中的4个半波，并对剩余的4个半波斩波调压，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/4，即12.5HZ，通过电流信号和续流角信号采样，协调控制电机转速接近对应该频段的额定转速时切换到下一频段。第五阶段，DSC控制器发出f/3触发驱动信号，在电源每6个半波中，按照计算出的最优方式去掉其中的3个半波，并对剩余的3个半波斩波调压，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/3，即16.7HZ，通过电流信号和续流角信号采样，协调控制电机转速接近对应该频段的额定转速时切换到下一频段，在这一频段电机处在不对称电源运行状态下，应尽量缩短这一频段的运行时间。第六阶段，DSC控制器发出f/2触发驱动信号，在电源每4个半波中，按照计算出的最优方式去掉其中的2个半波，并对剩余的2个半波斩波调压，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/2，即25HZ，通过电流信号和续流角信号采样，协调控制电机转速接近对应该频段的额定转速时切换到下一频段，在这一频段电机处在不对称电源运行状态下，应尽量缩短这一频段的运行时间。第七阶段，当电机转速基本达到1/2额定转速时，DSC控制器发出工频触发驱动信号，即所有半波都有触发脉冲，对交流电每个工频半波进行斩波调压控制，这样就实现了电机从25HZ到50HZ的转变过程。本实用新型实现了平滑升频软起动，具有小起动电流，高起动转矩，分频段切换平滑的特点，可使电机在重载或满载下平滑起动。由于离散变频软起动采用传统晶闸管软起动的主回路结构，只改变了晶闸管触发的控制方法，所以成本没有增加，然而在性能上明显优于传统的晶闸管软起动，实现了近似于变频器的软起动性能。主要用于三相异步电机带重载或满载起动的场合。为了举例说明本实用新型的实现，描述了上述的具体实施方式
。但是本实用新型的其他变化和修改，对于本领域技术人员是显而易见的，在本实用新型所公开的实质和基本原则范围内的任何修改/变化或者仿效变换都属于本实用新型的权利要求保护范围。
权利要求1.一种无速度传感器的离散变频软起动装置，包括连接在电源与电动机之间的三相电压互感器，三相反并联晶闸管，三相电流互感器构成的主回路及主回路控制电路，其特征在于，所述主回路采用传统晶闸管软起动的主回路结构；所述主回路控制电路包括电压同步信号采集电路、电压采样电路、高频恒流触发单元、电流过零检测电路、DSC控制器、电流采样电路；其中所述电压同步信号采集电路、所述电压采样电路分别连接在所述主回路电源输入端与所述DSC控制器之间，所述电流采样电路、所述电流过零检测电路分别连接在所述主回路电源输出端与所述DSC控制器之间；所述高频恒流触发单元连接在所述主回路各晶闸管控制端与所述DSC控制器之间。
2.根据权利要求1所述的无速度传感器的离散变频软起动装置，其特征在于，该装置还包括液晶显示器、单片机和键盘；所述三相电压互感器分别与所述三相反并联晶闸管的三个输入端、所述电压同步信号采集电路、所述电压采样电路相连接，所述三相反并联晶闸管的三个输出端通过所述三相电流互感器分别与所述电动机的三个输入端连接，所述电压同步信号采集电路的信号输出端连接所述DSC控制器的一个电压信号过零检测输入端，所述电压采样电路的信号输出端连接所述DSC控制器的另一个电压信号检测输入端，所述电流过零检测电路的信号输出端连接所述DSC控制器的一个电流信号过零检测输入端，所述电流采样电路的信号输出端连接所述DSC控制器的另一个电流信号检测输入端，所述DSC控制器的控制信号输出端连接所述高频恒流触发单元的信号输入端，所述高频恒流触发单元的信号输出端连接所述三相反并联晶闸管的控制信号输入端，所述DSC控制器的数据输入输出端连接所述单片机的数据输出输入端，所述单片机的显示信号输出端连接所述液晶显示器的信号输入端，所述键盘的信号输出端连接所述单片机的信号输入端。
3.根据权利要求1和2所述的无速度传感器的离散变频软起动装置，其特征在于，所述电流过零检测电路由电压互感器、二极管桥式整流电路和隔离光耦构成。
4.根据权利要求1和2所述的无速度传感器的离散变频软起动装置，其特征在于，所述电压同步信号采集电路由电压互感器、二级运放芯片及外围元器件组成的放大电路、比较器及外围元器件组成的比较电路、与门、施密特触发器构成。
5.根据权利要求1和2所述的无速度传感器的离散变频软起动装置，其特征在于，所述电压采样电路由电压互感器、二级运放芯片及外围元器件组成的放大电路构成。
6.根据权利要求1和2所述的无速度传感器的离散变频软起动装置，其特征在于，所述电流采样电路由电流互感器、二级运放芯片及外围元器件组成的放大电路、二极管、电容、电阻构成。
专利摘要本实用新型公开了一种无速度传感器的离散变频软起动装置，主回路采用传统晶闸管软起动的主回路结构；主回路控制电路中的电压同步信号采集电路、电压采样电路分别连接在主回路电源输入端与DSC控制器之间，电流采样电路、电流过零检测电路分别连接在主回路电源输出端与DSC控制器之间；高频恒流触发单元连接在主回路各晶闸管控制端与DSC控制器之间。本实用新型的有益效果本装置减小了起动冲击和起动电流，提高了起转矩，可使电机在重载或满载下平滑起动。由于离散变频软起动采用传统晶闸管软起动的主回路结构，只改变了晶闸管触发的控制方法，所以成本没有增加，然而在性能上明显优于传统的晶闸管软起动，实现了近似于变频器的软起动性能。
文档编号H02P1/28GK203057040SQ201220717338
公开日2013年7月10日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者李鹏, 王怡华, 程世国, 宁国云 申请人:大禹电气科技股份有限公司