一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置制造方法及图纸

本发明专利技术名称为一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，应用于电机启动过程中，主回路采用传统晶闸管软启动器主回路，包括主回路三相交流接触器K1、旁路三相交流接触器K2、三相6路反并联晶闸管、电动机。同步信号采集电路、电流检测电路采集主回路中电压、电流信号输出给单片机，单片机经过运算向触发电路发出指令，触发电路接收单片机信号向晶闸管发出触发脉冲。本装置控制方法采用5级离散变频软启动控制方法，在电压上升的过程中，使频率离散地分5级提升，f/7→f/4→f/3→f/2→f(50Hz)。本装置可以减小电机启动电流，提高电机启动转矩，特别适用于电机重载启动的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电动机启动
，具体涉及一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，尤其是一种适用于电动机重载启动场合的软启动装置。
技术介绍
三相异步电动机在生产和生活中得到了广泛地应用，但由于过大的启动电流，会对电网及整个传动系统产生不良影响。传统的启动装置有星—三角启动器、自偶降压启动器、定子串电阻启动装置等，但由于其各自缺点都逐渐被淘汰，变频器也可用于电机启动，但更多用于调速场合，若仅用于电机的启动会造成资源的浪费。新型晶闸管软启动器是专用于三相异步电动机启动的装置，它是根据晶闸管调压电路的原理，通过调节晶闸管的触发角从大逐渐减小，从而使电动机端电压缓慢增加，能有效降低电动机的启动电流。然而，其本质上属于降压启动，而电机启动转矩与电压平方成正比，故会减小电机的启动转矩，使得电机带重载启动困难，缩小了软启动器的适用范围。在现有技术中，《基于可变电抗器的分级变频重载软启动装置》（申请号：201020590402.9）公开了一种基于可变电抗器的分级变频重载软启动装置，所述可变电抗器的主绕组串连在接触器和交流电机定子之间，可变电抗器的二次绕组接三相反并联晶闸管，启动接触器串连在电源和可变电抗器之间，启动接触器与可变电抗器串联后与运行接触器并联，该装置继承了有可变电抗器组成的软启动装置的优点，实现了电机启动过程中的限流功能；但是该装置在电机启动过程中未能使每个分频等级下电压的恒定，使得电机启动过程中振荡明显。因此，需要开发一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，使之不仅能够减小电机的启动电流、输出较大的启动转矩，而且能减小电机启动过程中的振荡，从而可以使电机可以带重载启动。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，其在电动机启动过程中能够逐步提高电压，同时相应的将5级离散地提高到电网频率，并在每级分频下采用功率因数角闭环控制策略，在每级分频段下保持电压的恒定，使得电机的启动电流减小，并提高启动转矩。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：提供一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，其结构包括主回路与控制回路；所述主回路采用传统晶闸管软启动器主回路，所述主回路包括主回路三相交流接触器K1、旁路三相交流接触器K2、三相反并联晶闸管及电动机；其中，主回路三相交流电经三相交流接触器K1连接三相反并联晶闸管，旁路三相交流接触器与三相反并联晶闸管并联，三相反并联晶闸管的输出端连接电动机的输入端；所述控制回路包括同步信号采集电路、电流检测电路、C8051F040单片机及触发电路；其中，同步信号采集电路、电流检测电路接于主回路与C8051F040单片机之间，触发电路接于三相反并联晶闸管和C8051F040单片机之间。本专利技术所述的一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，结构还包括液晶显示、接触器控制电路、按键、漏电保护电路及晶闸管过热保护电路；其中，所述按键信号输出端与C8051F040单片机信号输入端相连，所述液晶显示、接触器控制电路、漏电保护电路及晶闸管过热保护电路输入端与C8051F040单片机输出端相连。所述同步信号采集电路由同步变压器、电压跟随器、二极管电压钳位保护电路、电压比较器组成，实现电源电压同步信号的采集。所述电流检测电路包括电流采样电路及电流过零检测电路；其中，电流采样电路由电流互感器、运放芯片及外围元器件组成的放大电路、二极管电压钳位保护电路组成；电流过零检测电路由运放及外围元器件组成的比较电路、反相器组成，以实现主回路中电流大小以及电流过零点的采集。所述触发电路由6路隔离电源、隔离光耦及三极管放大电路组成，以产生所需要的晶闸管触发脉冲。本专利技术所述一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置中的分频段频率只能为工频的几分之一，在电压上升的过程中，使频率离散地分5级提升，由f/7→f/4→f/3→f/2→f(50Hz)，逐步提高频率；通过同步信号准确计时，根据所计时间按照预先设定的时间进行频段切换，在每个分频段内，同过实时检测到的功率因数角来调整触发角，保证此分频段下电压保持不变，从而减小各分频段的转矩脉动，使启动更加平滑。本专利技术的有益效果是：在电机启动过程中，通过基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，在减小电机启动电流的同时，能提高电机的启动转矩，使电机可以带重载启动，增大了软启动装置的适用范围。而且本装置并不改变传统晶闸管软启动器的主回路结构，并没有增加硬件成本，仅仅通过改变晶闸管的触发方式，使得其性能上明显优于传统晶闸管软启动器，实现了变压变频的启动效果。附图说明图1为本专利技术的系统结构示意图；图2为本专利技术的同步信号采集电路原理图；图3为本专利技术的电流采样电路原理图；图4为本专利技术的电流过零检测电路原理图；图5为本专利技术的6路隔离电源原理图；图6为本专利技术的触发电路原理图；图中：1、主回路三相交流接触器K1；2、三相反并联晶闸管；3、电动机；4、旁路三相交流接触器K2；5、液晶显示；6、同步信号采集电路；7、触发电路；8、电流检测电路；9、C8051F040单片机；10、接触器控制电路；11、按键；12、漏电保护电路；13、晶闸管过热保护电路。具体实施方式为了便于理解本专利技术的目的、技术方案及优点，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做出进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅仅用于解释本专利技术，并不用于对本专利技术进行限定。如附图1所示。基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置系统示意图中包括主回路级控制回路电路。主回路采用传统晶闸管软启动器主回路，主回路包括主回路三相交流接触器K1、旁路三相交流接触器K2、三相反并联晶闸管、电动机；主回路三相交流电经三相交流接触器K1连接三相反并联晶闸管，后经三相反并联晶闸管调压后输入至电动机，旁路三相交流接触器与三相反并联晶闸管并联，启动完成后，旁路三相交流接触器接通，三相反并联晶闸管失去调压作用。控制回路包括同步信号采集电路、电流检测电路、C8051F040单片机、触发电路，同步信号采集电路将同步变压器二次侧输出电压调理至0~3.3V，输入至C8051F040单片机，由C8051F040单片机自带的电压比较器比较产生同步信号，作为触发脉冲对应得每个分频周期的基准时刻；电流检测电路采集主回路中电流大小，调理后输入至C8051F040单片机，由C8051F040单片机自带的AD采样电路转化为数字信号；触发电路接于三相反并联晶闸管和C8051F040单片机之间，分别由独立的6路电源供电，经光耦隔离和三极管放大电路后产生触发脉冲。本专利技术所述一种5级离散变频软启动装置，还包括液晶显示、接触器控制电路、按键、漏电保护电路、晶闸管过热保护电路；所述按键信号输出端与所述C8051F040单片机(9)信号输入端相连，所述液晶显示、所述接触器控制电路、漏电保护电路、晶闸管过热保护电路输入端与C8051F040单片机输出端相连。本专利技术所述一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置中的分频段频率只能为工频的几分之一，本专利技术中选取了7.14Hz、12.5Hz、16.7Hz、25Hz、50Hz5个分频段。在启动过程中按照7.14Hz→12.5Hz→16.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，其结构包括主回路与控制回路；其特征在于：所述主回路包括主回路三相交流接触器K1、旁路三相交流接触器K2、三相反并联晶闸管、电动机；主回路三相交流电经所述三相交流接触器K1连接所述三相反并联晶闸管，所述旁路三相交流接触器与所述三相反并联晶闸管并联，所述三相反并联晶闸管的输出端连接电动机的输入端；所述控制回路包括同步信号采集电路、电流检测电路、C8051F040单片机、触发电路；所述同步信号采集电路、所述电流检测电路接于主回路与所述C8051F040单片机之间，所述触发电路接于所述三相反并联晶闸管和所述C8051F040单片机之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，其结构包括主回路与控制回路；其特征在于：所述主回路包括主回路三相交流接触器K1、旁路三相交流接触器K2、三相反并联晶闸管、电动机；主回路三相交流电经所述三相交流接触器K1连接所述三相反并联晶闸管，所述旁路三相交流接触器与所述三相反并联晶闸管并联，所述三相反并联晶闸管的输出端连接电动机的输入端；所述控制回路包括同步信号采集电路、电流检测电路、C8051F040单片机、触发电路；所述同步信号采集电路、所述电流检测电路接于主回路与所述C8051F040单片机之间，所述触发电路接于所述三相反并联晶闸管和所述C8051F040单片机之间。2.根据权利要求1所述的一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，其特征在于：该装置还包括液晶显示、接触器控制电路、按键、漏电保护电路、晶闸管过热保护电路；所述按键信号输出端与所述C8051F040单片机信号输入端相连，所述液晶显示、所述接触器控制电路、所述漏电保护电路、所述晶闸管过热保护电路输入端与所述C8051F040单片机输出端相连。3.根据权利要求1和2所述的一种基于功率因数角闭环控制的5级离散变频软启动装置，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲兵妮，范国樑，宋建成，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14