一种电机在线软启动装置的制作方法

本实用新型涉及一种软启动装置，尤其是一种基于物联网的电机在线软启动的装置，属于电力启动装置技术领域。

背景技术：

异步电机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。然而由于在传统的启动方式中，启动时加在电机上的为AC380全电压，电机在瞬间要从零加速到额定转速，致使启动电流达到电机额定电流的5-8倍，同时由于启动应力较大，会降低负载设备的使用寿命，同时对整个电网系统、线路、保护设备都构成了致命的冲击。为此，国家有关部门对电机启动早有明确规定，即电机启动时的电网电压下降不能超过15%。为此所采取的解决办法有两个：一个是增大配电容量，另一个是增加限制电机启动电流的启动设备。如果仅仅为启动电机而增大配电容量，从经济角度上来说，显然不可取。为此，人们往往配备限制电机启动电流的启动设备，并采用Y/△转换、自藕降压、磁控降压等方式来限流，从而使电机实现平稳启动，最终让机械和电应力降至最小。这些方式虽然可以起到一定的限流作用，但没有从根本上解决问题。

伴随自动化要求的不断提高，采用可控硅为主要器件、单片机为控制核心的智能型电机软启动器，已在各行各业得到越来越多的应用，由于软启动器性能优良、体积小、重量轻，并且具有智能控制及多种保护功能，而且各项启动参数可根据不同负载进行调整，负载适应性很强，因此这类软启动器将逐步取代落后的Y/Δ转换、自耦减压和磁控降压等传统的限流设备。但传统的软启动器在启动时采用外部并联接触器的方式进行，只是在启动和停止过程中才参与电机的驱动和控制，启动结束后软启动器控制外部接触器吸合，此时由于软启动器被外部接触器旁路，从而无法全程参与电机的运行，若此时发生电源缺相、过热、过流、过载、电机堵转、电机烧毁等意外时，软启动器无法立即作出响应，从而任由故障发生和扩散。另外由于旁路接触器属于机械设备，采用机械触点进行工作，在高粉尘、高盐雾等恶劣工作环境下无法长时间可靠运行。因此，有必要对现有技术加以改进。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述不足，本实用新型提供一种集软启动和多功能保护于一体的电机在线软启动装置，能在整个启动过程中平稳启动电机，同时具有多种对软启动及电机进行保护的功能，从根本上解决传统的降压启动设备的诸多弊端。

本实用新型通过下列技术方案完成：一种在线软启动装置，包括壳体，设于壳体上的显示器，设于壳体内并与显示器通信连接的主控器，设于壳体上并与电机相连的功率驱动器，其特征在于主控器包括主控CPU、驱动发生器，以及分别与主控CPU、驱动发生器相连的触发驱动器，该触发驱动器与驱动输出器相连，驱动输出器与功率驱动器相连，和分别与主控CPU、驱动发生器相连的缺相检测器、过零检测器及过流检测器，缺相检测器、过零检测器及过流检测器与功率驱动器的三相交流电输入端相连，与主控CPU相连的触发控制器，该触发控制器与触发驱动器相连，以便在软启动过程中，通过缺相检测器、过零检测器及过流检测器对功率驱动器的三相交流电的缺相、过零、过流工况进行检测，当检测到有缺相、过零、过流中的一种或几种信号时，分别送驱动发生器和主控CPU，先由驱动发生器发出信号给触发驱动器，并经过驱动输出器、功率驱动器停止软启动过程，再由主控CPU进行比较、判断后，得到是继续进行软启动、还是终止软启动的指令，并将该指令经主控CPU发送给触发控制器、触发驱动器、驱动输出器、功率驱动器，最终对软启动过程进行继续还是停止的控制，确保电机安全。

进一步地，所述主控CPU与温度检测器相连，用于检测功率驱动器的运行温度，出现异常时，发出报警，同时停止功率驱动器工作。

进一步地，所述主控CPU与电压检测器相连，用于检测功率驱动器的三相交流电的电压，出现异常时，发出报警，同时停止功率驱动器工作。

进一步地，所述主控CPU与电流检测器相连，用于检测功率驱动器的三相交流电的电流，出现异常时，发出报警，同时停止功率驱动器工作。

进一步地，所述主控CPU与485-2接口相连，通过该485-2接口与显示器实现双向通信。

进一步地，所述主控CPU与扩展接口、外部连接端、485-1接口相连，通过扩展接口、外部连接端实现通信，支持手机、IPAD控制，支持MODBUS通信协议，支持局域组网，支持PID应用。

进一步地，所述主控CPU与4-20mA输出相连，用于指示电机的运行电流值。

进一步地，所述主控CPU与4-20mA输入相连，用于闭环控制时的电流返馈值的输入。

进一步地，所述主控CPU与存储接口相连，用于存储各种数据。

进一步地，所述主控CPU与复位器、看门狗相连，通过复位器完成自动复位，通过看门狗监测主控CPU的运行状态。

进一步地，所述主控CPU与电源相连，以便向主控CPU供电。

进一步地，所述驱动发生器U10的型号为STC的89C58RD，其中：管脚2、3、4与触发驱动器的U19C的管脚8、U19B的管脚6、U19A的管脚3相连，用于完成触发驱动；管脚5与过流检测器相连，用于获取过流检测信号；管脚15、16、17通过常规整形器与缺相检测器对应的U1、U2、U3的6脚相连，用于获取缺相检测信号、判断是否存在缺相，同时缺相检测器对应的U1、U2、U3的6脚作为过零检测信号源，用于获取三相交流电的过零信号，以便当功率驱动器的三相交流电出现过零、过流、缺相任意一种或二种或三种时，先由驱动发生器发出信号给触发驱动器，并经过驱动输出器、功率驱动器停止软启动过程。

所述主控CPU的型号为PIC18F46K22，其中：

管脚8、9、10通过常规的整形器与缺相检测器的U3、U2、U1的6脚相连，用于分别获得U、V、W缺相检测信号，同时缺相检测器对应的U1、U2、U3的6脚作为过零检测信号源，用于获取三相交流电的过零信号；

管脚30与过流检测器相连，用于获取过流检测信号；

管脚17、31为软启动的停止、启动接口，通过该接口与外部的按键相连，通过按键操作来停止或启动软启动；

管脚20、21、22通过常规的触发控制器与型号为74F02的触发驱动器的U28B的管脚6、U28C的管脚9、U28D的管脚12相连，用于输出触发驱动信号给触发驱动器，再经过常规的驱动输出器、功率驱动器对电机进行软启动；

管脚2、26与温度检测器相连，用于检测功率驱动器的运行温度，出现异常时发出报警，同时停止功率驱动器工作；

管脚19与电压检测器相连，用于检测功率驱动器的三相交流电的电压，出现异常时发出报警，同时停止功率驱动器工作；

管脚27、41、43与电流检测器相连，用于检测功率驱动器的三相交流电的电流，出现异常时，发出报警，同时停止功率驱动器工作；

管脚1通过485-1接口与显示器相连，通过该485接口与显示器实现双向通信；

管脚3、38依次为485-2接口、扩展接口或外部连接端，用于实现通信，支持手机、IPAD控制，支持MODBUS通信协议，支持局域组网，支持PID应用；

管脚24为4-20mA电流输入、输出脚，输出时用于指示电机的运行电流值，输入时用于闭环控制时的电流返馈值的输；

管脚35为 存储接口，用于存储各种数据；

管脚11、36依次与复位器、看门狗相连，通过复位器完成自动复位，通过看门狗监测主控CPU的运行状态；

管脚7、28脚与电源相连，用于提供电源；

管脚23为软启动故障信号输入脚，用于接收软启动故障信号，以便对软启动进行控制，确保软启动及电机安全；

管脚25为误动作锁定脚，用于防止误动作。

在上述连接基础上，通知对应的软件编程，即可对软启动的开启、停止以及整个软启动过程进行控制，尤其是当检测到三相交流电出现缺相、过零或/和过流时，分别送驱动发生器和主控CPU，先由驱动发生器发出信号给触发驱动器，并经过驱动输出器、功率驱动器停止软启动，再由主控CPU进行比较、判断后，形成是继续进行软启动、还是终止软启动的指令，并将该指令经主控CPU发送给触发控制器、触发驱动器、驱动输出器、功率驱动器，最终对软启动进行继续还是停止的控制，确保电机安全；同时对软启动过程中的电压、电流、温度进行检测，确保电机安全。再通过扩展接口、485接口，实现通信，支持手机、IPAD控制，支持MODBUS通信协议，支持局域组网，支持PID应用。

进一步地，所述显示器为常规显示器，包括显示CPU、与显示CPU相连的显示屏、键盘、指示灯、无线通信，并通过485接口与主控CPU相连，通过键盘完成软启动、停止、复位、参数调整等操作，又通过无线通信实现远程运行状态的显示，并对运行参数进行调整，通过显示屏显示缺相、过零、过流信号，温度、压力、电流信号，同时将软启动、停止、复位、参数调整信号送主控CPU进行控制。

所述驱动输出器、功率驱动器均为常规产品。

多谐振荡器与触发驱动器相连，以便在正常情况下通过多谐振荡器产生振荡信号驱动功率驱动器工作。

本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述技术方案，可对软启动的开启、停止以及整个软启动过程进行控制，尤其是当检测到三相交流电出现缺相、过零或/和过流时，分别送驱动发生器和主控CPU，先由驱动发生器发出信号给触发驱动器，并经过驱动输出器、功率驱动器停止软启动，再由主控CPU进行比较、判断后，形成是继续进行软启动、还是终止软启动的指令，并将该指令经主控CPU发送给触发控制器、触发驱动器、驱动输出器、功率驱动器，最终对软启动进行继续还是停止的控制，确保电机安全，同时全程参与电机运行的控制，实时监测运行时的温度、电压、电流，通过温度、电压、电流变化及时获得过载等各种意外故障信息，并在故障发生的前兆，使软启动立即做出保护动作，从而防止故障的扩大，另外当故障发生时可对整个软启动过程进行控制，确保电机安全。通过无线通信、支持手机、IPAD控制，支持MODBUS通信协议，支持局域组网，支持PID应用，实现设备运行状态的实时监测和故障警报，进而实现设备全自动无人值守运行，降低操作人员劳动强度，有效降低安全事故的发生，提高生产效率和故障恢复时间。完善过热、过流、过载、欠压、缺相、过压故障监测和保护，实现输出电压缓变。本实用新型可直接对一台或二台电机进行软驱动，并使加到电机上的驱动电压从0V缓慢增加到380V，使电机的启动电流得到有效控制，无需再增加保护设备的投入，且不会对整个电网系统、线路造成任何影响，特别适应在恒压供水、供气领域使用，以最低成本满足生产需要。

附图说明

图1为本实用新型结构方框图；

图2为图1中的驱动发生器电路图；

图3为图1中的触发驱动器电路图；

图4为图1中的缺相、过零检测器电路图；

图5为图1中的过流检测器电路图；

图6为图1中的主控CPU电路图；

图7为图1中的电压检测器电路图；

图8为图1中的温度检测器电路图；

图9为图1中的电流检测器电路图；

图10为图1中的485-1接口电路图；

图11为图1中的485-2接口电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。附图中没有给出的电路图均为常规电路。

本实用新型提供的在线软启动装置包括：壳体（图中没有给出，可以是任何金属、非金属壳体），设于壳体上的显示器，设于壳体内并与显示器通信连接的主控器，设于壳体上并与电机相连的功率驱动器；

所述主控器包括主控CPU、驱动发生器，以及分别与主控CPU、驱动发生器相连的触发驱动器，该触发驱动器与驱动输出器相连，驱动输出器与功率驱动器相连，和分别与主控CPU、驱动发生器相连的缺相检测器、过零检测器及过流检测器，缺相检测器、过零检测器及过流检测器与功率驱动器的三相交流电输入端相连，与主控CPU相连的触发控制器，该触发控制器与触发驱动器相连，以便在软启动过程中，通过缺相检测器、过零检测器及过流检测器对功率驱动器的三相交流电的缺相、过零、过流工况进行检测，当检测到有缺相、过零、过流中的一种或几种信号时，分别送驱动发生器和主控CPU，先由驱动发生器发出信号给触发驱动器，并经过驱动输出器、功率驱动器停止软启动过程，再由主控CPU进行比较、判断后，得到是继续进行软启动、还是终止软启动的指令，并将该指令经主控CPU发送给触发控制器、触发驱动器、驱动输出器、功率驱动器，最终对软启动过程进行继续还是停止的控制，确保电机安全。

所述主控CPU与温度检测器相连，用于检测功率驱动器的运行温度，出现异常时，发出报警，同时停止功率驱动器工作。

所述主控CPU与电压检测器相连，用于检测功率驱动器的三相交流电的电压，出现异常时，发出报警，同时停止功率驱动器工作。

所述主控CPU与电流检测器相连，用于检测功率驱动器的三相交流电的电流，出现异常时，发出报警，同时停止功率驱动器工作。

所述主控CPU与485-2接口相连，通过该485-2接口与显示器实现双向通信。

所述主控CPU与扩展接口、外部连接端、485-1接口相连，通过扩展接口、外部连接端实现通信，支持手机、IPAD控制，支持MODBUS通信协议，支持局域组网，支持PID应用。

所述主控CPU与4-20mA输出相连，用于指示电机的运行电流值。

所述主控CPU与4-20mA输入相连，用于闭环控制时的电流返馈值的输入。

所述主控CPU与存储接口相连，用于存储各种数据。

所述主控CPU与复位器、看门狗相连，通过复位器完成自动复位，通过看门狗监测主控CPU的运行状态。

所述主控CPU与电源相连，以便向主控CPU供电。

所述驱动发生器的型号为STC的89C58RD，其中：管脚2、3、4与触发驱动器的U19C的管脚8、U19B的管脚6、U19A的管脚3相连，用于完成触发驱动；管脚5与过流检测器的OC2端相连，用于获取过流检测信号；管脚15、16、17通过常规整形器与缺相检测器对应的U1、U2、U3的6脚相连，用于获取缺相检测信号、判断是否存在缺相，同时缺相检测器对应的U1、U2、U3的6脚作为过零检测信号源，用于获取三相交流电的过零信号，以便当功率驱动器的三相交流电出现过零、过流、缺相任意一种或二种或三种时，先由驱动发生器发出信号给触发驱动器，并经过驱动输出器、功率驱动器停止软启动过程。

所述主控CPU（U6）的型号为PIC18F46K22，其中：

管脚8、9、10通过常规的整形器与缺相检测器的U3、U2、U1的6脚相连，用于分别获得U、V、W缺相检测信号，同时缺相检测器对应的U1、U2、U3的6脚作为过零检测信号源，用于获取三相交流电的过零信号；

管脚30与过流检测器的OC1端相连，用于获取过流检测信号；

管脚17、31为软启动的停止、启动接口，通过该接口与外部的按键相连，通过按键操作来停止或启动软启动；

管脚20、21、22通过常规的触发控制器与型号为74F02的触发驱动器的U28B的管脚6、U28C的管脚9、U28D的管脚12相连，用于输出触发驱动信号给触发驱动器，再经过常规的驱动输出器、功率驱动器对电机进行软启动；

管脚26与温度检测器的T_ADC1端相连，用于检测功率驱动器的运行温度，出现异常时发出报警，同时停止功率驱动器工作；

管脚19与电压检测器的AC_ADC端相连，用于检测功率驱动器的三相交流电的电压，出现异常时发出报警，同时停止功率驱动器工作；

管脚27、43与电流检测器的I_C ADC(SO)端相连，用于检测功率驱动器的三相交流电的电流，出现异常时，发出报警，同时停止功率驱动器工作；

管脚1通过485-1接口与显示器相连，通过该485接口与显示器实现双向通信；485-1接口电路中所用芯片US1型号为MAX485；

管脚3、38依次为485-2接口、扩展接口或外部连接端，用于实现通信，支持手机、IPAD控制，支持MODBUS通信协议，支持局域组网，支持PID应用；485-2接口电路中所用芯片U33型号为MAX485；

管脚24为4-20mA电流输入、输出脚，输出时用于指示电机的运行电流值，输入时用于闭环控制时的电流返馈值的输；

管脚35为 存储接口，用于存储各种数据；

管脚11、36依次与复位器、看门狗相连，通过复位器完成自动复位，通过看门狗监测主控CPU的运行状态；

管脚第7、28脚与电源相连，用于提供电源；

管脚23为软启动故障信号输入脚，用于接收软启动故障信号，以便对软启动进行控制，确保软启动及电机安全；

管脚25为误动作锁定脚，用于防止误动作。

在上述连接基础上，通过对应的软件编程，即可对软启动的开启、停止以及整个软启动过程进行控制，尤其是当检测到三相交流电出现缺相、过零或/和过流时，分别送驱动发生器和主控CPU，先由驱动发生器发出信号给触发驱动器，并经过驱动输出器、功率驱动器停止软启动，再由主控CPU进行比较、判断后，形成是继续进行软启动、还是终止软启动的指令，并将该指令经主控CPU发送给触发控制器、触发驱动器、驱动输出器、功率驱动器，最终对软启动进行继续还是停止的控制，确保电机安全；同时对软启动过程中的电压、电流、温度进行检测，确保电机安全。再通过扩展接口、485接口，实现通信，支持手机、IPAD控制，支持MODBUS通信协议，支持局域组网，支持PID应用。

所述显示器为常规显示器，包括显示CPU、与显示CPU相连的显示屏、键盘、指示灯、无线通信，并通过485-1接口与主控CPU相连，通过键盘完成软启动、停止、复位、参数调整等操作，又通过无线通信实现远程运行状态的显示，并对运行参数进行调整，通过显示屏显示缺相、过零、过流信号，温度、压力、电流信号，同时将软启动、停止、复位、参数调整信号送主控CPU进行控制。

所述驱动输出器、功率驱动器均为常规产品。

多谐振荡器与触发驱动器相连，以便在正常情况下通过多谐振荡器产生振荡信号驱动功率驱动器工作。