直流电机柔性启动装置的制作方法

本实用新型涉及一种直流电机柔性启动装置，适用于直流电机控制类的产品中，属于机电控制技术领域。

背景技术：

直流电机由于其优越的调速性能，在各行各业都有大量应用，是一种比较常见的电机。但在启动过程中，直流电机的电枢电流较大，严重影响电机以及供电设备的安全，因此需要采用一定的方法来限制电流。常用的启动方式有降压启动和串电阻启动等。

在传统的直流电机串电阻启动方式中，通常是采用在电枢绕组中串联电阻的方式来实现直流电机的启动。此种方式虽然从一定程度上降低了电枢电流，但实际启动电流还是比较大，对电机以及供电设备还是会造成一定的冲击，不利于设备的安全运行。

技术实现要素：

本实用新型要解决的是直流电机启动时电流过大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种直流电机柔性启动装置，其特征在于：包括IGBT管，IGBT管的集电极连接输入正极，IGBT管的发射极连接直流电机的电枢绕组一端，电枢绕组另一端连接负极；直流电机的励磁线圈一端连接IGBT管的集电极，励磁线圈另一端连接电枢绕组另一端；二极管正极连接IGBT管的发射极，二极管负极连接IGBT管的集电极；输入正极和负极处设有主开关；

ARM处理器通过PWM发生器连接IGBT管的栅极；用于测量输入正极和负极之间的电压Ur的电压测量单元、用于测量直流电机电流Ir的电流测量单元、主开关状态反馈单元均与ARM处理器连接。

优选地，所述ARM处理器通过数字量输入模块、MODBUS接口或工业以太网接口连接外部启动命令输入端。

优选地，还包括用于显示电压Ur、电流Ir及主开关(K01)状态的显示单元，显示单元连接所述ARM处理器。

更优选地，所述显示单元为LCD显示屏。

优选地，所述ARM处理器实时检测外部启动命令输入信号，当有外部启动命令时，先吸合主开关，此时励磁线圈带电；然后，ARM处理器驱动PWM发生器发出PWM脉冲，电流从输入正极经IGBT管、电枢绕组回到负极，构成正向电流，并产生旋转转矩，拖动电机旋转；随后，逐步增加PWM信号的占空比，电机电枢电流将逐步上升，转矩增大，转速也随之上升，最终占空比达到1，电枢电流达到额定值，电机的启动结束。

优选地，停机时，切除主开关，同时封锁PWM脉冲信号，电机在惯性的作用下，变成发电机运行；电枢绕组的电流通过二极管、励磁线圈和电枢绕组构成回路，形成反向电流，生成制动转矩，完成直流电机的制动。

优选地，所述ARM处理器采集电压Ur、电流Ir信号以及主开关的状态反馈信号，并通过显示单元显示。

本实用新型提供的装置克服了现有技术的不足，可以无冲击、平稳地实现直流电机的启动，同时简化了系统的配置，降低了成本，提高了系统运行的稳定性。

附图说明

图1为本实施例提供的直流电机柔性启动装置的原理图；

图2为控制部分示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本实施例提供的直流电机柔性启动装置的原理图，其中，Q为IGBT管，D为二极管，K01为主开关，M为直流电机的电枢绕组，L为直流电机的励磁线圈，Ur和Ir分别表示系统的电压和电流。

IGBT管的集电极连接输入正极，IGBT管的发射极连接直流电机的电枢绕组M一端，电枢绕组M另一端连接负极；励磁线圈L一端连接IGBT管的集电极，励磁线圈L另一端连接电枢绕组M另一端；二极管D正极连接IGBT管的发射极，二极管D负极连接IGBT管的集电极。输入正极和负极处设有主开关K01。Ur为输入正极和负极之间的电压，Ir为直流电机电流。

结合图2，控制部分采用ARM处理器，ARM处理器通过数字量输入模块DI、MODBUS接口或工业以太网接口连接外部启动命令输入端，接收外部启动命令；ARM处理器通过PWM发生器连接IGBT管的栅极，发出PWM脉冲驱动系统工作；ARM处理器通过数字量输出模块DO连接主开关K01，驱动其动作；ARM处理器还连接电压Ur测量单元、电流Ir测量单元及主开关K01状态反馈单元，采集电压Ur、电流Ir信号以及主开关K01的反馈信号；ARM处理器连接显示屏，以显示Ur、Ir的实时检测值以及主开关K01的实时状态。

其工作过程如下：ARM处理器实时检测数字量输入模块DI、MODBUS接口或工业以太网接口的输入信号。当有外部启动命令时，ARM处理器先输出数字量DO信号吸合主开关K01，此时，励磁线圈L带220V直流电。然后，ARM处理器发出PWM脉冲，电流从输入正极经IGBT管、电枢绕组M回到负极，构成正向电流，并产生旋转转矩，拖动电机旋转。随后，ARM处理器逐步增加PWM信号的占空比，电机电枢电流将逐步上升，转矩增大，转速也随之上升，最终占空比达到1，电枢电流达到额定值，电机的启动结束。停机时，切除主开关K01，同时封锁PWM脉冲信号，电动机在惯性的作用下，变成发电机运行，电枢绕组的电流通过二极管D、励磁线圈L和电枢绕组M构成回路，形成反向电流，生成制动转矩，完成直流电机的制动。

装置的控制芯片采用意法半导体公司生产的STM32系列ARM，主频72MHz，内含64K的FLASH和20K的RAM。芯片中配置有PWM发生器，可方便的实现PWM脉宽控制。另外，芯片具有模数转换功能，可采集电压、电流等信号，并发送至就地显示面板。

就地显示面板LCD采用高可靠性的TFT组态屏，与ARM之间的通信为标准RS232接口。