一种直流电机软起动、软关断及限流运行的装置的制作方法

本实用新型涉及一种电子电力变换技术领域，特别涉及一种直流电机软起动、软关断及限流运行的装置。

背景技术：

在现有的直流电机拖动电路中，全压启动时，冲击电流大约为额定电流的20倍左右。这么大的冲击电流，对直流供电回路的线路、接触器、及直流屏的电池组（或直流供电装置）、直流电机的电枢绕组、直流电机转子等都有很大的电磁力的冲击，除此之外，对直流电机拖动的机械负载部分，也有很大的机械冲击，并且该电流可使电机绕组端部变形、电枢绕组发热严重，从而提前损坏电机绕组及换向装置。同时，在关断时，由于全电压直接关断，对电机绕组来说，强行关断将在电枢绕组两端产生很高的反电动势，该反电动势会远远超过供电电压，达到数倍之多，这同样可以损坏直流电机的电枢绕组。改进型的直流电机启动电路，是采用串电阻降压启动，由于电阻的限流，启动电流将被限制在合理的范围内。一般情况下，为使电流限定在合理的范围内，多采用多级电阻相串联，逐级切除的方法，来做到限流软启动。串电阻限流启动，该方法虽然有以下优点：通过限流电阻串接减小了电机回路电流，从而具有对直流电机、供电回路、拖动的机械负载冲击大为减小的诸多好处。但这种方式仍然存在控制回路复杂，直流接触器接通及断开时，仍然有拉弧、机械和电磁冲击等缺点。为了使直流电机启动时，做到电流缓慢上升，运行时，电流不超限，关断时，电流缓慢下降，从而达到对直流供电回路及直流电机和其所带机械负载几乎无冲击的目的，本申请提出了一种直流电机软起动、软关断及限流运行的装置，可以很好的达到上述要求。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题，主要通过以下技术方案来实现。

本实用新型的一个实例中，一种直流电机软起动、软关断及限流运行的装置，包括，直流电机、反向续流二极管、igbt开关管、电机电流检测电阻、三组直流开关电源、电机电流检测单元、电机软起动软关断及限流运行控制单元、电平隔离驱动单元、启停开关、中间继电器单元。所述直流电机，一端连接于供电端的dc+极，另一端连接于igbt开关管的漏极，所述反向续流二极管反向并联于直流电机，所述igbt开关管，其漏极连接于直流电机的另一端，门极连接于电平隔离驱动单元的输出端，源极连接于电机电流检测电阻的一端，所述电机电流检测电阻的另一端连接于供电端的dc-端。所述三组开关电源，分别为电平隔离驱动单元单元、电机电流检测单元和电机软起动软关断及限流运行控制单元、启停开关和中间继电器单元提供供电。所述电机电流检测单元，完成对电机电流的检测和对该电流产生的电压信号进行放大的作用，所述电机软起动软关断及限流运行控制单元，来完成直流电机在启动、稳定运行、关断三个不同阶段的电流控制，所述电平隔离驱动单元，来完成对igbt开关管的隔离驱动。所述启停开关和所述中间继电器单元，来共同完成电机软起动软关断及限流运行控制单元的接入与退出。

本实用新型的一个实例中，所述电机电流检测单元，是通过检测流过电机电流检测电阻r0上的电流，得到该电流产生的s1+和s1-之间的电压信号，s1-连接于dc/dc02电源模块的15v0端，s1+经r11电阻偏置后，连接于a1b运放单元的同相输入端，s1+和s1-之间的电压信号经过r12，r13构成的放大单元进行100倍放大后，通过a1b运放单元的输出端，连接于电机软起动软关断及限流运行控制单元中的a1a运放单元的反相输入端。

本实用新型的一个实例中，所述电机软起动软关断及限流运行控制单元，由r14为a1a运放单元同相输入端提供上偏电阻，r15为a1a运放单元的输出电阻，a1a运放单元的同相输入端，连接于由ec01和vr0相并联构成的延时电路，a1a运放单元的输出单元，直接接入电平隔离及驱动单元中的信号调理器tc01的输入端.运放单元的第8脚接第二组开关电源的15v+，4脚接15v-，15v0接s1-。

本实用新型的一个实例中，所述电平隔离驱动单元中，收到a1a运放输出端口给出的电压信号后，经过电平隔离转换调理，直接输出给igbt开关管的g极和s极。信号调理器的电源由第一组开关电源的24v1+和24v1-提供。

本实用新型的一个实例中，所述启停开关和所述中间继电器单元，由第三组开关电源的24v2+和24v2-供电，从而完成电机软起动软关断及限流运行控制单元中的ec01和vr01组成的延时电路的接入或退出，d10是反向续流二极管。

本实用新型的一个是实例中，所述运放集成块为lf351。

本实用新型的一个是实例中，所述igbt为2mbi100n-120。

本实用新型的一个是实例中，所述信号调理器为jy-din101-vtc0。

采用以上技术方案，具备以下技术效果：

本实用新型是一种直流电机软起动、软关断及限流运行的装置。

当sa1未闭合时，a1a运放单元，同相输入端连接于电容ec01和vr01，此时，无充电回路，所以，ec01是0v参考电位，由于无电机电流，即s1+和s1-之间无电压，所以，a1b运放输出也是0v。此时，a1a反相输入端，也是0v，因此，a1a运放单元输出也是0v，a1a运放单元输出端，即y点，其波形，也是g01点波形，全都是0v，在0v驱动时，igbt开关管截止，电机中无电流流过。

当sa1闭合时，电源电压15v+通过r14向eco1电容充电，ec01上得到缓慢上升的电压,该电压的波形，即x点电压的波形，此时，该电压施加到a1a运放单元的第3脚，即同相输入端，由于在此之前，电机中无电流，所以，a1b运放单元输出端为0v，该输出端连接于a1a运放单元的反相输入端，为了使a1a运放单元的反相输入端的电压跟随同相输入端电压的变化，a1a运放单元会输出一个合适的电平，该电平信号，即y点电压信号，该点电压值通过电平隔离驱动单元的隔离后，输出至g01点，该电压点会使从而igbt开关管处于放大导通状态，该放大导通状态相当于在直流电机回路中串接了一个可变阻值，该电阻限制直流电机回路电流缓慢上升。由此可见，直流电机回路中的的电流，完全受ec01电容上的电压所控制。所以，该控制最终效果是，直流电机电流跟随ec01电容电压上的波形,按比例上升，并最终达到稳定值。根据调整好的vr01值（它和ec01相并联，两者电压完全相同），即是同比例的电机负荷电流的最大值。此时，调整好的vr01上的终值电压，也是ec01上的电压的终值，应使其大于最大直流电机电流对应产生的电压，从而保证igbt工作于饱和导通状态。运行时，可能会由于某种原因，直流电机电流会增大，此时，a1a运放单元的反相输入端电压会高于同相输入端（即x点），a1a运放单元的输出端，即y点，该电压点会立即输出一个较低的电压，该电压值通过电平隔离驱动单元的隔离后，输出至g01点，该点电压值会使igbt开关管退出饱和导通，从而让igbt开关管处于放大状态，这相当于在直流电机回路中再次串接了一个可变电阻，从而使直流电机电流限定在设定值以下。当sa1再次断开时，ec01电容上，电压缓慢下降，此时，电机电流产生的电压信号高于ec01上的电压，所以，a1a输出端，即y点，会输出一个低电压电压，该电压会使igbt开关管退出饱和导通状态，进入放大状态，igbt开关管此时相当于一个可变电阻，从而使电机中电流按照ec01上的电压给定的对应值缓慢下降，从而得到软关断的效果。这样就达到了利用igbt开关管的导通电阻可变，实现了直流电机软起动、软关断及限流运行的目的。

附图说明

如图1为本实用新型的系统原理图；

如图2为本实用新型的控制回路的x点波形图；

如图3为本实用新型的驱动电路输出的y点和g01点波形图；

如图4为本实用新型的直流电机回路电流（亦即s1+和s1-之间的电压）波形图；

1-直流电机；2-反向续流二极管；3-igbt开关管；4-电机电流检测电阻；5-第一组开关电源；6-第二组开关电源三；7-第三组开关电源组直流开关电源；8-电机电流检测单元；9-电机软起动软关断及限流运行控制单元；10-电平隔离驱动单元；11-启停开关；12-中间继电器单元。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术手段、创造特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐明本实用新型。

如图1、2、3、4所示，一种直流电机软起动、软关断及限流运行的装置，包括直流电机1、反向续流二极管2、igbt开关管3、电机电流检测电阻4、第一组开关电源5、第二组开关电源6、第三组开关电源7、电机电流检测单元8、电机软起动软关断及限流运行控制单元9、电平隔离驱动单元10、启停开关11、中间继电器单元12。所述直流电机1一端连接于供电端的dc+极，另一端连接于igbt开关管的漏极，所述反向续流二极管2反相并联于直流电机1，所述igbt开关管3的漏极连接于直流电机的另一端，门极连接于电平隔离驱动单元10的go1端，源极连接于电机电流检测电阻4的s1+端，所述电机电流检测电阻4的s1-端连接于供电端的dc-端。所述第一组开关电源5为电平隔离驱动单元10中的模块提供供电，所述第二组开关电源6为电机电流检测单元8和电机软起动软关断及限流运行控制单元9的运放a1提供供电及参考电位。所述第三组开关电源7的24v2-连接于所述启停开关11的一端，24v2+连接于所述中间继电器单元12的一端，所述启停开关11的另一端和所述中间继电器单元12的另一端相连接。所述电机电流检测单元8由r11、r12、r13、a1b构成，所述电机软起动软关断及限流运行控制单元9由r14、r15、r17、ec01、vr01、a1a所组成，所述电平隔离驱动单元10中的隔离模块由tc01构成，tc01的输出正端g01连接于igbt开关管3的门极，输出负端s极连接于igbt开关管3的源极，所述启停开关11由自锁按钮开关构成，所述中间继电器单元12的继电器k01的常开点串接于r14和vr01、ec01之间。中间继电器单元12中的反向吸收二极管反向并联于k01的线圈。

本实用新型工作时，在启停开关11未闭合时，中间继电器单元12的继电器未得电，所以，其常开触电未闭合，电机软起动软关断及限流运行控制单元9中的ec01和vr01处于15v0电位，即x点的波形为0电压，同时，该单元的运放输出端也是15v0电位，即y点输出波形为0电位，此时电平隔离及驱动单元10的g01也输出0电位。igbt开关管3截至，直流电机1中无电流通过。当启停开关11闭合时，中间继电器单元12的继电器得电，其常开触点闭合，电机软起动软关断及限流运行控制单元9中的ec01和vr01中的电压如图2中x点的波形，缓慢上升，此时，由于电机中无电流，所以，此时电机电流检测单元8对采集的电流信号，进行放大后任然是0电位，此时，a1b运放单元的反相输入端电压为了跟随同相输入端电压的变化，电机软起动软关断及限流运行控制单元9的输出端，输出一个合适的电位，同时电平隔离及驱动单元10将该电位1:1转换,该转换后的电位由g01输出,驱动igbt开关官3,此时,igbt开关管3处于放大状态,相当于一个可变电阻,所以,直流电机1中的电流受此电阻限制,只能和x点的波形成比例上升,当x点的波形不断上升时,y(g01)点及s1+和s1-之间的电压将按图3和图4中所述曲线上升.此过程的变化情况按照图2，图3，图4中的曲线的上升阶段表示。

当x点的波形稳定后,y(g01)点的波形也稳定,此时,igbt开关管3处于饱和导通状态.电机电流达到最大值,其电流完全由直流电机1及其所带负载特性决定.当直流电机1中的回路电流因某种原因突然增大时,电机电流检测单元8立即检测到、电机软起动软关断及限流运行控制单元9立即输出一个较低的电平信号,从而使igbt开关管3退出饱和导通,此时,相当于直流电机1回路电阻增大,从而将电流限制在一个由ec01上的电压决定的电流值.此过程的变化情况由图2，图3，图4中的曲线的稳定运行阶段表示。

当启停开关11再次断开时,x点、y(g01)点、s1+和s1-之间的电压和当启停开关11刚闭合时,其过程正好相反，此过程的变化情况由图2，图3，图4中的曲线的下降阶段表示，不再赘述。

以上描述了本实用新型的基本原理和主要特征，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。