多功能三相交流异步电动机软启动控制盒及其控制电路的制作方法

本实用新型涉及一种三相交流异步电动机软启动控制盒，特别是一种具有无弧通断、过热保护、电源缺相保护的多功能三相交流异步电动机启动控制盒。此外，本实用新型还涉及一种用于该三相交流异步电动机软启动控制盒的控制电路。

背景技术：

三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点，被广泛应用于各个领域。

传统的三相交流异步电动机启动时采用直接启动方式，该启动方式的启动电流通常是三相交流异步电动机额定工作电流的4～7倍，较大的启动冲击电流通常会造成以下危害：1、电压损失过大，启动转矩不足导致电机无法正常启动；2、电动机绕组发热，绝缘老化，缩短电机寿命；3、造成过流保护装置误动作、跳闸。其次，三相异步电动机电源缺相会引起电机剧烈振动，轻则损坏设备，重则威胁生命和财产安全。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的问题，本实用新型的在此的目的在于提供一种能够实现三相交流异步电动机软启动的多功能三相交流异步电动机软启动控制盒。该控制盒还具有无弧通断、过热保护及缺相保护等功能。

在此，本实用新型的第二个目的还在于提供一种用于三相交流电动机软启动的控制电路。

为了实现本实用新型在此的第一个目的，所提供的多功能三相交流异步电动机软启动控制盒包括空腔壳体、控制电路板、温度开关、三相同步变压器、三相移相调压触发模块、交流可控硅模块、功率继电器、三相交流接触器、缺相保护器、时间设置电位器、接线柱及接线台；其中，所述控制电路板、所述温度开关、所述三相同步变压器、所述三相移相调压触发模块、所述交流可控硅模块、所述功率继电器、所述三相交流接触器和所述缺相保护器安装于所述空腔壳体内且相互之间电连接，所述时间设置电位器、所述接线柱和所述接线台布设于所述空腔壳体的外表面上，所述时间设置电位器、所述接线柱和所述接线台分别与控制电路板电连接。

该控制盒结合控制电路板、三相同步变压器、三移相调压触发模块和交流可控硅模块实现了三相交流异步电动机的软启动，软启动过程后由三相交流接触器承担功率输出，可充分发挥交流可控硅和三相交流接触器的优势，有效降低交流可控硅的发热功耗和三相交流接触器分断时的电弧，实现了无弧通断，增强了产品寿命及可靠性。

通过设置于控制盒上的时间设置电位器即可实现软启动时间的设置；此外，本申请所提供的控制盒内还安装有温度开关和缺相保护器，实现了过热保护及缺相保护。

进一步的，所述空腔壳体主要由底板、前面板、后面板、左面板、右面板及盖板拼装构成。采用分立式拼装结构，相比于整体铣加工结构，具有结构紧凑，节约成本，维护方便，重量轻等特点。

进一步的，所提供的控制盒还包括安装架，所述安装架安装于所述空腔壳体内且位于所述左面板和所述右面板之间。

进一步的，三相同步变压器和三相移相调压触发模块安装于安装架上。

进一步的，所述控制电路板通过支撑柱安装于所述底板的上方。

进一步的，所述温度开关、所述交流可控硅模块、所述功率继电器、所述三相交流接触器和所述缺相保护器安装于所述底板上。

进一步的，所提供的控制盒还包括布设于所述空腔壳体外表面上的带灯按钮开关和/或指示灯。通过带灯按钮开关既可以起指示作用，又可以通过该开关实现硬启动/停止；指示灯用于指示。

本申请在此提供的控制电路包括移相调压触发器、三相整流电路、温控信号输入电路、MCU最小系统、时间设置电路、继电器驱动电路和缺相保护器；所述移相调节触发器包括三相同步变压器、三相移相调压触发模块和交流可控硅模块，所述三相同步变压器的输入端接三相电源，输出端分别连接至所述三相移相调压触发模块和所述三相整流电路，所述三相整流电路的输出端为MCU最小系统提供工作电压；所述温控信号输入电路的信号和所述时间设置电路的输出信号输入所述MCU最小系统，所述MCU最小系统的电压输出端连接至所述三相移相调压触发模块的输入端，所述继电器驱动电路的控制端与所述MCU最小系统的信号输出端连接；所述交流可控硅模块的一端接三相电源，另一端接所述缺相保护器，所述缺相保护器还与所述MCU最小系统连接。

该电路采用了交流可控硅和三相交流接触器，在MCU最小系统的调度下实现了软启动，软启动阶段由三相同步变压器、三移相调压触发模块和交流可控硅承担，软启动过程后由三相交流接触器承担功率输出，可充分发挥交流可控硅和三相接触器的优势，有效降低交流可控硅的发热功耗和三相接触器分断时的电弧，增强产品寿命及可靠性。

该控制电路中还设置有温控信号输入电路和缺相保护器，实现了过热保护及缺相保护。

进一步的，该控制电路还包括与所述MCU最小系统相连接的故障报警电路。

进一步的，该控制电路还包括硬启/停控制电路，所述硬启/停控制电路通过所述继电器驱动电路连接至所述MCU最小系统。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的结构采用分立式拼装结构，相比于整体铣加工结构，具有结构紧凑，节约成本，维护方便，以及重量轻等特点。

2、本实用新型的功率控制部分综合采用了交流可控硅和三相交流接触器，在控制电路的控制下实现了软启动，软启动阶段由三相同步变压器、三移相调压触发模块和交流可控硅模块承担，软启动过程后由三相交流接触器承担功率输出，可充分发挥交流可控硅和三相接触器的优势，有效降低交流可控硅的发热功耗和三相接触器分断时的电弧，增强产品寿命及可靠性。

3、本实用新型的软启动时间调节由安装在前面板的时间设置电位器实现，MCU控制器通过采集时间设置电位器的电压值线性地控制软启动时间。

附图说明

图1是本实用新型所提供的控制盒的立体图；

图2是本实用新型所提供的控制盒的内部结构图之一；

图3是本实用新型所提供的控制盒的内部结构图之二；

图4是本实用新型所提供的控制盒的内部结构图之三；

图5是本实用新型所提供的控制电路的电路原理图；

图中：1-底板，2-前面板，3-后面板，4-左面板，5-右面板，6-安装架，7-支撑柱，8-盖板，9-控制电路板，10-温度开关，11-三相同步变压器，12-三相移相调压触发模块，13-交流可控硅模块，14-功率继电器，15-三相交流接触器，16-缺相保护器，17-时间设置电位器，18-带灯按钮开关，19-指示灯，20-接线柱，21-接线台。

具体实施方式

在此结合附图和具体实施方式对本申请所要求保护的技术方案作进一步详细的说明。

本申请在此第一个目的在于保护一种用于三相交流异步电动机软启动的多功能三相交流异步电动机软启动控制盒，该控制盒的具体的结构如图1-4所示，其中图1表示的是控制盒的外观图，图2至图4均表示的是控制盒的内部结构图。

由图1-图4所示，本申请所提供的控制盒包括了由上、底、左、右、前以及后板构成的空腔壳体、控制电路板9、温度开关10、三相同步变压器11、三相移相调压触发模块12、交流可控硅模块13、功率继电器14、三相交流接触器15、缺相保护器16、时间设置电位器17、接线柱20及接线台21。其中，控制电路板9、温度开关10、三相同步变压器11、三相移相调压触发模块12、交流可控硅模块13、功率继电器14、三相交流接触器15和缺相保护器16安装于空腔壳体内且相互之间电连接形成完整的功能电路结构；时间设置电位器17、接线柱20和接线台21布设于空腔壳体的外表面上且均与控制电路板9电连接。时间设置电位器17、接线柱20和接线台21与内部电路形成完整的电路结构。时间设置电位器17用于调试软启动时间，电位器输出电压与软启动时间的对应关系采用：电位器输出电压越大，软启动时间越长，电位器输出电压为0V时，软启动时间为默认值5s，电位器输出电压达到最大值5V时，对应软启动时间为25s。当然也可以根据实际情况采用其它的对应关系。

设置于空腔壳体的外表面上的接线柱20和接线台21用于与负载(三相交流异步电动机)连接。

其中空腔壳体的上、底、左、右、前以及后板可以一体成型，也可以由独立的面板拼装而成，在此采用独立面板拼装而成，具体结构是由底板1、前面板2、后面板3、左面板4、右面板5及盖板8拼装构成。而各功能模块器件于空腔壳体内的位置关系可以是任意分布，本申请在此采用的位置关系具体如下：左面板4和右面板5之间设有安装架6，三相移相调压触发模块12和三相同步变压器11通过螺钉固定于安装架6上。控制电路板9由支撑柱7撑离底板1并通过四颗螺钉固定在底板1上方5cm或10cm处，底板1上还安装有缺相保护器16、交流可控硅模块13、温度开关10、功率继电器14和三相接触器15。时间设置电位器17和接线台21布设于前面板2上，后面板3设置有接线柱20布设于后面板3上。

此外，在以上控制盒的基础上增加还包括布设于所述空腔壳体外表面上的带灯按钮开关18和/或指示灯19，带灯按钮开关18布设于前面板2上，指示灯19的布设于盖板8上。带灯按钮开关18、指示灯19分别通过导线连接至控制电路板9。

安装于空腔壳体内的各功能模块以及时间设置电位器构成了整个控制电路，该控制电路包括移相调压触发器、三相整流电路、温控信号输入电路、MCU最小系统、时间设置电路、继电器驱动电路和缺相保护器；所述移相调节触发器包括三相同步变压器、三相移相调压触发模块和交流可控硅模块，所述三相同步变压器的输入端接三相电源，输出端分别连接至所述三相移相调压触发模块和所述三相整流电路，所述三相整流电路的输出端为MCU最小系统提供工作电压；所述温控信号输入电路的信号和所述时间设置电路的输出信号输入所述MCU最小系统，所述MCU最小系统的电压输出端连接至所述三相移相调压触发模块的输入端，所述继电器驱动电路的控制端与所述MCU最小系统的信号输出端连接；所述交流可控硅模块的一端接三相电源，另一端接所述缺相保护器，所述缺相保护器还与所述MCU最小系统连接。

为了更好地说明本申请所提供的控制电路的结构，在此给出了具体的电路原理图，如图5所示。在此结合附图5进一步详细的说明本申请所提供的控制电路的电路结构：移相调压触发电路由三相同步变压器LTB3、三相移相调压触发模块LTVT-SSR、交流可控硅SSR1～SSR3组成；三相整流电路由整流二极管D1～D6、滤波电容C1、C7、C8和三端稳压器IC1组成；温控信号输入电路由电阻R2～R5、R12～R14、电容C4～C6和温度开关T1组成；MCU最小系统由MCU控制器PIC18F2580、电阻R8、R9和电容C3组成；时间设置电路由电阻R15和电位器RP1调节；继电器驱动电路由电阻R1、R6、R10、R11、三极管Q1和三极管Q2组成；缺相保护器为继电器J1。

各分离元器件具体的连接关系为：三相同步变压器LTB3的输入端R、S、T、N对应连接至三相四线制电源R、S、T、N，其输出端r1、r2、s1、s2、t1、t2与移相调压触发模块LTVT-SSR的r1、r2、s1、s2、t1、t2对应连接，移相调压触发模块LTVT-SSR的控制端CON1、COM、CON2、COM、CON3、COM分别与交流可控硅SSR1～SSR3的控制端控制端CON1、COM、CON2、COM及CON3、COM对应连接，移相调压触发模块LTVT-SSR的IN1端串联电阻R7后接至MCU控制器PIC12F2580的RC2/CCP1脚，同时IN1端与地之间串联有滤波电容C2；三相整流电路的二极管D1～D3的正极分别与同步变压器LTB3的r1、s1、t1相连，二极管D1～D3的负极与三端稳压器IC1的1脚连接；二极管D4～D6的负极与r2、s2、t2相连，二极管D4～D6的正极与地相连。三端稳压器IC1的1脚与地之间并联有电容C1和电容C7，电容C1与三端稳压器ICI的1脚连接的一端接电源；三端稳压器IC1的2脚接地，三端稳压器IC1的3脚与地之间连接有电容C8，电容C8与三端稳压器IC1的3脚连接的一端接电源；三端稳压器IC3的3脚接MCU控制器PIC18F2580的VCC。输入控制信号中电阻R2～R5的一端接至三端稳压器IC1的3脚，另一端分别接至MCU控制器PIC18F2580的RB0脚、RB1脚、RB4脚及RB5脚；RB0脚与地之间串联有常开按钮SB1，SB1两端并联电阻R12和电容C4；RB1脚与地之间串联常闭按钮SB2，SB2两端并联电阻R13和电容C5；RB4脚与地之间串联缺相保护器J1的常闭触点，J1常闭触点两端并联电阻R14和电容C6；RB5脚与地之间串联温度开关T1的常闭触点。MCU控制器电路中MCU控制器PIC18F2580的1脚依次通过电阻R9和电容C3接地，电容C3的另一端通过电阻R8后接至三端稳压器IC1的3脚。时间设置电路的电阻R15和电位器RP1串联在三端稳压器IC1的3脚和地之间，电阻R14和电位器RP1的公共端接MCU控制器PIC18F2580的RA0/AN0脚。MCU控制器PIC18F2580的RC4脚通过电阻R1连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的基极与发射极之间接有电阻R6，发射极与地相连，集电极接电源；类似地，MCU控制器PIC18F2580的RC5脚通过电阻R10连接至三极管Q2的基极，三极管Q2的基极与发射极之间接有电阻R11，发射极与地相连，集电极接电源。其中，常开按钮SB1：软启动控制按钮，用于发送软启动控制命令。常闭按钮SB2：软停止按钮，用于发送软停止命令。

此外，在以上控制电路的基础上还包括了与MCU最小系统相连接的故障报警电路，本申请在此采用的故障报警电路由电阻R16～R19及指示灯LED1～LED4组成。故障报警电路中LED4指示灯的阳极通过电阻R19连接至三端稳压器IC1的3脚，LED4指示灯的阴极接地；指示灯LED1的阳极、LED2的阳极和LED3的阳极分别串接电阻R16、电阻R17和电阻R18连接至MCU控制器PIC18F2580的RC3脚、RC1脚和RC6脚，指示灯LED1的阴极、LED2的阴极和LED3的阴极分别接地。

在此，本申请所提供的控制电路还包括有硬启/停控制电路，所述硬启/停控制电路通过继电器驱动电路连接至MCU最小系统。本申请在此采用的硬启/停控制电路由电磁继电器J4、交流输出型固态继电器J2～J3、硬启按钮SB3、硬停按钮SB4及三相接触器KM组成。交流输出型固态继电器J2的线圈串联于三极管Q1的集电极与电源之间，交流输出型固态继电器J2的静触点与三相接触器KM的常开触点连接，并与硬启按钮SB3的常开端连接；交流输出型固态继电器J2的常开触点与三相接触器KM的静触点连接，并与硬启按钮SB3的静触点连接，硬启按钮SB3的静触点还通过三相接触器KM的线圈接N相。硬停按钮SB4和缺相保护器J1的常开触点依次串联于硬启按钮SB3的常开端与电磁继电器J4的常闭触点之间，交流输出型固态继电器J3的常开触点接N相，静触点通过电磁继电器J4的线圈接电磁继电器J4的静触点并连接至R相；交流输出型固态继电器J3的线圈串联于三极管Q2的集电极与电源之间。其中，硬启按钮SB3：用于发送硬启动控制命令。硬停按钮SB4：用于发送硬停止命令

本申请所提供的控制电路中所设置的电位器RP1，其输出电压与软启动时间的对应关系是：电位器输出电压越大，软启动时间越长，电位器输出电压为0V时，软启动时间为默认值5s，电位器输出电压达到最大值5V时，对应软启动时间为25s。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，均涵盖在本实用新型的权利要求范围内。