智能电机控制模块(Intelligent motor controlling modules)是采用单片机控制的移相触发调压软起动模块。它用于三相交流电机的软起动,实现了电机平滑起动,减小起动电,避免冲击电网,减小配电容量的作用。
智能电机控制模块的控制部分特点:
① 单片机数字自动控制。
②具有全压启动、电压斜坡启动、电压阶跃启动、限流起动等起动方式。
③起始电压可调,保证电机起动的最小起动转矩,避免电机过热。
④起动电流可根据负载情况调整,以最小的电流产生转矩。
⑤起动时间可调,在该时间范围内,电动机转速逐渐上升,避免转速冲击。
⑥自由停车和软停车,软停车时间可调。
⑦用户输入的各种起动参数可保存,关机或掉电后不丢失。
⑧五位数码管可显示相应电流、电压值。
⑨可实现过流保护、过热保护和缺相保护。
模块结构如图1所示。从图1可以看出,该模块的主电路与相控电路及单片机共同封装于同一壳体内,同时内置多个电流、电压传感器。用接插件将模块与控制盒连接在一起,实现各种功能的设置和显示。
图1 智能电机控制模块结构图
主电路为6只玻璃钝化方形晶闸管芯片,通过一体化焊接技术,将其贴在DBC(陶瓷覆铜板)上,并与导热铜板焊接在一起。模块使用时,导热铜板与散热片通过导热硅脂紧密接触。这种结构使模块具有很高的绝缘性能和散热性能。
图2是模块电气原理方框图。移相控制电路部分是银河公司自主开发的JP-SSY01数字移相集成电路。该电路为SOP28封装,5V单一电源供电,全数字化处理方式,具有很高的移相精度及对称度。对控制端加0~10V电平信号,即可控制移相角度。
图2 模块电气原理方框图
同步变压器输出同步信号给移相电路,其中另一路给单片机,作为单片机采集电压、电流信号的基准。这样,就克服了如果交流电频率变化带来的计算误差,提高了计算精度。
传感器包括电压传感器和电流传感器。两种传感器中均使用了霍尔元件,具有体积小、反应快、线形度高的特点,通过与模块结构的一体化设计,方便地置于模块内部。两种传感器将电压模拟量、电流模拟量传给12位高速A/D转换器,通过A/D转换,将相应的数字量传给单片机,以供单片机进行处理。
显示、控制部分采用串行口与单片机进行通信,这种通信方式大大减少了该部分与模块内部的连线。5个数码管显示,8个按键控制,使显示与控制直观、方便。
智能电机控制模块能够完成以下功能:
1)全压起动
如图,用这种方式起动时模块相当于一个开关,输入端电压直接加到电机上,时间为0.2s。
2)电压斜坡起动
如图,系统首先加一个电压US到电机上,用于克服静摩擦转矩之后,电压线性上升,从US增加到电压Umax。此时,加到电动机端子上的电压等于电网输入电压。US由用户设定,可供用户选择的电压为 80V~300V。TS由用户设定,可以在1s~90s中选择。这种起动方式的特点是起动平稳,可减少起动电流对电网的冲击,同时大大减轻起动力矩对负载带来的机械振动。
3)电压阶跃起动
如图,这种起动方式就是加一个电压UK到电机上,电压UK保持不变,持续TK秒钟以后,电机起动结束,再把电网电压Umax加到电机上。UK可由用户自己调整,其范围为100V~300V;TK也由用户自己调整,其范围为1s~90s。
4) 限流起动
如图,这种起动方式是由用户设定一电流值IK,在整个起动过程中,实际电流不超过设定值IK。IK由用户根据实际负载大小自己设定。IK的选择范围根据模块型号而定。我们这次演示的模块范围是0~350A。
限流起动可以使大惯性负载以最小电流被起动加速,可以用来设置电流上限,满足电网容量在有限场合的使用。这种起动方式特别适合于恒转矩负载。
5)软停车
如图6,与直接停车相比,加到电机上的电压不是立即降下来,而是由电压逐渐下降,经过时间TP后降为0V。其下降时间TP由用户设定,范围是0s~90s。这种软停车可以大大减少管道设备中液体的冲击。
6)自由停车
7)节能运行
对于大摩擦负载,由于所需起动电流大,需要功率较大的电动机,而正常负载所需运行负载力矩比电动机额定转矩小得多,这就导致电动机轻载运行。对于间隙性负载,维持大电流的工作时间占整个周期很小的一部分,这会导致轻载有功损耗浪费,使运行功率因数大大降低。智能电机控制模块自动调节输出电压,使电机工作在效率工作区,达到节能目的。
8)保护功能
共有3种保护功能:过流、过热及缺相保护。
在起动或者运行过程中,无论出现哪种故障,模块都会自动切断电机,同时控制板上的数码管会闪烁显示故障原因,待排除故障后,按复位键即可恢复正常。
智能电机控制模块广泛应用于各种生产领域和其他场合,实际应用效果如下:
1)降低了电动机起动电流;
2)避免了电动机起动时供电线路瞬间电压跌落,造成电网上用电设备、仪表误动作;
3)防止了起动时由于产生的力矩冲击,而使机械断轴或产生废品;
4)可以较频繁地起动电动机(软起动装置一般允许10次/h,而使电动机不致过热);
5)对泵类负载可以防止水锤效应,防止管道破裂;
6)对某些工艺应用(如染纱机械),可防止由于起动过快而产生染色不匀的质量问题;
7)对某些易碎的容器灌浆生产线,可防止容器破损;
8)适应供电变压器容量较低的场合(如注塑机);
9)可以降低电网适配容量,节省增容费开支;
10)适用于需要方便地调节起动特性的场合。
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