交流异步电机复合型软启动器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种交流异步电机复合型软启动器，涉及功率器件的柔性控制技术、运行无能耗技术、电参数实时测控技术、可靠的故障保护技术、先进微处理器实现技术，属于交流异步电机启动【技术领域】，主要特点是由微控制芯片STM32，对应交流电各相的全控型功率器件IGBT和磁保持继电器构成；由于运用了全控型器件IGBT，本实用新型不会对电网产生谐波电压与电流；运用了磁保持继电器使得控制器在电机正常运转后不会产生功耗，本实用新型同时对运行中的交流异步电机三相电流、三相电压进行实时监控，做到准确的过流、过载、过压、欠压、缺相、堵转、短路等故障的测量并进行快速操作，能够在电机任何故障下保护电机及本装置，代替市场中专门用于电机保护装置，从而省去电机控制与保护开关电器（CPS）。
【专利说明】交流异步电机复合型软启动器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种交流异步电机复合型软启动器，涉及功率器件的柔性控制技术、运行无能耗技术、电参数实时测控技术、可靠的故障保护技术、先进微处理器实现技术，属于交流异步电机启动【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的高速发展，自20世纪80年代开始，国外采用交流调压技术，研制出电机控制器。该装置采用降压方式，实现限制电机起动电流的目的。其工作过程是将主电路串接在电源和电机之间，通过控制电路给功率器件触发信号，逐渐提高电机两端电压，实现电机平缓起动。
[0003]目前，国外产品主要集中在软启动器和兼有软启动功能的变频器，这两种控制设备均属于固态软启动装置。变频器起动电机效果要优于软启动器，但由于变频器价格比较昂贵，所以在没有调速要求的场合，仍广泛选用软启动器。软启起动器是国外发达国家的主流产品，如西门子公司的3RW22系列，额定电压220V?690V，额定电流5.5A?1200A，GE公司的QC系列，额定电压220V?500V，额定电流14A?1180A，ABB公司的PSD系列，额定电压220V?690V，额定电流14A?1000A。
[0004]国外控制器从模拟控制电路发展成以CPU为控制核心的高精度集成控制系统，控制策略从开环电压斜坡控制方式、限流闭环控制，发展到通过检测电机负载信号，建立精确的数学模型，采用磁场定向控制和矢量转矩控制技术，电机控制效果更好。
[0005]国内在20世纪90年代初开始研究软启动控制技术，1992年西普电力电子有限公司研制出国产软启动器系列产品。在之后的几十年发展，逐渐发展成数十家软启动器生产厂家。但这些生产厂家生产技术比较落后，大多仿制国外技术，没有自主研发能力。综合来看，目前国内电机控制技术相比于国外先进技术有很大差距，主要表现在:
[0006]( I)电机控制技术水平整体比较落后，虽然生产厂家比较多，但大部分生产规模较小，生产工艺落后。
[0007](2)国内半导体功率器件的生产工业规模较小，制约软启动器的发展。
[0008](3)产品功能简单，工作性能可靠性不高。
[0009]电机控制技术是弱电和强电结合的控制技术，既需要处理大功率电能转换，又需要进行信号采集、转换以及运算。所以电机控制技术以后要在以下几个方面提高发展:
[0010](I)提高控制系统精度和准确度。控制策略选用先进控制算法，使系统更加智能化，如模糊控制、神经网络控制等。
[0011](2)增加电机起动转矩。目前软启动器的起动方式都是在工频条件下，通过降压方式实现电机起动控制。电机起动转矩和电压与频率的比值成正比，所以在工频条件下降低起动电压会导致起动转矩减小，不利于电机起动。采用分级变频起动方式，使起动电压与频率比值保持恒定，这样可以保证电机起动转矩大，在满负荷的情况下实现电机软起动。
[0012](3)电机控制系统向小型化方向发展，集成度更高。[0013]目前国内电机控制器生产厂家虽然很多，但是整体技术水平和产品性能上比较落后，在市场占有率上和国外厂豕有很大的差距。
实用新型内容
[0014]本实用新型的目的是提供一种交流异步电机复合型软启动器，通过应用现代的电力电子技术、微处理器技术以及先进的控制理论，无阶跃地平稳起动和停止电机，避免因采用直接起动等传统的起动方式起动电机而引起的机械与电气冲击等问题，并能有效地降低起动电流及配电容量，延长机械设备的使用寿命，减少设备的维修量，提高经济效益。
[0015]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的，一种交流异步电机复合型软启动器，其特征是，所述的软启动器由微控制芯片STM32，对应交流电各相的全控型功率器件IGBT和磁保持继电器构成；微控制芯片STM32的输入端经电压电流传感器接交流异步电机，微控制芯片STM32的Pl 口接作为全控型功率器件的绝缘栅双极晶体管的G端和磁保持继电器的输入端，绝缘栅双极晶体管的正负端并联磁保持继电器，绝缘栅双极晶体管的正负端分别连接相电和交流异步电机；微控制器芯片STM32进行编程控制全控型功率器件和磁保持继电器实现交流异步电机各种控制方式。
[0016]所述各相中作为全控型功率器件IGBT的绝缘栅双极晶体管反向并联功率二极管和并联RC动态缓冲电路。
[0017]所述的绝缘栅双极晶体管采用FGA25N120AN。
[0018]本实用新型在相关软件的支持下具有如下突出的优点:
[0019](I)本装置可以进行电机的调速。
[0020](2)有多种启动方式和多种停机方式可选。
[0021](3)冲击转矩和冲击电流小。软起动器在启动电机时，通过逐渐增大IGBT的占空比，使电机起动电流限制在设定值以内，因而冲击转矩和电流都小，也可控制转矩平滑上升，保护传动机械、设备和人员。
[0022](4)使用寿命长。由于无触点开关，使用寿命超过传统启动器I倍以上。
[0023](5)设有多种保护功能，使设备运行更加可靠，而且使用了模块化设计，出现故障，易于发现和维修。
[0024](6)这种软起动器体积小，噪音小。
[0025]创新之处:
[0026](I)随着电力电子器件工艺的飞速发展，IGBT与晶闸管价格的差距越来越小，故本装置采用IGBT做为功率器件，可以和电网电压同步，有效的抑制装置在启动、运行、停止中产生的谐波，保证电机的正常运行。由于运用了全控型器件IGBT，所以软启动器不会对电网产生谐波电压与电流；运用了磁保持继电器使得控制器在电机正常运转后不会产生功耗。
[0027](2)能够在电机正常运转之后，磁保持继电器闭合使得交流异步电机处于正常运转状态，之后若不对交流异步电机进行控制，则控制装置处于无能耗状态，并且不需要对控制装置进行散热。
[0028](3)本装置有完备的保护功能，通过微控制芯片STM32可以同时对运行中的交流异步电机三相电流、三相电压进行实时监控，做到准确的过流、过载、过压、欠压、缺相、堵转、短路等故障的测量并进行快速操作，能够在电机任何故障下保护电机及本装置，可以代替市场中专门用于电机保护装置，从而省去电机控制与保护开关电器(CPS )。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型与交流异步电机连接时的结构框图；
[0030]图2为本实用新型与交流异步电机连接时的电路图。
【具体实施方式】
[0031]结合附图和实施例进一步说明本实用新型，如图1、2所示，本实用新型由微控制芯片STM32，对应交流电各相的全控型功率器件IGBT和磁保持继电器J构成；微控制芯片STM32的输入端经电压电流传感器接交流异步电机，微控制芯片STM32的Pl 口接作为全控型功率器件的绝缘栅双极晶体管的G端和磁保持继电器J的输入端，绝缘栅双极晶体管的正负端并联磁保持继电器J，绝缘栅双极晶体管的正负端分别连接相电和交流异步电机；微控制器芯片STM32进行编程控制全控型功率器件和磁保持继电器实现交流异步电机各种控制方式。
[0032]主电路由对应三相电的三个IGBT与功率二极管D反向并联，然后与电机定子串联连接。其中三相桥臂的每个桥臂中并联一个RC动态缓冲电路，它广泛地应用于各种电子电子开关器件组成的电路中，具有限制电压和电流的上升率、降低器件在开关过程中的功耗并保护开关器件等功能。电压同步信号由220V/5V的小功率变压器对A相电压进行检测，然后将其作为输入信号进行处理，将输出送到单片机的中断口，利用中断记录同步信号时亥IJ，作为输出触发脉冲的时间基准。在处理过程中，滤波部分起消除其他信号的干扰的作用，又不能产生大的相位移动。将滤波输出的信号经过同相放大器进行放大，然后输入到过零比较电路中。放大后的信号与零电平比较后得到的信号，送入到单片机的中断口。当STM32单片机依据同步信号到来时刻，利用软件定时器确定每一个IGBT的触发时刻，软件定时器中断将触发脉冲信息保存在相应寄存器中。IGBT驱动电路将来自触发板的控制信号进行放大、隔离后再送到IGBT的门极、阴极，采用了光耦合器6M36、脉冲变压器两级隔离电路，以提高系统的抗干扰能力。当电机正常运转时，此时电机处于全开状态，不需要控制装置的运行，所以磁保持继电器将会打开，使软启动器处于断电状态，不消耗能量，有利于节能环保。
[0033]系统采用模块化法进行软件设计，软件需要完成的主要工作有:系统初始化，触发驱动信号中断服务程序，同步信号中断服务程序，电机启动子程序，电机运行子程序，控制装置节能子程序，电机故障诊断与处理子程序等。
[0034]上述实施例为本实用新型较佳的方式之一，除此之外，本实用新型还可以使用其他实施方式，需要说明的是，在没有脱离本实用新型的构想前提下，任何显而易见的替换均在本实用新型的保护之内。
【权利要求】
1.一种交流异步电机复合型软启动器，其特征是，所述的软启动器由微控制芯片STM32，对应交流电各相的全控型功率器件IGBT和磁保持继电器构成；微控制芯片STM32的输入端经电压电流传感器接交流异步电机，微控制芯片STM32的Pl 口接作为全控型功率器件的绝缘栅双极晶体管的G端和磁保持继电器的输入端，绝缘栅双极晶体管的正负端并联磁保持继电器，绝缘栅双极晶体管的正负端分别连接相电和交流异步电机；微控制器芯片STM32进行编程控制全控型功率器件和磁保持继电器实现交流异步电机各种控制方式。
2.根据权利要求1所述的交流异步电机复合型软启动器，其特征是，所述各相中作为全控型功率器件IGBT的绝缘栅双极晶体管反向并联功率二极管和并联RC动态缓冲电路。
3.根据权利要求1所述的交流异步电机复合型软启动器，其特征是，所述的绝缘栅双极晶体管采用FGA25N120AN。
【文档编号】H02P1/26GK203775088SQ201420045856
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】郭志波, 孙前双, 胡珊珊, 林少帅, 周有才 申请人:扬州大学, 江苏鸿雁邮电器材有限公司